目錄㈠直流調(diào)速系統(tǒng)（復(fù)習(xí)）P4㈡交流調(diào)速系統(tǒng)（回顧）P9㈢交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)P13㈣交流異步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制P17㈤交流異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制P20㈥P(guān)WM和SPWMP31㈦雙饋調(diào)速和內(nèi)反饋P36㈧繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)P42㈨無(wú)速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)P46㈩同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)P52(十一)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制技術(shù)P56十二)雙定子電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)P75(十三)直線電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)P82一、復(fù)習(xí)：直流調(diào)速系統(tǒng)問(wèn)題1-1：電機(jī)的分類？①發(fā)電機(jī)（其他能→電能）直流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)②電動(dòng)機(jī)（電能→其他能）直流電動(dòng)機(jī)：有換向器直流電動(dòng)機(jī)（串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)、他勵(lì)）無(wú)換向器直流電動(dòng)機(jī)（又屬于一種特殊的同步電動(dòng)機(jī)）交流電動(dòng)機(jī)：同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)：鼠籠式繞線式：伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器控制電機(jī)自整角機(jī)力矩電機(jī)測(cè)速電機(jī)步進(jìn)電機(jī)（反映式、永磁式、混合式）問(wèn)題1-2：衡量調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)是哪些？①調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin②靜差率S=△nnom/n0*100%對(duì)轉(zhuǎn)差率規(guī)定高，同時(shí)規(guī)定調(diào)速范圍大（D大S小）時(shí)，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。③和負(fù)載匹配情況：一般規(guī)定：恒功率負(fù)載用恒功率調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。問(wèn)題1-3：請(qǐng)比較直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺陷，并說(shuō)明此后電力傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展的趨勢(shì).*直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，起動(dòng)、制動(dòng)性能好，過(guò)載轉(zhuǎn)矩大，可靠性高，動(dòng)態(tài)性能良好。缺陷：有機(jī)械整流器和電刷，噪聲大，維護(hù)困難；換向產(chǎn)生火花，使用環(huán)境受限；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容量、轉(zhuǎn)速、電壓受限。*交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（正好與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相反）優(yōu)點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、造價(jià)低廉，使用環(huán)境廣，運(yùn)營(yíng)可靠，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電機(jī)。大量被用來(lái)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機(jī)械。缺陷：調(diào)速性能比直流電機(jī)差。*發(fā)展趨勢(shì)：?jiǎn)栴}1-4：直流電機(jī)有哪幾種？直流電機(jī)調(diào)速方法有哪些?請(qǐng)從調(diào)速性能、應(yīng)用場(chǎng)合和優(yōu)缺陷等方面進(jìn)行比較.哪些是有級(jí)調(diào)速？哪些是無(wú)級(jí)調(diào)速？直流電動(dòng)機(jī)中常見(jiàn)的是有換向器直流電動(dòng)機(jī)，可分為串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)、他勵(lì)四種，無(wú)換向器直流電動(dòng)機(jī)屬于一種特殊的同步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，調(diào)速方法有變壓調(diào)速、變電阻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速：調(diào)節(jié)電壓供電電壓進(jìn)行調(diào)速，適應(yīng)于：U≤Unom，基頻以下，在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。弱磁調(diào)速：無(wú)級(jí)，合用于Φ≤Φnom，一般只能配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基頻以上(即電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速以上)作小范圍的升速。變電阻調(diào)速：有級(jí)調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：無(wú)級(jí)調(diào)速。問(wèn)題1-5：帶有比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，假如轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值相等，則調(diào)節(jié)器的輸出為（A）A、零；B、大于零的定值

C、小于零的定值；D、保持原先的值不變問(wèn)題1-6：什么是調(diào)速范圍D？什么是靜差率S，兩者的關(guān)系如何？用什么方法可以使調(diào)速系統(tǒng)滿足D大S小的控制規(guī)定？①調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin②靜差率S=△nnom/n0*100%對(duì)轉(zhuǎn)差率規(guī)定高，同時(shí)規(guī)定調(diào)速范圍大（D大S?。r(shí)，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。問(wèn)題1-7：直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源有：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（G-M系統(tǒng)）、靜止可控整流器（V-M系統(tǒng)）、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器（PWM）。名詞解釋1-8：G-M系統(tǒng)V-M系統(tǒng)PWMPFM①G-M系統(tǒng)：交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流及改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：在允許轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運(yùn)營(yíng)。缺陷：設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，有噪音，維護(hù)不方便。②V-M系統(tǒng)：晶閘管，工作在相位控制狀態(tài)，由晶閘管可控整流器V給需要調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流器V的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性和可靠性提高，無(wú)需另加功率放大裝置?？焖傩院?，動(dòng)態(tài)性能提高。缺陷：只允許單向運(yùn)營(yíng)；元件對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)高的du/dt和di/dt十分敏感；低速時(shí)易產(chǎn)生電力公害：系統(tǒng)功率因數(shù)低，諧波電流大。③PWM：脈沖寬度調(diào)制(PWM)，晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上；晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開；這樣通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間（即調(diào)占空比ton）就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。PWM調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)低速運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬；電動(dòng)機(jī)損耗和發(fā)熱較??；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；器件工作早開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率較高。PWM調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用：中、小功率系統(tǒng)④PFM脈沖頻率調(diào)制(PFM)，晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上；晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開；晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間不變，只改變開關(guān)頻率f或開關(guān)周期T（即調(diào)節(jié)晶閘管的關(guān)斷時(shí)間t0ff）就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。問(wèn)題1-9：哪些是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)？①穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是：調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin和靜差率S=△nnom/n0*100%②穩(wěn)定性指標(biāo)：柏德圖（對(duì)數(shù)幅頻特性和對(duì)數(shù)幅頻特性）典型Ⅰ型系：對(duì)數(shù)幅頻特性以－20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只有保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。γ=90°-tg-1ωcT>45°典型Ⅱ型系統(tǒng)：對(duì)數(shù)幅頻特性以－20dB/dec的斜率穿越零分貝線。γ=180°-180°+tg-1ωct-tg-1ωcT=tg-1ωct-tg-1ωcT③動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo)上升時(shí)間：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過(guò)程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所通過(guò)的時(shí)間（有些教材定義為10%--90%）超調(diào)量：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過(guò)程中，輸出量超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比。調(diào)節(jié)時(shí)間：又稱過(guò)度過(guò)程時(shí)間原則上是系統(tǒng)從給定量階躍變化到輸出量完全穩(wěn)定下來(lái)的時(shí)間。一般在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取±5%（或±2%）的范圍作為允許誤差?？箶_性能指標(biāo)：動(dòng)態(tài)降落：在系統(tǒng)穩(wěn)定期，突加一個(gè)約定的標(biāo)準(zhǔn)的擾動(dòng)量，在過(guò)度過(guò)程中引起的輸出量最大降落值?；謴?fù)時(shí)間：從階躍擾動(dòng)作用開始，到輸出量基本恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量的±5%（或±2%）范圍之內(nèi)所需的時(shí)間。問(wèn)題1-10：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程特點(diǎn)是、和。①飽和非線性控制ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；ASR不飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng).②準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制：恒流升速可使起動(dòng)過(guò)程盡也許最快.③轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才干使ASR退飽和.問(wèn)題1-11：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。電流環(huán)按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力稍差，超調(diào)小。問(wèn)題1-12：無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中P部份的作用是（D）A、消除穩(wěn)態(tài)誤差；B、不能消除穩(wěn)態(tài)誤差也不能加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)C、既消除穩(wěn)態(tài)誤差又加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)；D、加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題1-13：轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的方法有哪幾種？選擇其中1～2種進(jìn)行論述它們的工組原理和特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合？①自整角機(jī)(角位移傳感器，成相應(yīng)用：發(fā)送機(jī)與指令軸相連，接受機(jī)與執(zhí)行軸相連)②旋轉(zhuǎn)變壓器(一種特制的兩相旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在定子和轉(zhuǎn)子上各有兩套在空間上完全正交的繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓與轉(zhuǎn)子角呈一定的函數(shù)關(guān)系，重要作角度傳感器)。③感應(yīng)同步器(圓形感應(yīng)同步器用來(lái)測(cè)角位移，用于轉(zhuǎn)臺(tái)(立式車床)的角度數(shù)字顯示和精擬定位。直線式形感應(yīng)同步器用來(lái)測(cè)直線位移，安裝在具有平移運(yùn)動(dòng)的機(jī)床上(式車床)，用來(lái)測(cè)量刀架的位移并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。④光電編碼盤分增量式絕對(duì)式兩種（增量式光電編碼盤實(shí)際是一個(gè)光電脈沖發(fā)生器和一個(gè)可逆計(jì)算器）（絕對(duì)式光電編碼盤則是通過(guò)讀取碼盤的圖形來(lái)表達(dá)軸的位置，碼制可選二進(jìn)制、二-十進(jìn)制（BCD碼）、和循環(huán)碼（格雷碼）同軸齒輪在電機(jī)位置檢測(cè)是應(yīng)用較多。具體工作原理見(jiàn)(陳伯時(shí)主編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社)P154-163問(wèn)題1-14：什么是檢測(cè)誤差、原理誤差和擾動(dòng)誤差？哪些無(wú)法克服？哪些能克服？①檢測(cè)誤差：由檢測(cè)產(chǎn)生的誤差，它取決于檢測(cè)元件自身的精度，位置隨動(dòng)系統(tǒng)中常用的位置檢測(cè)元件如自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等都有一定的精度等級(jí)，系統(tǒng)的精度不也許高于所用位置檢測(cè)元件的精度。檢測(cè)誤差是穩(wěn)態(tài)誤差的重要部分，這是系統(tǒng)無(wú)法克服的。②原理誤差：又稱系統(tǒng)誤差，它是系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)特性參數(shù)和輸入信號(hào)的形式?jīng)Q定的，Ⅰ型系統(tǒng)只對(duì)位置輸入是無(wú)靜差的隨動(dòng)系統(tǒng)（一階無(wú)差系統(tǒng)）；Ⅱ型系統(tǒng)對(duì)位置輸入和速度輸入都是無(wú)靜差的隨動(dòng)系統(tǒng)（二階無(wú)差系統(tǒng)）。③擾動(dòng)誤差分負(fù)載擾動(dòng)、系統(tǒng)參數(shù)變化、噪聲干擾三種。*負(fù)載擾動(dòng)（恒值負(fù)載擾動(dòng)和隨機(jī)性負(fù)載擾動(dòng)），在抵抗負(fù)載擾動(dòng)能力方面，Ⅱ型系統(tǒng)比Ⅰ型系統(tǒng)好。*系統(tǒng)參數(shù)變化（放大器零漂、元件老化、電源電壓波動(dòng)等）負(fù)載擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化都作用在系統(tǒng)的前向通道上，可通過(guò)閉環(huán)予以克制。*噪聲干擾（經(jīng)檢測(cè)裝置混入系統(tǒng)，一般多為高頻成分，其頻譜與輸入信號(hào)頻譜不重疊，可濾除，但影響快速性和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度）問(wèn)題1-15：位置隨動(dòng)系統(tǒng)解決的重要問(wèn)題是什么？試比較位置隨動(dòng)系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的異同。①位置隨動(dòng)系統(tǒng)解決的重要問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)位置指令（給定量）的準(zhǔn)確跟蹤。隨動(dòng)系統(tǒng)一般稱伺服系統(tǒng)②位置隨動(dòng)系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相同點(diǎn)：兩者的控制原理相同，它們都是反饋控制系統(tǒng)，即通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的輸出量與給定量進(jìn)行比較，組成閉環(huán)控制。③位置隨動(dòng)系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相異點(diǎn)：調(diào)速系統(tǒng)的給定量是恒值，不管外界擾動(dòng)情況如何，希望輸出可以穩(wěn)定，因此系統(tǒng)的抗擾性能顯得十分重要。位置隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置指令是經(jīng)常變化的，是一個(gè)隨機(jī)變量，規(guī)定輸出量準(zhǔn)確跟蹤給定量的變化，輸出響應(yīng)的快速性、靈活性、準(zhǔn)確性成了位置隨動(dòng)系統(tǒng)的重要特性。位置隨動(dòng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上往往比調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜一些。位置隨動(dòng)系統(tǒng)可以在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)一個(gè)位置環(huán)，位置環(huán)是位置隨動(dòng)系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)特性。問(wèn)題1-16：什么是串聯(lián)校正、并聯(lián)校正和復(fù)合控制？試舉例說(shuō)明它們的使用場(chǎng)合。①串聯(lián)校正（調(diào)節(jié)器校正），采用PID校正的單位置環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)，可以得到較高的截止頻率和對(duì)給定信號(hào)的快速響應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸。由于不使用測(cè)速機(jī)，從而排除了測(cè)速機(jī)帶來(lái)的干擾，但反過(guò)來(lái)又使摩察、間隙等非線性因素不能很好地受到克制。負(fù)載擾動(dòng)也必須通過(guò)位置環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)，沒(méi)有快速的電流環(huán)及時(shí)補(bǔ)償而使動(dòng)態(tài)誤差增大。同時(shí)PID調(diào)節(jié)器是采用比例微分超前作用來(lái)對(duì)消調(diào)節(jié)對(duì)象中的大慣性，屬于串聯(lián)校正，常會(huì)因放大器的飽和而削弱微分信號(hào)的補(bǔ)償強(qiáng)度，還會(huì)因控對(duì)象參數(shù)變化而喪失零極點(diǎn)對(duì)消的效果。因此單位置環(huán)的隨動(dòng)系統(tǒng)僅合用于負(fù)載較輕，擾動(dòng)不大，非線性因素不太突出的場(chǎng)合。②并聯(lián)校正在調(diào)速系統(tǒng)中引入被調(diào)量的微分負(fù)反饋是一種很有效的并聯(lián)校正，在隨動(dòng)系統(tǒng)中經(jīng)常采用這種并聯(lián)校正，有助于克制振蕩、減小超調(diào)，提高系統(tǒng)的快速性。在位置隨動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的并聯(lián)校正比轉(zhuǎn)速反饋的并聯(lián)校正好，由于它不需增大K1就可以保證原有的穩(wěn)態(tài)精度，而快速性同樣可以得到一定限度的提高，只受到小時(shí)間常數(shù)及測(cè)速發(fā)電機(jī)信號(hào)中噪聲干擾的限制。③復(fù)合控制當(dāng)隨動(dòng)系統(tǒng)輸入信號(hào)的各階導(dǎo)數(shù)可以測(cè)量或者可以實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)，運(yùn)用輸入信號(hào)的各階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行前饋控制構(gòu)成前饋控制（開環(huán)控制）和反饋控制（閉環(huán)控制）相結(jié)合的復(fù)合控制，也是一種提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)的有效途徑。二、回顧：交流調(diào)速系統(tǒng)問(wèn)題2-1：交流調(diào)速技術(shù)引起人們廣泛重視的因素是什么?交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)30年代，交流調(diào)速系統(tǒng)存在問(wèn)題，70年代電子技術(shù)發(fā)展，高性能交流調(diào)速技術(shù)的不斷涌現(xiàn)：矢量變換控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)、數(shù)字化技術(shù)等，非線性解耦控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、模糊控制等新的控制策略不斷推動(dòng)。問(wèn)題2-2：簡(jiǎn)述異步電機(jī)的工作原理。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子通入對(duì)稱三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)→與靜止的轉(zhuǎn)子有相對(duì)運(yùn)動(dòng)→產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有感應(yīng)電流→轉(zhuǎn)子導(dǎo)體帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受電磁力的作用→兩邊同時(shí)受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁力矩→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)→帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。問(wèn)題2-3：設(shè)異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)營(yíng)時(shí)，定子電流的須率為f1，試問(wèn)此時(shí)定子磁勢(shì)F1、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)F2是多少？請(qǐng)畫出異步動(dòng)電機(jī)的等效電路，并按頻率折算(折算前后磁動(dòng)勢(shì)不變)和繞組折算(折算前后電機(jī)內(nèi)部的電磁性能和功率不變)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行折算，最后得出T形效電路。問(wèn)題2-4：請(qǐng)寫出異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系。定子輸入功率：P1=Pm+Pcu1+Pfe定子輸入功率P1輸出功率P2效率=定子銅耗：P定子輸入功率P1輸出功率P2效率=定子鐵耗：PFe=PFe1=3I12R1轉(zhuǎn)子銅耗：Pcu2=3I’22R’2電磁功率：Pm=Pout+Pcu2機(jī)械損耗：Ps附加損耗：P’f軸上輸出功率：Pout=P2+Ps+P’f輸出功率：P2問(wèn)題2-5：常用的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速有哪些？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率不變型？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型？①異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有：降電壓調(diào)速、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等。②降電壓調(diào)速、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型③串級(jí)調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型④變極調(diào)速、變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率不變型。問(wèn)題2-6：變極調(diào)速方法對(duì)籠型與繞線式電動(dòng)機(jī)是否都合用，為什么?變極調(diào)速只適合于自身具有改變極對(duì)數(shù)的籠型電動(dòng)機(jī)（雙速電動(dòng)機(jī)、三速和四速電動(dòng)機(jī)），它們可以通過(guò)改變極對(duì)數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來(lái)完畢調(diào)速，繞線式電動(dòng)機(jī)一般采用轉(zhuǎn)子傳電阻或串級(jí)調(diào)速。問(wèn)題2-7：采用改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)的方法調(diào)速時(shí)，改變極對(duì)數(shù)時(shí)，是否只需改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的聯(lián)結(jié)方式就可以了，還需要注意什么問(wèn)題？采用改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)的方法調(diào)速時(shí)，改變極對(duì)數(shù)時(shí)，除了需要改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的聯(lián)結(jié)方式外，還應(yīng)注意保持電源的相序不變，即：要對(duì)調(diào)電源端子。如：變極前：A→0B→240℃C→480℃（120℃）變極后：A→0B→120℃C→240℃與變極前不一致。應(yīng)對(duì)調(diào)B、C兩相，以保證變極前后的電源相序一致。問(wèn)題2-8：請(qǐng)簡(jiǎn)述交流異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速的工作原理，并說(shuō)明其特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。變極調(diào)速是通過(guò)改變定子繞組的極對(duì)數(shù)來(lái)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速的，是無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。改變極對(duì)數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來(lái)完畢的（雙速電動(dòng)機(jī)、三速和四速電動(dòng)機(jī)）這種改變極對(duì)數(shù)來(lái)調(diào)速的籠型電動(dòng)機(jī)，通常稱為多速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或變極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。缺陷：有級(jí)調(diào)速，并且調(diào)速級(jí)差大，從而限制了它的使用范圍。特點(diǎn)：具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好；無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，效率高；接線簡(jiǎn)樸、控制方便、價(jià)格低；有級(jí)調(diào)速，級(jí)差較大，不能獲得平滑調(diào)速；可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。變極調(diào)速適合于：按2～4檔固定調(diào)速變化的場(chǎng)合，（不需要無(wú)級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械），如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。問(wèn)題2-9：晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)觸發(fā)脈沖有何規(guī)定，為什么？晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，規(guī)定用寬脈沖、雙窄脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證可靠換流，防止直通。晶閘管是半控器件，只需要用脈沖觸發(fā)其導(dǎo)通，不需要控制其關(guān)斷。問(wèn)題2-10：請(qǐng)簡(jiǎn)述交流異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并對(duì)三種常用的調(diào)壓方法進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速的重要裝置是一個(gè)能提供電壓變化的電源。目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)：調(diào)壓調(diào)速線路簡(jiǎn)樸，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。調(diào)壓過(guò)程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般合用于100KW以下的生產(chǎn)機(jī)械。①通過(guò)改變自耦變壓器變比，來(lái)改變電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。②通過(guò)改變直流勵(lì)磁電流來(lái)控制鐵心的飽和限度，改變交流電抗值，改變電機(jī)電壓，實(shí)現(xiàn)降壓調(diào)速。飽和，交流電抗小，電機(jī)定子電壓高。③通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。問(wèn)題2-11：在交流異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，如何解決調(diào)速范圍小和機(jī)械特性軟的問(wèn)題？在交流異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，械特性曲線軟，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動(dòng)機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī)，或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場(chǎng)合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)成自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。問(wèn)題2-12：交流調(diào)速的重要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？已普及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的傳動(dòng)領(lǐng)域：⑴冶金機(jī)械①軋鋼機(jī)主傳動(dòng)（大容量、低轉(zhuǎn)速、過(guò)載能力強(qiáng)，交交變頻調(diào)速取代直流調(diào)速。②高爐熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)。⑵機(jī)車牽引：電氣機(jī)車、電動(dòng)機(jī)車等（不消耗汽油、不排廢氣、噪聲小，將燃油機(jī)車改電動(dòng)機(jī)車）。⑶數(shù)控機(jī)床：主傳動(dòng)（調(diào)速范圍寬、靜差率?。?、進(jìn)給傳動(dòng)（輸出轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、定位精度高）采用交流傳動(dòng)，異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)取代直流電動(dòng)機(jī)。⑷礦井提高機(jī)：交交變頻電源供電（優(yōu)良的調(diào)速性能和位置控制以獲得平穩(wěn)、安全的制動(dòng)運(yùn)營(yíng)，消除失控現(xiàn)象，提高可靠性。⑸起重、裝卸機(jī)械：環(huán)境惡劣、頻繁迅速啟動(dòng)和調(diào)速。⑹原子能及化工設(shè)備：使用條件惡劣規(guī)定調(diào)速范圍寬。⑺建筑電氣設(shè)備：空調(diào)系統(tǒng)、電梯傳動(dòng)、供水系統(tǒng)等。⑻紡織、食品機(jī)械：紡織卷繞機(jī)、肉類攪拌機(jī)等。問(wèn)題2-13：請(qǐng)簡(jiǎn)述自耦調(diào)壓器調(diào)速的工作原理，并說(shuō)明其優(yōu)缺陷。在交流異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過(guò)改變自耦變壓器變比，來(lái)改變電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。自耦調(diào)壓器調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也與電壓平方成正比，因而只能適合空載啟動(dòng)或者輕載啟動(dòng)。自耦調(diào)壓器調(diào)速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，但性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都不高，常用于特殊效功率場(chǎng)合。問(wèn)題2-14：請(qǐng)簡(jiǎn)述串飽和電抗器調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說(shuō)明其優(yōu)缺陷。在交流異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過(guò)改變直流勵(lì)磁電流來(lái)控制鐵心的飽和限度，以改變串接在定子回路中的交流電抗值，從而調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組上得到的電壓，實(shí)現(xiàn)降壓調(diào)速。如鐵心飽和，交流電抗小，電機(jī)定子電壓高，電機(jī)升速。反之則電機(jī)減速。串飽和電抗器調(diào)壓調(diào)速控制簡(jiǎn)樸，但電磁裝置太笨重。問(wèn)題2-15：請(qǐng)簡(jiǎn)述晶閘管調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說(shuō)明其優(yōu)缺陷。畫出幾種晶閘管主電路的連接方法，指出他們各自的特點(diǎn)。在交流異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角，來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)方便，噪聲小，可以四象限運(yùn)營(yíng)。缺陷：電網(wǎng)輸入電壓為正弦波，但輸出電壓不為正弦波，諧波大，功率因素低，機(jī)械特性軟。解決辦法：采用閉環(huán)系統(tǒng)。①三相分支雙向控制繞組Y連接：特點(diǎn)：用雙脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)晶閘管SCR，輸出具有奇次諧波，繞組Y連接。如電機(jī)繞組帶中線，可消取三次諧波電流，但仍然存在其他次諧波，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和附加損耗。與其它接法相比，此接法諧波分量最小。②三相分支雙向控制繞組△連接：特點(diǎn)：用雙脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)SCR，輸出具有奇次諧波，繞組△連接。有其它的高次諧波，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和附加損耗。③三相分支單向控制繞組Y連接：特點(diǎn)：每一相制用一個(gè)用晶閘管和一個(gè)二極管反并聯(lián)，可以減少成本，但各相波形不對(duì)稱，輸出具有偶次諧波，減少了運(yùn)營(yíng)性能，所以只用于小容量裝置。④三相△形雙向控制繞組△連接特點(diǎn)：晶閘管串接在相繞組回路中，在同等容量下，晶閘管承受的電壓高而電流小，適合于電機(jī)繞組△連接的情況。⑤三相零點(diǎn)△連接，單向控制特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)樸，晶閘管放在負(fù)載后面，可以減小電網(wǎng)浪涌電壓對(duì)它的沖擊，但由于是單向控制奇次、偶次諧波都存在，運(yùn)營(yíng)效率稍低。只適合于小容量電機(jī)。問(wèn)題2-16：請(qǐng)簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)差離合器調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說(shuō)明其優(yōu)缺陷。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵(lì)磁繞組三部分組成。①電樞和后者沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。②電樞與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱積極部分，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；③磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對(duì)接稱從動(dòng)部分當(dāng)電樞與磁極均為靜止時(shí)，如勵(lì)磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對(duì)N、S極性交替的磁極，其磁通通過(guò)電樞。當(dāng)電樞隨拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電樞與磁極間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而使電樞感應(yīng)產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通互相作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動(dòng)轉(zhuǎn)差離合器的直流勵(lì)磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡(jiǎn)樸、運(yùn)營(yíng)可靠、維修方便；調(diào)速平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速；對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧影響；速度失大、效率低。本方法合用于中、小功率，規(guī)定平滑動(dòng)、短時(shí)低速運(yùn)營(yíng)的生產(chǎn)機(jī)械。問(wèn)題2-17：請(qǐng)簡(jiǎn)述繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的工作原理，并說(shuō)明其優(yōu)缺陷。繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)營(yíng)，串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡(jiǎn)樸，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)EgΦm=Kf1EgΦm=Kf1異步電機(jī)的氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eg=4.44f1N1kN1Φm假如使Eg/f1=K氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電機(jī)的磁通恒定，由于其勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反映的補(bǔ)償合適，容易做到保持磁通恒定。要保持交流異步電機(jī)的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。問(wèn)題3-2：交流異步電動(dòng)機(jī)的恒壓頻比控制有哪三種方式？試就其實(shí)現(xiàn)難易限度、機(jī)械特性等方面進(jìn)行比較。Eg/f1=K，氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)/輸入頻率為恒值，機(jī)械特性非線性，難實(shí)現(xiàn)，加定子電壓補(bǔ)償?shù)哪康?，改善低速性能。Tmax，nm與頻率無(wú)關(guān)，機(jī)械特性平行，硬度相同，類似于直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。U1/f1=K，定子相電壓/輸入頻率為恒值，U1定子相電壓，機(jī)械特性非線性，易實(shí)現(xiàn)。f1接近額定頻率時(shí)，Tmax變化不大，f1的減少，Tmax變化較大，在低速時(shí)甚至拖不動(dòng)負(fù)載。Unn0fE2/f1=K=KUnn0fE2/f1=K=KU1/fU1/f1=K=KEg/f1=K=KE2/f1=K，轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)/輸入頻率為恒值，E2轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗）Tf帶定子電壓補(bǔ)償?shù)腡f帶定子電壓補(bǔ)償?shù)腢1/f1=K穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能好，最難實(shí)現(xiàn)。這是矢量控制追求的目的。φφmU1φφmU1fnUn0nT恒磁通調(diào)速（基頻以下）U1/f1=常數(shù)，并補(bǔ)償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速（基頻以上）升高電源電壓時(shí)不允許的，在頻率上調(diào)時(shí)，只能保持電壓不變。頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁增速。問(wèn)題3-4：正弦波恒流供電時(shí)交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性有何特點(diǎn)？TI1TI1a>I1b,ω1a>ωI1a,ω1I1b,ω1bI1b,ω10UfnI1a,ω和最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，②恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩與ω1無(wú)關(guān)，恒流變頻時(shí)最大轉(zhuǎn)矩不變，但改變定子電流時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比。③由于Lσ1＜＜Lm，所以恒流機(jī)械特性的線性段比恒壓機(jī)械特性較平，并且最大轉(zhuǎn)矩處很尖。④恒流特性限制了定子電流I1，而恒壓供電時(shí)隨著轉(zhuǎn)速n減少電流I1會(huì)不斷增大。所以額定電流時(shí)Temax∣I1=cont比額定電壓時(shí)Temax∣v1=cont小得多。但這并不影響恒流控制得系統(tǒng)承擔(dān)短時(shí)過(guò)載能力。由于過(guò)載時(shí)加大定子電流，以產(chǎn)生更大得轉(zhuǎn)矩。問(wèn)題3-5：交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒電流控制三種，其中恒磁通控制又稱恒轉(zhuǎn)矩控制。問(wèn)題3-6：假如在交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，出現(xiàn)勵(lì)磁電流急劇增長(zhǎng)的現(xiàn)象（事實(shí)上時(shí)由于電壓補(bǔ)償過(guò)多），導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，應(yīng)采用的解決辦法有：適當(dāng)增長(zhǎng)定子電壓U1和在開環(huán)系統(tǒng)上加電流負(fù)反饋，以便限制定子勵(lì)磁電流，（事實(shí)上，變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩負(fù)載加恒電流控制）。問(wèn)題3-7：已知一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下：PN＝3KW，U1N＝380V，I1N=7.5A，nN=1450r／min，電樞繞組電阻R1＝1.5，R2＝0.823。定子漏抗Lσ1=0.0038H，轉(zhuǎn)子漏抗L’σ2＝0.00475H，勵(lì)磁電感Lm＝0.0968H，勵(lì)磁電阻Rm＝1.49，試計(jì)算：在U1/f1=C方式控制下，f1=5Hz時(shí)U1=?在Temax=C方式控制下，f1=5Hz時(shí)U1=?在f1=5Hz時(shí)，U1/f1=C方式控制下，Temax=?在f1=50Hz時(shí)，U1/f1=C方式控制下，Temax=?解：①U1/f1=C方式下，U1/f1=U1P/f1N=C相電壓U1=（f1/f1N）×U1N=(5/50)×380/=22伏②Temax=C方式，α=f1/f1N=(5/50)=0.1θ=XN/R=2πf1N(Lσ1+L’σ2)/R1=2×3.14[0.0038+0.00475]/1.5=1.778γ=α[=0.257U1=γU1N=γ×220=56.5伏>22伏結(jié)論：恒轉(zhuǎn)矩控制方式下，在f1較低時(shí)提高了定子電壓。③f1=5Hz時(shí)，U1/f1=C方式控制下，nN=1450r／min，n==1500r／min，為2對(duì)磁極電機(jī)。Temax-5==15.2牛頓.米④f1=50Hz時(shí)，U1/f1=C方式控制下Temax-50==100.8牛頓.米結(jié)論：U1/f1=C方式控制下，在f1較低時(shí)應(yīng)補(bǔ)償了定子繞組壓降，以提高最大轉(zhuǎn)矩.。問(wèn)題3-8：從結(jié)構(gòu)上看，靜止式變頻裝置分為哪兩類？間接變頻裝置（交-直-交變頻）直接變頻裝置（交-交變頻）問(wèn)題3-9：什么是間接變頻？按照控制方式不同，請(qǐng)畫出三種間接變頻的結(jié)構(gòu)圖，并說(shuō)明其優(yōu)缺陷先將交流經(jīng)整流裝置變成直流，再通過(guò)逆變裝置變成交流，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓變頻功能。①三相交流輸入經(jīng)晶閘管組成的可控整流變成直流實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，再由晶閘管組成的逆變器轉(zhuǎn)換成交流實(shí)現(xiàn)變頻。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸、控制方便。缺陷：輸入環(huán)節(jié)用可控整流，電壓和頻率較低時(shí)，電網(wǎng)的功率因數(shù)較小。輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器（每周換流六次），輸出的諧波較大。②三相交流輸入經(jīng)二極管組成的不控整流變成直流，然后由直流斬波器實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，再由晶閘管組成的逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流實(shí)現(xiàn)變頻。優(yōu)點(diǎn)：不控整流，輸入功率因數(shù)高，控制較方便。缺陷：輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器（每周換流六次），輸出的諧波較大。③三相交流輸入經(jīng)二極管組成的不控整流變成直流，然后由PWM逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)壓。優(yōu)點(diǎn)：不控整流，輸入功率因數(shù)高，控制較方便。PWM逆變器輸出諧波減少。缺陷：諧波減少限度取決于PWM逆變器的開關(guān)頻率，開關(guān)頻率受功率器件開關(guān)時(shí)間限制。解決方法：采用全控器件，提高開關(guān)頻率，組成SPWM（正弦波脈寬調(diào)制）逆變器。問(wèn)題3-10：什么是直接變頻？晶閘管的觸發(fā)控制角采用如何的變化規(guī)律能得到正弦輸出電壓？三相交流輸入經(jīng)晶閘管組成的交-交變頻器轉(zhuǎn)換成交流輸出，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)壓。a在0至p之間變化，輸出交流電壓，兩組三相可控整流電路反并聯(lián)組成的可逆電路，其輸出電壓和電流的方向及大小是可以任意改變的。三個(gè)單相交-交變頻器互差120°工作，就構(gòu)成了一個(gè)三相交-交變頻器。問(wèn)題3-11：什么是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速?在轉(zhuǎn)差率s很小的范圍內(nèi)，只要可以維持氣隙磁通φm不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率ωs成正比，即在異步電機(jī)中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。問(wèn)題3-12：請(qǐng)從換能形式、換流方式、元件數(shù)量、調(diào)頻范圍、電網(wǎng)功率因數(shù)和合用場(chǎng)合等方面比較交-直-交間接變頻器和交-交直接變頻器。比較項(xiàng)目交-直-交間接變頻器交-交直接變頻器換能形式換能，效率較低換能，效率較高換流方式逼迫或負(fù)載諧振換流電源電壓換流元件數(shù)量元件數(shù)量較少元件數(shù)量較多調(diào)頻范圍頻率調(diào)節(jié)范圍寬一般情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)頻率的1/3～1/2。電網(wǎng)功率因數(shù)用可控整流調(diào)壓時(shí)，功率因數(shù)在低壓時(shí)較?。粩夭ㄆ骰騊WM實(shí)現(xiàn)調(diào)壓時(shí)，功率因數(shù)高。較低。合用場(chǎng)合可用于各種電力拖動(dòng)裝置，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源和不斷電電源。特別適合于低頻大功率拖動(dòng)。問(wèn)題3-13：請(qǐng)從直流回路濾波環(huán)節(jié)、輸出電壓波形、輸出電流波形、輸出阻抗、回饋制動(dòng)、調(diào)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、對(duì)晶閘管的規(guī)定和合用范圍等方面比較電壓源和電流源交-直-交變頻器。比較項(xiàng)目電壓源型電流源型直流回路濾波環(huán)節(jié)無(wú)功功率緩沖環(huán)節(jié)電容電感輸出電壓波形矩形波決定于負(fù)載，對(duì)異步電機(jī)負(fù)載近似為正弦波。輸出電流波形決定于負(fù)載的功率因數(shù)，有較大的諧波分量。矩形波輸出阻抗小大回饋制動(dòng)須在電源側(cè)設(shè)立反并聯(lián)逆變器方便，主回路不需附加設(shè)備調(diào)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢快對(duì)晶閘管的規(guī)定關(guān)斷時(shí)間要短，對(duì)耐壓規(guī)定一般較低耐壓高，對(duì)關(guān)斷時(shí)間無(wú)特殊規(guī)定使用范圍多電機(jī)拖動(dòng)，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源單電機(jī)拖動(dòng)，可逆拖動(dòng)問(wèn)題3-14：請(qǐng)舉例說(shuō)明交-直-交電壓源變頻調(diào)速系統(tǒng)、交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng)、電流源變頻器-異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)、電壓型變頻器的矢量控制系統(tǒng)、電壓型SPWM變頻器的矢量控制系統(tǒng)、交-交變頻器的矢量控制系統(tǒng)、無(wú)速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的工作原理。問(wèn)題3-15：異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速時(shí)，采用（B）控制方式，可獲得一線性機(jī)械特性。A、U1／f1=常值；B、Eg/f1=常值；C、Es/f1=常值；D、Er/f1=常值問(wèn)題3-16：一般的間接變頻器中，逆變器起（B）作用。A、調(diào)壓；B、調(diào)頻；C、調(diào)壓與逆變；D、調(diào)頻與逆變問(wèn)題3-17：變頻器從結(jié)構(gòu)上看，可分為直接變頻、簡(jiǎn)接變頻兩類，從變頻電源性質(zhì)看，可分為電流型、電壓型兩類。問(wèn)題3-18：轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本思想是控制（C）。A、電機(jī)的調(diào)速精度；B、電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；C、電機(jī)的氣隙磁通；D、電機(jī)的定子電流問(wèn)題3-19：交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制策略的研究（電氣傳動(dòng)自動(dòng)化）2023，25（5）P22~25①常規(guī)控制策略：恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制②現(xiàn)有控制策略：轉(zhuǎn)子參數(shù)推算法、自適應(yīng)控制、魯棒控制非線性控制（非線性反饋控制、逆控制）智能控制（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)于內(nèi)模復(fù)合控制、模糊于模型參考自適應(yīng)復(fù)合控制、模糊于變結(jié)構(gòu)復(fù)合控制、滑模/模糊/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合控制）③熱門課題及關(guān)鍵技術(shù)非線性自適應(yīng)控制智能控制器算法的實(shí)用化、雙優(yōu)控制、在線診斷和容錯(cuò)控制）四、交流異步電動(dòng)機(jī)矢量變換控制問(wèn)題4-1：在實(shí)際系統(tǒng)中，如何保證E2/f1=K？E2轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，（忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗）轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機(jī)械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能好，最難實(shí)現(xiàn)。是矢量控制追求的目的.問(wèn)題4-2：什么是矢量控制系統(tǒng)VCS或TCS矢量變換控制系統(tǒng)？請(qǐng)畫出矢量控制系統(tǒng)的構(gòu)思框圖，并簡(jiǎn)述其工作原理。將異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，通過(guò)坐標(biāo)反變換，就可以控制異步電動(dòng)機(jī)。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動(dòng)勢(shì)）的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS（VectorControlSystem）矢量變換控制系統(tǒng)TCS(Trans-vectorControlSystem)。控制器控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機(jī)模型+i*m1i*t11i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反饋信號(hào)異步電動(dòng)機(jī)給定信號(hào)問(wèn)題4-3：三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型涉及：電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程。問(wèn)題4-4：將三相交流電機(jī)變換成兩極直流電機(jī)的物理模型要通過(guò)的坐標(biāo)變換有哪些？先將靜止的三相坐標(biāo)A-B-C轉(zhuǎn)換成靜止的兩相坐標(biāo)α-β，再將靜止的兩相坐標(biāo)α-β?lián)Q成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)d-q或極坐標(biāo)(M-T)。問(wèn)題4-5：三相異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，問(wèn)題4-6：請(qǐng)寫出Park定理。V=矢量V稱為Park矢量，即空間矢量，表達(dá)合成矢量在某時(shí)刻在空間的位置。三相電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流、磁動(dòng)勢(shì)、磁通均是三相電磁量，若在復(fù)平面中，它們都能用一個(gè)矢量表達(dá)三相電磁量的合成作用，則可將三維物理量變?yōu)槎S物理量。問(wèn)題4-7：坐標(biāo)變換有哪些？坐標(biāo)變換原則有哪兩種？它們各用于什么場(chǎng)合？坐標(biāo)變換有：①靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）→旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q-0），P246cosλsinλC3S/2R=cos(λ-120℃)sin(λ-120℃Cos(λ+120℃)sin(λ+120℃②旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）→靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2R/3S=C3S/2R-1③靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）→靜止的兩相坐標(biāo)（α-β-0），零軸電流1--C3S/2s=0-KKK④靜止的兩相坐標(biāo)（α-β-0）→靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2s/3S=C3S/2s-1⑤靜止的兩相坐標(biāo)（α-β）→旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q），C2s/2R=cosλsinλ-sinλcosλ⑥旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）→靜止的兩相坐標(biāo)（α-β）C2s/2R=C2R/2s-1⑦直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)I=θ=artg()或I=θ=artg()由于θ在0～90℃變化時(shí)，tgθ的變化范圍是0～∝，這個(gè)變化范圍太大，常改用下式求θ值：θ=2artg()坐標(biāo)變換原則有功率不變?cè)瓌t和空間矢量不變?cè)瓌t兩種。功率不變?cè)瓌t是保持坐標(biāo)變換前后的電動(dòng)機(jī)功率不變，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用較多?？臻g矢量不變?cè)瓌t是保持坐標(biāo)變換前后的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)等空間矢量的相位、幅值不變。問(wèn)題4-8：磁鏈直接檢測(cè)的方法有哪些？各有何缺陷？磁鏈直接檢測(cè)的方法有檢測(cè)線圈法和磁通傳感器法①檢測(cè)線圈法是在定子中安放寬度等于全極距的檢測(cè)線圈，可產(chǎn)生正比于磁通變化的信號(hào)，通過(guò)積分求得主磁通的測(cè)量值。這種方法由于積分有漂移，硬件上不易實(shí)現(xiàn)，故應(yīng)用不多。②磁通傳感器法是異步電動(dòng)機(jī)的氣隙中設(shè)立兩個(gè)磁鏈傳感器，它們分別裝在與α相繞組磁軸重合和垂直的位置，用來(lái)分別檢測(cè)氣隙磁鏈在靜止坐標(biāo)系中的兩個(gè)分量φαm和φβm。由于這種檢測(cè)方法必須在電機(jī)內(nèi)置檢測(cè)器，使用不方便，且檢測(cè)的氣隙磁鏈具有大量諧波，容易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。問(wèn)題4-9：請(qǐng)寫出在二相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)模型。在二相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)模型有電流模型觀測(cè)器和電壓模型觀測(cè)器：①電流模型觀測(cè)器：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的10％，定子繞組壓降不可忽略，異步電動(dòng)機(jī)在靜止坐標(biāo)系（－）中的電壓方程為：us(Rs+Lsp0Lmp0isus=0Rs+Lsp0Lmpis0LmpLmRr+LrpLrir0-LmLmp-LrRr+Lrpir可得：0＝p（Lmis＋Lrir）＋（Lmis＋Lrir）＋Rrir0＝p（Lmis＋Lrir）－（Lmis＋Lrir）＋Rrir轉(zhuǎn)子磁鏈可表達(dá)為：r＝Lmis＋Lrirr=Lmis＋Lrir由上述3式解出ir、ir并化簡(jiǎn)得：r＝（Lmis－Trr），r=（Lmis＋Trr）式中：Tr—轉(zhuǎn)子繞組的電磁時(shí)間常數(shù)，us—定子繞阻電壓，us—定子繞阻電壓，is—定子繞阻電流，is—定子繞阻電流，r—與轉(zhuǎn)子繞阻匝鏈的磁鏈，r—與轉(zhuǎn)子繞阻匝鏈的磁鏈。②電壓模型觀測(cè)器：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的10％以上，忽略定子繞組壓降，定子回路的電壓平衡方程式為：us=ps=Lspis+Lmpir轉(zhuǎn)子磁鏈可以用電感和電流表達(dá)，r=Lmis+Lrir其中：p—微分算子us—定子電壓，is—定子電流，s—定子磁鏈，r—轉(zhuǎn)子磁鏈，Rs—定子繞阻電阻，Rr—轉(zhuǎn)子繞阻電阻，Ls—定子繞阻全電感，Lr—轉(zhuǎn)子繞阻全電感，Lm定、轉(zhuǎn)子繞阻之間的互感。從上述兩式中消去ir，得：r=[us-]dt，令：Ks＝，Kr=，r在靜止坐標(biāo)系中的分量為：r=Ks[us-Kr]dt，r=Ks[us-Kr]dt。問(wèn)題4-10：異步電動(dòng)機(jī)A、B、C、坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型經(jīng)三相旋轉(zhuǎn)/兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，可得到d-q-o坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型。問(wèn)題4-11：異步電動(dòng)機(jī)的等效二相模型為什么簡(jiǎn)樸？四個(gè)方程中的為0項(xiàng)很多，轉(zhuǎn)矩和磁通分開控制(互相垂直).問(wèn)題4-12：磁鏈定向方法有哪些？采用M-T坐標(biāo)系是按什么磁鏈定向？磁鏈定向方法有三種：①按轉(zhuǎn)子磁鏈φr（φ2）定向：控制性能最佳，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測(cè)量和控制；②按氣隙磁鏈φm定向：氣隙磁鏈較易測(cè)量和控制，但控制性能不好；③按定子磁鏈φs（φ1）定向：定子磁鏈最容易測(cè)量和控制，但控制性能不好；問(wèn)題4-13：按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向和矢量控制變頻調(diào)速成系統(tǒng)中，在（C轉(zhuǎn)子磁鏈恒定；）條件下，有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與定子電流轉(zhuǎn)矩分量成正比的關(guān)系。五、交流異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制名詞解釋：DTCDSCSPWM原型電動(dòng)機(jī)DTC(DirectTorqueControl)或DSC（DirectSelfControl）：直接轉(zhuǎn)矩控制，通過(guò)改變電機(jī)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)轉(zhuǎn)差速率，以直接控制異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)率，獲得電機(jī)的快速響應(yīng)。SPWM：正弦波脈寬調(diào)制，將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來(lái)替代。三角波載波信號(hào)Ut與一組三相對(duì)稱的正弦參考電壓信號(hào)Ura、Urb、Urc比較后，產(chǎn)生的SPWM脈沖序列波Uda、Udb、Udc作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時(shí)所規(guī)定的正弦波，調(diào)節(jié)正弦波參考信號(hào)的幅值和頻率就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓的幅值和頻率。原型電動(dòng)機(jī)：（兩相電動(dòng)機(jī)），它具有兩個(gè)集中繞組，即d軸繞組（直軸繞組）和q軸繞組（交軸繞組），兩個(gè)繞組互相垂直，可以對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁通進(jìn)行獨(dú)立控制其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流電動(dòng)機(jī)同樣，有樞和換向器等。問(wèn)題5-1：簡(jiǎn)述直接轉(zhuǎn)矩控制的工作原理，并比較它與矢量控制的異同點(diǎn)。①+直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)運(yùn)用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)下計(jì)算和控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，它采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)（Band-Band控制）產(chǎn)生PWM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化解決，沒(méi)有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，它的控制思想新奇，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，控制手段直接，信號(hào)解決的物理結(jié)構(gòu)明確。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)。且無(wú)超調(diào)，是一種具有高性能的交流調(diào)速方法。+②直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同點(diǎn)是：兩者都要對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制。③直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同異點(diǎn)如下：直接轉(zhuǎn)矩控制只運(yùn)用定子側(cè)參數(shù)，而矢量變換控制是運(yùn)用轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)，這些參數(shù)容易受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的影響；直接轉(zhuǎn)矩控制在靜止的坐標(biāo)系中進(jìn)行，控制運(yùn)算比矢量變換控制簡(jiǎn)樸；直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行閉環(huán)控制，準(zhǔn)確性高，動(dòng)態(tài)性好，而矢量控制則過(guò)度規(guī)定圓磁磁鏈和正弦波電流；直接轉(zhuǎn)矩控制和直接磁鏈控制采用滯環(huán)，參數(shù)選擇適當(dāng)可填補(bǔ)由直接轉(zhuǎn)矩控制引起的速度下降。直接轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)用相電壓矢量的概念，對(duì)逆變器的功率開關(guān)進(jìn)行綜合控制，開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗少。問(wèn)題5-2：請(qǐng)畫出異步電動(dòng)機(jī)的空間矢量等效電路圖，并推出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式。在正交定子坐標(biāo)系（α-β坐標(biāo)系）上描述異步電機(jī)的等效電路圖，us定子電壓空間矢量，is定子電流空間矢量ir轉(zhuǎn)子電流空間矢量，ω電角速度（機(jī)械角速度對(duì)極對(duì)數(shù)的積）iuisRrLmuiuisRrLmusψu(yù)LσRsirjwψr異步電動(dòng)機(jī)在定子坐標(biāo)系下的電壓方程：us=Rsis+0=Rrir-+jωψr定子磁鏈ψs=Liu，轉(zhuǎn)子磁鏈ψr=ψs-Lσiu定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)提供的功率P=ωsTd=(isa+isB)圖5-1異步電動(dòng)機(jī)的空間矢量等效電路圖其中：ωs定子頻率（定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)頻率）=-ωsψsB=ωsψsa得轉(zhuǎn)矩Td=(ψsaisB–ψsBisa)由is=iu+ir可得轉(zhuǎn)矩Td=(ψsBψra–ψsaψrB)=︱ψs︱︱ψr︱sinθ轉(zhuǎn)矩為定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的交叉乘積，θ磁通角（定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間夾角）在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，保持定子磁鏈的幅值為額定值，以便充足運(yùn)用電動(dòng)機(jī)；而轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定。通過(guò)改變磁通角θ可實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的改變，通過(guò)改變轉(zhuǎn)子電流可改變轉(zhuǎn)子磁鏈，定子磁鏈可以以定子電壓的積分來(lái)改變。問(wèn)題5-3：請(qǐng)畫出電壓型逆變器8個(gè)電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖，并說(shuō)明定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡。--------Ud0EE+-SaSaSbSbScSa的兩個(gè)開關(guān)互為反向：一個(gè)接通“1”，另一個(gè)斷開“0”。逆變器8個(gè)電壓狀態(tài)：V1（100），V2（110），V3（010），V4（011），V5（001），V6（101）構(gòu)成正六邊形的頂點(diǎn)，V7（111），V0（000）位于正六邊形的中心。圖5-2電壓型逆變器由相電壓波形圖可直接得到逆變器的各開關(guān)狀態(tài)，兩者的開關(guān)狀態(tài)順序一致6個(gè)狀態(tài)一個(gè)周期（狀態(tài)1→狀態(tài)6），CBAaV6V5V4V3V2V1βCBAaV6V5V4V3V2V1β②忽略定子電阻和漏感的影響，定子回路的電壓平衡方程式為：uS=eS=dψs/dtψs=us*t+ψs0，ψs0---定子磁鏈的初始值。③從電壓型逆變器8個(gè)電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖可見(jiàn)：定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻的增長(zhǎng)方向，即ψs矢頭的運(yùn)動(dòng)方向決定于電壓矢量uS的方向；定子磁鏈空間矢量頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和軌跡相應(yīng)于相應(yīng)的電壓空間矢量的作用方向。只要定子電阻壓降比起定子電壓足夠小，圖5-38個(gè)電壓狀態(tài)的空間矢量圖這種平衡就能得到很好地近似），在適本地時(shí)候依次給出定子電壓空間矢量，則得到的定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡依次按V1→V6運(yùn)動(dòng)，形成正六邊形磁鏈。正六邊形的六條邊代表磁鏈空間矢量一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)軌跡，稱區(qū)段（扇區(qū)）S1……區(qū)段（扇區(qū)）S6ψs矢頭的運(yùn)動(dòng)速率與uS的幅值US成正比；若uS=0，則ψs停止運(yùn)動(dòng)(V0、V7)；若有效電壓矢量依照矢量圖V1→V2→V3→V4→V5→V6的順序交替作用，且作用時(shí)間相等，則ψs矢頭的運(yùn)動(dòng)軌跡為一正六邊形。問(wèn)題5-4：交流異步電動(dòng)機(jī)采用直接轉(zhuǎn)矩控制，在正六邊形的定子磁鏈圖中如何實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制和恒功率控制。逆變器8個(gè)電壓狀態(tài)：V1，V2，V3，V4，V5，V6構(gòu)成正六邊形的頂點(diǎn)，V7，V0位于正六邊形的中心。若改變有效電壓矢量的交替作用時(shí)間，即改變?chǔ)譻的旋轉(zhuǎn)速度，由于有效電壓矢量的幅值不變，所以它們的作用時(shí)間改變后，正六邊形的面積將發(fā)生變化。作用時(shí)間變短，正六邊形的面積變小，面積=Viti，磁鏈幅值ψs也將變小。因此可以用這種方法控制異步電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速。若在有效電壓矢量的作用期間以一定規(guī)律插入零矢量（V7，V0），ψs以最大旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，零矢量作用時(shí)ψs停止運(yùn)動(dòng)。由于零矢量的插入，ψs走走停停，所以旋轉(zhuǎn)速度變慢了。顯然，零矢量的作用時(shí)間越長(zhǎng)，ψs的旋轉(zhuǎn)速度越慢。假如在插入零矢量后還保持每個(gè)有效電壓矢量的作用總時(shí)間不變，不難想象，正六邊形的面積將不變，即磁鏈?zhǔn)噶康姆祵⒉蛔?。用這種方法可以控制異步電動(dòng)機(jī)的恒磁通調(diào)速，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。問(wèn)題5-5：異步電動(dòng)機(jī)定子磁鏈觀測(cè)模型有幾種？各用于什么場(chǎng)合？①當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的10％時(shí)，若忽略定子電阻影響，定子磁鏈一般采用u-i模型：Ψs=∫(us-isRs)dt其中，Ψs為定子磁鏈，us、is分別是定子電壓、電流瞬時(shí)空間矢量，Rs為定子電阻。30%額定轉(zhuǎn)速以上，采用u-i模型可以非常準(zhǔn)確地?cái)M定定子磁鏈，并且要注意定子電阻Rs隨溫度變化的影響。②當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的10％時(shí)，定子電阻壓降不可忽略，采用i-n模型，即磁鏈只能根據(jù)測(cè)得的定子電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算定子磁鏈來(lái)計(jì)算。基本公式為：ΨS=(ISLσ+Ψr)式中：Ψr為轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?；Lσ為漏電感；LS為定子主電感。從式可以看出，必須一方面擬定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶喀穜才干算出定子磁鏈。此時(shí)Ψr的計(jì)算公式如下：Ψr＝（Lmis－eT2Ψr），Ψr=（Lmis＋eT2Ψr），Ψr=式中：T2=Lr/Rr—轉(zhuǎn)子繞組的電磁時(shí)間常數(shù)，is—定子繞阻電流，is—定子繞阻電流，Ψr—與轉(zhuǎn)子繞阻匝鏈的磁鏈，Ψr—與轉(zhuǎn)子繞阻匝鏈的磁鏈，e—電機(jī)轉(zhuǎn)速，P—微分算子。i-n模型受轉(zhuǎn)子電阻Rr、漏電感Lσ、主電感LS變化的影響。此外還規(guī)定準(zhǔn)確地測(cè)量角速度，地測(cè)量誤差對(duì)i-n模型的結(jié)果影響很大。③u-n模型，轉(zhuǎn)子方程=(Ψs-Ψr)+jωΨr，定子方程=us-isRs；磁鏈方程：Ψs=Lis，Ψr=Ψs-Lσir++++.ΨuBΨsBiSB+-+++-+-iuBΨrBi’SBiSBuSBPIRSI.ΨrBI--++++-+-iuaΨsaΨra.Ψuai’SaiSaiSauPIRSI.ΨraIira++-+圖5-4定子磁鏈觀測(cè)的電動(dòng)機(jī)模型電流調(diào)節(jié)器“PI”的作用是逼迫電動(dòng)機(jī)模型電流和實(shí)際電動(dòng)機(jī)電流相等。使電動(dòng)機(jī)模型的仿真精度大大提高了。電動(dòng)機(jī)模型綜合了u-i模型和i-n模型的優(yōu)點(diǎn)，又很自然地解決了切換問(wèn)題。高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)模型實(shí)際工作在u-i模型下，磁鏈?zhǔn)聦?shí)上是定子電壓、定子電流由計(jì)算得到。低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)模型實(shí)際工作在i-n模型下。問(wèn)題5-6：請(qǐng)畫出異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖，并說(shuō)明各模塊的功能和整個(gè)系統(tǒng)的工作原理。由圖可見(jiàn)，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)由轉(zhuǎn)矩閉環(huán)和磁鏈閉環(huán)組成，既直接進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制又直接進(jìn)行磁鏈控制，只需用電流互感器和電壓互感器檢測(cè)定子電流和電子電壓，然后對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行觀測(cè)，公式如下：ψaS=∫（uaS-R1ias）dtψβS=∫（uβS-R1iβs）dtTe=kT’[ψaSiβs-ψβSias]轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR和磁鏈調(diào)節(jié)器都使用滯環(huán)兩位調(diào)節(jié)，可以保持轉(zhuǎn)矩在給定誤差允許范圍內(nèi)波動(dòng)，達(dá)成較好的轉(zhuǎn)矩控制性能。磁鏈自控制DMC的最簡(jiǎn)樸方案：由檢測(cè)出的定子磁鏈，經(jīng)坐標(biāo)變換單元UCT（2S/3S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）得到磁鏈的β分量ψβa、ψβb、ψβc，通過(guò)三個(gè)施密特觸發(fā)器分別把三個(gè)磁鏈分量與磁鏈給定值ψu(yù)g相比較，得到三個(gè)磁鏈開關(guān)信號(hào)Sψa、Sψb、Sψc，三相磁鏈開關(guān)信號(hào)通過(guò)開關(guān)S換相，得到三相電壓開關(guān)信號(hào)：、、，經(jīng)反相后變成對(duì)的的電壓狀態(tài)信號(hào)SUa、SUb、SUc，直接去控制逆變器UI，輸出相應(yīng)的電壓空間矢量，去控制產(chǎn)生盼望的六邊形磁鏈。MMU*ωs+T給定—T反饋轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器3S/2S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電流互感器磁通觀測(cè)器2S/3S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換3S/2S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換滯環(huán)調(diào)節(jié)器換相邏輯電壓互感器滯環(huán)調(diào)節(jié)器ψaSψβSiaSiβSuβSuaSuabubcuca=-uab-ubciaibψAψBψCSψASψBSψCS0SASBSC整流器逆變器iic=-ia-ib圖5-5異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的大小通過(guò)改變定子磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡的平均速度來(lái)控制（引入零矢量），采用兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)：當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)矩給定值的差值小于-ξm，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR的輸出信號(hào)“TQ”變“1”，工作電壓空間矢量加到電機(jī)上，使定子磁鏈旋轉(zhuǎn)，磁通角加大，轉(zhuǎn)矩加大。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)矩給定值的差值大于+ξm，ATR的輸出信號(hào)“TQ”變“0”，零電壓加到電機(jī)上，定子磁鏈停止不動(dòng)，磁通角減小，轉(zhuǎn)矩減小。通過(guò)轉(zhuǎn)矩直接自調(diào)節(jié)作用，使工作電壓空間矢量的工作狀態(tài)和零電壓工作狀態(tài)交替接通，控制定子磁鏈ψs走走停停，從而使轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)平衡保持在給定值的±ξm（容差）的范圍內(nèi)，既控制了轉(zhuǎn)矩，又形成了PWM的調(diào)制過(guò)程。問(wèn)題5-7：在異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)中有磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，磁鏈調(diào)節(jié)器通常采用如何的控制方式？轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器通常采用如何的控制方式？轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器都使用滯環(huán)兩位調(diào)節(jié)，可以保持轉(zhuǎn)矩在給定誤差允許范圍內(nèi)波動(dòng)，達(dá)成較好的轉(zhuǎn)矩控制性能。完整的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器是由轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器和P/N調(diào)節(jié)器組成，在轉(zhuǎn)矩給定值變化較大時(shí)，P/N調(diào)節(jié)器參與調(diào)節(jié)，加快調(diào)節(jié)過(guò)程。問(wèn)題5-8：在異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)中，插入零矢量有什么作用？如何選擇零矢量？若在有效電壓矢量的作用，ψs以最大旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，以一定規(guī)律插入零矢量后，零矢量作用時(shí)ψs停止運(yùn)動(dòng)。由于零矢量的插入，ψs走走停停，所以旋轉(zhuǎn)速度變慢了。假如在插入零矢量后還保持每個(gè)有效電壓矢量的作用總時(shí)間不變，不難想象，正六邊形的面積將不變，即磁鏈?zhǔn)噶康姆祵⒉蛔?。用這種方法可以控制異步電動(dòng)機(jī)的恒磁通調(diào)速，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。選擇零矢量的原則是：從有效電壓矢量轉(zhuǎn)換到零矢量使開關(guān)器件的狀態(tài)變化最少。V1（100），V0（000）；V2（110），V7（1111）；V3（010），V0（000）；單數(shù)矢量插入V0，V4（011），V7（111）；V5（001），V0（000）；V6（101），V7（111）；雙數(shù)矢量插入V7。根據(jù)本來(lái)作用的有效電壓矢量選擇不同的零矢量可以在相同的開關(guān)器件下,明顯減少開關(guān)損耗，提高逆變器可靠性（減少直通危險(xiǎn)），增長(zhǎng)PWM控制的載波比，減少電動(dòng)機(jī)電流的諧波分量。問(wèn)題5-9：在異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩容差代表什么？如何合理選擇轉(zhuǎn)矩容差？在異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)中，由于轉(zhuǎn)矩是開關(guān)兩位控制，所以電磁轉(zhuǎn)矩存在脈動(dòng)。轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的容差愈小，電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)幅度愈小，假如電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)頻率足夠高，脈動(dòng)的幅度足夠小，則由于系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)的濾波作用，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)所引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)將小到允許的范圍之內(nèi)。容差愈小，零矢量插入的次數(shù)愈高，這對(duì)開關(guān)器件的性能提出了更高的規(guī)定。所以具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)兩者兼顧，即在開關(guān)元件允許的情況下，盡也許減小轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的 容差。問(wèn)題5-10：根據(jù)工作特點(diǎn)的不同，可根據(jù)轉(zhuǎn)速分為：低速范圍、高速范圍和弱磁范圍。問(wèn)題5-11：在低速范圍如何實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制？低速范圍：30%額定轉(zhuǎn)速以下的轉(zhuǎn)速范圍，存在轉(zhuǎn)速低、定子壓降影響大等特點(diǎn)，導(dǎo)致一些問(wèn)題：磁鏈波形崎變、在低定子頻率（含零頻）時(shí)保持轉(zhuǎn)矩和磁鏈基本不變等問(wèn)題。其解決方案如下：用電動(dòng)機(jī)模型檢測(cè)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩；為了改善轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)性能，對(duì)定子磁鏈空間矢量正反向變化控制；轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器的多功能協(xié)調(diào)工作；調(diào)節(jié)每個(gè)區(qū)段的磁鏈量，圓形磁鏈軌跡用于15%n0以下范圍，六邊形磁鏈軌跡用于15%～30%n0范圍（帶有圓形磁鏈和六邊形磁鏈切換的磁鏈三點(diǎn)式調(diào)節(jié)器）；每個(gè)區(qū)段上，有四個(gè)工作電壓狀態(tài)和兩個(gè)零電壓狀態(tài)的使用與選擇（0°電壓、+60°電壓、-60°電壓、-120°電壓的應(yīng)用：0°電壓制增長(zhǎng)轉(zhuǎn)矩，不影響磁通量，+60°電壓、-60°電壓同時(shí)影響轉(zhuǎn)矩和磁通量，三者只能使定子磁鏈空間矢量正轉(zhuǎn)；只有-120°電壓能使定子磁鏈空間矢量反轉(zhuǎn)，在增磁調(diào)磁的同時(shí)，使定子磁鏈平均旋轉(zhuǎn)頻率為零或保持低頻，解決低頻和零頻下的磁鏈調(diào)節(jié)任務(wù)）。問(wèn)題5-12：在弱磁范圍如何實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制？弱磁范圍內(nèi)進(jìn)行的是恒功率調(diào)節(jié)，基速以上，全電壓工作，沒(méi)有零狀態(tài)電壓工作的時(shí)間，工作電壓在整個(gè)區(qū)段中作用，其特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)速的提高，定子磁鏈空間矢量旋轉(zhuǎn)的加快，靠的是磁鏈給定值的減小，即穩(wěn)態(tài)弱磁；轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)是靠六邊形磁鏈給定值的動(dòng)態(tài)變化調(diào)節(jié)的方法。轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)頻率就是六邊形磁鏈軌跡形成的六倍定子頻率。其解決方案如下：用電動(dòng)機(jī)模型檢測(cè)、計(jì)算電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩；用磁鏈自控制環(huán)節(jié)來(lái)擬定區(qū)段；六邊形磁鏈軌跡；用功率調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)；通過(guò)改變磁鏈給定值實(shí)現(xiàn)平均轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；每個(gè)區(qū)段用一個(gè)工作電壓狀態(tài)。改變有效電壓矢量的交替作用時(shí)間，即改變?chǔ)譻的旋轉(zhuǎn)速度，由于有效電壓矢量的幅值不變，所以它們的作用時(shí)間改變后，正六邊形的面積將發(fā)生變化。作用時(shí)間變短，正六邊形的面積變小，面積=Viti，磁鏈幅值ψs也將變小。因此可以用這種方法控制異步電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速。問(wèn)題5-13：如何實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化控制？①數(shù)字化的積分方法一般說(shuō)來(lái)，差分方程的解函數(shù)的值是通過(guò)解函數(shù)前一拍時(shí)間的值和輸入函數(shù)前一拍時(shí)間的值的線性組合來(lái)擬定。數(shù)字化積分方法有單步逼近積分法、近似計(jì)算的改善辦法（多步逼近積分法）。單步逼近積分法（Euler法）：yk=yk-1+hfk-1其中h為步長(zhǎng)，f為導(dǎo)函數(shù)的值。它用于步長(zhǎng)很短的情況下，當(dāng)導(dǎo)函數(shù)有不連續(xù)的間斷點(diǎn)時(shí)，也能提供所需的解答。多步逼近積分法中簡(jiǎn)易方法是：二階的阿的達(dá)姆斯-巴斯福斯（Adams-Bashforth）積分法。yk=yk-1+h（fk-1-fk-2），計(jì)算方法精確，且不增長(zhǎng)計(jì)算量。在導(dǎo)函數(shù)不連續(xù)時(shí)可采用。定子電壓空間矢量是一個(gè)不連續(xù)的電壓量，在采樣時(shí)間內(nèi)，該量保持常數(shù)，定子電流的變化很小，定子電阻壓降對(duì)定子磁鏈的影響相對(duì)于電壓狀態(tài)來(lái)說(shuō)非常小。由于導(dǎo)函數(shù)的不連續(xù)性，一般采用Euler積分法計(jì)算定子磁鏈。轉(zhuǎn)子磁鏈的導(dǎo)函數(shù)是連續(xù)的，在一個(gè)周期內(nèi)定子磁鏈分段連續(xù)，而轉(zhuǎn)子磁鏈接近正弦波。在高定子頻率時(shí)，一般采用阿的達(dá)姆斯-巴斯福斯積分法擬定轉(zhuǎn)子磁鏈導(dǎo)函數(shù)的近似值。在低頻范圍內(nèi)，一般采用信號(hào)解決器實(shí)現(xiàn)歐拉積分法，對(duì)擬定轉(zhuǎn)子磁鏈更好。②數(shù)字化的數(shù)學(xué)模型（異步電動(dòng)機(jī)的差分方程）：h=*T步長(zhǎng)為頻率標(biāo)幺值和采樣周期的乘積定子磁鏈：ψsαk=ψαk-1+hn0usαk-1-hρ(1-σ)isαk-1ψsβk=ψβk-1+hn0usβk-1-hρ(1-σ)isβk-1優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)函數(shù)的值以16位的形式可以直接加到狀態(tài)變量的舊值上，而不必進(jìn)一步轉(zhuǎn)換。(低頻)轉(zhuǎn)子磁鏈：ψrαk=ψrαk-1+hψαk-1-hψrαk-1-hnψrβk-1ψrβk=ψrβk-1+hψβk-1-hψrβk-1+hnψrαk-1(高頻)轉(zhuǎn)子磁鏈：ψrαk=ψrαk-1+1.5frαk-1-0.5frαk-2ψrβk=ψrβk-1+1.5frβk-1-0.5frβk-2定子電流：isαk=ψsαk-ψrαkisβk=ψsβk-ψrβk轉(zhuǎn)矩：T=2(ψsαkisβk-ψsβkisαk)③逆變器模型：根據(jù)逆變器的中間直流電壓和逆變器控制信號(hào)，定子電壓空間矢量的分量可求得并存于表中。以便計(jì)算導(dǎo)函數(shù)。計(jì)算逆變器模擬電壓的時(shí)間只需1μS。④DSC的數(shù)字化系統(tǒng)：數(shù)字化調(diào)節(jié)器程序結(jié)構(gòu)正向著組件模塊程序結(jié)構(gòu)得方向發(fā)展。TMS3210信號(hào)解決器執(zhí)行DSR/DSC控制所必需得計(jì)算，以及控制給逆變器得控制信號(hào)。I8086微解決器完畢下列任務(wù)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶接口、賦初值、信號(hào)解決器的控制、外圍疊加調(diào)節(jié)、參數(shù)匹配、數(shù)據(jù)傳輸。⑤計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)：模擬量的“轉(zhuǎn)速”、“直流電壓”、“轉(zhuǎn)矩給定值”、“轉(zhuǎn)速給定值”通過(guò)I8086微解決器的A/D轉(zhuǎn)換器讀入。輸出轉(zhuǎn)速、直流電壓、轉(zhuǎn)矩給定、磁鏈給定、轉(zhuǎn)矩容差、磁鏈容差、模型參數(shù)、開始/停止（DSR/DSC）、初始化數(shù)據(jù)和模擬記錄輸出經(jīng)雙口數(shù)據(jù)RAM送TMS3210，TMS3210輸出逆變器控制信號(hào)，經(jīng)最小開關(guān)連續(xù)時(shí)間監(jiān)視口送出輸出信號(hào)Sa、Sb、Sc。DSR狀態(tài)總開關(guān)頻率經(jīng)雙口數(shù)據(jù)RAM送I8086微解決器作為反饋信號(hào)。問(wèn)題5-14：交流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制策略現(xiàn)狀與趨勢(shì)（清華大學(xué)胡虎李永東《電氣傳動(dòng)》2023年34卷3期P3-8①傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制策略：通過(guò)直接控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈來(lái)間接控制電流，不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快以及對(duì)參數(shù)魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。磁鏈的控制可以采用六邊形或圓形兩種。在傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制中，通過(guò)檢測(cè)定子兩相電流、直流母線電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速（在無(wú)速度傳感器DTC中不需要測(cè)速）進(jìn)行定子磁鏈觀測(cè)和轉(zhuǎn)矩計(jì)算，使兩者分別與定子磁鏈給定和轉(zhuǎn)矩給定相減，其差值又分別通過(guò)各自的滯環(huán)相比較而輸出轉(zhuǎn)矩和磁鏈的增、減信號(hào)，把這2個(gè)信號(hào)輸入優(yōu)化矢量開關(guān)表，在加上定子磁鏈所在的扇區(qū)位置就得到了滿足磁鏈為圓形、轉(zhuǎn)矩輸出跟隨轉(zhuǎn)矩給定的電壓矢量。磁鏈和轉(zhuǎn)矩的滯環(huán)可以設(shè)立多級(jí)，并且其寬度可變，滯環(huán)寬度越小，開關(guān)頻率越高，控制越精確。直接轉(zhuǎn)矩控制策具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快以及對(duì)參數(shù)魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，但它卻是建立在單一輸出矢量、轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)的Bang-Bang控制基礎(chǔ)上的控制方法，不可避免得導(dǎo)致了低速開關(guān)頻率低、開關(guān)頻率不固定以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，限制了它在低速區(qū)得應(yīng)用。針對(duì)與此國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種提高開關(guān)頻率、固定開關(guān)頻率以及減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法。②無(wú)差拍(Deadbeat)空間矢量調(diào)制方法A.T.G.Habetler的空間矢量調(diào)制方法把無(wú)差拍方法應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制一方面是由美國(guó)人T.G.Habetler提出來(lái)的。這種方法重要針對(duì)數(shù)字化直接轉(zhuǎn)矩控制提出的，其重要思想是在本次采樣周期得到轉(zhuǎn)矩的給定值與反饋值之差，這個(gè)差值可以用下式表達(dá)出來(lái)：（1）其中，P為極對(duì)數(shù)，TS為采用周期，Eα、Eβ為定子上的反電動(dòng)勢(shì)在空間電壓矢量在d軸和q軸上的兩個(gè)分量，Vα、Vβ為空間電壓矢量在d軸和q軸上的兩個(gè)分量。此外，由電機(jī)定子側(cè)電壓方程可以得到使定子磁鏈幅值達(dá)成給定值的所加空間電壓矢量的數(shù)學(xué)式子：

（2）運(yùn)用式(1)和式(2)可以聯(lián)立求解出下一周期使轉(zhuǎn)矩誤差和磁鏈誤差為零的空間電壓矢量合成矢量，它的兩個(gè)分量Vd和Vq，顯然，此空間電壓矢量的幅值和相位是任意的，可以通過(guò)相鄰的兩個(gè)基本的電壓矢量合成而得。運(yùn)用計(jì)算出來(lái)的空間電壓矢量可以達(dá)成轉(zhuǎn)矩和磁鏈無(wú)差拍的目的。運(yùn)用Habetler的無(wú)差拍方法，從理論上可以完全使磁鏈和轉(zhuǎn)矩誤差為零，從而消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以填補(bǔ)傳統(tǒng)DTC的Bang-Bang控制的局限性，使電機(jī)可以運(yùn)營(yíng)于極低轉(zhuǎn)速下。此外，通過(guò)無(wú)差拍控制得到的空間電壓矢量可以使開關(guān)頻率相對(duì)于單一矢量得到大幅度提高并且使之固定，這對(duì)于減少電壓諧波和電機(jī)噪聲是很有幫助的。但是由式(1)和式(2)可以聯(lián)立求解出的空間電壓矢量作用時(shí)間也許會(huì)大于采樣周期，這說(shuō)明不能同時(shí)滿足磁鏈和轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制。因此作者提出了三個(gè)環(huán)節(jié)，一方面是否轉(zhuǎn)矩滿足無(wú)差拍，假如不滿足再看是否磁鏈滿足無(wú)差拍，假如還不滿足就按照原有直接轉(zhuǎn)矩控制矢量表來(lái)選取下一周期的單一電壓矢量。因此按照Habetler的無(wú)差拍方法最大的計(jì)算量有4個(gè)環(huán)節(jié)，這將花費(fèi)很大的計(jì)算資源，不易實(shí)現(xiàn)，此外在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性比較大，這將減少控制的魯棒性。B.轉(zhuǎn)矩或磁鏈的預(yù)測(cè)控制方法在T·G·Habetler的無(wú)差拍的直接轉(zhuǎn)矩控制方法中，由于計(jì)算量很大而不易實(shí)現(xiàn)，因此出現(xiàn)了一系列的簡(jiǎn)化的無(wú)差拍直接轉(zhuǎn)矩控制，比較典型的是轉(zhuǎn)矩跟蹤預(yù)測(cè)方法。在這種方法中，分析了低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的情況，得出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)鋸齒不對(duì)稱的結(jié)論，之后又進(jìn)一步由基本電機(jī)方程得出轉(zhuǎn)矩變化式子：（3）其中：，通過(guò)度析(3)式可知，非零電壓矢量和零電壓矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩變化的作用是不同的，非零電壓矢量可以使轉(zhuǎn)矩上升或下降，而零電壓矢量總是使轉(zhuǎn)矩下降。此外，在不同的速度范圍內(nèi)兩者對(duì)轉(zhuǎn)矩作用產(chǎn)生的變化率也在變化。在轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)控制方法中，電壓矢量在空間的位置是固定不變的，合成在兩個(gè)單一電壓矢量的中間，但是電壓矢量不是作用整個(gè)采樣周期，而是有一定的占空比，在一個(gè)采樣周期中可以分為非零電壓矢量和零電壓矢量。假如使下一采樣周期非零電壓矢量和零電壓矢量共同作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩變化等于本周期計(jì)算出來(lái)的轉(zhuǎn)矩誤差，如下式所示：（4）通過(guò)求解方程可以獲得消除轉(zhuǎn)矩誤差的電壓矢量作用時(shí)間，達(dá)成轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制的目的。即使出現(xiàn)計(jì)算出來(lái)的電壓矢量作用時(shí)間超過(guò)采樣周期，也可以用滿電壓矢量來(lái)代替，因此是非常易于實(shí)現(xiàn)的，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的鋸齒基本上對(duì)稱，說(shuō)明轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)已經(jīng)大為減少。上法認(rèn)為磁鏈被準(zhǔn)確控制或變化緩慢，而沒(méi)有考慮磁鏈的無(wú)差拍控制，在文獻(xiàn)中對(duì)磁鏈也進(jìn)行了預(yù)測(cè)控制，在這中方法中，通過(guò)磁鏈的空間矢量和電壓矢量關(guān)系可近視得到：（5）其中ΔΨS是在電壓矢量作用下的磁鏈幅值改變量，θVΨ是兩者的空間角度。設(shè)第k采樣周期的磁鏈誤差為ΔΨSK，那么根據(jù)公式(5)，可以得到使第k+1周期磁鏈誤差為零的矢量作用時(shí)間是：以轉(zhuǎn)矩控制優(yōu)先為原則，根據(jù)轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)控制計(jì)算出來(lái)的矢量作用時(shí)間和磁鏈預(yù)測(cè)控制計(jì)算出來(lái)的作用時(shí)間，可以得到綜合的矢量作用時(shí)間?？紤]磁鏈的無(wú)差拍控制之后的系統(tǒng)控制效果，相對(duì)于單純的轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制效果好，既消除了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，又不會(huì)產(chǎn)生磁鏈畸變，并且計(jì)算量不會(huì)太大。除了上述的轉(zhuǎn)矩?zé)o差拍控制方法，在文獻(xiàn)中也采用了類似的方法，最后的電壓矢量計(jì)算作用時(shí)間也基本相同，此處不詳述。同Habetler的無(wú)差拍方法同樣，預(yù)測(cè)方法也要用到比較多的電機(jī)參數(shù)，假如能在線實(shí)時(shí)辨識(shí)定子電阻和轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，將大大提高控制精度。C.基于檢測(cè)反電勢(shì)的離散時(shí)間直接轉(zhuǎn)矩控制(DTDTC)使用離散時(shí)間的方法進(jìn)行異步電機(jī)的控制，在文獻(xiàn)中已有了比較具體的介紹，初次把這種方法使用于直接轉(zhuǎn)矩控制，其基本方法如下：對(duì)由電機(jī)的基本電路模型得到的電壓方程和磁鏈方程進(jìn)行離散化如下：（6）或（7）其中反電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式為：（8）a，b的定義對(duì)轉(zhuǎn)矩方程也進(jìn)行離散化，并把方程(7)代入其中，同時(shí)也把方程(7)代入到磁鏈的幅值平方表達(dá)式中去，運(yùn)用離散的轉(zhuǎn)矩方程和離散的磁鏈幅值平方式可以求解出下一周期的空間電壓矢量的增量ΔVSx和ΔVSy，代入方程（9）可以得到轉(zhuǎn)矩和磁鏈無(wú)差拍控制的電壓矢量，并對(duì)其進(jìn)行了限幅：