交流调速试题及答案

《交流调速》课程综合复习资料一、选择题1．以下生产生活设备中，重点强调调速的目的不是节能需要的是（）。

A．抽油机B．风机C．风扇D．泵类2．恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性，当s接近1时，Te = f（s）是对称于原点的一段（）。

A．直线B．斜线C．双曲线D．对角线3．晶闸管交-交变压变频器的最高输出频率约为电网频率的（）。

A．1/3～1/2 B．1/2～1 C．1～2倍D．2～3倍4．PWM技术是指（）。

A．脉冲幅度调制B．脉冲频率调制C．脉冲宽度调制D．脉冲数量调制5．通用变频器的检测环节包括（）。

A．电流检测B．温度检测C．电压检测D．以上都是6．（）是恒磁通调速和弱磁调速的分界点。

A．基本频率B．最大频率C．跳跃频率D．起动频率7．单相逆变器系统的输出电压能力取决于（）。

A．直流母线电压B．直流母线电流C．直流母线功率D．交流母线电压。

8．转速开环控制的变压变频系统中，通常在工作频率设定之后加一个（）限定环节。

A．频率B．电压C．频率变化率D．电压变化率9．变频器交流输入电压降低会导致输出电压也降低，会影响电机的带负载能力的根源是（）。

A．气隙磁通变大B．气隙磁通变小C．转子磁通变大D．转子磁通变小10．恒气隙磁通控制与恒压频比控制相比，最大转矩（）。

A．更小B．更大C．相同D．未知11．三相逆变器系统的输出电压能力取决于（）。

A．直流母线电压B．PWM方式C．A和B D．A或B12．转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统，必须具有（）。

A．测压环节B．测速环节C．测流环节D．测功环节二、简答分析题1．坐标变换是矢量控制的基础，试分析交流电动机矢量变换的基本概念和方法。

U、电源2．简述异步电动机变压变频调速的基本控制方式，说明基频以下和基频以上，定子电压s频率s f 、气隙磁场m Φ的变化规律。

3．简述基于稳态模型的转速闭环转差频率控制系统的两条基本控制规律。

4．如何区别交-直-交变频器是电压源型变频器还是电流源型变频器？它们在性能上有什么差异？5．常用的交流PWM 有三种控制方式，分别为SPWM 、CFPWM 和SVPWM ，论述它们的基本特征。

6．基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较它们的优缺点。

三、计算题1．按幅值相等的原则，写出三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵。

现有三相正弦对称电流cos()A m i I t ω=，2cos()3B m i I t πω=-，2cos()3C m i I t πω=+，求变换后两相静止坐标系中的电流i α和i β。

2．已知期望的电压空间矢量330200o j s U e =r （单位为V ），直流电压400d U V =，开关周期00.0001T s =，按照SVPWM 的实现过程，分析以下问题：（1）确定合成期望的电压空间矢量所需的2个基本电压空间矢量，及其各自的作用时间。

（2）是否需要选用零矢量？（3）按照三段逼近式来安排矢量的作用顺序，确定开关状态序列并写出每种开关状态对应的作用时间。

3．试写出在二相静止坐标系上的基于电流模型观测器的转子磁链观测模型。

4．有一台三相四极异步电动机，其额定功率为5.5kW ，额定频率N f 为50Hz ，额定线电压U N 为380V ，在某一情况下稳定运行，自定子输入的功率为6.32kW ，定子铜耗为341W ，转子铜耗为237.5W ，铁耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W ，①计算在这一运行情况下该电动机的转差率；②当输出频率f 等于额定频率时，输出电压U 等于额定电压，基频以下并考虑低频补偿，当输出频率为10Hz 时，输出电压为80V ， 求当输出频率为5Hz 时，输出电压为多少？综合复习资料参考答案一、选择题1.C2. C3.A4.C5.D6.A7.A8.C9.B 10.B 11.C 12.B二、简答分析题1．答：对交流电动机的控制可以通过某种等效变换与直流电动机的控制统一起来，从而对交流电动机的控制就可以按照直流电动机转矩、转速规律来实现，因为用来进行坐标变换的物理量是空间矢量，所以称为矢量变换，这是矢量变换的基本概念。

具体方法是先将异步电动机在三相静止坐标系下的数学模型通过3/2变换等效为其在两相静止坐标系下的数学模型，然后再通过旋转变换将两相静止坐标系下的数学模型变换成两相旋转坐标系下的数学模型。

这样就把异步电动机的数学模型等效成了直流电动机的数学模型。

2．答：基频以下，属于“恒转矩调速”；基频以上，属于“恒功率调速”。

基频以下：m Φ恒定，s U 与s f 同时增大或同时减小，低频时适当提高定子电压，近似补偿定子阻抗压降；基频以上：频率从sN f 向上升高，因为定子电压s sN U U ≤，最多只能保持s sN U U ≤，频率sN f 升高，定子电压s sN U U ≤保持不变，气隙磁通m Φ减少，转速升高。

3．答：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()1,s s U ff ω=的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。

4．答：交-直-交变频器主电路中的中间直流环节采用大电容滤波的是电压源型变频器。

主电路中的中间直流环节采用大电感滤波的是电流源型变频器。

电压源型变频器适合作为多台电动机同步运行时的变频电源，电流源型变频器适用于单台电动机传动，可以满足快速起、制动和可逆运行的要求；电流源型变频器本身具有四象限运行功能而不需要任何额外的电力电子器件；然而，电压源型变频器在电网侧必须附加一个有源逆变器；由于交-直-交电流源型变频器调速系统的直流电压极性可以迅速改变，因此动态响应比电压源型调速系统快；电流源型变频器需要连接一个最小负载才能正常运行，这种缺陷限制了在很多领域中的应用。

反之，电压源型变频器很容易在空载情况下运行。

5．答：SPWM 特征：以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波。

由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列。

CFPWM 特征：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。

SVPWM 特征：把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。

6．答：恒压频比控制：恒压频比控制最容易实现，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，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。

在对于相同的电磁转矩，角频率越大，速降落越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速相似。

在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载变化时定子压降不同，将导致磁通改变，因此需采用定子电压补偿控制。

根据定子电流的大小改变定子电压，以保持磁通恒定。

恒定子磁通：虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。

频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变 。

恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压频比控制方式。

恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。

控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。

三、计算题1．答：变换矩阵：3/21112223022C ⎡⎤--⎢⎥⎢=⎢-⎢⎣⎦ 0A B C i i i ++=，两相静止坐标系中的电流：10A B i i i i αβ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ 两相电流为: A i i α=2cos()cos()322cos()[cos()cos()sin()sin()]33cos()cos()sin()sin()cos()2A B m m m m m m m m m i I t I t I t I t t I t I t I t I t I t βπωωππωωωωωωπωω==-=+=+==- 2．答：期望的电压空间矢量300200o j s U e =r ，正好落在1和6两个有效矢量之间。

所以应由1U r 和6U r 两个矢量来逼近。

1202022cos cos 3332sin sin 33d d s d s U t U t U T U t U T πθπθ⎧+=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩012000.00001sin()sin 300.000004333400o s d T t s U πθ=-==g022000.00001sin sin 300.00000433400o s d T t s U θ===g 1200.0000043320.00000866t t s T +=⨯=<剩余的时间选择零矢量作用，均分零矢量。

1(100)U r ，6(101)U r 7(111)U r 8(000)U r开关状态序列：000,100,101,111,101,100,000对应的作用时间：0.000000335，0.000002165，0.000002165，0.000000670，0.000002165，0.000002165，0.0000003353．答：电流模型观测器：当电机转速小于额定转速的10％，定子绕组压降不可忽略，异步电动机在静止坐标系（α－β）中的电压方程为：u αs(R s +L s p 0 L m p 0 i αsu βs = 0 R s +L s p 0 L m p i βs0 L m p ωL m R r +L r p ωL r i αr0 -ωL m L m p -ωL r R r +L r p i βr可得： 0＝p （L m i αs ＋L r i αr ）＋ω（L m i βs ＋L r i βr ）＋R r i αr0＝p （L m i βs ＋L r i βr ）－ω（L m i αs ＋L r i αr ）＋R r i βr转子磁链可表示为：ψαr ＝L m i αs ＋L r i αr ψβr = L m i βs ＋L r i βr由上述3式解出i αr 、i βr 并化简得： ψαr ＝P T 211+（L m i αs －ωT r ψβr ），ψβr = PT 211+（L m i βs ＋ωT r ψαr ） 式中：T r —转子绕组的电磁时间常数，u αs —定子α绕阻电压，u βs —定子β绕阻电压，i αs —定子α绕阻电流，i βs —定子β绕阻电流，ψαr —与转子α绕阻匝链的磁链，ψβr —与转子β绕阻匝链的磁链。

4．答：① 116320341167.55811.5M cu Fe P P p p W =--=--= 2cu M p sP =，2237.50.0415811.5cu M p s P ===② 50,380N N f Hz U V ==，220s U V =，10,80f Hz U V ==U kf b =+， 3.5,45k b ==5, 3.554562.5f Hz U V ==⨯+=。