班級學(xué)號姓名蓋章處裝訂線XXXX大學(xué)共4頁第頁蓋章處裝訂線電機(jī)現(xiàn)代控制技術(shù)試題（XX/XX學(xué)年第X學(xué)期）一二三四五六七八九十總分得分得分一、單項(xiàng)選擇題（每空2分）（10分）1.定義線圈A的勵磁電感為QUOTELmA=ψmAiA，這里，(CA.QUOTELmALmA表征了線圈A所在磁路的磁飽和程度；B.QUOTELmALmA表征了線圈A對其它繞組的磁場耦合能力；C.QUOTELmALmA表征了線圈A單位電流產(chǎn)生磁鏈ψmA的能力；D.QUOTELmALmA表征了線圈A產(chǎn)生交流感應(yīng)電動勢的能力；2.在感應(yīng)電機(jī)直接磁場定向技術(shù)中，利用“電壓-電流模型”估算轉(zhuǎn)子磁鏈，其不足之處主要表現(xiàn)在：（D）A.磁鏈估算方法誤差；B.轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)變化；C.電流傳感器檢測誤差；D.積分器的溫漂、初始值和誤差積累。3.現(xiàn)代電機(jī)矢量控制技術(shù)中，“空間矢量”指的是（D）A描述電機(jī)內(nèi)電磁力的大小和方向的量B描述電機(jī)內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩的大小和方向的量C電機(jī)繞組中時(shí)間上按正弦規(guī)律變化的各物理量D電機(jī)內(nèi)部空間按正弦規(guī)律變化的物理量4.下列說法中正確的有（C）。A.矢量控制是通過定子電壓和頻率來間接的控制電樞反應(yīng)和磁場。B.矢量控制是在dq軸系內(nèi)，直接控制定子電流矢量isC.磁動勢等效是坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)和原則。D.功率守恒是坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)和原則。5.靜止的ABC軸系坐標(biāo)變換到轉(zhuǎn)子磁場定向的MT軸系坐標(biāo)后，已將定子電流矢量分解為iM和iTQUOTEiT；其中iMQUOTEiM為（B）。A．產(chǎn)生的勵磁分量B.產(chǎn)生QUOTE的勵磁分量C.平衡轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量D.平衡定子電流的轉(zhuǎn)矩分量得分二、判斷題（每小題2分）（10分）得分1.只有對電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)施有效而精確的控制，才能夠構(gòu)成高性能的調(diào)速系統(tǒng)。（√）2.轉(zhuǎn)子磁場、氣隙磁場或定子磁場以及定子電流是三相感應(yīng)電動機(jī)的控制矢量。（X）3.矢量控制與傳統(tǒng)交流調(diào)速變頻控制的重要差別是能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)差頻率控制。（X）4.感應(yīng)電動機(jī)矢量控制中，在T軸上沒有轉(zhuǎn)子磁場分量，不會產(chǎn)生阻尼現(xiàn)象，才能保證電動機(jī)對轉(zhuǎn)矩指令的瞬時(shí)跟蹤能力。（√）5.對稱三角波波形電流通入電機(jī)定子一相繞組后，將同樣產(chǎn)生對稱三角波波形的空間磁場分布。（X）三、某電磁裝置磁路的磁化曲線如圖所示，請問：（1）圖中Wm和QUOTEWm'分別表征著該裝置磁路的什么物理量？得分（2）Wm和QUOTEWm'兩者之間的區(qū)別和聯(lián)系。（10分）得分答：（1）磁能Wm：指的是磁場能量，是磁場實(shí)際儲存的能量，磁場能量分布在磁場所在的整個空間。。（2）磁共能：是計(jì)算上的輔助量，。（3）兩者滿足互補(bǔ)關(guān)系：，在線性系統(tǒng)中，在非線性系統(tǒng)中。四、如圖所示雙線圈（繞組）電磁裝置，線圈自感和互感分別為LmAQUOTELmA、LmBQUOTELmB、QUOTELABLAB、LBAQUOTELBA，請問：（10分）（1）若線圈匝數(shù)NA=NB,那么，LmAQUOTELmA=LmB嗎？QUOTELABQUOTELABLAB=LBA嗎？LmAQUOTELmA=QUOTELABLAB嗎？（2）若線圈匝數(shù)NA≠NB,那么，LmAQUOTELmA=LmB嗎？QUOTELABLAB=LBA嗎？QUOTELABLAB=LBA嗎？（3）若A線圈通電，B線圈不通電，請問互感QUOTELABLAB及LBA還存在嗎？為什么？得分得分答：(1)LmAQUOTELmA=LmBQUOTELABQUOTELABLAB=LBALmA≠Q(mào)UOTELABLAB（不計(jì)漏磁時(shí)：LmAQUOTELmA=QUOTELABLAB）(2)LmAQUOTELmA≠LmBQUOTELABQUOTELABLAB=LBALmA≠Q(mào)UOTELABLAB(3)QUOTELABLAB及LBA均存在因?yàn)镼UOTELABLAB及LBA是該裝置A、B兩個線圈之間的互感，是該電磁裝置的固有參數(shù)，與線圈是否通電無關(guān)。得分五、下列三個表達(dá)式是三相感應(yīng)電機(jī)不同空間矢量表示的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，請結(jié)合矢量控制的思想，對這三個表達(dá)式所代表的矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)做簡單的比較分析（p為電機(jī)極對數(shù)）。（10分）得分（1）（2）（3）答：1.（1）式表明氣隙磁鏈?zhǔn)噶颗c定子電流矢量的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；從矢量控制的角度看，這是基于氣隙磁場的矢量控制思想。（2分）（2）式表明定子磁鏈?zhǔn)噶颗c定子電流矢量的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；從矢量控制的角度看，這是基于定子磁場的矢量控制思想。（2分）（3）式表明轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶颗c定子電流矢量的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；從矢量控制的角度看，這是基于轉(zhuǎn)子磁場的矢量控制思想。（2分）2.（1）和（2）的矢量控制思想，都不能實(shí)現(xiàn)對有功電流和無功電流的獨(dú)立控制，也不能實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制；（存在耦合，（2）比（1）耦合還要嚴(yán)重）（2分）3.（3）是基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制思想，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對有功電流和無功電流的獨(dú)立控制，而且還能實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制（2分）得分六、請簡單敘述在電機(jī)矢量控制坐標(biāo)變換系統(tǒng)中，什么是換向器變換？為什么為什么通過靜止DQ軸系到轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系的坐標(biāo)變換，可將三相感應(yīng)電動機(jī)變換為等效的他勵直流電動機(jī)？（10分）得分答：1）在電機(jī)矢量控制坐標(biāo)變換系統(tǒng)中，換向器變換是指通過數(shù)學(xué)變換（如坐標(biāo)變換矩陣或矢量旋轉(zhuǎn)因子），將靜止或旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的交流電流分量轉(zhuǎn)換為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量，從而實(shí)現(xiàn)類似于直流電機(jī)中電刷與換向器的功能。（4分）2)①通過靜止DQ軸系到轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)磁場定向與解耦控制。如轉(zhuǎn)子磁場定向控制將同步旋轉(zhuǎn)的MT軸系的M軸始終對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子磁鏈，可將DQ軸系的定、轉(zhuǎn)子交變電流、和、變換為MT軸系定、轉(zhuǎn)子直流電流、和、。（3分）②轉(zhuǎn)矩方程線性化磁場定向后，穩(wěn)態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩方程為。當(dāng)勵磁給定后，電磁轉(zhuǎn)矩便僅決定于定子轉(zhuǎn)矩電流。（勵磁分量）：唯一控制轉(zhuǎn)子磁鏈，類似他勵直流電動機(jī)的勵磁電流。（轉(zhuǎn)矩分量）：唯一控制電磁轉(zhuǎn)矩，類似他勵直流電動機(jī)的電樞電流。這種變換使得感應(yīng)電動機(jī)在控制上能夠等效為他勵直流電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與磁場的解耦控制。（3分）得分七、請分別說明下圖三相感應(yīng)電動機(jī)中下列各磁鏈符號所代表的磁鏈含義，指出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，并寫出相關(guān)的磁鏈?zhǔn)噶糠匠?。?0分）得分答:（1）含義（4分）：為定子三相電流共同建立的基波合成勵磁磁場（鏈），也可理解為定子單軸繞組通入定子電流，建立的勵磁磁場（鏈）；：為轉(zhuǎn)子三相電流共同建立的基波合成勵磁磁場（鏈），也可理解為轉(zhuǎn)子單軸繞組通入轉(zhuǎn)子電流，建立的勵磁磁場（鏈）；：為氣隙磁場（鏈），是定、轉(zhuǎn)子繞組在氣隙中共同建立的基波勵磁磁場（鏈）；：定子單軸繞組產(chǎn)生的漏磁場（鏈）；：轉(zhuǎn)子單軸繞組產(chǎn)生的漏磁場（鏈）；：為定子單軸繞組的全磁鏈，包含定子自感磁鏈（包括定子漏磁鏈和定子勵磁磁鏈）和定、轉(zhuǎn)子磁耦合的互感磁鏈：為轉(zhuǎn)子單軸繞組的全磁鏈，包含自感磁鏈（包括轉(zhuǎn)子漏磁鏈和轉(zhuǎn)子勵磁磁鏈）和定、轉(zhuǎn)子磁耦合的互感磁鏈。（2）內(nèi)在聯(lián)系（3分）（3）相關(guān)的磁鏈?zhǔn)噶糠匠蹋?分）八、三相感應(yīng)電動機(jī)定子電壓在DQ軸系下的坐標(biāo)分析分量方程為:(10分)得分（1）得分（2）1)請根據(jù)上述方程,畫出對應(yīng)的由ABC軸系給出的用于直接磁場定向磁鏈估計(jì)的“電壓-電流模型”運(yùn)算電路圖；2）簡單敘述該模型的缺陷或不足之處。答:（1）（6分）（2）在低速時(shí)，定子電壓值較小，式(1)和式(2)中的定子電阻壓降占主導(dǎo)地位，定子電阻會隨負(fù)載和環(huán)境溫度的變化而變化。定子電阻壓降的偏差對積分結(jié)果的影響會增大。（4分）得分九、在基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制中，控制（）和就等同于控制轉(zhuǎn)差頻率，為什么？（10分）得分答：1.基于轉(zhuǎn)子磁場定向后，；（2分）2.根據(jù)磁勢平衡原理，QUOTEiT=-LrLmit，，所以，控制了，就相當(dāng)于控制了轉(zhuǎn)3.由轉(zhuǎn)子T軸電壓方程可得（2分）4.（2分）5.所以，控制（）和就等同于控制轉(zhuǎn)差頻率。（2分）得分十、請對基于轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制感應(yīng)電機(jī)和他勵直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制做類比分析（10分）得分答：1.轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制感應(yīng)電機(jī)的解耦（5分）①轉(zhuǎn)子籠型繞組的矢量變換先將三相感應(yīng)電機(jī)的籠型繞組歸算為三相對稱繞組，然后通過矢量變換將其變換為轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系的轉(zhuǎn)子繞組mt（偽靜止繞組），這種矢量變換實(shí)際上是將轉(zhuǎn)子籠型繞組變換為了等效直流電機(jī)的換向器繞組，從而得到轉(zhuǎn)子磁場定向下的轉(zhuǎn)子電壓方程、。②定子三相繞組的矢量變換對定子三相繞組而言，先進(jìn)行靜止ABC軸系到靜止DQ軸系的變換，再經(jīng)過靜止DQ軸系到轉(zhuǎn)子磁場定向MT軸系的變換，最后將定子二相靜止繞組DQ變換為了換向器繞組MT，可看成MT軸系不動而定子換向器繞組順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為。盡管定子在旋轉(zhuǎn)，但在位于M軸和T軸兩對電刷作用下，兩換向器繞組產(chǎn)生的磁動勢和在空間卻靜止不動。由于MT軸系不動，可以看成轉(zhuǎn)子電樞繞組以轉(zhuǎn)差角速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在兩對電刷作用下，兩換向器繞組產(chǎn)生的磁動勢和在空間卻靜止不動。當(dāng)定子電流勵磁分量不變時(shí)，轉(zhuǎn)子M軸磁動勢將為零。無論穩(wěn)態(tài)和動態(tài)運(yùn)行時(shí)，則有。最終是將三相感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子變換為了在MT軸上具有兩對電刷的換向器繞組，在轉(zhuǎn)子磁場下以轉(zhuǎn)差速度旋轉(zhuǎn)，可將其看成是一臺等效的直流電動機(jī)。2.轉(zhuǎn)矩控制（5分）①在工作原理上，雖然直流電動機(jī)與三相感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換均是在轉(zhuǎn)子中進(jìn)行的，但直流電動機(jī)的勵磁和電樞電流是直接可控的，而且電樞磁動勢與勵磁磁場相互正交，可以直接實(shí)現(xiàn)解耦控制，定子勵磁恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩便僅與電樞電流成正比，因此，可以在時(shí)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的線性化控制，控制系統(tǒng)可以獲得良好的動態(tài)性能。②在矢量控制之前，三相感應(yīng)電動機(jī)在時(shí)域內(nèi)無法控制瞬態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩，但采用磁場定向的矢量控制，可將其等效為直流電動機(jī)，對瞬態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩，同樣可