交流调速期末考试复习题

课程名称：交流调速(专升本)

一．填空题（共12小题，每空1分，共30分）当前，交流拖动控制系统的主要应用领域包括三个方面，分别是：一般性能调速和（节能调速），（高性能交流调速系统）和伺服系统、特大容量、（极高转速）的交流调速。异步电动机的稳态数学模型包括（稳态等效电路）和（机械特性）。异步电动机基频以上调速时，因受电动机（绝缘耐压）和（磁路饱和）的限制，输入电压只能保持恒定，使得异步电动机工作于（弱磁）状态。异步电动机变压变频调速可分为基频以下和基频以上调速，我国国家电网采用的基频为（50Hz），基频以下调速属于恒(转矩)调速，基频以上调速属于恒(功率)调速。交-直-交变频器根据直流环节滤波不同，分为(电压源)型逆变器和(电流源)型逆变器。他们中间直流环节滤波分别采用(电容)和(电感)。SHEPWM控制就是让拟消除谐波的谐波电压的(幅值)为零，并令基(波幅值)为需要值，从而确定逆变器的通断时刻。三相交流异步电动机的输入电压最大值为，输入频率为，则其合成矢量幅值为(，)角频率为（）。三相异步电动机PWM逆变时，正六边形定子磁连的大小与（直流侧电压Ud）成正比，而与（电源角频率）成反比。限制交-直-交逆变器的泵升电压的常用方法有：（直流侧并入制动电阻），将泵升能量释放；或（直流侧并入一组有源逆变器），将泵升能量回馈电网。在转差频率控制系统中，在（）范围内，维持气隙磁通不变，异步电动机的电磁转矩Te基本上与（）成正比。三相交流异步电动机与绕组交链的磁通可分为：（穿过气隙的互感磁通(或气隙磁通、Φms)）和只与一相绕组交链不穿过气隙的（漏磁通(或Φml)）。按转子磁链定向的矢量控制的基本思想是：通过（坐标变换），在按转子磁链定向的（同步旋转）正交坐标系中，得到（等效的直流电动机模型)。二、简答、作图题（共5小题，每小题6分，共30分）1.试简述SVPWM控制模式的特点。答案要点： 1)逆变器共有八个基本输出矢量，有六个有效工作矢量和两个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用一次的方式只能生成正六边形的旋转磁链，谐波分量大，将导致转矩脉动；（2分） 2)用相临的两个有效工作矢量，可合成任意的期望输出的电压矢量，使磁链轨迹接近于圆，但功率器件的开关频率较高；（2分） 3)利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便；（1分） 4)与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压最多可提高15%；（1分）2.试说明矢量变换是如何将交流电机模型变成等效直流电机模型的？答案要点： 1）电机变换的等效原则是：不同坐标系下产生的磁动势相同；（1分） 2）将三相异步电动机的三相电流、和通过3/2变换，变成两相静止坐标系上的交流电流和；（2分） 3）再通过同步旋转变换，就可心等效成直流电流和；（2分） 4）如果观察者站到铁芯上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一个直流电机。M绕组相当于励磁绕组，T绕组相当于伪静止的电枢绕组。（1分）3.试在图中方框内标出异步电机双馈调速在各种工况下负载功率及转差功率的流向，并说明图中a、b、c及d分别为哪种工况。（2分）答案要点： a)次同步转速电动状态 b)次同步转速发电状态 c)超同步转速发电状态 d)超同步转速电动状态（4分）4.电流滞环跟踪控制A相的原理图如下图所示，试据图写出电流上升段和电流下降段回路表达式，并说明滞环电流为什么上升慢而下降快？答案要点： 电流上升段的表达式为：（2分） 电流下降段的表达式为：（2分） 由上面的表达式可知，电流上升段的电流变化率要小于电流下降段的变化率，因此滞环电流上升慢而下降快。（2分）5．某合成电压矢量us由电压空间矢量u2(SASBSC=110)和u3(SASBSC=010)合成，试画图说明零矢量集中的SVPWM实现的作用顺序及三相电压波形（中间零矢量选用u7）。答案要点：

1.(填空题)当前,交流拖动控制系统的主要应用领域包括三个方面,分别是:一般性能调速和___,___和伺服系统、特大容量、___的交流调速。(本题3.0分)

学生答案：节能调速,高性能交流调速系统,极高转速,.

标准答案：节能调速,高性能交流调速系统,极高转速.

解析：无.

得分：3.0.

2.(填空题)异步电动机的稳态数学模型包括___和___。(本题2.0分)

学生答案：稳态等效电路,机械特性,.

标准答案：稳态等效电路,机械特性.

解析：无.

得分：2.0.

3.(填空题)异步电动机基频以上调速时,因受电动机___和___的限制,输入电压只能保持恒定,使得异步电动机工作于___状态。(本题3.0分)

学生答案：绝缘耐压,磁路饱和,弱磁,.

标准答案：绝缘耐压,磁路饱和,弱磁.

解析：无.

得分：3.0.

4.(填空题)异步电动机变压变频调速可分为基频以下和基频以上调速,我国国家电网采用的基频为___Hz,基频以下调速属于恒___调速,基频以上调速属于恒___调速。(本题3.0分)

学生答案：50,转矩,功率,.

标准答案：50,转矩,功率.

解析：无.

得分：3.0.

5.(填空题)交-直-交变频器根据直流环节滤波不同,分为___型逆变器和___型逆变器。他们中间直流环节滤波分别采用___和___。(本题4.0分)

学生答案：无.

标准答案：电压源,电流源,电容,电感.

解析：无.

得分：0.0.

6.(填空题)SHEPWM控制就是让拟消除谐波的谐波电压的___为零,并令基___为需要值,从而确定逆变器的通断时刻。(本题2.0分)

学生答案：幅值,波幅,.

标准答案：幅值,波幅值.

解析：无.

得分：1.0.

7.(填空题)三相交流异步电动机的输入电压最大值为,输入频率为,则其合成矢量幅值为______,角频率为_____(本题2.0分)

学生答案：无.

标准答案：,.

解析：无.

得分：0.0.

8.(填空题)三相异步电动机PWM逆变时,正六边形定子磁连的大小与___成正比,而与___成反比。(本题2.0分)

学生答案：直流电压Ud,电源角频率,.

标准答案：直流侧电压Ud,电源角频率.

解析：无.

得分：1.0.

9.(填空题)限制交-直-交逆变器的泵升电压的常用方法有:___,将泵升能量释放;或___,将泵升能量回馈电网。(本题2.0分)

学生答案：你,,.

标准答案：直流侧并入制动电阻,直流侧并入一组有源逆变器.

解析：无.

得分：0.0.

10.(填空题)在转差频率控制系统中,在___范围内,维持气隙磁通不变,异步电动机的电磁转矩Te基本上与_____成正比。(本题2.0分)

学生答案：转差角频率,,.

标准答案：,.

解析：无.

得分：0.0.

11.(填空题)三相交流异步电动机与绕组交链的磁通可分为:___和只与一相绕组交链不穿过气隙的___。(本题2.0分)

学生答案：穿过气隙的相间互感磁通,漏磁通,.

标准答案：穿过气隙的互感磁通(或气隙磁通、Φms)),漏磁通(或Φml).

解析：无.

得分：1.0.

12.(填空题)按转子磁链定向的矢量控制的基本思想是:通过___,在按转子磁链定向的___正交坐标系中,得到___。(本题3.0分)

学生答案：坐标变换,同步旋转,等效的直流电动机模型,.

标准答案：坐标变换,同步旋转,等效的直流电动机模型.

解析：无.

得分：3.0.

13.(简答题)试简述SVPWM控制模式的特点。(本题6.0分)

学生答案：答：逆变器共有8个基本输出矢量，有6个有效工作矢量和两个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用一次的方式只能生成正六边形的旋转磁链，谐波分量大，将导致转矩脉动。用相邻的2个有效工作矢量，可合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近圆，但功率器件的开关频率提高，更易于实现数字化。.

标准答案：1)逆变器共有八个基本输出矢量,有六个有效工作矢量和两个零矢量,在一个旋转周期内,每个有效工作矢量只作用一次的方式只能生成正六边形的旋转磁链,谐波分量大,将导致转矩脉动;(2分)2)用相临的两个有效工作矢量,可合成任意的期望输出的电压矢量,使磁链轨迹接近于圆,但功率器件的开关频率较高;(2分)3)利用电压空间矢量直接生成三相PWM波,计算简便;(1分)4)与一般的SPWM相比较,SVPWM控制方式的输出电压最多可提高15%;(1分).

解析：无.

得分：4.0.

14.(简答题)试说明矢量变换是如何将交流电机模型变成等效直流电机模型的?(本题6.0分)

学生答案：无.

标准答案：.

解析：无.

得分：0.0.

15.(简答题)试在图中方框内标出异步电机双馈调速在各种工况下负载功率及转差功率的流向,并说明图中a、b、c及d分别为哪种工况。(本题6.0分)

学生答案：.

标准答案：a)次同步转速电动状态b)次同步转速发电状态c)超同步转速发电状态d)超同步转速电动状态

.

解析：无.

得分：3.0.

16.(简答题)电流滞环跟踪控制A相的原理图如下图所示,试据图写出电流上升段和电流下降段回路表达式,并说明滞环电流为什么上升慢而下降快?(本题6.0分)

学生答案：无.

标准答案：电流上升段的表达式为:(2分)电流下降段的表达式为:(2分)由上面的表达式可知,电流上升段的电流变化率要小于电流下降段的变化率,因此滞环电流上升慢而下降快。(2分).

解析：无.

得分：0.0.

17.(简答题)某合成电压矢量us由电压空间矢量u2(SASBSC=110)和u3(SASBSC=010)合成,试画图说明零矢量集中的SVPWM实现的作用顺序及三相电压波形(中间零矢量选用u7)。(本题6.0分)

学生答案：无.

标准答案：.

解析：无.

得分：0.0.

18.(辨析题)三相交流异步电机三相电流闭环控制的矢量控制系统的结构图如下图所示,请据此分析:（1）试说明①的作用。（2）试说明②③的名称，一般采用何种控制方式。（3）试写出④的变换矩阵。（4）试说明⑤的控制方式。（5）试说明⑥作用及检测器件。（6）试说明⑦的作用，常采用器件是什么？如果是数字控制系统，还可采用什么检测器件。(本题20.0分)

学生答案：无.

标准答案：(1)根据反馈转速输出转子磁链给定值，基频以下时采用恒磁通控制，基频以上采用弱磁控制。（4分）(2)AFR、ASR（2分）常采用PI控制。（2分）(3)（3分）(4)电流滞环跟踪PWM控制。（2分）(5)电流检测

电流互感器（或霍尔传感器）（4分）(6)转速检测测速发电机编码器（3分）.

解析：无.

得分：0.0.

19.(计算题)厢式电梯是一种垂直方向的交通工具,是生产与生活中的一种重要设备,电梯的动力组成是曳引系统,主要组成包括:曳引电机,曳引钢丝绳和曳引轮组成,通过曳引钢丝绳,将轿厢与配重挂在曳引轮两侧,通过曳引轮与曳引钢丝绳间的摩擦力来完成轿厢在固定导轨上的运输工作。某品牌型号为WYJ103-02的三相交流曳引电机参数为:额定相电压=220V,额定转速=1470r/min,额定频率=50Hz,定子绕组为Y联接。由实验测得每相参数为:定子电阻=0.5Ω,定子漏感

=3mH,转子电阻=0.4Ω,转子漏感=5mH,转子参数已折算到定子侧,忽略铁芯损耗。1)

试画出异步电动机简化等效电路图。2)计算额定运行时的转差率，定子额定电流和额定电磁转矩3)定子电压和频率均为额定值时，计算临界转差率和临界电磁转矩4)曳引电机采用转差频率控制，试计算系统的临界转差频率5）假定系统最大的允许转差频率，试计算转差频率控制时起动定子电流和起动转矩(本题20.0分)

学生答案：无.

标准答案：1）2）3）4）5）.

解析：无.

得分：0.0.

1.(填空题)当前,交流拖动控制系统的主要应用领域包括三个方面,分别是:一般性能调速和___,___和伺服系统、特大容量、___的交流调速。(本题3.0分)

学生答案：节能调速，高性能交流调速系统，极高转速,,

标准答案：节能调速,高性能交流调速系统,极高转速

解析：无

得分：3.0

2.(填空题)异步电动机的稳态数学模型包括___和___。(本题2.0分)

学生答案：稳态等效电路，机械特性,

标准答案：稳态等效电路,机械特性

解析：无

得分：2.0

3.(填空题)异步电动机基频以上调速时,因受电动机___和___的限制,输入电压只能保持恒定,使得异步电动机工作于___状态。(本题3.0分)

学生答案：绝缘耐压，磁路饱和，弱磁,,

标准答案：绝缘耐压,磁路饱和,弱磁

解析：无

得分：3.0

4.(填空题)异步电动机变压变频调速可分为基频以下和基频以上调速,我国国家电网采用的基频为___Hz,基频以下调速属于恒___调速,基频以上调速属于恒___调速。(本题3.0分)

学生答案：50，转矩，功率,,

标准答案：50,转矩,功率

解析：无

得分：3.0

5.(填空题)交-直-交变频器根据直流环节滤波不同,分为___型逆变器和___型逆变器。他们中间直流环节滤波分别采用___和___。(本题4.0分)

学生答案：电压源，电流源，电容，电感,,,

标准答案：电压源,电流源,电容,电感

解析：无

得分：4.0

6.(填空题)SHEPWM控制就是让拟消除谐波的谐波电压的___为零,并令基___为需要值,从而确定逆变器的通断时刻。(本题2.0分)

学生答案：幅值，波幅值,

标准答案：幅值,波幅值

解析：无

得分：2.0

7.(填空题)三相交流异步电动机的输入电压最大值为,输入频率为,则其合成矢量幅值为______,角频率为_____(本题2.0分)

学生答案：,

标准答案：,

解析：无

得分：2.0

8.(填空题)三相异步电动机PWM逆变时,正六边形定子磁连的大小与___成正比,而与___成反比。(本题2.0分)

学生答案：直流侧电压Ud，电源角频率,

标准答案：直流侧电压Ud,电源角频率

解析：无

得分：2.0

9.(填空题)限制交-直-交逆变器的泵升电压的常用方法有:___,将泵升能量释放;或___,将泵升能量回馈电网。(本题2.0分)

学生答案：直流侧并入制动电阻，直流侧并入一组有源逆变器,

标准答案：直流侧并入制动电阻,直流侧并入一组有源逆变器

解析：无

得分：2.0

10.(填空题)在转差频率控制系统中,在___范围内,维持气隙磁通不变,异步电动机的电磁转矩Te基本上与_____成正比。(本题2.0分)

学生答案：,

标准答案：,

解析：无

得分：2.0

11.(填空题)三相交流异步电动机与绕组交链的磁通可分为:___和只与一相绕组交链不穿过气隙的___。(本题2.0分)

学生答案：主磁通，漏磁通,

标准答案：穿过气隙的互感磁通(或气隙磁通、Φms)),漏磁通(或Φml)

解析：无

得分：1.0

12.(填空题)按转子磁链定向的矢量控制的基本思想是:通过___,在按转子磁链定向的___正交坐标系中,得到___。(本题3.0分)

学生答案：坐标变换，同步旋转,,

标准答案：坐标变换,同步旋转,等效的直流电动机模型

解析：无

得分：2.0

13.(简答题)试简述SVPWM控制模式的特点。(本题6.0分)

学生答案：

标准答案：1)逆变器共有八个基本输出矢量,有六个有效工作矢量和两个零矢量,在一个旋转周期内,每个有效工作矢量只作用一次的方式只能生成正六边形的旋转磁链,谐波分量大,将导致转矩脉动;(2分)2)用相临的两个有效工作矢量,可合成任意的期望输出的电压矢量,使磁链轨迹接近于圆,但功率器件的开关频率较高;(2分)3)利用电压空间矢量直接生成三相PWM波,计算简便;(1分)4)与一般的SPWM相比较,SVPWM控制方式的输出电压最多可提高15%;(1分)

解析：无

得分：4.0

14.(简答题)试说明矢量变换是如何将交流电机模型变成等效直流电机模型的?(本题6.0分)

学生答案：

标准答案：

解析：无

得分：4.0

15.(简答题)试在图中方框内标出异步电机双馈调速在各种工况下负载功率及转差功率的流向,并说明图中a、b、c及d分别为哪种工况。(本题6.0分)

学生答案：答:a）次同步转速电动状态b）次同步转速发电状态c）超同步转速发电状态d）超同步转速电动状态

标准答案：a)次同步转速电动状态b)次同步转速发电状态c)超同步转速发电状态d)超同步转速电动状态

解析：无

得分：6.0

16.(简答题)电流滞环跟踪控制A相的原理图如下图所示,试据图写出电流上升段和电流下降段回路表达式,并说明滞环电流为什么上升慢而下降快?(本题6.0分)

学生答案：

标准答案：电流上升段的表达式为:(2分)电流下降段的表达式为:(2分)由上面的表达式可知,电流上升段的电流变化率要小于电流下降段的变化率,因此滞环电流上升慢而下降快。(2分)

解析：无

得分：4.0

17.(简答题)某合成电压矢量us由电压空间矢量u2(SASBSC=110)和u3(SASBSC=010)合成,试画图说明零矢量集中的SVPWM实现的作用顺序及三相电压波形(中间零矢量选用u7)。(本题6.0分)

学生答案：

标准答案：

解析：无

得分：0.0

18.(辨析题)三相交流异步电机三相电流闭环控制的矢量控制系统的结构图如下图所示,请据此分析:（1）试说明①的作用。（2）试说明②③的名称，一般采用何种控制方式。（3）试写出④的变换矩阵。（4）试说明⑤的控制方式。（5）试说明⑥作用及检测器件。（6）试说明⑦的作用，常采用器件是什么？如果是数字控制系统，还可采用什么检测器件。(本题20.0分)

学生答案：

标准答案：(1)根据反馈转速输出转子磁链给定值，基频以下时采用恒磁通控制，基频以上采用弱磁控制。（4分）(2)AFR、ASR（2分）常采用PI控制。（2分）(3)（3分）(4)电流滞环跟踪PWM控制。（2分）(5)电流检测

电流互感器（或霍尔传感器）（4分）(6)转速检测测速发电机编码器（3分）

解析：无

得分：14.0

19.(计算题)厢式电梯是一种垂直方向的交通工具,是生产与生活中的一种重要设备,电梯的动力组成是曳引系统,主要组成包括:曳引电机,曳引钢丝绳和曳引轮组成,通过曳引钢丝绳,将轿厢与配重挂在曳引轮两侧,通过曳引轮与曳引钢丝绳间的摩擦力来完成轿厢在固定导轨上的运输工作。某品牌型号为WYJ103-02的三相交流曳引电机参数为:额定相电压=220V,额定转速=1470r/min,额定频率=50Hz,定子绕组为Y联接。由实验测得每相参数为:定子电阻=0.5Ω,定子漏感

=3mH,转子电阻=0.4Ω,转子漏感=5mH,转子参数已折算到定子侧,忽略铁芯损耗。1)

试画出异步电动机简化等效电路图。2)计算额定运行时的转差率，定子额定电流和额定电磁转矩3)定子电压和频率均为额定值时，计算临界转差率和临界电磁转矩4)曳引电机采用转差频率控制，试计算系统的临界转差频率5）假定系统最大的允许转差频率，试计算转差频率控制时起动定子电流和起动转矩(本题20.0分)

学生答案：

解析：无

得分：2.0

1.(填空题)从转差功率的处理角度看,异步电动机调速系统可分为三类,分别是:___、___和___。(本题3.0分)

学生答案：转差功率消耗型,较差功率不变型,较差功率回馈型

标准答案：转差功率消耗型,转差功率不变型,转差功率回馈型

解析：无

得分：3.0

2.(填空题)由异步电动机的机械特性方程可知,能够改变电动机转速的参数有三类,分别是:___、___和___。(本题3.0分)

学生答案：电动机参数,电源电压,电源频率

标准答案：电动机参数,电源电压,电源频率

解析：无

得分：3.0

3.(填空题)异步电动机基频以下采用恒压频比控制调速时,因负载变化时___不同,将导致___改变,因此需采用___控制。(本题3.0分)

学生答案：空子压降,磁通,定子电压补偿

标准答案：定子压降,磁通,定子电压补偿

解析：无

得分：2.0

4.(填空题)转子磁链的计算模型中,根据实测信号的不同,可分为___和___。(本题2.0分)

学生答案：电流模型,电压模型

标准答案：电流模型,电压模型

解析：无

得分：2.0

5.(填空题)SPWM技术是以频率与期望的输出电压波相同的正弦波,作为___,以频率比期望波高得多的等腰三角波作为___,由它们的___确定逆变器的通断时刻,从而获得___相等,宽度按___规律变化的脉冲序列。(本题5.0分)

学生答案：电流,电流,开关频率,,

标准答案：调制波,载波,交点,幅值,正弦

解析：无

得分：0.0

6.(填空题)CFPWM控制是采用___闭环控制,使电机实际___接近正弦波。实际控制精度与滞环的宽度有关,实际使用时,应在___允许的前提下,选择尽可能___的环宽。(本题4.0分)

学生答案：电流,电流,开关频率,小

标准答案：电流,电流,开关频率,小

解析：无

得分：4.0

7.(填空题)三相交流异步电动机由三相平衡正弦电压供电时,电动机定子磁链幅值___,以___旋转,矢量顶点运行轨迹呈___。(本题3.0分)

学生答案：恒定,恒通,圆形

标准答案：恒定,恒速,圆形

解析：无

得分：2.0

8.(填空题)采用直接转矩控制是___决定了磁链幅值的增减,___决定了旋转速度。(本题2.0分)

学生答案：usd,usq

标准答案：usd,usq

解析：无

得分：2.0

9.(填空题)转速开环变压变频调速系统由于本身没有自动限制制动电流的作用,因此,频率设定必须通过___算法产生___的升速或降速信号。(本题2.0分)

学生答案：给定积分,平缓

标准答案：给定积分,平缓

解析：无

得分：2.0

10.(填空题)异步电动机的动态数学模型是一个___、___、___的多变量系统。(本题3.0分)

学生答案：高阶,非线性,强耦合

标准答案：高阶,非线性,强耦合

解析：无

得分：3.0

11.(简答题)试总结说明调压调速系统的机械特性的特点。(至少列出五点)(本题6.0分)

学生答案：

标准答案：要点:列出5个即可,每项1.5分。1)电磁转矩与定子电压的平方成正比;2)理想空载转速为同步转速;3)临界转差率保持不变；4)临界转矩随定子电压的减小而成平方地下降；5)带恒转矩负载时，输入电磁功率不变，属恒功率调速；6)转差功率随转差率的加大而增大。

解析：无

得分：6.0

12.(简答题)试通过电机的调速范围说明调压速为什么适合于风机泵类负载?(本题6.0分)

学生答案：

标准答案：要点:1)对于恒转矩负载,临界转差率sm以上(转差率<sm)可稳定工作,而在临界转差率下(转差率>sm),就不能稳定工作了。(2分)2)对于风机泵类负载,在系统整个调速范围内均可稳定工作。(2分)3)结论,普通笼型异步电动机带风机类负载时,调速较宽要比带恒转矩负载时调速范围宽,因此调压调速更适于风机泵类负载。(2分)

解析：无

得分：6.0

13.(简答题)坐标变换(3/2变换和旋转变换)的优点何在?能否改变或减弱异步电动机非线性、强耦合和多变量的性质。(本题6.0分)

学生答案：

标准答案：要点:坐标变换的优点:与三相原始模型相比,3/2变换减少了状态变量的维数,简化了定子和转子的自感矩阵。(3分)旋转变换改变了定、转子绕组间的耦合关系,将相对运动的定