1、浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程作業(yè)(選做)姓名:年級(jí):學(xué)號(hào):學(xué)習(xí)中心:1.晶閘管可控整流器供電直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性有何特點(diǎn)？畫(huà)出三相半波可控整流器供電直流電機(jī)機(jī)械特性并說(shuō)明之。答：與直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組機(jī)械特性相比，不同之處是：(1)分電流連續(xù)與電流斷續(xù)二個(gè)區(qū)域；(2)電流連續(xù)區(qū)因可控整流器內(nèi)阻大(特別有換流重迭壓降引入的等效電阻)而使機(jī)械特性軟；電流斷續(xù)區(qū)則因電流不連續(xù)致使機(jī)械特性更軟而無(wú)法負(fù)載工作。三相半波可控整流器供電直流電機(jī)機(jī)械特性如圖所示：00時(shí)，整流器工作在整流狀態(tài)，電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)；00時(shí)，整流器工作在逆變狀態(tài)，電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)。2.可控整流器供電直流電機(jī)調(diào)速

2、系統(tǒng)主回路中為何要采用平波電抗器？其電感量應(yīng)按什么要求來(lái)設(shè)計(jì)？答：由于可控整流器供電直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載輕時(shí)電流斷續(xù)，機(jī)械特性軟，調(diào)速特性差，無(wú)靜差度可言。解決辦法：串接平波電抗器L,增大晶閘管導(dǎo)通角以使電流連續(xù)。平波電抗器電感量計(jì)算原則是：能確保輕載下最小電流(510)%In1dmin20%In時(shí)電流仍連續(xù)。一般規(guī)律是1dmin越小，要求平波電抗器電感量越大。3 .在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動(dòng)與負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，各是哪個(gè)調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用？答：(1)電網(wǎng)電壓波動(dòng)：影響整流電壓Ud,整流電流Id，反映到控制信號(hào)即ufi,它從電流環(huán)介入，故電流調(diào)節(jié)器起主要作用。(2)負(fù)載擾動(dòng)：負(fù)載

3、TL的變化將影響轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系，繼而影響轉(zhuǎn)速%,n,反映到控制信號(hào)即ufn，它從速度環(huán)介入，故速度調(diào)節(jié)器起主要作用4 .雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器的輸入偏差(給定與反饋之差)是多少？它們的輸出電壓應(yīng)對(duì)應(yīng)于何種狀態(tài)的值？為什么？答：(1)根據(jù)PI調(diào)節(jié)器的特性，穩(wěn)態(tài)時(shí)能實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，使反饋等于給定，即：Aun=0或Uj=0,兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器的輸入偏差為零。(2)它們的輸出電壓應(yīng)對(duì)應(yīng)于第一次進(jìn)入aun：0或9=0時(shí)的輸出狀態(tài)值(如un,%Ud,Id,T)。這是由于PI調(diào)節(jié)器有積分、記憶功能，對(duì)過(guò)去出現(xiàn)過(guò)的誤差信號(hào)有記憶作用。當(dāng)ugufn時(shí)，un0,調(diào)節(jié)器輸入為零，但由于PI調(diào)節(jié)器的積分作用

4、，對(duì)過(guò)去出現(xiàn)過(guò)的誤差有記憶，則積分輸出不為零，維持第一次出現(xiàn)時(shí)nn0的輸出值un0,進(jìn)而維持ugufn(無(wú)差)5 .反并聯(lián)時(shí)為何會(huì)出現(xiàn)環(huán)流？限制環(huán)流有哪些有效方法？各有什么特點(diǎn)？答：、,、.兩橋反并聯(lián)且同時(shí)整流時(shí)，產(chǎn)生的整流電壓Ud、Ud會(huì)不經(jīng)直流電機(jī)而順串短路，因無(wú)電阻限流，會(huì)形成巨大環(huán)流。限制環(huán)流的有效辦法(對(duì)策)是：(1)要求直流電壓：極性互頂：一橋整流、一橋逆變。如圖所示橋I橋III(I)II(II)大小相等UdUd，EcosIEcos即II這樣可以消除平均環(huán)流，因?yàn)镮 平均環(huán)流I整流平均電壓UdUd,消除了平均環(huán)流但不能消除瞬口寸環(huán)流，因?yàn)椋?瞬時(shí)環(huán)流一橋整流、一橋逆變時(shí)整流平均電壓

5、相等，但瞬時(shí)電壓波形不同，瞬時(shí)電壓差將引起瞬時(shí)環(huán)流，控制上要求必須同時(shí)控制平均及瞬時(shí)環(huán)流。因此環(huán)流控制策略有：（1）有環(huán)流系統(tǒng)原則：無(wú)平均環(huán)流，限制瞬時(shí)環(huán)流做法：一橋整流、一橋逆變，I;I電抗器L、L'（非平波電抗器L）限制瞬時(shí)環(huán)流（2）無(wú)環(huán)流系統(tǒng)原則：一橋工作（整流或逆變），一橋封鎖（不工作）采用邏輯電路保證兩橋切換的安全一一邏輯無(wú)環(huán)流晶閘管直流電機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)6 .為什么脈寬調(diào)制（PWM）型直流調(diào)速系統(tǒng)比晶閘管型直流調(diào)速系統(tǒng)能獲得更好的動(dòng)態(tài)特性答：可控整流器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)速度慢（300Hz）的晶閘管作開(kāi)關(guān)元件，使換流死區(qū)（晶閘管不立即響應(yīng)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間）平均為3.33

6、-6.66mS.而脈寬調(diào)制（PWM）型直流調(diào)速系統(tǒng)采用自關(guān)斷器件（GTR,IGBT,MOSFET等），其開(kāi)關(guān)頻率在幾kHz-幾百kHz,換流死區(qū)時(shí)間降至幾十nS-幾百nS,快上了幾百、上千倍，致使電機(jī)電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、速度響應(yīng)時(shí)間大大縮短，即有了更好的動(dòng)態(tài)特性。7 .從電機(jī)學(xué)原理說(shuō)明調(diào)壓調(diào)速機(jī)理，從電力電子技術(shù)說(shuō)明調(diào)壓調(diào)速的實(shí)現(xiàn)手段答：根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，當(dāng)異步電機(jī)端電壓變化時(shí)，機(jī)械特性發(fā)生如圖改變，即:最大轉(zhuǎn)矩TmU12臨界轉(zhuǎn)差SmXiX2故隨端電壓U1下降時(shí),最大轉(zhuǎn)矩Tm平方下降，但發(fā)生最大轉(zhuǎn)矩的位置Sm不變，致使機(jī)械特性變軟，與負(fù)載特性的交點(diǎn)即運(yùn)行點(diǎn)的滑差S增大，速度n降低，實(shí)現(xiàn)了調(diào)壓調(diào)速。

7、實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的電力電子技術(shù)裝置是交流固態(tài)調(diào)壓器，是用雙向晶閘管或兩只反并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成。8 .畫(huà)出晶閘管恒轉(zhuǎn)矩亞同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路，說(shuō)清為什么是亞同步答：由于電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)采用了不控整流器使轉(zhuǎn)子頻率滑差功率Ps變成直流功率，可以簡(jiǎn)單采用有源逆變器的直流電勢(shì)Ur來(lái)吸收，但采用不控整流器只能使滑差功率Ps從電機(jī)向電網(wǎng)方向傳送，即增大轉(zhuǎn)子Ps,增大S,實(shí)現(xiàn)從同步速向下降低n,故為亞同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。9 .晶閘管恒轉(zhuǎn)矩亞同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)？其調(diào)節(jié)規(guī)律又如何？答：系統(tǒng)調(diào)速控制量為逆變超前角8即3變化一U(Ef)2.34UsCOS變化3EfL變化2Ps3I2R23EfI2sPM變化一s變一n

8、變。其調(diào)節(jié)規(guī)律是:(a)當(dāng)90Uf(Ef)0時(shí)，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行于轉(zhuǎn)子短接的自然特性上速；(b)當(dāng)Uf(Ef)cosPssFMsn時(shí)，速度下降；(c)為防止逆變顛覆，限定min30,即達(dá)到了最低速10.分析、討論恒電壓/頻率比31%=C）控制時(shí),異步電機(jī)變頻調(diào)速控制方式的特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）同步速n隨運(yùn)行頻率變化s（2）不同頻率下，特性曲線硬度相同（平行線）一一恒轉(zhuǎn)矩特性Ul/flC控制下，其機(jī)械特性適合調(diào)速范圍不寬、轉(zhuǎn)速不太低的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（Tm不夠）；特別適合負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的負(fù)載，如風(fēng)機(jī)/水泵。低頻時(shí)（f15Hz）適當(dāng)提高端電壓Ui,以補(bǔ)償定子電阻壓降，可增大Tm,以適當(dāng)提高帶負(fù)載能力

9、11 .分析、討論恒氣隙電勢(shì)/頻率比（E1fl=C）時(shí)，異步電機(jī)變頻調(diào)速控制方式的特點(diǎn)答：特點(diǎn)是：恒最大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，與31無(wú)關(guān)。仍為恒轉(zhuǎn)矩特性（不同cd下An相同），但線性段范圍更寬。低頻時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TQ比額定頻率起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TQN大。低頻起動(dòng)時(shí)，f1（1）小一2小一轉(zhuǎn)子電流有功分量（12cos2）大一產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq大;額定頻率起動(dòng)時(shí)，fiN（in）大一2大一轉(zhuǎn)子電流有功分量（I2COS2）小一產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TQn小。要實(shí)現(xiàn)恒最大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，必須確保氣隙磁通mC（恒定），即Ei/fiC（恒定）。而外部控制量為U1,必須全頻范圍內(nèi)恰如其分地補(bǔ)償定子電阻壓降。12 .分析、討論恒轉(zhuǎn)子電勢(shì)/頻

10、率比（Er/f1=C）控制時(shí)，異步電機(jī)變頻調(diào)速控制方式的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)答：低頻時(shí)如將電壓作進(jìn)一步補(bǔ)償，除補(bǔ)償?shù)舳ㄗ勇┳杩箟航低?，再補(bǔ)償?shù)艮D(zhuǎn)子漏阻抗壓降，最后保持轉(zhuǎn)子電勢(shì)Er線性變化，實(shí)現(xiàn)Er/f1=C控制.這樣，在確定頻率i下，機(jī)械特性Tf（S）為一直線；不同頻率i下，為一族平行線一一并激直流電機(jī)特性13 .為何變頻器供電電機(jī)轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱甚至燒毀？答：這主要是變流器（變頻器）非正弦電源中含有豐富的諧波電壓（電流），引起轉(zhuǎn)子參數(shù)變化之故。即對(duì)諧波而言，諧波1t差Sk=i,轉(zhuǎn)子頻率f2=Skfi=fi變成了高頻，轉(zhuǎn)子集膚效應(yīng)嚴(yán)重，致轉(zhuǎn)子電阻R2k增大；轉(zhuǎn)子電流擠向槽口，分布不均，槽漏抗減??；槽漏抗原是

11、限制轉(zhuǎn)子電流的主要因素，它的減小致使轉(zhuǎn)子中諧波電流12k劇增，結(jié)果是轉(zhuǎn)子諧波銅耗P2k=（I2k）2R2k遠(yuǎn)大于基波銅耗，轉(zhuǎn)子發(fā)熱劇烈，成為變頻調(diào)速電機(jī)主要問(wèn)題之一。必須注意與調(diào)壓調(diào)速時(shí)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱是由基波損耗（滑差功率）引起，而變流器（變頻器）非正弦供電電機(jī)轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱是諧波效應(yīng)所致，不是基波造成的結(jié)果。14.變流器（變頻器）非正弦供電時(shí)，異步電機(jī)的效率如何變化？與變流器（變頻器）類型有關(guān)系否？答：變頻器非正弦供電時(shí)，諧波電流增加了損耗、降低了效率。但變化趨勢(shì)與變頻器型有關(guān)電壓源型逆變器供電時(shí)：諧波電壓大小取決于變頻器輸出電壓波形，確定；諧波含量固定，與電機(jī)負(fù)載大小無(wú)關(guān)。故諧波電流大小及

12、產(chǎn)生的諧波損耗Ap不隨負(fù)載P2變化而恒定。這樣： g載時(shí)，P2小，大小固定的綠影響大，刀片。,蔭載時(shí)，P2大，大小固定的綠影響小，刀眇（2%）電流源型逆變器供電時(shí)：電流波形確定，即電流中各次諧波含量比例確定，而其大小隨負(fù)載變。這樣： 滿載時(shí)，電機(jī)電流諧波增大，損耗增大，牛cos中逐； 輕載時(shí)，電機(jī)電流諧波量小，損耗較小，牛cos中眇。15.變流器（變頻器）非正弦供電時(shí)，異步電機(jī)是怎么產(chǎn)生出諧波轉(zhuǎn)矩的（成因）？有幾種形態(tài)的諧波車t矩？各有什么性質(zhì)（特點(diǎn)）?答：有兩種形態(tài)的諧波轉(zhuǎn)矩，它們的成因及性質(zhì)（特點(diǎn)）是：（1）恒定諧波轉(zhuǎn)矩，其成因是：氣隙磁通中諧波磁通（激勵(lì)）一轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出同次諧波電流（響應(yīng)

13、）相互作用產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩其性質(zhì)是：異步轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩恒定（大小、方向確定），其值很?。?%Tn）一影響可忽略。（2）脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其成因是：不同次數(shù)諧波磁場(chǎng)（主要是幅值最大的5、7次）與基波磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生.其性質(zhì)是：脈振轉(zhuǎn)矩，平均值為零，但低頻運(yùn)行時(shí)單方向幅值很大，六倍基波頻諧波轉(zhuǎn)矩。16 .為什么說(shuō)交-直-交型電流源變頻器具有四象限運(yùn)行能力？從變流器控制角度圖示說(shuō)明答：電流源型逆變器采用大電感濾波，直流母線電壓ud極性允許改變，而兩橋開(kāi)關(guān)元件單向?qū)щ娦詻Q定直流電流Id流向不能變，功率流向改變?nèi)扛淖冎绷髂妇€電壓極性，這是通過(guò)調(diào)節(jié)兩橋變流器觸發(fā)角大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖所示。這樣可得如表所示的兩橋控制規(guī)律

14、：直流母線奴性.橋I觸發(fā)角上橋11觸發(fā)角.功率流向電機(jī)狀志，上（一，下（一/%（常流l%一,or1逆變）p橋1-y標(biāo)電動(dòng)狀態(tài)一上下6上%>90rt逆變上叼婚（整流力橋Hf杭：1制期運(yùn)行，17 .電壓源逆變器（VSI）及電流源逆變器（CSI）各自有何特殊應(yīng)用場(chǎng)合？基于什么考慮？答：（1）電壓源型逆變器（VSI）因電源內(nèi)阻小，拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)工作時(shí)小值電源內(nèi)阻壓降不會(huì)影響端電壓，適合多機(jī)群控；但因無(wú)制動(dòng)功能，不能實(shí)用要求快速加、減速的場(chǎng)合。（2）電流源型逆變器（CSI）因電源內(nèi)阻大，多機(jī)運(yùn)行將通過(guò)大內(nèi)阻壓降相互影響，只適合單機(jī)運(yùn)行；但有四象限運(yùn)行能力，適合于有動(dòng)態(tài)快速性要求的場(chǎng)合。18 .正弦脈

15、寬調(diào)制中，什么是異步調(diào)制、同步調(diào)制、分段同步調(diào)制？它們各有什么特點(diǎn)？答：（1）異步調(diào)制：調(diào)制波頻率變化時(shí)，保持載波頻率恒定不變的協(xié)調(diào)控制方式。特點(diǎn)：控制方便；fT變頻運(yùn)行時(shí)調(diào)制波頻率變，不能確保載波比N、中出川一生T3k倜制波頻率fR致使半周期脈沖數(shù)變，甚至正、負(fù)半周中的脈沖數(shù)也不相同，分解出的基波相位也變，將造成電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。高頻運(yùn)行時(shí)N小，半周期脈少，諧波多，輸出特性差。（2）同步調(diào)制：載波頻率與調(diào)制波頻率正比變化的協(xié)調(diào)控制方式。特點(diǎn)： 任何頻率下，半周內(nèi)脈沖數(shù)相同，輸出電壓波形穩(wěn)定 低頻時(shí)由于必須低壓，造成脈沖稀疏，諧波成分大，輸出特性差。（3）分段同步調(diào)制：將運(yùn)行頻率范圍分段，每段段

16、內(nèi)N不變（同步調(diào)制）的協(xié)調(diào)控制方特點(diǎn)：低頻段N大，以增加脈沖數(shù)，減少諧波。基頻以上為方波（不再作PWM調(diào)制），以充分利用直流母線電壓。19 .異步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，如果只從調(diào)速角度單純改變頻率行否？為什么？還要同時(shí)改變什么量？答：異步電機(jī)運(yùn)行（恒速或變頻）時(shí)，均希望其運(yùn)行性能（力能指標(biāo)cos、刀）保持在設(shè)計(jì)點(diǎn)上，其中關(guān)鍵是保證電機(jī)磁路工作點(diǎn)不變或按要求變。磁路工作點(diǎn)以每極磁通中或磁密Bm描述，為保持良好運(yùn)行性能，要求維持磁路工作點(diǎn)不變一一恒磁通。否則磁路過(guò)I&和：PFe8（Bm）2T-YJBmJ-coseJ磁路欠飽和一出力不夠從電機(jī)內(nèi)、外部電量關(guān)系上：Ei4.44fiWikwim因此電機(jī)確定后，結(jié)構(gòu)參數(shù)確定（不變），則有m且，要維持中m=C,要求E|/f|fi=C,即El隨fl線性變化，但£為電機(jī)內(nèi)部量，