现代交流调速系统总结 期末重点

第一章异步电动机变压变频调速理论基础1.交流电动机的优点有哪些？直流电机的优点：⑴调速优良，易于控制，静态性能好动态响应快⑵数学模型简单：线性2阶＋1阶⑶易于控制：电枢和励磁线圈可以独立调节⑷天然解耦：Ia与Φm线性无关是解耦的直流电机的缺点：a）结构上存在的机械换向器和电刷b）体积大c）维护困难，使用环境受限d）寿命短e）在容量发展上受限制⊙⊥⊙交流的电动机的优点：(1)结构简单，体积小、转动惯量、小重量轻(2)坚固耐用⑶动态响应好⑷价格低廉交流的电动机的缺点：⑴难于控制，调速性能先天不足⑵多变量耦合⑶强非线性（自己写：）⑷高阶次：至少是7阶2.根据转差功率的去向，交流异步电机的调速方法可分为哪几类？各有哪些方法？按电动机的调速方法分类，常见的交流调速方法有：①降电压调速②转差离合器调速③转子串电阻调速④绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速⑤变极对数调速⑥变压变频调速等⑴转差功率消耗型调速系统①、②、③都属于这种，效率最低，低速时以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）；结构简单，设备成本最低。

⑵转差功率馈送型调速系统④大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，效率较高。

⑶转差功率不变型调速系统⑤、⑥转差功率只有转子铜损，转速高低，转差功率基本不变，效率更高。

分两种，变极对数调速是有级的，应用场合有限；变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，但定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，成本最高。

3.画出异步电动机在调压调速时的机械特性，并说明其特点。

⑴n0不变（起点）⑵Te(包括Tst)正比于u1的平方（极值）⑶Sm不变（极值轴心）4.为什么说交流调压调速更适合于风机泵类负载？㈠从特性和调速范围分析：恒转矩负载TL=constant时，可得不同的稳定转速，如图2-1中的A，B，C点。

由于普通异步电动机工作段转差率S很小，因此对恒转矩负载来说，调速范围很小。

风机泵类机械，由于其负载特性为TL=kn^a(a>1)，采用调压调速则可得到较大的调速范围如D，E，F点。

㈡从电流和发热情况分析：降压调速在恒转矩条件下，转子电流随转速的降低而增大，1-17：推出：所以降压调速的方法仅适用于负载较轻或调速范围较小的情况。

而风机泵类负载调压调速转子电流随转速的下降不明显上升，有时还会下降（调速范围比较宽），稳态运行时Ir对s求导，令dIr/ds=0,有s=1/3，由图像可知当s<1/3时，转子和定子电流仍随速度的降低而增大，其电流增大程度比恒转矩负载条件下小得多；当s>1/3时，转子和定子电流将随速度的降低而降低。

㈢综上所述，调（降）压调速更适用于风机泵类负载。

5.画出单相/三相晶闸管交流调压电路（左边单相）。

6.三相晶闸管交流调压电路的控制方式有哪两种？1）相位控制：能实现无级调速，对电网有污染，功率因数低2）周波控制（开关控制）：无污染，功率因数高；不能实现无级调速（Ton~Toff<<机械时间常数Tm=1:10）EX:当Ton：Toff=1：n时，U有效=√1/n+17. 什么是交流力矩电机。

为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高的电阻值。

使得带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电机，这种电机又称作交流力矩电机。

7.异步电机闭环变压调速系统的静特性如何?当系统带负载在 A 点运行时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用能提高定子电压，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点A´。

同理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点A´´。

按照反馈控制规律，将A´、A、A´´连接起来便是闭环系统的静特性。

8.异步电机的降压软启动适用于何种场合?用定子回路串电抗或电阻等方法，使机械特性变软。

应用于功率不大的笼型转子异步电动机轻载或空载启动时限制电流，实用于塔吊、行车吊钩、卷扬机等位能性恒转矩负载的调速，或用于罗茨风机、空气压缩机等恒转矩负载的起动过程。

9.为什么在电机调速时希望保持电机中每极磁通量为额定值不变?⑴如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；⑵如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。

10.变频调速时有哪几种电压与频率协调控制方式？它们的机械特性？⑴恒定的电动势频率比：当调速过程中Es/f1为恒值时Temax值是恒定不变的，在低频低速下也能保持这个最大电磁转矩，因此称为恒转矩调速方式。

⑵近似恒磁通控制(恒压频比的控制)：当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us ≈Es，则得恒压频比控制或U/f控制，是开环变频调速系统常用的控制方式。

最大转矩Temax是随着定子供电频率f1的下降而减小的。

3恒E R/W1控制：把转子漏抗上的压降也抵消掉，这时的机械特性完全是一条直线。

12 . 在同一坐标系中，画出三种不同电压频率协调控制方式特性曲线。

第二章电力电子变频器及PWM控制原理1.交-交变频器的基本电路结构:正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压u0 。

P.S.下图为单相交-交变频器的电路图：注意跟上图的关系~~（工作原理阐述）2.交-交变频器的有哪两种控制方式?⑴整半周控制方式：u0 的幅值决定于各组可控整流装置的控制角α，u0 的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。

如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波：⑵调制控制方式：要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角。

半个周期中，π/2----0-----π/22.1（PPT练习题）矩阵式交-交变频器特点：（1）结构紧凑，效率高，相当于一台取消了大容量贮能元件的双PWM变流器；（2）输入相电流相位可控，能够实现功率因数为1或超前的功率因数；（3）可以输出正弦负载电压，且输出电压频率和幅值宽范围连续可调，特别是输出频率可高于基频，克服了整流器组合式交-交变频器只能在基频以下调速的不足；（4）能够实现能量双向流动，便于电动机实现四象限运行。

3.PAM与PWM控制方法有何区别?PAM控制它是把变压（VV）与变频（VF）分开完成，前面的环节用来改变直流电压的幅值，后面的环节用来改变逆变器输出的频率，这种分别控制直流电压幅值和交流输出频率的方法称为脉冲幅值调制方式（Pulse Amplitude Modulation）方式，简称PAM控制方式。

PWM控制它是把变压（VV）与变频（VF）集中于逆变器完成，即前面为不可控整流器，中间直流电压恒定，而后由逆变器同时完成变压与变频，逆变器采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的方式，简称PWM控制方式。

4.电压源型和电流源型变频器各有何特点?电压源型逆变器（Voltage Source Inverter—VSI ）：1）逆变器直流环节并联有大容量滤波电容，当逆变器的负载为三相异步电动机时，这个电容同时又是缓冲负载无功功率的贮能元件。

2）由于直流环节并联有大电容，直流电压得极性不能改变，直流电流受整流电路功率器件单向导电的限制也不能反向。

因此当负载电机需要做再生制动运行时，需与整流电路反并联一组逆变桥，使再生能量通过逆变桥回馈到交流电网。

3）适用于不要求快速起制动和快速减速的场合，或作为多电机同步运行时的供电电源。

4）输出电压波形、电流波形电流源型逆变器：1、中间直流环节采用大电感滤波，因而直流电流脉动很小，近似为电流源，具有高阻抗特性2、三相交流输出电流波形为矩形波或阶梯波，而输出电压波形及相位随负载不同而变化。

3、动态响应比较快4、当负载电动机运行于再生制动状态时，不需像电压源变频器那样在整流侧反并联逆变桥，若交-直变换采用可控整流器，再生能量就可以方便地回馈到交流电网。

5、适用于大容量或要求频繁正、反转运行的系统。

○︿○需要确认-交-直-交电流源与电压源变频器的比较：直流环节储能滤波元件输出电压/ 电流波形能量回馈/ 四象限运行动态响应频器根据主电路工作方式，分为电压型和电流型两种：两者的主要区别在于中间直流环节的滤波方式，前者采用电容，后者采用电感。

当中间直流环节采用大电容滤波时，电压波形较平直，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫电压型变频器。

当中间直流环节采用大电感滤波时，电流波形较平直，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫电流型变频器。

5.串联二极管式电压源逆变器电路结构、晶闸管导通规律及输出电压波形。

VD1~VD6: 隔离二极管; C1~C6: 换相电容;Df1~Df6及R1~R2: 反馈二极管和反馈电阻;C0:滤波电容器(a)电阻性负载(b)电感性负载7.交-直-交电流源逆变器电路结构、晶闸管导通规律及输出电流/电压波形。

基本工作方式:120导电方式;VT1~VT6依次相隔60º导通;换流在相邻桥臂间进行6.PWM变频器调频与调压方式调频原理：改变参考波频率，即可调节SPWM波的基波频率；调压原理：改变参考波幅值，即可调节SPWM波的宽度，从而改变输出电压的有效值。

7.同步调制、异步调制及分段同步调制的区别（1）同步调制: 同步调制——N 等于常数，N = fc / fr, 即在变频时使载波频率和信号波频率成正比变化。

fr 变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定；特点是三相公用一个三角波载波，且取N 为3的整数倍，使三相输出对称；fr 很低时，fc 也很低，脉冲间距大，谐波显著增加；fr 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承受。

（2）异步调制: 异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式。

保持fc 固定不变，当fr 变化时，载波比N 是变化的；在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称。

特点是：低频时（fr较低），N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响较小，所以低频时相应地减小了谐波分量；难以保证三相输出的对称关系，引起电动机工作不平稳。

（3）分段同步调制：把fr 范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定（同步），不同频段N不同（异步）；在fr 高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在fr 低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。

（4）可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。

8.什么是单极性和双极性PWM控制？以单相逆变电路为例，说明如何实现单极性和双极性PWM控制。

根据调制波的正或负半周期内PWM脉冲的极性是否变化，PWM变频器的工作方式分为单极性工作方式和双极性工作方式两种。