交流调速课后题解答

变频

器组成：控制器、电力电子变换电路、电量检测电路

分类：交-交、交-直-交（电压源型、电流源型）

PWM技术概念：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、

种类：电压正弦脉宽调制、电流正弦脉宽调制、磁链轨迹法

恒压频比控制

基频以下：（基频附近：恒压频比）、（低频：定子上电阻压降补偿）恒转矩控制

基频以上：恒功率控制

矢量控制系统

基本思想：模拟直流电机进行控制

坐标变换（坐标系）：相变换、旋转变换

数学模型：磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程）

控制方程：···

磁链观测器：测量法 存在工艺和技术的问题

模型法 依赖转子参数

直接转矩控制

本质：在定子坐标系下，利用空间矢量的数学分析方法，实现对转矩的计算和控制

电机模型：（电磁转矩模型、磁链模型） U-n模型

电压空间矢量：工作电压空间矢量、零矢量(与磁链的关系对转矩的影响)

电压空间矢量的正确选择:取决于定子磁链空间矢量的运动轨迹(由磁链开关信号来确定电压开关信号)

1、什么是PWM技术。PWM技术应用于交流调速系统的意

义是什么？

答：PWM技术即脉宽调制技术，是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,变频调速系统采用pwm技术不仅能及时、准确地实现变压变频控制要求，而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动，提高了电机的工作效率，扩大了调速系统的调速范围。

2、PWM控制方式所引起的主要问题有哪些？主要用哪些性

能指标来描述。

答：PWM控制方式所引起的主要问题有电流畸变、变换器中的开关损耗、负载中的谐波损耗以及电机转矩的脉动。主要用电流谐波、载波比、最大调制度、谐波转矩、开关频率和开关损耗来描述。3、什么是载波比？什么是调制度？输出电压的大小和其中

的哪个量有关？

答：在spwm逆变器中，载波频率fc与调制波频率fm之比Ncm=fc/fm 称为载波比，也称调制比。调制度定义为参考电路的峰值Umn与三角载波信号的峰值Ucm之比，输出电压的大小与调制度有关。

4、简述电压SPWM的基本控制思想。

答：电压SPWM基本控制思想即冲量有效原理。

对于电压正弦SPWM来说，可以把电压正弦半波分为N等份，然后每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都是一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合。这样由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的半周等效。

5、 分析异步调制和同步调制各自的优缺点，并说明分段同

步调制的基本思想。

答：同步调制的优点是对称性好，低频特性差是它的缺点。异步调制的优点是低频特性好，缺点是对称性差。

分段同步调制的基本思想：将逆变器输出地整个变频范围划分为若干个频段，在每个频段内都保持载波比Ncm为恒定，不同频段载波比不同，在逆变器输出频率fm的不同频段内，用不同的载波比进行同步调制，而各频段载波频率的变化范围基本一致。频率低得采用较高的载波比，使载波频率不致过低而对负载不利，在高频段，采用较低的载波比，满足功率开关器件对开关频率的限制。

6、什么是电流滞环SPWM？它的特点是什么？

答：电流滞环spwm是把正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞环比较器进行比较，其结果决定逆变器桥璧上下开关器件的导通和关断。它的特点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。缺点是相对的电流谐波较大。

7、定子电压空间矢量有几个？其幅值为多少？

答：定子电压空间矢量有8个，开关状态全0或全1，Vo=0，零矢量幅值为0，其余状态非零，幅值为2/3Ud。

8、电压空间矢量PWM技术（磁链追踪法）有什么特点？添

加零矢量的作用是什么？

答：磁链轨迹pwm控制方法将逆变器和交流电机视为一个整体，它

的数学模型是建立在电机统一理论和电机坐标轴系变换理论基础之上，物理意义直观，数学模型简单，便于微机实时控制，并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高地优点。

添加零矢量是为了调节磁链空间矢量Ψs的运动速度。

9、 为什么在恒压频比控制中，额定转速以下调速时需要保持电机中每极磁通为额定值？

答： 基频以下的Us/fs=C的控制方式，fs中基频降至低频的变速过程中能保持Φm=C，可以获得Tei=Teimax=C的控制效果，所以要保护电机中每极磁通的额定值。如果磁通下降则异步电动机的电磁转矩Tei将减小，这样，在基速以下时，无疑会失去调速系统的恒转矩机械特性。另外随着电机的最大转矩的下降，有可能造成电机堵转，有被烧毁可能。反之，如果磁通上升，又会使电机磁路饱和，励磁电流将迅速上升，导致电机铁损大量增加，造成电机铁心严重过热，不仅会使电机输出功率大大降低，而且由于电机过热，造成电机绕组绝缘降低，严重时，有烧毁电机的危险，所以要保持刺痛恒定。

10、恒压频比控制中为什么在低频时需要电压补偿？

答：由于恒压频比控制方式成立的前提条件是：忽略了定子阻抗上的压降，fs较低时，定子感应电动势有效值Es也变小了，其中惟有IsRs项并不减小。与Es相比，IsZs比重加大。Us/fs=C控制原理失效，异步电动机势必处于弱磁工作状态，异步电动机的最大转矩Teimax必然严重降低，导致电动机过载能力下降，也就是说fs较低时定子阻抗压降不能再忽略。采用Ts*Rs补偿措施即根据负载电流大小把定子相电压有效值Us适当地抬高，以补偿定子阻抗压降的影响

11、主电路按照结构形成分可以分为哪几类？

答：变频器主电路的拓扑结构主要分为两种：交-直-交结构形式，交-交结构方式。

12、什么叫电压源型变频器？什么叫电流型逆变器？简单说明其性能的差异。

答:变频器主电路中的中间直流环节是采用大电容滤波，使直流电压波形比较平直，对于负载来说是一个内阻抗为零的恒压源，这类变频调速装置叫做电压源型变频器。当交直交变压变频装置的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个恒流源，这类变频装置叫电流源型逆变器。