《现代电机控制技术 第3版》(试题试卷)参考答案

班级学号姓名盖章处装订线XXXX大学共4页第页盖章处装订线电机现代控制技术试题（XX/XX学年第X学期）一二三四五六七八九十总分得分得分一、单项选择题（每空2分）（10分）1.定义线圈A的励磁电感为QUOTELmA=ψmAiA，这里，(CA.QUOTELmALmA表征了线圈A所在磁路的磁饱和程度；B.QUOTELmALmA表征了线圈A对其它绕组的磁场耦合能力；C.QUOTELmALmA表征了线圈A单位电流产生磁链ψmA的能力；D.QUOTELmALmA表征了线圈A产生交流感应电动势的能力；2.在感应电机直接磁场定向技术中，利用“电压-电流模型”估算转子磁链，其不足之处主要表现在：（D）A.磁链估算方法误差；B.转子时间常数变化；C.电流传感器检测误差；D.积分器的温漂、初始值和误差积累。3.现代电机矢量控制技术中，“空间矢量”指的是（D）A描述电机内电磁力的大小和方向的量B描述电机内电磁转矩的大小和方向的量C电机绕组中时间上按正弦规律变化的各物理量D电机内部空间按正弦规律变化的物理量4.下列说法中正确的有（C）。A.矢量控制是通过定子电压和频率来间接的控制电枢反应和磁场。B.矢量控制是在dq轴系内，直接控制定子电流矢量isC.磁动势等效是坐标变换的基础和原则。D.功率守恒是坐标变换的基础和原则。5.静止的ABC轴系坐标变换到转子磁场定向的MT轴系坐标后，已将定子电流矢量分解为iM和iTQUOTEiT；其中iMQUOTEiM为（B）。A．产生的励磁分量B.产生QUOTE的励磁分量C.平衡转子电流的转矩分量D.平衡定子电流的转矩分量得分二、判断题（每小题2分）（10分）得分1.只有对电机的电磁转矩实施有效而精确的控制，才能够构成高性能的调速系统。（√）2.转子磁场、气隙磁场或定子磁场以及定子电流是三相感应电动机的控制矢量。（X）3.矢量控制与传统交流调速变频控制的重要差别是能够实现转差频率控制。（X）4.感应电动机矢量控制中，在T轴上没有转子磁场分量，不会产生阻尼现象，才能保证电动机对转矩指令的瞬时跟踪能力。（√）5.对称三角波波形电流通入电机定子一相绕组后，将同样产生对称三角波波形的空间磁场分布。（X）三、某电磁装置磁路的磁化曲线如图所示，请问：（1）图中Wm和QUOTEWm'分别表征着该装置磁路的什么物理量？得分（2）Wm和QUOTEWm'两者之间的区别和联系。（10分）得分答：（1）磁能Wm：指的是磁场能量，是磁场实际储存的能量，磁场能量分布在磁场所在的整个空间。。（2）磁共能：是计算上的辅助量，。（3）两者满足互补关系：，在线性系统中，在非线性系统中。四、如图所示双线圈（绕组）电磁装置，线圈自感和互感分别为LmAQUOTELmA、LmBQUOTELmB、QUOTELABLAB、LBAQUOTELBA，请问：（10分）（1）若线圈匝数NA=NB,那么，LmAQUOTELmA=LmB吗？QUOTELABQUOTELABLAB=LBA吗？LmAQUOTELmA=QUOTELABLAB吗？（2）若线圈匝数NA≠NB,那么，LmAQUOTELmA=LmB吗？QUOTELABLAB=LBA吗？QUOTELABLAB=LBA吗？（3）若A线圈通电，B线圈不通电，请问互感QUOTELABLAB及LBA还存在吗？为什么？得分得分答：(1)LmAQUOTELmA=LmBQUOTELABQUOTELABLAB=LBALmA≠QUOTELABLAB（不计漏磁时：LmAQUOTELmA=QUOTELABLAB）(2)LmAQUOTELmA≠LmBQUOTELABQUOTELABLAB=LBALmA≠QUOTELABLAB(3)QUOTELABLAB及LBA均存在因为QUOTELABLAB及LBA是该装置A、B两个线圈之间的互感，是该电磁装置的固有参数，与线圈是否通电无关。得分五、下列三个表达式是三相感应电机不同空间矢量表示的电磁转矩表达式，请结合矢量控制的思想，对这三个表达式所代表的矢量控制系统的特点做简单的比较分析（p为电机极对数）。（10分）得分（1）（2）（3）答：1.（1）式表明气隙磁链矢量与定子电流矢量的相互作用产生电磁转矩；从矢量控制的角度看，这是基于气隙磁场的矢量控制思想。（2分）（2）式表明定子磁链矢量与定子电流矢量的相互作用产生电磁转矩；从矢量控制的角度看，这是基于定子磁场的矢量控制思想。（2分）（3）式表明转子磁链矢量与定子电流矢量的相互作用产生电磁转矩；从矢量控制的角度看，这是基于转子磁场的矢量控制思想。（2分）2.（1）和（2）的矢量控制思想，都不能实现对有功电流和无功电流的独立控制，也不能实现对电机转矩的动态控制；（存在耦合，（2）比（1）耦合还要严重）（2分）3.（3）是基于转子磁场定向的矢量控制思想，它不仅能够实现对有功电流和无功电流的独立控制，而且还能实现对电机转矩的动态控制（2分）得分六、请简单叙述在电机矢量控制坐标变换系统中，什么是换向器变换？为什么为什么通过静止DQ轴系到转子磁场定向MT轴系的坐标变换，可将三相感应电动机变换为等效的他励直流电动机？（10分）得分答：1）在电机矢量控制坐标变换系统中，换向器变换是指通过数学变换（如坐标变换矩阵或矢量旋转因子），将静止或旋转坐标系中的交流电流分量转换为同步旋转坐标系中的直流分量，从而实现类似于直流电机中电刷与换向器的功能。（4分）2)①通过静止DQ轴系到转子磁场定向MT轴系的坐标变换，实现磁场定向与解耦控制。如转子磁场定向控制将同步旋转的MT轴系的M轴始终对准转子磁链，可将DQ轴系的定、转子交变电流、和、变换为MT轴系定、转子直流电流、和、。（3分）②转矩方程线性化磁场定向后，稳态下的电磁转矩方程为。当励磁给定后，电磁转矩便仅决定于定子转矩电流。（励磁分量）：唯一控制转子磁链，类似他励直流电动机的励磁电流。（转矩分量）：唯一控制电磁转矩，类似他励直流电动机的电枢电流。这种变换使得感应电动机在控制上能够等效为他励直流电动机，从而实现转矩与磁场的解耦控制。（3分）得分七、请分别说明下图三相感应电动机中下列各磁链符号所代表的磁链含义，指出它们之间的内在联系，并写出相关的磁链矢量方程。（10分）得分答:（1）含义（4分）：为定子三相电流共同建立的基波合成励磁磁场（链），也可理解为定子单轴绕组通入定子电流，建立的励磁磁场（链）；：为转子三相电流共同建立的基波合成励磁磁场（链），也可理解为转子单轴绕组通入转子电流，建立的励磁磁场（链）；：为气隙磁场（链），是定、转子绕组在气隙中共同建立的基波励磁磁场（链）；：定子单轴绕组产生的漏磁场（链）；：转子单轴绕组产生的漏磁场（链）；：为定子单轴绕组的全磁链，包含定子自感磁链（包括定子漏磁链和定子励磁磁链）和定、转子磁耦合的互感磁链：为转子单轴绕组的全磁链，包含自感磁链（包括转子漏磁链和转子励磁磁链）和定、转子磁耦合的互感磁链。（2）内在联系（3分）（3）相关的磁链矢量方程（3分）八、三相感应电动机定子电压在DQ轴系下的坐标分析分量方程为:(10分)得分（1）得分（2）1)请根据上述方程,画出对应的由ABC轴系给出的用于直接磁场定向磁链估计的“电压-电流模型”运算电路图；2）简单叙述该模型的缺陷或不足之处。答:（1）（6分）（2）在低速时，定子电压值较小，式(1)和式(2)中的定子电阻压降占主导地位，定子电阻会随负载和环境温度的变化而变化。定子电阻压降的偏差对积分结果的影响会增大。（4分）得分九、在基于转子磁场定向的矢量控制中，控制（）和就等同于控制转差频率，为什么？（10分）得分答：1.基于转子磁场定向后，；（2分）2.根据磁势平衡原理，QUOTEiT=-LrLmit，，所以，控制了，就相当于控制了转3.由转子T轴电压方程可得（2分）4.（2分）5.所以，控制（）和就等同于控制转差频率。（2分）得分十、请对基于转子磁场定向矢量控制感应电机和他励直流电机的转矩控制做类比分析（10分）得分答：1.转子磁场定向矢量控制感应电机的解耦（5分）①转子笼型绕组的矢量变换先将三相感应电机的笼型绕组归算为三相对称绕组，然后通过矢量变换将其变换为转子磁场定向MT轴系的转子绕组mt（伪静止绕组），这种矢量变换实际上是将转子笼型绕组变换为了等效直流电机的换向器绕组，从而得到转子磁场定向下的转子电压方程、。②定子三相绕组的矢量变换对定子三相绕组而言，先进行静止ABC轴系到静止DQ轴系的变换，再经过静止DQ轴系到转子磁场定向MT轴系的变换，最后将定子二相静止绕组DQ变换为了换向器绕组MT，可看成MT轴系不动而定子换向器绕组顺时针旋转，旋转速度为。尽管定子在旋转，但在位于M轴和T轴两对电刷作用下，两换向器绕组产生的磁动势和在空间却静止不动。由于MT轴系不动，可以看成转子电枢绕组以转差角速度顺时针旋转，在两对电刷作用下，两换向器绕组产生的磁动势和在空间却静止不动。当定子电流励磁分量不变时，转子M轴磁动势将为零。无论稳态和动态运行时，则有。最终是将三相感应电动机转子变换为了在MT轴上具有两对电刷的换向器绕组，在转子磁场下以转差速度旋转，可将其看成是一台等效的直流电动机。2.转矩控制（5分）①在工作原理上，虽然直流电动机与三相感应电动机的机电能量转换均是在转子中进行的，但直流电动机的励磁和电枢电流是直接可控的，而且电枢磁动势与励磁磁场相互正交，可以直接实现解耦控制，定子励磁恒定时，电磁转矩便仅与电枢电流成正比，因此，可以在时域内实现对电磁转矩的线性化控制，控制系统可以获得良好的动态性能。②在矢量控制之前，三相感应电动机在时域内无法控制瞬态电磁转矩，但采用磁场定向的矢量控制，可将其等效为直流电动机，对瞬态电磁转矩，同样可