自动控制系统考试复习(4)

异步电动机双馈调速系统

1 双馈就是除了电机与交流电网直接连接外，转子侧也要与交流电网或外接电动势相连。从电路拓扑结构看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。在恒定负载下，转子串附加电动势与转子电动势的同相时，电机可工作在超同步状态电动或回馈制动；而反相时，电机工作在次同步状态电动或回馈制动。而在位能负载时，转子串附加电动势与转子电动势反相时，还可工作在反转倒拉制动状态。要实现回馈制动，转子变频器必须能够进行双向功率流动，转子变频器只能输出转差功率时，则只须单向变频器。 2次同步电动状态下的双馈系统称之为串级调速系统，可用交直交变频器来实现交交变频，也就转子侧为不控整流器，经过有源逆变回馈电网。可通过调节逆变角实现平滑无级调速。

由于定子侧输入有功功率，而转子侧输出有功功率，所以串调效率高。由于转差功率与转差功率成正比，使得转子变频器的容量、电压等级与调速范围成正比，因此，从经济角度出发，串级调速和双馈调速常用于有限范围调速，而很少用于全范围调速。由于转子整流器不可控，所以不能实现电气制动，只能靠负载自由停车。

3虽然回馈转差功率效率高，但同时定子侧和转子侧都要吸收无功功率，所以功率因数低。普通串级调速系统是一种高效率低功率因数的系统。而且随着转差率的增大，也就是转速的降低，功率因数也降低，逆变器相控是功率因数低的主要原因。为提高功率因数，可采取斩波器的方法来固定逆变角；还可用PWM变流器取代晶闸管逆变器；内馈就是将转差功率不是回馈电网而是直接回馈定子，这必须在定子上增设一个小功率的调节绕组，通过这个调节绕组的设计还可以抵消晶闸管逆变器电流谐波中3次和5次分量。 4 由于异步电动机折算到转子侧的漏抗值比一般整流变压器的等效漏抗大，所以转子整流电路的换相重叠现象导致了转子等效电阻加大，使得串级调速机械特性变软，最大转矩减小。串级调速如同直流电动机一样可采用双闭环结构。但其等效电动势参数不是常数，从而使得转子直流回路的时间常数和放大系数都是转速的函数，而异步电动机的机电时间常也是转速和电流的函数。这使得调节器的参数设计困难，必须采用变参数或自适应设计，才能保证在整个调速范围动态性能一致。

5 由于变频器是按有限调速范围设计的，所以变频器只能承受串调运行时的转子电动势。而起动到串调前的低转速时，转差大，转子电压高，所以一般串级调速系统不能直接起动，只能依靠频敏电阻起动到串调运行允许的最低转速才能加入串调装置。由于是有源逆

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变，所以逆变器应该先投入工作，而最后切离系统。对于有源逆变来说，最严重的故障是逆变失败导致的过电流，逆变失败的物理原因是机械能无法回馈变成电能，这其中有可能是电网瞬间停电，逆变时丢脉冲。对此，应加设瞬间停电保护措施。因此，串级调速起动和停车时开关的分合闸有严格的顺序。当转子变频器故障时，还可以切换到无调速状态即最高转速下短期运行。 同步电动机变频调速系统*

1 同步电动机变频调速属于转差功率不变型。同步电动机的矩角特性使得它不具备自起动能力，而在转子上加笼式绕组可以利用异步电动机转矩与转差成正比的特点实现异步起动。但如果转子落后的角度太大，便可能造成振荡到失步。采用VVVF可以实现同步电动机的软起动但不能完全克服振荡及失步现象。为此，必须设计给定积分器使定子频率不要变化过快。这也就间接限制了起制电流。同样，在异步电动机VVVF系统中，由于转矩与转差成正比，限制了定子频率变化率也就限制了转子转差也就间接限制了转矩即限制了起制动电流。

2 就频率控制而言，同步电动机变频调速系统可分为他控变频和自控变频两种。他控变频的特点是控制定子频率，而转子频率随之变化。换名话说，转速随着定子频率而变化，但负载较大时，转子转速可能跟不上定子频率变化，就会出现振荡或失步现象；自控变频则是利用转子位置检测器来检测转子位置和转速（频率）即转子位置的变化后控制定子的频率，使定子频率跟随转子频率变化。他控变频同步电动机系统常用的包括转速开环恒压频比控制和交交变频大型低速同步电动机调速系统及高性能的气隙磁场定向的矢量控制系统。

3自控变频同步电动机调速系统是典型的机电一体化产品。梯形波（方波）变频调速系统即无刷直流电动机变频调速系统和永磁同步电动机变频调速系统是两类重要的应用越来越广泛的自控变频同步电动机调速系统。目前，常用于中小功率的伺服系统和体积空间要求严格的独立电源供电的驱动系统如车辆和船舰。梯形波变频也称无刷直流电动机，它与永磁同步电动机一样都属于同步电动机。两个系统的主要区别在于：一方面，电机绕组设计使得气隙磁场或反电势波形不同，一个是梯形波一个是正弦波。另一方面，转子位置检测方式不同，一个离散位置检测另一个是连续位置检测。梯形波电动机如果忽略换相过程，可视为恒定电流和恒定反动势，即可等效为无刷直流电动机，可采用类似于直流电动机的方法来控制。这样控制结构简单。但由于离散位置检测检测导致开关换流时电流跳变从而导致了转矩脉动。而永磁同步电动机由于装设了昂贵的连续转子位置检测器（如旋转变压器）可实现高性能的伺服控制。由于是正弦波交流，可采用矢量控制。当按转子磁链定向，定子电流励磁分量为零时，可得到如同直流同步机一样的转矩控制特性。控制的关键在于准确检测转子的空间位置。控制系统要比异步电动机简单。因为是同步电动机，这两种电动机的起动都是一个特殊问题。常规永磁电动机的最大局限是很难实施弱磁控制，只能在基速下调速。只有专门设计的电动机称之为IPM同步电动机，可以实现基速以上的恒功率运行。

直流调速系统

一 判断题

1弱磁控制时直流电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和弱磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（ Ⅹ ）

6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。 （ Ⅹ ） （√）

8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。 （ Ⅹ ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。 （Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。 （ Ⅹ ）

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