运控控制系统作业解答.docx

1-3（1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）为何说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就轻易得多了”？（3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？答：（1）调速范围：生产机械规定电动机提供的最高转速和最低转速之比。用字母D体现，即O二LzAnin其中：max和min一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。（2）静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增长到额定值时所对应的转速降落,与理想空载转速之比，称作静差率s,即：S=也，或用比例体现：S=也XlO0%no%同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。假如低速时B静差率能满足规定，高速时的静差率肯定也能满足规定。因此静差率的规定以低速时的静差率为准。（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机时额定转速作为最高转速亦作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：S=也=MN,得到最低转速陶,%in%n+A%S则D"max_"-S“min纵（IT）这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间0¾关系。可见：如值一定期，对静差率S规定越高（即规定S越小），系统可以容许的调速范围也越小。因此说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就轻易得多了”。结论：一种调速系统R调速范围，是指在最低速时还能满足静差率规定的转速可调范围。1-5某闭环调速系统的调速范围是1500150rmin,规定系统的静差率s2%,那么系统容许的静态速降是多少？假如开环系统的静态速降是100rmin,则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解：因S=也=non演min-*,因此w,=!-=150x°2=3.06(r/min)1-51-0.02,因此71()()因/=-r=-l=-l=-1=31.7"1+KNnd加N3.061-8转速单闭环调速系统有那些特点？变化给定电压能否变化电动机的转速，为何？假如给定电压不变，调整测速反馈电压的分压比与否可以变化转速，为何？假如测速发电机日勺励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？答：（1）转速单闭环调速系统有如下三个基本特性只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。反馈控制系统的作用是：抵御扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出的特性之一。系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。（2）变化给定电压会变化电动机B¾转速，由于反馈控制系统完全服从给定作用。（3）假如给定电压不变，调整测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反馈控制系统的克制，反而会增大被调量的误差，使转速发生变化。由于反馈控制系统所能克制的只是被反馈环包围的前向通道上口勺扰动，而这些变化是发生在反馈通道上，而不是在反馈环包围的前向通道上。1-9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调整能力？为何？答：当电网电压发生变化时，系统对其有调整能力。由于电网电压的波动将导致电力电子变换器输出电压的变化，该变化或挠动处在反馈环包围B前向通道上。(先影响电机的转速，被测速装置检测出来，再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的影响)。负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对也其有调整能力。由于它们的变化或挠动都处在反馈环包围R前向通道上。测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的克制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能克制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动，对与反馈通道上的挠动,得不到克制。1-10有一V-M调速系统。电动机参数为：2.2KW,Un=220V,In=12.5A,nN=1500min,电枢电阻RI=I.2C,整流装置内阻Rg=I.5C,触发整流环节的放大倍数Ks=35。规定系统满足调速范围D=20,静差率SS10%。(1)计算开环系统的静态速降和调速规定所容许的闭环静态速降njo(2)采用转速负反馈构成闭环系统，试画出系统的原理图和静态构造框图。(3)调整该系统参数，使当U*n=15V时，Id=lN,n=11N,则转速负反馈系数Q应当是多少？(4)计算放大器所需的放大倍数。解:(1)先计算电动机的电动势系数：Q=Sv-4220-12.5X12=0367(Kmin/r)nN1500则，开环额定转速降为：叩=若二125；L5)=246.9(“min)额定负载时的稳态速降为：=,t50xjl=833(r/min)'D(1-s)20×(l-0.1)(2)静态构造框图为：U1S(3)当U*15V时，Id=IN,n=nN,则转速负反馈系数应当是a="=-=0.01nN1500(4)闭环系统的开环放大系数为：K=9M-1=空2-1=28.64nd8.33KP =28.64aKsCe 0.01×350.1367= 11.191-12某调速系统，已知数据如下：电动机Pn=I8KW,Un=220V,IN=94A,nN=lOOOrZmin,Ra=0.15,整流装置内阻R30.3Q,触发整流环节的放大倍数KS=40。最大给定电压Um=15V,当主电路电流抵达最大值时，整定电流反馈电压Uim=IOV。设计指标：规定系统满足调速范围D=20,静差率s10%,Zdb!=1.5NoAibc-=LllNo式画出系统日勺静态构造图，并计算：(1)转速反馈系数a。(2)调整器放大系数Kpo(3)电阻R数值。(放大器输入电阻Ro=2OKC)(4)电阻R2的数值和稳压管VS的击穿电压值。解：(1)转速负反馈系数应当是：a=/=/=巨=().()15n51000(2)电动势系数：C"""一人>:22。-94X0.15=()2059(%minr)nN1000开环额定转速降：叩=卓=把倦普=205.4(r/min)L*eV/4VJ>则开环额定速降：An='n”=9-01&-0.2059(V.minr)卬haz1000而闭环速降:= 5.56(rmin)AnNs/1000×0.1“O(I-S)20×(l-0.1)则，闭环系统的开环放大倍数为：K=AfM-I=型史-1=35.9Anel5.56运算放大器放大倍数:KP =35.9aKsCe 0.015x40/0.2059= 12.3取13(3)取R0=20kC,Rl=13×20=260k(4)最大电流Idm=Idb产1.5x94A=141AFBC电流反馈系数：P=UimZIdm=10/141=0.07092Uvs=Idcr×=l.1×94×0.07092=7.33V,7.4V当I=1.5IN=Idbl时，U11=0,则有：也3×26K=-15×94×(°j5÷03)R,20KQ40求得：R2=5.9k1-13在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统与否有调整作用，为何？（1）放大器的放大系数Kp;（2）供电电网电压；（3）电枢电阻Ra;（4）电动机励磁电流；（5）电压反馈系数°答：（1）在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数发生变化时系统有调整作用,由于他们的变化最终会影响到转速，通过闭环控制，可减小它对稳态转速的影响。（2）当供电电网电压发生变化时系统有调整作用。由于电网电压挠动会引起输出电压的波动，但因作用点在电压反馈环包围的前向通道上，会得到克制。（3）电动机励磁电流、电枢电阻Ra发生变化时,仍然和开环系统同样，由于电枢电阻处在反馈环外。（4）当电压反馈系数Y发生变化时，它不能得到反馈控制系统的克制，反而会增大被调量0¾误差。反馈控制系统所能克制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。1-15在题1-1（）的系统中，若主电路电感L=50mH,系统运动部分的飞轮惯量GD?,整流装置采用三相零式电路（三相半波整流电路），试判断按题1-10规定设计的转速负反馈系统能否稳定运行？如要保证系统稳定运行，容许的最大开环放大系数K是多少？解：计算系统中各环节的时间常数：电磁时间常数：7；=-=-=0.01855'R1.2+1.5机电时间常数：TnI=黑”1.6Xay.5)=065s375CC375x0.1367xx0.1367电力电子装置滞后时间常数：Ks=O.OO33s为保证系统稳定，开环放大系数应满足的稳定条件是：为必必处'JO6w"85+°0°)由3.4TlTs0.0185x0.0033而闭环系统的I开环放大系数K=28.64,不不大于234因此系统不稳定。/假如为三相桥式整流电路：电力电子装置滞后时间常数：Ks=0.00167s为保证系统稳定，开环放大系数应满足的稳定条件是：k<G+"+T=°°65,(00185+0.00167)=425T1T50.0185×0.00167而闭环系统的开环放大系数K=28.64,不不不大于42.5,因此系统是稳定的。/1-17在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度与否还受给定电源和测速发电机精度的影响？并阐明理由。答：系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。1-18采用比例积分调整器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度与否有静差？为何？试阐明理由。答：采用比例积分调整器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时H勺速度是有静差H勺。电压负反馈实际是一种自动调压系统，只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被克制，但电机绕组电阻压降在电压负反馈环外，电枢电阻压降引起的转速降是得不到克制的，因此转速有静差。它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要变化电动机的转速，应调整什么参数？变化转速调整器时放大倍数Kn行不行？变化电力电子变换器时放大倍数KS行不行？变化转速反馈系数行不行？若要变化电动机的堵转电流，应调整系统中的什么参数？答：(1)双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调整器都不饱和时，各变量之间有下列关系：U；=Un=ccn=Cth0因此转速n是由给定电压t决定的；变化转速反馈系数a也可以变化电动机转速。变化转速调整器的放大倍数和电力电子变换器的放大倍数不可以(在反馈环内)。(2)变化堵转电流局：堵转时，n=0,AUl,=U-Un>0fASR(PI)输出限幅值U*Idbl=Idm要变化堵转电流，可变化输出限幅值大小，或变化电流反馈系数。2-2转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调整器的输入偏差电压和输出电压各是多少？为何？答：当两个调整器都不饱和时，它们H勺输入偏差电压都是零。若输入偏差电压不为零，PI调整器的输出就会继续变化，达不到稳态。Pl调整器的输出电压决定于后续环节的需要。对ASR:U：="=ltiL对ACR:Uc-R(CTldLR)2-5在转速、电流双闭环调速系统中，两个调整器均采用Pl调整器。当系统带额定负载运行时,转速反馈线忽然断线，系统重新进入稳态后，电流调整器的输入偏差电压与否为零？为何？答：分析过程如下。 转速反馈线断线后，Un=0,ASR即可进入饱和状态，输出限幅值rj=U*im>ZdLo Tc>Tl,电机加速，UPE输出电压Ud和控制电压UCl也跟着同步上升； 当UCt升高到饱和值时，输出电压抵达最大输出值Udm,但此时电流仍不不大于负载电流,电机继续加速； 伴随电机转速的深入升高，感应电动势升高，电枢电流下降，但只要电枢电流不不大于负载电流，电机就一直升速。直到电枢绕组电流等于负载电流时，抵达一种新的平衡状态，系统重新稳定下来，电机以较高转速运行。进入新稳态后，电流调整器B¾输入偏差电压不等于零，输出一直是限幅值UCtm，对应UPE一直输出最大电压UdmoU*=U*,Ut=Ut,1/=z,t0Iunctctm9ddL92.34C2cos.-IRS_2ndLitQ2-7在转速、电流双闭环调速系统中，两个调整器ASR、ACR均采用PI调整器。已知参数：电动机：PN=3.7kW,Un=220V,In=20A,n=lOOOZmin,电枢回路总电阻R=1.5Q°设，电枢回路最大电流U*nm=U*im=8V,电枢回路最大电流dm=40A,电力电子变换器的放大系数Ks=40o试求：(1)电流反馈系数。和转速反馈系数;(2)当电动机在最高速发生堵转时的UdO,U"Ui,UC的值。1J*Q解：(1)稳态时，由于Idm=T，因此，/?=0.2(VA),/加40U*8a=0.008(V.minr)Nl(2)堵转时：Un=0tASR饱和，U;=Uim=SVfUj=U；=W,Id=Idm=40AfUdO=Cj+IdR=40×1.5=60V,UC=Udo/C5=60/40=1.5V2-8在转速、电流双闭环调速系统中，调整器ASR、ACR均采用PI调整器。当ASR输出抵达U%=8V时，主电路电流抵达最大电流80A。当负载电流由40A增长到70A时，试问：(1) Ut应怎样变化?(2) UC应怎样变化？(3) UC值由哪些条件决定？解：fl*Q(1) Z?=-三-=-=0.1,t由4V升高至J8VIdm8°(2) UC会略微增大，使输出电压略微提高，以抵消电阻压降的提高。(3) Ur=J-(C+/人氏)=J-(旦'+，控制电压Uc0¾大小决定于目前转速和负载大KxKsa小，或决定于目前转速给定值和负载大小。2-13调整对象的传递函数为叱切(三)=,规定用调整器分别将其校正为经典I型和11型系统，求调整器的构造与参数。解：(1)经典1系统：用Pl调整器，WDi=Km(OS+1),取尸02518/C./0.25»r,1WW=巴,取KIT=O.5,则Ki=1/(2*0.005)=100,KPi=Kl*0.25/18=1.388,0=4.3%。1 5(0.0055+1)(2)经典2型系统：把大惯性环节做积分环节近似处理。用Pl调整器，取h=5,r1=T=5*0.005=0.025,/C=-4=4800,2h2T2叱4800一皿K；=T*1.67,b37.6/oP-lk0.25r1J2-14在一种由三相零式(三相半波)晶闸管整流装置供电的I转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机B额定数据为：Pn=60KW,Un=22OV,In=3O8A,11n=1OOOrZmin,电动势系数O0.196(V.minr),主回路总电阻R=0.18Q,触发整流环节的放大倍数KS=35。电磁时间常数T=0.012s,机电时间常数Tm=O.12s,电流反馈滤波时间常数T。产0.0025s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.015sO额定转速时时给定电压(U*n)N=10V,调整器ASR、ACR饱和输出电压U*im=8V,Ucm=6.5Vo系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D=IO,电流超调量,5%,空载起动到额定转速时的转速超调量Onq0%。试求：(1)确定电流反馈系数(假设起动电流限制在339A以内)和转速反馈系数a；(2)试设计电流调整器ACR,计算其参数Ri、C、Coi,画出其电路图，调整器输入回路电阻(Ro=40KC);(3)设计转速调整器ASR,计算其参数R“、C、Con.(Ro=40K);(4)计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量6?。(5)计算空栽起动到额定转速的时间。解：a=端=2-=0.01(V.minr)%似0001 .电流反馈系数B和转速反馈系数分别为axo7=i-=-=0.0236(VA)Idm3392 .(1)确定期间常数：T1=0.0125,7；,=02s,Toi=0.00255,7；w=0.0155,三相零式整流电路：Ts=0.00335电流环小惯性环节近似处理，小时间常数之和G=I+E=°0058S(3)选择电流调整器构造根据设计要求6<5%,并保证稳态电流无差,可按典型I型系统设计电流调节器.电流环控制对象是双惯性型的,因此可用PI型电流调节器,其传递函数叼蚀(三)=空空辿检查对电源电压的抗扰性能：二=二2.07,参照表2-3的典型I型系统动态J0.0058s抗扰性能,各项指标都是可以接受的.(3)计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：弓=L=O012s.电流环开环增益：要求3W5%时，按表2-2,应取KlT=O5,因此0.50.5-K1=86s17y,0.0058sACR的比例系数为：Ki=与通=翌，喝芈=0225Ks35×0.0236(4)校验近似条件电流环截止频率：CDcj=KI=86s"晶闸管整流装置传递函数的近似条件1 _ 1沅 30.0033sIOLS-I满足近似条件. 忽略反电动势变化对对电流环动态影响的条件0.12SXO.012S满足近似条件.电流环小时间常数近似处理”-I1=LXj1二二116.1ST心37Tnoj3V0.0033s×0.0025s满足近似条件.(5)计算调节器电阻电容由图2-25,按所用运算放大器取&=40k,各电阻和电容值为Ri=KiRQ=0.225X40%Q=9万QCi =i _ 0.012Ri 9×10sF = 33×IO-6F = L33工取 1.33"尸C*空L=4x0005F=0.25×106F=0.25E取0.2尸°,用40×103按照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为%二4.3%5%(见表2-2),满足设计要求3. (1)确定时间常数电流环等效时间常数F.已取K/A=0.5,-=27.=2x0.00583=0.0116s11z1z 转速滤波时间常数7；.根据所用测速发电机纹波情况,取7；=0015s 转速环小时间常数ZV.按小时间常数近似处理,取7vw=4-÷4=00116s+0015s=0.0266skI(2)选择转速调节器结构按照设计要求,选用Pl调节器,其传递函数叫(三)IyS+1)TnS(3)计算转速调整器参数由 4=2Cna Q JGl-Z)空二荃 10%,求出: 72.5%查表2-7,取h=3可满足跟随与抗挠性能指标的规定。则ASRH勺超前时间常数：酊=Q=3*0.0266=0.07985转速环的开环转速增益为: + l _4-2¾ "2×32×0.02662=314. Ir2于是，由式(2-76)可得ASP的比例系数为：K(z+l)ygC,4×0.0236×0.196×0.127732aRT2×3×0.01×0.18×0.0266-、?n(4)检验近似条件由式(2-33)得转速环截止频率为：/="=K/n=314.1×0.0798ST=25.K13电流环传递函数简化条件为:86ST=40.6sT>gfi,满足简化条件.0.0058E3转速环小时间常数近似处理条件为:=LXJ迫S”=25.2sT>外,满足近似条件.3V0.01(5)计算调节器电阻和电容根据图2-27,取&=40k,则Rn=KR=7.73x40K2=309.2Kl取310万。Cn=Z=0.0798=0257×106F=0.257尸.取0.257/"Rn31O×1O3Con=乜=4x001F=1.5×IO-6F=1.5F,MX1.5FSRQ40×IO3(6)校核转速超调量当h=3时，由表2-6查得，=52.6%,不能满足设计要求.实际上,由于表2-6是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时,ASR饱和,不符合线性系统的前提,应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。(7) 由表2-7查得，由力二3得=72.2%4=339IN 308= 1.1308x0.18=2×(三-)3z)空-a=2X72.2%XLIX(U96,，丝3=9.96%V10%CbnTm10000.125.空载起动到额定转速的时间2/7¾=(9xi7.73×10X 0.0266 = 0.386s第3章直流调速系统的数字控制3-1直流电机额定转速v=375rn,电枢电流额定值为/而二7602,允许过流倍数/1=1.5,计算机内部定点数占一个字的位置（16位），试确定数字控制系统的转速反馈存储系数和电流反馈存储系数，适当考虑余量。解：定点数长度为1个字（16位），但最高位须用作符号位，只有15位可表示量值，故最大存储值DmaX=2%1。电枢电流最大允许值为1.5In,考虑到调节过程中瞬时值可能超过此值，故取ImaX=I8In0因此，电枢电流存储系数为"工卫 = 23”1.8Zy 1.8×760额定转速IIN=375min,取nmax=L3nN,则转速存储系数为Ka=32768mill/r=67.21mill/r°1.3N1.3×375对上述运算结果取整得长胃二23月一Ka=67niro3-2旋转编码器光栅数为1024,倍频系数为4,高频时钟脉冲频率T0=LMTE,旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器,V法和T法测速时间均为0.Ols,求转速n=1500rmin和n=150rmin时的测速分辩率和误差率最大值。解：电动机每转一圈共产生Z=4x2048=4096个脉冲。（1） M法测速Mi、十八迄如C60(1+1)60M6060/.1“/测速分辨率QL=r/min=1.46r/nunZTcZTcZTc4096×0.01电动机的转速为二60叫ZTcZTc4096×0.01×1500“-=1024606011测速误差率最大值5ma×100%=×100%0.098%M1024ZTc4096×0.01×150当n=150min时，M=1026060当n=1500rmin时,测速误差率最大值Smax=-×100%=×100%0.98%maxM1102(2)T法测速当n=1500rnin时，n丝21ZM2测速分辨率八606060Z/r4096×15002z.，.Q-=-=rnm17bn三Z(M2-I)ZM2ZVZ2GW2-D60q-Zri60×106-4096×1500M26Q0_60×IO6Zn4096x15009（取整数）测速误差率最大值鼠X=-i×100%=,100%12.5%maxM2-I9-1当n=15OWmin时,测速分辨率。=W%f可/mm监二黑二船S"取整数）测速误差率最大值Jmax=×100%=×100%1.04%maxM2-I97-1第5章闭环控制的异步电动机变压调速系统一种转差功率消耗型调速系统5-1异步电动机从定子传入转子的电磁功率匕,中,有一部分是与转差成正比的转差功率4,根据对月处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类。转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是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）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，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，绕线电机坐级调速或双馈电机调速属尸这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。转差功率不变型调速系统:在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低,转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有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,取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下,设备成本最高。5-4何谓软起动器？交流异步电动机采用软起动器有什么好处？答；带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减卜来，起动时间也短于一级降压起动。主电路采用品闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作。视起动时所带负载的大小，起动电流可在（05-4）Isn之间调整，以获得最佳的起动效果，但无论如何调整都不宜于满载起动。负载略重或静摩擦转矩较大时，可在起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。软起动的功能同样也可以用了制动，用以实现软停车。第6章笼型异步电动机变压变频调速系统(VVVF)转差功率不变型调速系统6-1简述恒压频比控制方式。答：绕组中的感应电动势是难以直接控制的，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USXEg,则得牛二常值J1这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时心和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压心抬高一些，以便近似地补偿定子压降。6-2简述异步电动机在下面四种不同的电压一频率协调控制时的机械特性并进行比较；(1)恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；(2)基频以下电压一频率协调控制时异步电动机的机械特性；(3)基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性；答：恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性：当S很小时，转矩近似与S成正比，机械特性是一段直线，s接近于1时转矩近似与S成反比，这时，Te=f(s)是对称于原点的一段双曲线。基频以下电压一频率协调控制时异步电动机的机械特性:恒压频比控制的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。而且频率越低时最大转矩值越小,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。恒Eg/制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rm=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。恒Er控制可.以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通6m恒定进行控制，而且，在动态中也尽可能保持L'm恒定是矢量控制系统的目标，基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性:当角频率提高时,同步转速随之提高,最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变。基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。6-3如何区别交一直一交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器？它们在性能上有什么差异？答：根据中间直流环节直流电源性质的不同，直流环节采用大电容滤波是电压源型逆变器。它的直流电压波形比较平直，理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或梯形波。直流环节采用大电感滤波是电流源型逆变器。它的直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或梯形波。在性能上却带来了明显的差异，主要表现如下：(1)无功能量的缓冲在调速系统中，逆变器的负载是异步电机，属感性负载。在中间直流环节与负载电机之间，除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网。因此，两类逆变器的区别还表现在采用什么储能元件(电容器或电感器)来缓冲无功能量。(2)能量的回馈用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显著特征，就是容易实现能量的回馈，从而便于四象限运行，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械。(3)动态响应正由于交-直-交电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变,所以动态响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多。(4)输出波形电压源型逆变器输出的电压波形为方波，电流源型逆变器输出的电流波形为方波。(5)应用场合电压源型逆变器属恒压源，电压控制响应慢，不易波动，所以适于做多台电机同步运行时的供电电源，或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合。采用电流源型逆变器的系统则相反，不适用F多电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求。6-5采用二极管不控整流器和功率开关器件脉宽调制（PWM）逆变器组成的交一直一交变频器有什么优点？答：具有如下优点：（1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。采用全控型的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲进行控制,电路也简单，效率高。（2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小,提高了系统的调速范闱和稳态性能。（3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高。（4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。6-9转速闭环转差频率控制的变频调速系统能够仿照直流电动机双闭环系统进行控制，但是其动静态性能却不能完全达到直流双闭环系统的水平，这是为什么？答：它的静、动态性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平，存在差距的原因有以卜几个方面：（2） （1）在分析转差频率控制规律时，是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发的，所谓的“保持磁通m恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。在动态中m如何变化还没有深入研究，但肯定不会恒定，这不得不影响系统的实际动态性能。（3） 1.s=f（初，7S）函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位,而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。（3）在频率控制环节中，取初二能+刃，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频率控制的优点。然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差,因为所有这些偏差利干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。6-11分别简述直接矢量控制系统和间接矢量控制系统的工作原理,磁链定向的精度受哪些参数的影响？答：直接矢量控制的工作原理：转速正、反向和弱磁升速。磁链给定信号由函数发生程序获得。转速调节器ASR的输出作为转矩给定信号，弱磁时它还受到磁链给定信号的控制。在转矩内环中，磁链对控制对象的影响相当于一种扰动作用，因而受到转矩内环的抑制，从而改造了转速子系统，使它少受磁能变化的影响。间接矢量控制的工作原理：采用磁链开环控制，系统反而会简单一些。在这种情况下，常利用矢量控制方程中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统，它继承了基于稳态模型转差频率控制系统的优点，同时用基于动态模型的矢量控制规律克服了它的大部分不足之处。转差型矢量控制系统的主电路采用了交-直-交电流源型变频器，适用于数千kW的大容量装置，在中、小容量装置中多采用带电流控制的电压源型PwM变压变频器。磁链开环转差型矢量控制系统的磁场定向由磁链和转矩给定信号确定,靠矢量控制方程保证，并没有实际计算转子磁链及其相位，所以属于间接矢量控制。直接矢量控制中，采用磁链模型获得磁链的幅值和相位信息，转子磁链的电流模型：受电机转子参数Tr和Lm的变化影响。见(642)、(6-43)转子磁链的电压模型：包括纯积分环节，积分初值和累积误差都影响计算成果;低速时，定子电阻压降变化的影响也较大。6-12试比较转子磁链的电压模型和电流模型的运算方法及其优缺点。答：根据描述磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链，所得出的模型叫做电流模型。根据电压方程中感应电动势等于磁链变化率的关系，取电动势的积分就可以得到磁链，这样的模型叫电压模型。转子磁链模型需要实测的电流和转速信号，但也都受电机参数变化的影响，从而改变时间常数在，磁饱和程度将影响电感加和女，从而左也改变。这些影响都将导致磁链幅值与相位信号失真.，而反馈信号的失真必然使磁链闭环控制系统的性能降低。I电压模型只需要实测的电流和电压信号，不需要转速信号，且算法与转子电阻Rr无关,只与定子电阻有关它是容易测得的。与电流模型相比，电压模型受电动机参数变化的影响较小，而且算法简单，便于应用。但是，由于电压模型包含纯积分项，积分的初始值和累积误差都影响计算结果，低速时，定子电阻压降变化的影响也较大。电压模型适合中、高速范围，而电流模型能适应低速。6-14按定子磁链控制的直接转矩控制（DTC）系统与磁链闭环控制的矢量控制（VC）系统在控制方法上有什么异同？答：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，可以改得快速的转矩