2022年电力拖动自动控制系统-运动控制系统课后参考答案第五六七章.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第五章摸索题5-1 对于恒转矩负载,为什么调压调速的调速范畴不大?电动机机械特性越软,调速范畴越大吗?答:对于恒转矩负载,一般笼型异步电动机降压调速时的稳固工作范畴为 0SSm 所以调速范畴不大;电动机机械特性越软,调速范畴不变,由于 Sm 不变;5-2 异步电动机变频调速时,为何要电压和谐掌握?在整个调速范畴内,保持电压恒定是否可行?为何在基频以下时,采纳恒压频比掌握,而在基频以上储存电压恒定?答:当异步电动机在基频以下运行时,假如磁通太弱,没有充分利用电动机的铁心,是一种铺张; 假如磁通,又会使铁心饱和,从而导致过大的励磁电流,严峻时仍会因
2、绕组过热而损坏电动机;由此可见,最好是保持每极磁通量为额定值不变;当频率从额定值向下调剂时,必需同时降低 Eg 使 Ef 1 g 4.44 N S K N S mN 常值,即在基频以下应采纳电动势频率比为恒值的掌握方式;然而, 异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与掌握的;当电动势值较高时,可忽视定子电阻和漏感压降,而认为定子相电压 U s E ;g在整个调速范畴内,保持电压恒定是不行行的;在基频以上调速时,频率从额定值向上上升,受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制,定子电压不能随之上升,最多只能保持额定电压不变,这将导致磁通与频率成反比地降低,使得异步电动机工作在弱磁状态;5-3 异步电动机
3、变频调速时,基频以下和基频以上分别属于恒功率仍是恒转矩调速方式?为什么?所谓恒功率或恒转矩调速方式,是否指输出功率或转矩恒定?如不是,那么恒功率或恒转矩调速到底是指什么?答:在基频以下,由于磁通恒定,答应输出转矩也恒定,属于“ 恒转矩调速” 方式;在基频以上,转速上升时磁通减小,答应输出转矩也随之降低,输出功率基本不变,属于“ 近似的恒功率调速” 方式;5-4 基频以下调速可以是恒压频比掌握、恒定子磁通、 恒气隙磁通和恒转子磁通的掌握方式,从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种掌握方法的优缺点;答:名师归纳总结 恒压频比掌握: 恒压频比掌握最简单实现,它的变频机械特性基本上是平行下移,硬度
4、也较第 1 页,共 24 页好,能够满意一般的调速要求,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,采纳恒压频比的掌握方法具有掌握简便的优点,但负载变化时定子压降不同, 将导致磁通转变,因此需采纳定子电压补偿掌握;依据定子电流的大小转变定子- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 电压,以保持磁通恒定;恒定子磁通:虽然改善了低速性能,但机械特性仍是非线性的,仍受到临界转矩的限制;频率变化时,恒定子磁通掌握的临界转矩恒定不变;恒定子磁通掌握的临界转差
5、率大于恒压频比掌握方式; 恒定子磁通掌握的临界转矩也大于恒压频比掌握方式;掌握方式均需要定子电压补偿,掌握要复杂一些;恒气隙磁通:虽然改善了低速性能,但机械特性仍是非线性的,仍受到临界转矩的限制;保持气隙磁通恒定:E g 常值,除了补偿定子电阻压降外,仍应补偿定子漏抗压降;与1恒定子磁通掌握方式相比较,恒气隙磁通掌握方式的临界转差率和临界转矩更大,机械特性更硬;掌握方式均需要定子电压补偿,掌握要复杂一些;恒转子磁通: 机械特性完全是一条直线,可以获得和直流电动机一样的线性机械特性,这正是高性能沟通变频调速所要求的稳态性能;5-5 常用的沟通PWM 有三种掌握方式,分别为SPWM、CFPWM 和
6、 SVPWM,论述它们的基本特点、各自的优缺点;答:SPWM:特点: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;优缺点:一般的 SPWM 变频器输出电压带有肯定的谐波重量,为降低谐波重量,削减电动机转矩脉动,可以采纳直接运算各脉冲起始与终了相位的方法,以排除指定次数的谐波;CFPWM:特点:在原先主回路的基础上,采纳电流闭环掌握,使实际电流快速跟随给定值;优缺点:在稳态时,尽可能使实际电流接近正弦波形,这就能比电压掌握的 SPWM 获得更好的性能;精度高、响应
7、快,且易于实现;但功率开关器件的开关频率不定;SVPWM:特点:把逆变器和沟通电动机视为一体,以圆形旋转磁场为目标来掌握逆变器的工作,磁链轨迹的掌握是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的;优缺点: 8 个基本输出矢量,6 个有效工作矢量和 2 个零矢量,在一个旋转周期内,每个有效工作矢量只作用 1 次的方式,生成正 6 边形的旋转磁链,谐波重量大,导致转矩脉动;用相邻的 2 个有效工作矢量,合成任意的期望输出电压矢量,使磁链轨迹接近于圆;开关周期越小, 旋转磁场越接近于圆,但功率器件的开关频率将提高;用电压空间矢量直接生成三相 PWM 波,运算简便;与一般的 高 15%;SPWM 相比较, S
8、VPWM 掌握方式的输出电压最多可提5-6 分析电流滞环跟踪 PWM 掌握中,环宽 h 对电流波动于开关频率的影响;答:当环宽 h 选得较大时,开关频率低,但电流波形失真较多,谐波重量高;假如环宽小,电流跟踪性能好,但开关频率却增大了;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5-7 三相异步电动机 Y 联结,能否将中性点与直流侧参考点短接?为什么?答:能;虽然直流电源中点和沟通电动机中点的电位不等,但合成电压矢量的表达式相等;因此,三相合成电压空间矢量与参考点无关;可以将中性点与直流侧参考点短接;5-8 当三相异步电动机
9、由正弦对称电压供电,并达到稳态时,可以定义电压向量 U、电流向量 I 等,用于分析三相异步电动机的稳固工作状态,在正弦稳态时,两者有何联系?答:相量是从时间域的三角函数到复指数函数的映射 指数函数的映射;4.2.4 节定义的空间矢量与向量有何区分?,空间矢量是从空间域的三角函数到复相量的正弦性表现为时间域的正弦性 ,空间矢量的正弦性表现为空间域的正弦性;从本质看它们都是正弦性 ,但从形式上看 ,相量的正弦性仍表现为复数在旋转 ,而空间矢量的正弦性就仅表示原象在空间按正弦规律变化;当然 ,也有旋转的空间矢量 ,但此时空间矢量的旋转性也是由于电流在时间上按正弦规律变化而引起的,并不起因于空间矢量本
10、身的正弦性;5-9 采纳 SVPWM 掌握,用有效工作电压矢量合成期望的输出电压矢量,由于期望输出电压 矢量是连续可调的,因此,定子磁链矢量轨迹可以是圆,这种说法是否正确?为什么?答:实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链圆四周波动;N 越大,磁链轨迹越接近于圆,但开关频率随之增大;由于 N 是有限的,所以磁链轨迹只能接近于圆,而不行能等于圆;5-10 总结转速闭环转差频率掌握系统的掌握规律,如 U S f 1 , I s 设置不当,会产生什么影响?一般来说,正反馈系统是不稳固的,而转速闭环转差频率掌握系统具有正反馈的内环,系统却能稳固,为什么?答:掌握规律: 1)在ssm的范畴内,转矩基本上与转
11、差频率成正比,条件是气隙磁通不变; 2)在不同的定子电流值时,按定子电压补偿掌握的电压 频率特性关系掌握定子电压和频率,就能保持气隙磁通恒定;如 U S f 1 , I s 设置不当,就不能保持气隙磁通恒定;一般来说, 正反馈系统是不稳固的,而转速闭环转差频率掌握系统具有正反馈的内环,系统却能稳固,是由于仍设置了转速负反馈外环;习题5-1(1)T 形等效电路:名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 简化等效电路:(2)S Nn 1n 1nN4%/s21.023 C L 1 ls215.97A12fN314. radC 1
12、1R Sjj1 L ls1L ls1L mL mI1NIR SC 1 R r2U SL lsrP ms13 I2 R r5964. Wrsm 1n1104.67. rad/sT eNpT eP m56.98m 1名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - (3)I0R S2U SL lsL m22.63. A21(4)临界转差率:S mR s 22R r L ls20.122L ls1临界转矩:T m21 R s3n p2U s 2L ls2155.98R s 2L ls15-2S mR s 22R r L ls20.122
13、L ls1名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 调压调速在1U N:2T m23n p22 U sL ls 238.99R s 2L ls21 R s1调压调速在U N:n p2U s 2L ls 269.3233T m21 R sR s 2L ls1气隙磁通m4.44U SN S随定子电压的降低而减小,属于弱磁调速;f N k 1 S额定电流下的电磁转矩:T m1 sR s3np2U s 22R r L lssL ls2R r s21Us 可调,电磁转矩与定子电压的平方成正比随着定子电压的降低而减小;带恒转矩负载时,
14、一般笼型异步电动机降压调速时的稳固工作范畴为 限;带风机类负载运行,稳固运行范畴可以稍大一些 0S1;5-3(1)忽视定子漏阻抗:m4.44U SNS0.00862f N k 1 SE gU S220 V(2)考虑定子漏阻抗:抱负空载:E gI01 L m214.71. Vm4.44E gNS0.00841f N k 1 S额定负载:0SSm,调速范畴有名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - E gI1 NC 1R r 21 C L 1 ls 2207.35. Vsm4.44E gNS0.00812f N k 1 S(3
15、)忽视定子漏阻抗的气隙磁通要大于考虑定子漏阻抗抱负空载时的气隙磁通大于考虑定子漏阻抗额定负载时气隙磁通;忽视定子漏阻抗的 E g 大于考虑下定子漏阻抗抱负空载时的大于额定负载时的;缘由:忽视定子漏阻抗时,气隙磁通在定子每相中异步电动势的有效值 E 就等于定子相电 g压,而考虑定子漏阻抗时的E 要用定子相电压减去定子漏阻抗的压降,所以忽视定子漏阻 g抗时的 E 必定大,相应每极气隙磁通也大;考虑定子漏阻抗时,抱负空载时励磁电感上的 g压降只有励磁电感产生,而额定负载时仍有负载并在励磁电感上,总的阻抗减小, 压降也减小,所以抱负空载时的 E 大于额定负载时的 g E ,相应的每极气隙磁通也大;g5
16、-4(1)抱负空载:E smsU SI R 0 sNS219.08VE s0.008584.44f N k 1 S额定负载:E smsU SI1 NR sNS214.41. V4.44E s0.00840f N k 1 S(2)E rmr E rU SI1 NR S22L ls CL ls2154.57. V14.44 E rS0.00605f N k 1 S N(3)名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 额定负载时:msmmr,E sE gE r气隙磁通 m是由定子励磁绕组和转子绕组产生的,定子全磁通 ms是定子绕组
17、和转子绕组产生的,转子全磁通 mr 是转子绕组产生的;E r 是转子磁通在转子绕组中的感应电动势,E g 气隙磁通在是定子每相绕组中的感应电动势,E s 是定子全磁通在每相绕组中的感应电动势;5-5(1)(2)(3)(4)名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5-6(1)考虑低频补偿时:U90% U ff N10% U s3.96f22不考虑低频补偿时:UU f f N4.4f(2)f=5Hz,12f1031.4名师归纳总结 考虑补偿:U SU3.96f2 U s22 L ls41.8282.07第 9 页,共 24
18、页T emax3n p2222 R s2L ls21 R s1不考虑补偿:U SU4.4f- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - T emax21 R s3n p2U s 2L ls278.14.R s 2L ls1f=2Hz,12f412.5629.92435.65考虑补偿:U SU3.96f22T emax3n pU s 22R s 22L lsL ls 21 R s1不考虑补偿:U SU4.4f8.8237.693n pU s 2T emax2 R s2L ls L ls21 R s15-7定子磁通恒定:SjL lsISE gISE rU SR I S
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- 2022 电力 拖动 自动控制系统 运动 控制系统 课后 参考答案 第五 六七
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