湖南工业大学交流调速复习题.doc

、直流调速优点：控制简单、调速平滑、性能好 缺点：换向器存在，维护工作量大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到交流调速系统优点：电机结构简单、运行可靠、便于维护 缺点：励磁电流和转矩电流互相耦合，调速困难异步电动机变频调速：1）保持磁通为额定值：a）E1/f1恒定，最大转矩保持不变（恒转矩调速）b）U1/f1恒定，最大转矩随f1的降低而降低；2）保持电压为额定值：最大转矩随f1升高而减少，转速增加（恒功率调速）弱磁升速：气隙磁通随频率f1升高而反比例下降基频附近：恒压频比； 低频：定子上电阻压降补偿同步电动机变频调速可以分为：他控式变频调速（输出频率由外部振荡器控制）和自控式变频调速（输出频率由转子位置来控制）根据公式还有两种2、变频器定义：交流电动机、电力电子功率变换器、控制器及电量检测器组成 频率给定方法：1. 面板给定2. 预置给定3. 外接给定变频器作用是把工频电源（50/60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电动机变速运行的设备3、与频率有关的变频器功能：1. 最高频率根据变频器的工作需要设置的最高工作频率。2. 基本频率变频器调节频率时用做基准的频率。通常取电动机的额定频率。3.上限频率与下限频率根据具体的拖动系统要求，可为变频器设入上限工作频率和下限工作频率。4.回避频率为了避免在某些转速下机械系统发生共振，必须使变频器“回避”掉可能引起的共振频率，称为回避频率。5.点动频率6.载波频率变频器升速方式：线性方式；S形方式；半S形方式5、变频调速的基本要求：A：保持磁通为额定值，B：u1/f1恒定，C：保持电压为额定值变频器的分类:按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照关方式分类，可以分为PAM（脉幅调制）控制变频器、PWM（脉宽调制）控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等； 按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。工作方式：分为180导电型和120导电型两种6、交流调速应用领域：冶金机械、电气牵引、数控机床、起重机、原子能及化工设备 建筑电气设备、纺织7、交-直-交变频器的基本电路包括整流电路和逆变电路，整流电路将工频交流电整流成直流电，逆变电路再将直流逆变成频率可调的三相交流电，是整流变换的逆过程。其核心部分为逆变器。10、交交特点：1、直接变频，效率高2、输出波形好3、可采用普通晶闸管，需要元件多4、功率因数低，要适当补偿8、变频器按照主电路工作方式：可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开、关方式分类：可以分为PAM、PWM和高载频PWM；按照工作原理分类：可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类：可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。PWM技术的应用克服了相控原理的所有弊端，使交流电动机得到了接近正弦波形的电压和电流，提高了电机的功率因数和输出效率。 9、PWM：主电路时由整流电路部分和逆变电路部分组成。整流电路完成将三相交流电转变为直流电的作用。逆变部分再将恒定的直流电转变为电压和频率均可调的三相交流电，以驱动三相异步电动机负载。11、脉宽调制（Pulse Width ModulationPWM）技术是指利用全控型电力电子器件的导通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲，实现变压、变频控制并且消除谐波的技术，简称PWM。12、PWM意义：及时、准确地实现变压变频控制要求，抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量给电机带来什么好处：降低或消除转矩脉动，提高电机的效率，扩大调速范围13、电压正弦脉宽调制：SPWM是希望逆变器输出电压是正弦波形，其含义是通过脉冲宽度来调节平均电压的方法。 同步调制、异步调制（改善低频工作的特性、很难保持三相输出间的对称关系，因而引起电动机工作的不平稳）分段同步调制14、SPWM仍然存在谐波分量。产生谐波的主要原因是：主电路开关器件为非理想开关15、电流正弦PWM：满足电机控制的良好动态响应。电流正弦PWM技术本质上是电流闭环，实现方法很多，主要有PI控制、滞环控制及误差拍预测控制等集中，具有控制简单，动态响应快和电压利用率高的特点。16、常用方法是电流滞环SPWM：主要优点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。主要缺点是相对的电流谐波较大。17、磁链轨迹法SPWM从电机的角度出发，目的在于使交流电机产生圆形磁场。通过选择逆变器的不同开关模式，使电机的实际磁链尽可能逼近理想磁链圆，从而生成PWM波。具有电机转矩脉动小、噪声低、电压利用率高的优点，因此目前无论在开环调速系统或在闭环调速系统中都得到了广泛应用。磁链大小与电机的运行性能有密切关系，与电机的电压、电流、效率、温升、转矩、功率因数有关19、正六边形磁链轨迹PWM控制技术的优点在于控制结构简单，便于微机实现，在同样输出频率下，器件的开关次数最少。其缺点在于输出电压谐波含量比较高。为了降低输出电压谐波含量，则一般采用使电机磁链轨迹形状更接近圆形的正多边形磁链轨迹。20、PWM控制方式运行所引起的主要问题有电流畸变、变换器的开关损耗、负载的谐波损耗以及电机的转矩脉动。这些影响可以用以下性能指标来描述。A：电流谐波主要影响电机的铜耗，它构成了电机损耗的主要部分。B：载波频率fc与参考波频率fm之比，用NCM表示，NCM=fc/fm，为了使逆变器输出尽量接近正弦波，应尽 可能增大载波比C：最大调制度m定义为调制信号（参考电压）峰值与三角载波信号峰值之比，m=UMm/UCm，m值在01之间变化，以调节变换器输出电压的大小，它体现了直流侧母线电压的利用率。在N 值较大时，一般取最高的m0.80.9。D：开关频率和开关损耗：电力半导体器件开关频率的增加可以使逆变器交流侧的输出电流谐波畸变减少，从而提高系统的性能。但是由于开关器件受到开关损耗的限制，开关频率并不能够随便增加，这是因为： 开关器件的开关损耗与其开关频率成正比； 开关器件的开关频率随着器件容量的增加而趋于降低。21、变压变频交流调速系统：静态特性好、动态特性不理想直流调速系统：静态、动态特性好22、矢量控制系统：实现对异步电动机定子各相电流的瞬时控制，就能实现对异步电动机转矩的有效控制。思想：模拟直流电机进行控制。缺点：由于转子磁链难以准确观测，并且系统特性受电动机参数的影响较大，以及在模拟直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换的复杂性。23、矩阵变换原则（1）在确定电流变换矩阵时，应遵守变换前后所产生的旋转磁场等等效原则。（2）在确定电压变换矩阵和阻抗变换矩阵，应遵守变换前后电机功率不变的原则。24、直接转矩控制特点用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助离散的两点式调节产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性容易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题。简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能。25、电流模型用定子电流计算磁链，但精度与转速有关，也受电机参数，特别是转子时间常数的影响。高速时用电压模型，低速时用电流模型。26、直接转矩控制系统工作特点的不同，按转速分为三个区域：低速范围、高速范围、弱磁范围27、磁链大小与电机的运行性能有密切关系，与电机的电压、电流、效率、温升、转矩、功率因数有关。六边形磁链轨迹的调节方案，是的调节结构很简单。在每个区段值需要两种电压状态：区段的工作电压状态和零电压状态。用一个双值输出的调节器分别控制接通“工作电压”或“零电压”就够了。在DSC控制中，这种控制信号由转矩两点式调节器提供。如果要在区段内改变定子磁链的方向，则必须增加区段内所需的电压状态的数目，配合转矩调节器、磁链调节器、P/N调节器、磁链自控制单元等，提供相应的电压开关信号，通过电压空间矢量的不同组合方式，实现不同的调节目的。用多个电压空间矢量组合的办法，还能实现近似圆形磁链轨迹的运行方式。只要每个区段中的电压状态的数目足够多，圆形磁链轨迹就能得到很好的近似，当然，此时调节器的输出状态也将增加。在PI调节器后面有一个限制单元AXZ。它的作用：1）在低速时限制容差的最小值，也就是容差的减小有限度，不得低于其最小值。在这个范围内逆变器的开关频率小于给定的开关频率，则不必加调节和限制，可实行频率开环控制，因为它不会带来害处。2）频率调节作用。对应于拐点以上（施加开关频率达到给定频率），如果再采用最小容差，可能不能满足零矢量电压最小开关持续时间的要求，结果会出现实际转矩低于给定转矩的现象，为了避免这种情况的发生，需要增大容差。直接转矩控制的基本结构：a）DMC：磁链自控制单元。输入量是定子磁链在 三相坐标系上的三相分量 。其参考信号是磁链给定值 。通过三个施密特触发器得到磁链开关信号，再经过关系转换、反向后变成电压状态信号直接去控制逆变器UI，输出相应的电压空间矢量；b）UCT：坐标变换单元。输入量是定子磁链在-坐标系上的分量。输出是三个磁链分量；c）AMM：磁链模型单元。输入量是定子电动势在-坐标系上的分量，输出量为磁链在坐标系上的分量d）AZS:零状态选择单元，使定子磁链停止不动，磁通角减小，转矩减小；e）AMC：转矩计算单元。旋转坐标系：转子坐标系和转子一起在空间以转子角速度旋转静止坐标系：由于轴和A轴固定在定子绕组A相的轴线上，所这两个坐标系在空间固定不动 坐标变换是实现将非线性、强耦合的异步电动机数学模型简化成线性、解耦的数学模型 数学模型：a磁链方程（自感、互感）b电压方程c转矩方程d运动方程 异步电动机的三相静止坐标系上的数学模型：高阶（电磁惯性、机械惯性）非线性（电磁转矩、定转子之间互感）强耦合（励磁电流和转子电流通过定子绕组提供）多变量（三相电压、极对数、相序等输入转速、磁通等独立输出） 、直流调速优点：控制简单、调速平滑、性能好 缺点：换向器存在，维护工作量大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到交流调速系统优点：电机结构简单、运行可靠、便于维护 缺点：励磁电流和转矩电流互相耦合，调速困难异步电动机变频调速：1）保持磁通为额定值：a）E1/f1恒定，最大转矩保持不变（恒转矩调速）b）U1/f1恒定，最大转矩随f1的降低而降低；2）保持电压为额定值：最大转矩随f1升高而减少，转速增加（恒功率调速）弱磁升速：气隙磁通随频率f1升高而反比例下降基频附近：恒压频比； 低频：定子上电阻压降补偿同步电动机变频调速可以分为：他控式变频调速（输出频率由外部振荡器控制）和自控式变频调速（输出频率由转子位置来控制）根据公式还有两种2、变频器定义：交流电动机、电力电子功率变换器、控制器及电量检测器组成 频率给定方法：1. 面板给定2. 预置给定3. 外接给定变频器作用是把工频电源（50/60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电动机变速运行的设备3、与频率有关的变频器功能：1. 最高频率根据变频器的工作需要设置的最高工作频率。2. 基本频率变频器调节频率时用做基准的频率。通常取电动机的额定频率。3.上限频率与下限频率根据具体的拖动系统要求，可为变频器设入上限工作频率和下限工作频率。4.回避频率为了避免在某些转速下机械系统发生共振，必须使变频器“回避”掉可能引起的共振频率，称为回避频率。5.点动频率6.载波频率变频器升速方式：线性方式；S形方式；半S形方式5、变频调速的基本要求：A：保持磁通为额定值，B：u1/f1恒定，C：保持电压为额定值变频器的分类:按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照关方式分类，可以分为PAM（脉幅调制）控制变频器、PWM（脉宽调制）控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等； 按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。工作方式：分为180导电型和120导电型两种6、交流调速应用领域：冶金机械、电气牵引、数控机床、起重机、原子能及化工设备 建筑电气设备、纺织7、交-直-交变频器的基本电路包括整流电路和逆变电路，整流电路将工频交流电整流成直流电，逆变电路再将直流逆变成频率可调的三相交流电，是整流变换的逆过程。其核心部分为逆变器。10、交交特点：1、直接变频，效率高2、输出波形好3、可采用普通晶闸管，需要元件多4、功率因数低，要适当补偿8、变频器按照主电路工作方式：可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开、关方式分类：可以分为PAM、PWM和高载频PWM；按照工作原理分类：可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类：可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。PWM技术的应用克服了相控原理的所有弊端，使交流电动机得到了接近正弦波形的电压和电流，提高了电机的功率因数和输出效率。 9、PWM：主电路时由整流电路部分和逆变电路部分组成。整流电路完成将三相交流电转变为直流电的作用。逆变部分再将恒定的直流电转变为电压和频率均可调的三相交流电，以驱动三相异步电动机负载。11、脉宽调制（Pulse Width ModulationPWM）技术是指利用全控型电力电子器件的导通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲，实现变压、变频控制并且消除谐波的技术，简称PWM。12、PWM意义：及时、准确地实现变压变频控制要求，抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量给电机带来什么好处：降低或消除转矩脉动，提高电机的效率，扩大调速范围13、电压正弦脉宽调制：SPWM是希望逆变器输出电压是正弦波形，其含义是通过脉冲宽度来调节平均电压的方法。 同步调制、异步调制（改善低频工作的特性、很难保持三相输出间的对称关系，因而引起电动机工作的不平稳）分段同步调制14、SPWM仍然存在谐波分量。产生谐波的主要原因是：主电路开关器件为非理想开关15、电流正弦PWM：满足电机控制的良好动态响应。电流正弦PWM技术本质上是电流闭环，实现方法很多，主要有PI控制、滞环控制及误差拍预测控制等集中，具有控制简单，动态响应快和电压利用率高的特点。16、常用方法是电流滞环SPWM：主要优点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。主要缺点是相对的电流谐波较大。17、磁链轨迹法SPWM从电机的角度出发，目的在于使交流电机产生圆形磁场。通过选择逆变器的不同开关模式，使电机的实际磁链尽可能逼近理想磁链圆，从而生成PWM波。具有电机转矩脉动小、噪声低、电压利用率高的优点，因此目前无论在开环调速系统或在闭环调速系统中都得到了广泛应用。磁链大小与电机的运行性能有密切关系，与电机的电压、电流、效率、温升、转矩、功率因数有关19、正六边形磁链轨迹PWM控制技术的优点在于控制结构简单，便于微机实现，在同样输出频率下，器件的开关次数最少。其缺点在于输出电压谐波含量比较高。为了降低输出电压谐波含量，则一般采用使电机磁链轨迹形状更接近圆形的正多边形磁链轨迹。20、PWM控制方式运行所引起的主要问题有电流畸变、变换器的开关损耗、负载的谐波损耗以及电机的转矩脉动。这些影响可以用以下性能指标来描述。A：电流谐波主要影响电机的铜耗，它构成了电机损耗的主要部分。B：载波频率fc与参考波频率fm之比，用NCM表示，NCM=fc/fm，为了使逆变器输出尽量接近正弦波，应尽 可能增大载波比C：最大调制度m定义为调制信号（参考电压）峰值与三角载波信号峰值之比，m=UMm/UCm，m值在01之间变化，以调节变换器输出电压的大小，它体现了直流侧母线电压的利用率。在N 值较大时，一般取最高的m0.80.9。D：开关频率和开关损耗：电力半导体器件开关频率的增加可以使逆变器交流侧的输出电流谐波畸变减少，从而提高系统的性能。但是由于开关器件受到开关损耗的限制，开关频率并不能够随便增加，这是因为： 开关器件的开关损耗与其开关频率成正比； 开关器件的开关频率随着器件容量的增加而趋于降低。21、变压变频交流调速系统：静态特性好、动态特性不理想直流调速系统：静态、动态特性好22、矢量控制系统：实现对异步电动机定子各相电流的瞬时控制，就能实现对异步电动机转矩的有效控制。思想：模拟直流电机进行控制。缺点：由于转子磁链难以准确观测，并且系统特性受电动机参数的影响较大，以及在模拟直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换的复杂性。23、矩阵变换原则（1）在确定电流变换矩阵时，应遵守变换前后所产生的旋转磁场等等效原则。（2）在确定电压变换矩阵和阻抗变换矩阵，应遵守变换前后电机功率不变的原则。24、直接转矩控制特点用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助离散的两点式调节产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性容易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题。简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能。25、电流模型用定子电流计算磁链，但精度与转速有关，也受电机参数，特别是转子时间常数的影响。高速时用电压模型，低速时用电流模型。26、直接转矩控制系统工作特点的不同，按转速分为三个区域：低速范围、高速范围、弱磁范围27、磁链大小与电机的运行性能有密切关系，与电机的电压、电流、效率、温升、转矩、功率因数有关。六边形磁链轨迹的调节方案，是的调节结构很简单。在每个区段值需要两种电压状态：区段的工作电压状态和零电压状态。用一个双值输出的调节器分别控制接通“工作电压”或“零电压”就够了。在DSC控制中，这种控制信号由转矩两点式调节器提供。如果要在区段内改变定子磁链的方向，则必须增加区段内所需的电压状态的数目，配合转矩调节器、磁链调节器、P/N调节器、磁链自控制单元等，提供相应的电压开关