的要求。 电压源变频

波，输出电压是近似正弦波。能否据此得出电压源变频器输出电流波形中的谐波成分比电流 源变频器输出电流波形中的谐波成分小的结论？在变频调速系统中，负载电动机希望得到的 是正弦波电压还是正弦波电流？ 答：在电流电机中，实际需要保证

相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。因此，若能对电流实行 闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。 课后答案网 www.khdaw.com

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—直—交变频 ：

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 （2） WM 波，但由于采用了恰当的PWM 控制技术，正弦 （3） 不受中间直流环节滤波器参数的影响， （4） 源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小

6 如何改变由晶闸管组成的交—交变压变频器的输出电压和频率？这种变频器适用于什 定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压 u0，u0的幅值决定于 泥回转窑等大容量、低转速的调速系统，供电给 低速

7 交流PWM 变换器和直流PWM 变换器有什么异同？ 一份任意型号的通用变频器资料，

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 原因有以下几个

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 到电流的相位，而

率得以与转速同步升降，这本是转差频

在转差频率控制的变频调速系统中，当转差频率的测量值大于或小于实际值时，将

ω1 随着实际转速 ω 同步地上升或下降，有如水涨而船高，

器有什么优点？ 答：具有如下优点 （1） 在主电路整

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。 输出电压波形虽是一系列的P

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围和稳态性能。 逆变器同时实现调压和调频，动态响应 系统的动态性能也得以提高。 采用不可控的二极管整流器，电 的影响。 6-

么场合？为什么？

答：正、反两组按一

各组可控整流装置的控制角 α ，u0的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果控 制角一直不变，则输出平均电压是方波， 一般主要用于轧机主传动、球磨机、水

电机直接传动时，可以省去庞大的齿轮减速箱。

6-6-8 请你外出时到一个变频器厂家或变频器专卖店索取

用它与异步电动机组成一个转速开环恒压频比控制的调速系统，然后说明该系统的工作原 理。 6-

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 方面： （1）在分

谓的“保持磁通 Φm 恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。在动态中 Φm 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。 （2）Us = f(ω1 , Is)函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制 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 ω1 = ωs + ω ，使频

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， 因为所有这些偏差和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。 6-10 给系统工作造成怎样的影响？ 答：在调速过程中，实际频率

因此加、减速平滑而且稳定。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 课后答案网 www.khdaw.com

误差，因为所有这些偏差和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 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 ，系统反而会简单一些。在这种情况下， 矢量控制方程 保证

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。 做电流模型。根

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 阻Rr 无关， 只与

机参数变化的影响较小，而且算法简单，便于应用。 但是

13 坐标变换是矢量控制的基础，试分析交流电机矢量变换的基本概念和方法。 化。

些参数的影响？ 答：直接矢量控制

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，使它少受磁链变化的影响。 间接矢量控制的工作原理：采用磁链开环控制

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 ，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。 6-

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

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。

转子磁链模型需数Tr，磁饱和程度将影响电感Lm 和Lr，从而Tr 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。 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 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，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- 答：将交流电机的物理模型等效地变换成类似直流电机的模式，分析和控制就可以大大简 坐标变换正是按照这条思路进行的。在这里，不同电机模型彼此等效的原则是：在不同坐标 下所产生的磁动势完全一致。

交流电机三相对称的静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合 成磁

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 位式砰-砰控制器，并在 PWM 逆变器中直接用这两个控制

动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速 ω1 （即电流的角频率） 顺着 A-B-C 的相序旋转。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、 三相、四相、?? 等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势， 当然以两相最为简单。在三相坐标系下的 iA、iB 、iC，在两相坐标系下的 iα、iβ 和在旋 转两相坐标系下的直流 im、it 是等效的，它们能产生相同的旋转磁动势。这样通过坐标系 的变换，可以找到与交流三相绕组等效的直流电机模型。 6- 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 课后答案网 www.khdaw.com

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

在加减速或负载变化的动态过程中，可以获得快速的转 矩响

15 试分析并解释矢量控制系统与直流转矩控制系统的优缺点。

却各有千秋。 制，可

获得较宽的调速范围；但按 定子

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，

应，但必须注意限制过大的冲击电流，以免损坏功率开关器件，因此实际的转矩响应的 快速性也是有限的。 6-

答：两者都采用转矩（转速）和磁链分别控制，但两者在控制性能上

VC 系统强调 Te 与Ψr 的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器；实行连续控

Ψr 定向受电动机转子参数变化的影响，降低了系统的鲁棒性。

DTC 系统则实行 Te 与Ψs 砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构；控制 磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响；但不可避免地产生转矩脉动，低速性 能较差，调速范围受到限制。下表列出了两种系统的特点与性能的比较。 性能与特点 直接转矩控制系统 矢量控制系统 磁链控制 定子磁链 转子磁链

转矩控制 砰-砰控制，有转矩脉动 连续控制，比较平滑 坐标变换 静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂 转子参数变化影响 无[注] 有 调速范围 不够宽 比较宽

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