交流调速系统复习资料2015

《交流调速系统》复习题

一、填空

1、 根据公式60(1s)f n p

=- ，交流异步电动机有三种调速方法：①变频调速；②变转差率调速：包括________调速、________调速、________调速、________调速；③________

调速。

2、 电动机调压调速，调压方法有_____________、_____________和晶闸管交流调压器三种，晶闸管交流调压器可采用________和________进行调压。

3、 单相调压电路两种控制方法为通断控制和相位控制。其中通断控制主要用于大容量、调

速范围较小的场合，相位控制主要用于中小功率调速精度和稳定性要求较高的场合。

4、 电动机的转差损耗系数定义为max /(1)s M P P s s α=- ，表示转差损耗对调速拖动装置的最大输出机械功率的比值，比值越大，能耗越高。因此调压调速系统适合于风机泵类负

载。

5、 风机泵类负载特性为转矩与转速的二次方成正比的负载。

6、 电磁转差离合器可分为 电枢感应式和单枢爪式。

7、 电磁转差离合器分电枢和磁极两部分，其中 电枢 和异步电动机相连，通过调节励磁电流_来调节输出轴的转速，通过调节异步电机的转向来改变输出轴的转向。

8、 串级调速系统的基本思路是在转子电路串入三相对称的交流附加电动势来调速，并将转差功率损耗回馈到电网或电机本身，提高调速效率。

9、 低于同步转速的串级调速系统按产生直流附加电动势的不同，可分为电气串级调速和机械串级调速系统

10、

高功率因数的串级调速系统，常见的有斩波式串级调速系统和GTO 串级调速系统。 11、 串级调速系统转子串入交流附加电动势与转子感应电动势相位相反、频率相同，电机转速将降低。这种向下的调速的情况为低同步调速。 12、 电气串级调速系统具有恒转矩的调速特性，机械串级调速系统具有恒功率的调速特性。

13、 串级调速在低于同步转速的回馈制动状态电网通过f E 产生装置向转子输入转差

功率。 14、 串级调速在高于同步转速的电动状态电网通过f E 产生装置向转子输入转差功

率。 15、

串级调速系统转子整流器在第一工作状态换相重叠角60γ≤，第二工作状态换相重叠角60γ=，其强迫延迟角30p α≤。 第二工作状态（故障状态）重叠角60γ> ，

其强迫延迟角30p α=。

16、 串级调速系统的调速特性是指n 或s 与电流d I 的关系，串级调速系统的调速特性

是指n 或s 与转矩e T 的关系。

17、

串级调速系统当拖动转矩达到最大拖动转矩的0.716及以上时，串级调速系统进入第二工作状态，当串级调速系统带额定负载工作在第一工作区。

18、 采用串级调速控制方案，绕线异步电动机的过载能力下降了17%左右。

19、

实现超同步串级调速的要点是：转子整流器从直流侧向转子交流侧传输能量，因此超同步串级调速电机转子需要接入可控整流器。 20、 超同步串级调速系统可实现电机的四象限运行。 21、 双闭环串级调速系统一般将电流环校正为典型Ⅰ型系统，而速度环一般校正为典型Ⅱ型系统。 22、

异步电动机变频调速保证定子电压不变的情况下，向上调频，电动机自动进入近似恒功率运行方式。

23、 为了保证严格恒功率调速控制方式，调压倍数与调频倍数的关系是

11/n U U =。

24、

转差频率控制的基本思想是：在转差频率限制在最大角频率范围内，只要保持磁通不变，就能通过控制转差频率控制电磁转矩。 25、 交—直—交变频器的特点是效率较低，而调频范围较宽。 26、

在基频以下调速时，电动机调速具有 恒转矩 特性。 27、

常见的PWM 大规模集成电路有HEF4752、SLE4520等 28、

交—直—交变频器称为 间接变频器 ，按调压方式分为脉冲幅度调制和脉冲宽度调制，按输出波形分为方波变频器和正弦波变频器。 29、

交—交变频主要优点是没有中间环节 变换效率高 ，交—交变频主要缺点是连续可调的 频率范围窄 。 30、 电压型逆变器输出电压波形为矩形波。 31、

SPWM 波形常见的开关点算法有自然采样法、规则采样法和指定谐波消除法等。 32、

电力晶体管通用型三相PWM 变频器主要有二极管整流器，滤波电容和PWM 逆变器组成。滤波电容起平波和中间储能的作用，提供感性负载的无功功率。 33、 电流检测所选用的传感器常见的有无感电阻、霍尔电流传感器、电流互感器和零序电流检测器等。 34、

变频器的控制方式主要有 U / f 控制、 矢量 控制、 直接转矩 控制。 35、

变频调速过程中，为了保持磁通恒定，必须保持 u/f=常数 36、 基频以下调速属于恒转矩调速，基频以 上 调速属于弱磁恒功率调速。 37、

基频以下调速时，变频装置必须在改变输出 频率 的同时改变输出 电压 的幅值。 38、

U/f 控制方式的变频器主要用于 风机 、 水泵 、 运输传动 等无动态指标要求的场合。 39、

交—直—交变频器主电路分整流 、滤波和逆变。 40、 晶闸管变频调速系统中给定积分器又叫软启动器，用来减缓突加阶跃给定信号造成的系统内部电流电压冲击，提高系统稳定性。

41、 异步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。 二、简答题

1、 试述交流异步电动机调速的方法，分类及其特点。

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

线电机串级调速或双馈电机调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等等。

2、在交流异步电动机变压调速系统中，怎样解决调速范围小和机械特性软的问题？

在交流异步电动机变压调速系统中，由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，械特性曲线软，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。

3、请简述交流异步电动机定子调压调速的工作原理，并对三种常用的调压方法进行说明。

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源。目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点：调压调速线路简单，易实现自动控制。调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。

①通过改变自耦变压器变比，来改变电机电压，从而进行调速。

②通过改变直流励磁电流来控制铁心的饱和程度，改变交流电抗值，改变电机电压，

实现降压调速。饱和，交流电抗小，电机定子电压高。

③通过控制晶闸管的导通角，来调节电动机的端电压，从而进行调速。

4、用的异步电动机调速有哪些？哪些属于转差功率消耗型？哪些属于转差功率不变型？

哪些属于转差功率回馈型？

①异步电动机调速方法有：降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速、串级调速、变极调速、变频调速等。

②降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速属于转差功率消耗型

③串级调速属于转差功率回馈型

④变极调速、变频调速属于转差功率不变型。

5、请简述转差离合器调压调速的工作原理，并说明其优缺点。

电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。

①电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。

②电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；

③磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分

当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。

电磁转差调速电动机的调速特点：装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；调速平滑、无级调速；对电网无谐影响；速度失大、效率低。本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。

6、什么叫转差损耗系数？它和哪些因素有关？

转差损耗系数为转差损耗对调速拖动装置的最大输出机械功率的比值，比值越大功耗越大，与转差率有关系，也和负载特性有关系。

7、晶闸管三相交流调压电路对触发脉冲的要求？

1.三相正负触发脉冲间隔120度，每一相正负触发脉冲间隔180度

2.采用双脉冲或宽脉冲触发

3.为了保证输出的三相电压对称可调，应保持触发脉冲与电源电压同步。

8、晶闸管交流调压中通断控制和相位控制方法各自的特点和应用场合

通断控制特点：

1采用零触发，几乎没有谐波，

2．电压变化大，导致转矩脉动大，转速脉动大。

3．用于大容量、调速范围小的场合

相位控制特点：

1．输出电压精确、调速精度高、快速性好，低速转速脉动小

2．谐波多，对电网造成谐波污染

3．用于中小功率、调速精度及稳定性要求较高的场合

9、试分析串级调速的四种运行状态及其功率传递关系

10、串级调速系统功率因数低的原因？改善功率因数的方法有哪些？

1）由于逆变变压器和异步电动机均为电感性,工作时都要从电网吸收无功功率,所以其无功功率是相加的，使功率因数表达式中的分母增大，因此系统总功率因数降低。

2）由于转子整流器的接入造成了转子电流的换流重叠和波形畸变，使得绕线电动机自身的功率因数变低，从而也造成系统总功率因数降低。

方法一：接入电力电容器进行功率补偿。

方法二：采用高功率因数的串级调速系统。

11、试画出低同步串级调速系统的闭环结构图并分析工作原理。

12、串级调速系统转子整流器与一般整流变压器及整流元件组成的整流器有什么不

同？

13、采用串级调速方案，所需电动机比自然接线电动机容量大主要考虑的因数有哪

些？

1）串级调速系统的负载能力比自然接线损失17%。

（2）串级调速后电动机的功率因数降低。

（3）低速运行时，转子的高频谐波电流造成转子铜损耗增加。

14、异步电动机变频调速能不能只改变频率？为什么？

15、请叙述交流异步电动机电压频率协调控制的方式及其各自的特点

各控制的方式及其各自的特点：（1）恒压频比（U s /ω1 = Constant ）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿（2）恒E g/ω1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Φrm = Constant，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。

16、变频器所需负载的主要类型有哪些？各负载类型的机械特性及功率特性是怎样

的？

答：变频器所带负载的主要类型有：

恒转矩类负载：其机械特性为转矩恒定，其功率特性为功率正比于转速n。

恒功率类负载：其机械特性为功率恒定，其转矩特性为转矩反比于转速n。

风机泵类负载：其机械特性为转矩TL正比于转速n的平方，其功率特性为功率正比于转速n的三次方，

17、交交变频电路优缺点？

和交直交变频电路比较，优点：只用一次变流，效率较高。可方便地实现四象限工作。低频输出波形接近正弦波。

缺点：接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低。输入电流谐波含量大，频谱复杂。

18、晶闸管交直交变频器存在的问题：

1）可控整流器与逆变器两套晶闸管变流装置，都需要设计触发控制线路，晶闸管为半控器件，控制电路复杂，装置庞大。

2）晶闸管整流装置接电网，功率因数太低。

3）逆变器输出的交流电压是阶梯波，谐波分量大，输出电流、转矩脉动率大，电动机

低速工作不稳定。

4）由于储能电容的充放电时间长，电压幅度调节慢，变频器的动态反应慢。

19、PWM 变频器的主要特点：

1）现代脉宽调制型变频器使用了现代全控型电力电子器件，接电网侧采用了二极管整

流器，功率因数很高。

2）运行中只需要控制逆变器同时完成变频变压，减小了受控器件的数量，控制电路简化，

变频器体积大大缩小。

3）逆变器输出电压是正弦型脉宽调制（SPWM ）波，谐波分量小，获得理想的拖动性能。

4）因为不再调幅所以动态反应很快。

现代变频器克服了晶闸管变频器的缺点，获得广泛应用。

20/转速闭环的转差频率控制的两个基本规律：

1）在s sm ωω≤ 的范围内，转矩e T 基本上与s ω成正比，条件是气隙磁通不变。

2）在不同的定子电流值时，按照

1()s s U f I ω=函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通

m φ恒定。

21、变频调速系统中电动机对变频器的要求：

（1）在额定频率以内，对电动机进恒转矩调速。要求在变频调速的过程中，变频系统提

供的U1、f1实现协调控制，即在U1/f1=常数的基础上加以合理的低频段电压补偿，保证

E1/f1=常数。

（2）在基频以上，对电动机进行近似恒功率调速。即保持额定供电电压，只调节供电频

率。

22、转速开环的电流型变频调速系统中电压控制通道和频率控制通道加瞬态矫正环节的原

因及工作原理。

工作原理当电动机端电压发生波动时，使得逆变桥的输出频率也产生相应波动，由于该

电路为电流型变频器，负载干扰会引起电动机端电压的波动，瞬态校正环节对电压偏差信号

作瞬态微分运算，将电压通路的波动及时反映至频率通道，以保证在过渡过程中电动机端电

压与频率的比值保持基本不变，改善电流型变频调速系统的稳定性。

23、交流电机数学模型的性质及特点

异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

（1）异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或

电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量。

（2）异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电

动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。

（3）三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动

系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统。

24、 标量转差频率控制动态特性为什么不及直流电动机调速特性好?

答：原因基于以下几点:

(1)函数发生器关系是在静态下导出的,按此关系调整定子电流,并不能很好的维持磁通恒

定。

(2)电磁转矩与转差频率成正比的结论是在磁通恒定且忽略转子漏抗的假设条件下的出的。

(3)系统的控制作用是根据转差频率给出的.在同步转速附近,转差频率很小,转速检测不准

确,将会使系统偏离理想情况。

(4)转差频率控制仅对定子电流的幅值进行调整,而它的相位并未进行控制。

25、

矢量控制基本思想？

26、 请分析直接转矩控制系统的优缺点。

优点：1）转矩和磁链的控制采用双位式砰-砰控制器，并在 PWM 逆变器中直接用这两

个控制信号产生电压的SVPWM 波形，从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去

了旋转变换和电流控制，简化了控制器的结构。2）选择定子磁链作为被控量，而不象VC

系统中那样选择转子磁链，这样一来，计算磁链的模型可以不受转子参数变化的影响，提高

了控制系统的鲁棒性。如果从数学模型推导按定子磁链控制的规律，显然要比按转子磁链定

向时复杂，但是，由于采用了砰-砰控制，这种复杂性对控制器并没有影响。 3）由于采用

了直接转矩控制，在加减速或负载变化的动态过程中，可以获得快速的转矩响应。

缺点：1）由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定的。

2）由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变

化都会影响磁链计算的准确度。

这两个问题的影响在低速时都比较显著，因而使DTC 系统的调速范围受到限制。

27、 什么是SPWM 逆变器的同步调制和异步调制？为什么要采用分段同步调制？

同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。

异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式。

由于同步调制时f r 很低时，f c 也很低，由调制带来的谐波不易滤除；f r 很高时，f c

'2111111''1221''121'211(),,,()M T M M M M T T R T M T e T I i i i i L L i i L i i i const i T i ψ??==-=∝以转子磁链定向建立以同步转速旋转的直角坐标系，把定子电流分解成和，其中，是产生的磁化电流称为磁化电流分量与成正比称为转矩分量。这样维持，则可维持转子磁通恒定，调节可线性调节电磁转矩

。这就是著名的矢量控制的基本思想。

会过高，使开关器件难以承受，而异步调制时当f r 增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大，为克服上述缺点，把f r 范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同，即分段同步调制，这样在f r 高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在f r 低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。

三、判断题

1、（）串级调速系统属于转差功率不变型调速系统，因而效率较高。

2、（）调压调速方式适合于风机泵类负载；对恒转矩负载不易长期运行。

3、（）1800导通型逆变器是同一桥臂上下两管之间互相换相，用于电流型变频器。

4、（）分段同步式调制方式对不同的频段取不同的载波比，频率低时载波比的值取小些，一般按等比级数安排。

5、（）SPWM即正弦脉宽调制波形，是指与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲列。

6、（）超同步串级调速系统，是在转子回路中串入频率可变的交流附加电动势。

7、（）电气串级调速系统中，逆变角β越小，电动机转速越高。

8、（）转差损耗系数值越大，表明能耗越大，运行越不经济。

9、（）PWM型变频器中的逆变器件采用高频、大功率的半控器件。

10、（）矢量变换控制的实质是利用数学变换把三相交流电动机的定子电流分解成两个分量，一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量，一个是用来产生电磁转矩的转矩分量。

四、分析计算题

1、下图为转速开环的电压型变频器调速系统结构框图：

1）在图中正确位置填写给定积分器、函数发生器、脉冲输出级、环行分配器、逻辑开关、压频转换器、触发器

2）说明变频器基频以下、基频以上电压与频率采用何种控制方式

4）叙述给定积分器、函数发生器、压频转换器、环行分配器、脉冲输出级、逻辑开关的作用。

5）改正图中的三处错误。

6）适合于那种类型的传动系统？

2、试分析下图的主要作用？

3、下图为电力晶体管驱动电路，分析其工作原理

4、分析下图 电力晶体管通用型PWM 变频器的主电路

1.图中采取何种形式的整流电路？

答：三相桥式不控整流电路。

2.S L 、R L 的作用？

答：R L 的作用是避免变频器启动时滤波电容的充电电流电流过大。

S L 的作用是变频器启动完成后短路R L 。

3.R B 、V B 的作用？

答：R B 、V B ：泵升电压限制电路。

二极管整流器使能量不能向电网回馈，当电动机突然停车时，电动机轴上的机械能将转化为电能，通过续流二极管的整流向电容C d 充电，储存在滤波电容中，造成直流电压U d 的升高，该电压称为泵升电压。

泵升电压的危害：转速越高，泵升电压越高，会瞬间击穿全控器件。

制动电阻R B ：消耗再生到直流电路的能量，使直流电压U d 保持在允许的范围内。 制动单元V B ：控制流经制动电阻R B 放电电流。当泵升电压高于U d 的最高电压时，V B 导通，R B 消耗滤波电容上的储能，使直流电压U d 保持在允许的范围内。

4.VD 1～VD 6的作用？

答：VD 1～VD 6提供续流回路

（1）电动机是感性负载，其电流具有无功能量，靠续流二极管为无功电流返回直流电源提供通道。

（2）当频率下降、电动机处于再生制动时，再生电流通过续流二极管返回直流电路。

（3）逆变电路进行逆变过程时：同一桥壁的两个逆变管，处于不停的交替导通和截止的状态。在交替导通和截止的换相过程中，需要续流二极管提供通道。

5.说明C 01～C 06、VD 01～VD 06 、R 01～R 06的作用？

答：C 01～C 06：V 1～V 6每次由导通状态切换成截止状态的瞬间，其集电极、发射极间的电压极为迅速地由近似0V 升到直流电压U d ，过高的电压增长率将导致V 1～V 6的损坏。C 01～C 06作用是减小V 1～V 6每次关断瞬间的电压增长率。

R 01～R 06： V 1～V 6每次由截止切换成导通的瞬间，C 01～C 06上所充电压（等于U d ）将向V 1～V 6放电，此放电电流的初始值很大，且叠加到负载电流上，导致V 1～V 6损坏。R 01～R 06作用是限制V 1～V 6每次接通瞬间C 01～C 06上的放电电流。

VD 01～VD 06：R 01～R 06的接入会影响C 01～C 06在V 1～V 6关断时减小电压增长率的效果。

VD 01～VD 06：在V 1～V 6关断过程中，R 01～R 06不起作用；在其接通过程中，迫使 C 01～C 06 的放电电流流经R 01～R 06。

5、 一台笼型异步电动机，额定功率7.5N P kW = ，额定电压380N U V =，定子星形联结，额定频率150f Hz =，额定转速960/min N n r = ，当电机额定运行时cos 10.824?= ，1474Cu p W = ,231Fe p W = ,82.5m s p p W += ,试求：（1）额定转差率N s ；（2）转子电流频率2f ；（3）总机械功率m P ；（4）转子铜损耗2Cu p ；（5）输入功率1P ；（6）额定效率η ；（7）输出转矩2N T ；（8）电磁转矩T 。

6、参照书上P18。

以上习题仅供参考， 望大家好好复习！