1、三、交流异步电动机变频调速的理论基础问题 3-1：在电动机调速时，为什么要保持每极磁通量为额定值不变？对直流电机和交流异步电机，分别采用什么方法使 电机每极的磁通恒定？异步电机的气隙磁链在每相定子中的感应电动势 Eg=4.44f1N1kN1m 如果使 Eg/f1=K 气隙磁链保持不变，要保持直流电机的磁通恒定，因为其励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，容易做到保持磁通恒定。要保持交流异步电机的磁通恒定，必须采用恒压频比控制。问题 3-2：交流异步电动机的恒压频比控制有哪三种方式？试就其实现难易程度、机械特性等方面进行比较。Eg/f1=K，气隙磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值
2、，机械特性非线性，难实现，加定子电压补偿的目标，改善低速性能。T max，n m 与频率无关，机械特性平行，硬度相同，类似于直流电动机的降压调速，属于恒转矩调速。U1/f1=K，定子相电压/输入频率为恒值，U 1 定子相电压，机械特性非线性，易实现。f 1 接近额定频率时，T max 变化不大，f 1 的降低，T max 变化较大，在低速时甚至拖不动负载。实际上 U1/f1=常数，由于频率很低时定子电阻损耗相对较大，不可忽略，故必须进行定子电压补偿。E2/f1=K，转子磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，E 2 转子磁链在每相定子中的感应电动势（忽略转子电阻损耗）转子磁链恒值，机械特
3、性线性，稳态性能和动态性能好，最难实现。这是矢量控制追求的目标。问题 3-3：交流异步电动机变频调速系统在基速以上和基速以下分别采用什么控制方法，磁通、转矩、功率呈现怎样的变化规率？并请用图形表示。恒磁通调速（基频以下）U 1/f1=常数，并补偿定子电阻损耗。恒功率调速（基频以上）升高电源电压时不允许的，在频率上调时，只能保持电压不变。频率越大，磁通就越小，类似于直流电动机的弱磁增速。f1m =KEgU1/f1=K=KE2/f1=K=KUnn0 fTfEg/f1=K=K带定子电压补偿的U1/f1=K mU1fnUn0 nT问题 3-4：正弦波恒流供电时交流异步电动机变频调速系统的机械特性有何特
4、点？ 与恒压频比控制的机械特性相似，有空载转矩点和最大转矩点， 恒流机械特性的最大转矩与 1 无关，恒流变频时最大转矩不变，但改变定子电流时，最大转矩与电流的平方成正比。 由于 L1 L m， 所以恒流机械特性的线性段比恒压机械特性较平，而且最大转矩处很尖。 恒流特性限制了定子电流 I1，而恒压供电时随着转速 n 降低电流 I1 会不断增大。所以额定电流时 TemaxI1=cont 比额定电压时 Temaxv1=cont 小得多。但这并不影响恒流控制得系统承担短时过载能力。因为过载时加大定子电流，以产生更大得转矩。问题 3-5：交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电
5、流控制三种，其中恒磁通控制又称恒转矩控制。问题 3-6：如果在交流异步电动机变频调速系统采用恒转矩控制时，出现励磁电流急剧增加的现象（实际上时由于电压补偿过多），导致系统不能正常工作，应采取的解决办法有：适当增加定子电压 U1 和在开环系统上加电 流负反馈，以便限制定子励磁电流， （实际上， 变为恒转矩负载加恒电流控制）。问题 3-7：已知一台异步电动机参数如下：PN3KW ，U 1N380V，I 1N=7.5A，n N=1450rmin，电枢绕组电阻R11.5，R 20.823。定子漏抗 L1 =0.0038H，转子漏抗 L2 0.00475H，励磁电感 Lm0.0968H，励磁电阻 Rm1
6、.49，试计算： 在 U1/f1=C 方式控制下， f1=5Hz 时 U1 =? 在 Temax=C 方式控制下， f1=5Hz 时 U1 =?在 f1=5Hz 时，U 1/f1=C 方式控制下，Temax=?在 f1=50Hz 时，U 1/f1=C 方式控制下， Temax=?解： U1/f1=C 方式下，U 1/f1= U1P/f1N= C 相电压U1=（f 1/ f1N） U1N=(5/50) 380/ =22 伏3TI1aI1b, 1a 1bI1a, 1bI1b, 1bI1b, 1a0UfnI1a, 1a Temax=C 方式 ，= f 1/ f1N=(5/50)=0.1=X N/R=
7、2f1N( L1 + L2 )/R1=23.140.0038+0.00475/ 1.5=1.778= =0.257211）（U1=U 1N= 220=56.5 伏22 伏结论：恒转矩控制方式下，在 f1 较低时提高了定子电压。 f1=5Hz 时，U 1/f1=C 方式控制下，n N=1450rmin，n =1500rmin，为 2 对磁极电机。Temax-5= =15.2 牛顿.米123fPn)(2211LfRU f1=50Hz 时，U 1/f1=C 方式控制下Temax-50= =100.8 牛顿.米1fn )(22121f结论：U 1/f1=C 方式控制下，在 f1 较低时应补偿了定子绕组
8、压降，以提高最大转矩.。问题 3-8：从结构上看，静止式变频装置分为哪两类？间接变频装置（交-直- 交变频）直接变频装置（交-交变频）问题 3-9：什么是间接变频？按照控制方式不同，请画出三种间接变频的结构图，并说明其优缺点先将交流经整流装置变成直流，再经过逆变装置变成交流，实现调压变频功能。 三相交流输入经晶闸管组成的可控整流变成直流实现调压，再由晶闸管组成的逆变器转换成交流实现变频。优点：结构简单、控制方便。缺点： 输入环节用可控整流，电压和频率较低时，电网的功率因数较小。 输出环节多由晶闸管组成的三相六拍逆变器（每周换流六次） ，输出的谐波较大。 三相交流输入经二极管组成的不控整流变成直
9、流，然后由直流斩波器实现调压，再由晶闸管组成的逆变器将直流转换成交流实现变频。优点：不控整流，输入功率因数高，控制较方便。缺点： 输出环节多由晶闸管组成的三相六拍逆变器（每周换流六次） ，输出的谐波较大。 三相交流输入经二极管组成的不控整流变成直流，然后由 PWM 逆变器将直流转换成交流实现变频调压。优点：不控整流，输入功率因数高， 控制较方便。PWM 逆变器 输出谐波减少。缺点： 谐波减少程度取决于 PWM 逆变器的开关频率，开关频率受功率器件开关时间限制。解决方法： 采用全控器件，提高开关频率，组成 SPWM（正弦波脉宽调制）逆变器。问题 3-10：什么是直接变频？晶闸管的触发控制角采用怎
10、样的变化规律能得到正弦输出电压？三相交流输入经晶闸管组成的交-交变频器转换成交流输出，实现变频调压。a 在 0 至 p 之间变化，输出交流电压，两组三相可控整流电路反并联组成的可逆电路，其输出电压和电流的方向及大小是可以任意改变的。三个单相交-交变频器互差 120工作，就构成了一个三相交 -交变频器。问题 3-11：什么是变转差率调速? 在转差率 s 很小的范围内，只要能够维持气隙磁通 m 不变异步电机的转矩就近似与转差角频率 s 成正比，即在异步电机中，控制转差率就代表了控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。问题 3-12：请从换能形式、换流方式、元件数量、调频范围、电网功率因数和适用场合
11、等方面比较交-直-交间接变频器和交-交直接变频器。比较项目 交-直-交间接变频器 交-交直接变频器换能形式 换能，效率较低 换能，效率较高换流方式 强迫或负载谐振换流 电源电压换流元件数量 元件数量较少 元件数量较多调频范围 频率调节范围宽一般情况下，输出最高频率为电网频率的 1/31/2。电网功率因数用可控整流调压时，功率因数在低压时较小；斩波器或 PWM 实现调压时，功率因数高。较低。适用场合 可用于各种电力拖动装置，稳频稳压电源和不停电电源。 特别适合于低频大功率拖 动。问题 3-13：请从直流回路滤波环节、输出电压波形、输出电流波形、 输出阻抗、回馈制动、调速动态响应、 对晶闸管的要求
12、和适用范围等方面比较电压源和电流源交-直- 交变频器。比较项目 电压源型 电流源型直流回路滤波环节无功功率缓冲环节电容 电感输出电压波形 矩形波 决定于负载，对异步电机 负载近似为正弦波。输出电流波形 决定于负载的功率因数，有较大的谐 波分量。 矩形波输出阻抗 小 大回馈制动 须在电源侧设置反并联逆变器 方便，主回路不需附加设备调速动态响应 较慢 快对晶闸管的要求 关断时间要短，对耐压要求一般较低 耐压高，对关断时间无特殊要 求使用范围 多电机拖动，稳频稳压电源 单电机拖动，可逆拖动问题 3-14：请举例说明交-直-交电压源变频调速系统、交-直-交电流源变频调速系统、电流源变频器-异步电动机变
13、频调速矢量控制系统、电压型变频器的矢量控制系统、电压型 SPWM 变频器的矢量控制系统、交 -交变频 器的矢量控制系统、无速度传感器的矢量控制系统的工作原理。问题 3-15：异步电动机变压变频调速时，采用（ B ）控制方式，可获得一线性机械特性。A、U1 f1=常值； B、Eg/f1=常值；C、Es/f1=常值； D、Er/f1=常值问题 3-16：一般的间接变频器中，逆变器起（ B ）作用。A、调压 ； B、调频；C、调压与逆变； D、调频与逆变问题 3-17：变频器从结构上看，可分为直接变频、 简 接变频两类，从 变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。问题 3-18：转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制（C）。A、电机的 调 速精度； B、电机的动态转矩；C、电机的气隙磁通； D、电机的定子电流问题 3-19：交流异步电动机变频调速控制策略的研究（电气传动自动化）2003，25（5）P2225 常规控制策略：恒压频比控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制 现有控制策略：转子参数推算法、自适应控制、鲁棒控制非线性控制（非线性反馈控制、逆控制）智能控制（神经网络于内模复合控制、模糊于模型参考自适应复合控制、模糊于变结构复合控制、滑模/模糊/神经网络的复合控制） 热门课题及关键技术非线性自适应控制
