电机控制 湖南工程学院

电机控制
第一章
1、答：速度调节器用来调节控制转速，速度调节器的输出作为电流调节器的给定来控制电动机的电流和转矩，实现调速过程的快速性，做到静态无差。

输出限幅应控电枢电流的允许值来调整，对过载能力低的晶闸管元件起到有效的保护作用。

电流调节器能比较迅速地做出响应，抑制干扰的影响，提高系统运行的稳定性和抗干扰能力。

电流调节器的输出限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压，其限幅值决定了触发角的移相范围，故应按此来调整。

2、答：出现电网电压液动时，电流调节器起主要调节作用。

当电流调节器的给定信号Un大于电流反馈信号Uf时，经过调节器控制整流桥的移相角α，使整流输出电压升高，电枢电流增大；反之亦然，使电枢电流与电流给定值相等。

出现负载扰动时，速度调节器起主要调节作用。

如负载突然增加，电机转速就要下降，于是速度反馈电压将小于给定电压，在速度调节器的输入端将出现正的偏差电压，经调节器的作用使电流增大，转矩增大，当T>T L时电机转速就又回升，最后在T=T L的条件下重新达到平衡。

3、答：（1）双闭环调速系统正常工作时，只有调节速度给定信号Ug才可以改变电动机转速，而改变速递调节器的参数（如比例系数、积分时间常数）均无作用。

改变负载大小也不能影响转速，因为速度闭环系统不论负载大小均与速度无关。

（2）转速反馈线突然断掉时，Ufn=0，使ΔU1=Ug-Ufn=Ug很大，速度调节器包含限幅输出，调节系统以最大电流、最大转矩加速直至电磁转矩与负载转矩，阻抗转矩相平衡，达到最高转速而恒定，故电动机不可调速。

5、答：因为在生产实际中有许多场合要求电动机能做四象限运行，要求不断地进行正向运动，接着快速制动，然后反向电动，再反向制动，频繁的进行运行状态变换。

这就要求电动机能产生正、反两个方向的电磁转矩。

由于两个桥的解法是反并联的，若要电压相平衡，则两桥必须一个工作在整流状态，一个工作在逆变状态，且α1=β2，若α1<β2，正组整流桥的输出电压U1将大于反组整流桥的对顶电压U2。

在两个整流桥之间可能出现很大的环流；限制环流的办法有二：一种是在两组反并联整流桥之间加限流电抗器，叫有环流系统，特点是采用了双闭环控制；另一种办法是在一组整流桥工作时把另一组整流桥的脉冲封锁，使该组不导通，叫无环流系统，特点是有一个逻辑装置LJ，是控制系统核心。

11、答：动态特性指的是在电机运行条件突变时，从一种运行状态到另一种运行状态的过渡过程情况。

可控整流器调速系统采用开关速度慢的晶闸管作开关元件，而脉宽调制PWM型直流调速系统采用自关断器件，致使电机电压、电流、转矩、速度响应时间大大缩短，即有了更好的动态特性。

第二章
1、答：采用调压调速时，适合拖动对效率要求不高的负载。

适合于拖动风机、水泵类负载，主要从转子发热来考虑，这类负载的转矩与转速平方成正比，功率与转速三次方成正比，调压调速的特性与这类负载特性很匹配。

5、答：电磁滑差离合器与鼠笼式异步电机在结构上做成一体，实现电动机反转，必须改变磁场的旋转方向，只要将连接三相电源的三根导线中任意两根对调一下即可。

6、答：串级调速系统的机械特性与直流电机特性颇为相似，在一定的负载Id下改变逆变角β可以实现调速，而在β保持一定时，电机的转速随负载增大而下
降，特性较软。

8、答：串级调速系统由电机本体和不控整流——有源逆变电路构成。

异步电机本身固有的功率因数为cos φ0。

原因：（1）逆变器晶闸管换流需要落后的感性无功电流即Îβ落后Û1。

（2）电机转子电势很低，工作低频状态下的不控整流器元件存在严重的换流重叠现象，换流重叠角μ0很大。

（3）逆变器晶闸管采用移相触发控制，造成电压、电流波形非正弦畸变，各类谐波无功的存在恶化了系统功率因数。

措施：（1）采用功率因数的串级调速装置；（2）可以采用改变逆变器抽头来变化变压器次级电压Uβ，以满足小逆变角下工作的条件。

或采用两个逆变器的纵联接替代一大容量逆变器，运行时采用固定一个的逆变角为最小，改变另一个的逆变角来调速的所谓“不对称控制”方式。

（3）在转子直流回路中加入斩波器调压以缩小逆变角变化范围的改善功率因数。

9、答：与亚同步串级调速系统相比，双馈调速系统的优点：（1）在相同的额定功率和调速范围条件下，由于双馈调速系统可以在同步转速上、下运行，转子回路中设置的调速装置可比亚同步串级调速系统中的装置容量减小一半。

（2）由于滑差功率可以双向传送，具有再生制动功能，双馈调速系统动态响应快。

（3）超同步转速运行时系统功率因数高。

所以双馈调速系统在大容量、宽调速，对动态性能要求高的场合以及可再生能源开发中获得广泛应用。

10、答：因为调速范围不宽，所以采用间接起动方式。

为了使串级调速装置不受过电压损坏，苏采用间接起动方式，即将电动机转子先接入电阻或频敏变阻器起动，待转速升高到串级调速系统的设计最低转速时，才把串级调速装置投入运行。

13、答：（1）同步速n c 随运行频率的变化：不同频率下机械特性为一组硬度相同而不同运行频率下的转速降落Δn 基本不变。

这就是恒转矩控制的特性。

最大转矩Tm 岁频率降低而减小。

适合调速范围不大，最低转速不太低，或负载转矩随转速降低而减小的负载，在低频时适当提高电压U1以补偿定子电阻压降，则可在局部低频范围内增大最大转矩，增强负载能力。

（2）调速范围更广：低频下起动转矩比额定频率下的起动转矩大，而起动电流并不大；反向运行频率下的最大转矩恒定不变。

稳态工作特性明显优于恒压频比控制。

（3）异步电动机的机械特性T=f(s)为准确的直线，与U 1/f 1=C 及E r /f 1=C 控制方式相比，Er/f1=C 控制下的稳态工作特性最好。

14、答：恒流源供电及恒压源供电异步电机机械特性形状相似，都有一个最大转矩，但产生最大转矩的临界转差率不同。

恒流时)
('21'2L L R S m m +=ω；恒压时，)
('211'2L L V R S m +=，由于L m >>L 1，显然恒流时电机临界转差率要小得多。

在实际应用中，异步电机在电压激励电流源供电下通过电压，电流闭环控制改善了理想恒流供电时的机械特性；加入电压反馈后，根据恒电压/频率比方式对电流加以控制，使端电压保持在应有的水平上。

这样，调速系统的机械特性就变得和电压源供电时完全相同，特性得到改造而实用。

15、答：如电机电流增大，损耗增加，效率、功率因数降低，温升增加，还会出现转矩脉动，是振动噪声增大；绕组绝缘也可能因过大电压梯度而易老化。

负载增加时谐波分量大小显著增加，谐波损耗随负载增大，效率及功率因数将显著下降。

要减小非正弦供电对异步电机运行性能的不良影响，关键是要减小和限制谐波电压和电流。

电流源型非正弦电源输出电流谐波成分确定，需选用漏抗晓得电机来减小所产生的谐波电压及其影响。

16、答：对于变频器供电电动机而言，由于高次谐波的存在，电机内部会产生附加损耗，致使电动机温升增大。

由于发热和散热两方面因素会致使电动机温升增大。

电动机温升增大影响绕组的使用寿命。

限制电动机的输出，严重的甚至会烧毁电动机！ 对于调压调速系统电机转子发热是由于铜耗、铁耗引起的22R S I ∞，转子电流将随着转差率的增加而增加。

为防止过热，电机调速运行的范围和低速运行时间应当加以限制。

23、答：三种，正弦脉宽调制，电流跟踪型脉宽调制和磁链跟踪型脉宽调制。

单极性控制，采用单极性控制时，逆变器每个开关元件只在输出半周期内反复的通断工作，另半个周期始终截止。

双极性控制，采用双极性控制时，载波信号和调制信号的极性均在不断地交变，逆变器同一桥臂上、下两开关元件在整个输出周期内均交替互补的通断。

24、答：SPWM ，采用正弦波U RA 与三角波U T 相交时，交点处便可得到一组正弦脉宽调制的SPWM 波U DA ，这样，改变正弦调制波的频率便可调节SPWM 波的输出基波频率，改变正弦调制波的幅值便可改变同一时间位置上的脉冲宽度，调节SPWM 波的输出基波幅值，从而实现了在同一逆变器内同时对输出基波频率和幅值的控制。

SVPWM ，磁链跟踪控制是从电机的角度出发，着眼于如何控制逆变器功率开关以改变电压的端电压。

零矢量的加入可以起到调节PWM 输出基波频率f1的作用。

当f1降压时，采用零矢量分割法，由多个小步替代集中的几步完成，改善低频运行时的PWM 波形输出特性。

27、答：异步电机变频调速系统分为两种结构，频率开环系统一旦速度给定后，电机供电频率不再调节，气隙磁场同步速确定，电机转速将在滑差范围内随负载大小变化。

频率开环系统则在速度给定后，由控制系统实现对供电频率和同步速自动调节，确保负载变化时电机转速恒定不变。

29、答：在小转差运行区域内，转子转差频率很低，转子阻抗是现电阻性质内功率因数很高，cos φ2≈1。

这样，电机的电磁转矩可近似写成2'22
'21
')()(sX R sE I s +=，
因为转差率被控制得很小，'2'2R sX <<，则'221121')(R E R sE I s ωω=≈，由于φω∞∞1
111f E E ，则s '2φω∞I ，即转子电流与气隙磁通Φ和绝对转差ωs 之积成正比s t C T ωφ2'=。

只要设法维持气隙磁通Φ不变，则电磁转矩直接与绝对转差ωs 成正比。

只要控制绝对转差，就能达到控制转矩的目的。

第三章
1、答：（1）只要精确地控制变频电源的频率就能准确地控制电机速度，调速系统无需速度反馈控制。

（2）对转矩扰动具有更强承受能力，能作出较快速的反应。

（3）调速范围比较宽。

（4）可以通过调节转子励磁来调节电机的功率因数，故有可能使之运行在cosφ=1的单位动率因数状态下。

此时电枢铜耗最小，也可减小变频器容量。

（5）能运行在超前功率因数下，有可能利用电动机的反电势实现负载自然换流，克服了强迫换流的弊病。

11、答：同：矢量变换控制的基本思想。

在异步电机的矢量变换控制中，我们选择转子全磁通矢量作为同步速旋转的磁场定向坐标系（M—T坐标系）的M 轴。

通过坐标变换，将三相定子电流分解为与转子磁通同方向的等效励磁电流i M1
及与转子磁通方向垂直的等效转矩电流i T1 。

由于i M1、i T1相互正交，解除了
彼此间的耦合关系；在同步速的M—T坐标系中它们是一组直流标量，故完全可以像直流电动机那样实现对磁场和转矩的分别控制，获得良好的调速特性。

同步电动机电枢绕组有交—交变频器工地那，转子磁场绕组由控整流器供电。

电枢和磁场中均设有电流调节回路，此外，还设有有效磁通和速度的调节回路。

第四章
1、答：（1）稳定电压，保证供电质量。

（2）使并联运行的各发电机之间无功功率合理分配。

（3）励磁装置因动作快速，调节过程稳定，没有失灵区，以利提高系统的静态稳定性。

（4）当发生故障时，可快速强行励磁，保证系统的暂态稳定性。

（5）应能引入按发电机转速偏差对励磁进行校正，以改善系统的动态稳定性。

（6）当发电机突然甩负荷时，鞥实现强行减磁，以限制发电机端的啊呀的迅速升高。

（7）当发电机内部出现短路故障时，能快速灭磁，以减小故障的破坏程度。

第五章
1、答：永磁无刷直流电动机具有有刷直流电动机那样优良的调速性能，却没有电刷和换向器。

这主要是它用转子位置检测器替代了电刷，用电子换向电路替代了机械式换向器之故。

因此永磁无刷直流电动机的电子控制系统是这种电机不可缺少的必要组成部分。

4、答：开关磁阻电动机传动系统由开关磁阻电动机、功率变换器、转子位置检测器和控制器所组成的。

结构和控制简单，效率高，运行可靠，在性能和成本等各方面都具有一定的优势。

开关磁阻点及的工作机理与磁阻式步进电机一样，基于磁通总是沿磁导最大的路径闭合的原理。

第六章
1、答：容易获得高精度的稳态调速系统；可获得优化的控制质量；能方便灵活的实现多种控制策略；提高系统工作的可靠性。