电气工程作业

1、黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训电气工程专业2021年作业说明：初级职称学员“专业课作业一为填空题 1-6题；专业课作业二为问做题 1-3题.中、高级职称学员“专业课作业为问做题全部；同时提交 3000字左右“学习心得 一篇.所有学员均需按要求提交“公需课作业.作业提交时间：以网站通知为准.一.填空：1、常见的交流调速方法有：降电压调速转差离合器调速转子用电阻调速绕线电机 审级调速或双馈电机调速变极对数调速变压变频调速.2、根据交流异步电机的原理,从定子传入转子的电磁功率可分成两局部：一局部是 拖动负 载的有效功率,称作机械功率；另一局部是传输给转子电路的转差功率,与转差率 S 成正比

2、.3、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,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；转差功率馈送型调速系统；转差功率 不变型调速系统.4、转差功率消耗型调速系统的全部转差功率都转换成 热能消耗在转子回路中.在恒转矩 负载时,该调速系统是以增加转差功能的消耗来换取转速降低的.属于这一类的三 种调速方法有：降电压调速转差离合器调速转子用电阻调速.5、在转差功率馈送型调速系统中,除转子铜损外,大局部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；属于这一类的调速方法是绕线转子电动机 审级调速和双馈电动机调速.6、在转差功率不变型调速系

3、统中,转差功率只有 转子铜损,而且无论转速上下,转差功 率根本不变,因此效率更高；属于此类的调速方法有变极对数调速和变压变频调 速这两种.二：问题答1、对于恒转矩负载,为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软,调速范围越大 吗？答：带恒转矩负载工作时,普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0 <s <sm,sm本来就不大,因此调速范围也不大.降压调速时,机械特性变软,但sm不变,故调速范围不变.2、异步电动机变频调速时,为何要电压协调限制？在整个调速范围内,保持电压恒定是否可 行？为何在基频以下时,采用恒压频比限制,而在基频以上保持电压恒定？答：由于定子电压频率变化时

4、,将导致气隙磁通变化,影响电动机工作.在整个调速范围内, 假设保持电压恒定,那么在基频以上时,气隙磁通将减少,电动机将出力缺乏；而在基频以下时, 气隙磁通将增加,由于磁路饱和励磁电流将过大,电动机将遭到破坏.因此保持电压恒定不 可行.在基频以下时,假设保持电压不变,那么气隙磁通增加,由于磁路饱和,将使励磁电流过 大,破坏电动机,故应保持气隙磁通不变,即保持压频比不变,即采用恒压频比限制；而在 基频以上时,受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制,电压不能随之升高,故保持电压恒定.3、异步电动机变频调速时,基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什 么？所谓恒功率或恒转矩调速方式,是否指输出

5、功率或转矩恒定？假设不是,那么恒功率或恒 转矩调速究竟是指什么？答：在基频以下调速,采用恒压频比限制,那么磁通保持恒定,又额定电流不变,故允许输出 转矩恒定,因此属于恒转矩调速方式.在基频以下调速,采用恒电压限制,那么在基频以上随 转速的升高,磁通将减少,又额定电流不变,故允许输出转矩减少,因此允许输出功率根本 保持不变,属于恒功率调速方式.恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出转矩恒 定,而是额定电流下允许输出的功率或允许输出的转矩恒定.4、分析电流滞环跟踪PWM6制中,环宽h对电流波动与开关频率的影响.答：电流跟踪限制的精度与滞环的环宽有关,当环宽选得较大时,可降低开关频率,但电流

6、波形失真较多,谐波分量高；如果环宽太小,电流波形虽然较好,却使开关频率增大了.这 是一对矛盾的因素,实用中,应在充分利用器件开关频率的前提下,正确地选择尽可能小的 环宽.5、按基频以下和基频以上分析电压频率协调的限制方式,画出：(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-频率协调限制时异步电动机的机械特性.(3)基频以上恒压变频限制时异步电动机的机械特性.(4)电压频率特性曲线U=f f 6、在转速开环变压变频调速系统中需要给定积分环节,论述给定积分环节的原理和作用.答：转速开环变压变频调速是依据交流电动机稳态数学模型,根据电压频率协调限制方式来 保持气隙磁通恒定,需要

7、电动机运行满足稳态条件要求,不能快速变化,所以要用给定积分 器限制起动和制动的速率.7、结合异步电动机三相原始动态模型,讨论异步电动机非线性、强耦合和多变量的性质,并 说明具体表达在哪些方面？答：异步电动机具有非线性、强耦合和多变量的性质,要获得良好的调速性能,必须从动态 模型出发,分析异步电动机的转矩和磁链限制规律,研究高性能异步电动机的调速方案.矢量限制和直接转矩限制是两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统.矢量限制系统 通过矢量变换和按转子磁链定向,得到等效直流电动机模型,然后根据直流电动机模型设计 限制系统；直接转矩限制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号,根据当前定子磁链矢量

8、所在的 位置,直接选取适宜的定子电压矢量,实施电磁转矩和定子磁链的限制.8、旋转变换的等效原那么是什么？当磁动势矢量幅值恒定、匀速旋转时,在静止绕组中通入正 弦对称的交流电流,而在同步旋转坐标系中的电流为什么是直流电流？如果坐标系的旋转速 度大于或小于磁动势矢量的旋转速度时,绕组中的电流是交流量还是直流量？答：两相同步旋转坐标系的突出特点是, 当三相ABC®标系中的电压和电流是交流正弦波时, 变换到dq坐标系上就成为直流.9、坐标变换(3/2变换和旋转变换)的优点何在？能否改变或减弱异步电动机非线性、强耦 合和多变量的性质？答：在三相静止绕组A、B C和两相静止绕组、 之间的变换,或

9、称三相静止坐标系和两相 静止坐标系间的变换,简称3/2变换,变换前后总功率不变.通过坐标变换,可以使之降阶 并化简,不能改变其非线性、多变量的本质.10、论述矢量限制系统的根本工作原理,矢量变换和按转子磁链定向的作用,等效的直流机 模型,矢量限制系统的转矩与磁链限制规律.答：在三相坐标系上的定子交流电流i A、 i B、i C ,通过三相/两相变换可以等效成两相 静止坐标系上的交流电流i、i ,再通过同步旋转变换,可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流im和it.限制使交流电机的转子总磁通r 就是等效直流电机的磁通,那么 M绕组相当于直流电机的励磁绕组,i m相当于励磁电流,T绕组相当于伪静止的

10、电枢绕组,i t 相当于与转矩成正比的电枢电流.模仿直流电机的限制策略,得到直流电机的限制量,经过 相应的坐标反变换,就能够限制异步电机了.现在d轴是沿着转子总磁链矢量的方向,并称之为M (Magnetization )轴,而q轴再逆时针转90° ,即垂直于转子总磁链矢量,称之为T (Torque)轴.这样的两相同步旋转坐标系就具体规定为 M T坐标系,即按转子磁链定向(Field Orientation )的坐标系.定子电流的励磁分量与转矩分量是解耦的.要实现按转子磁链定向的矢量限制系统,很关键的因素是要获得转子磁链信号,以供磁链反 馈和除法环节的需要.开始提出矢量限制系统时,曾尝

11、试直接检测磁链的方法,一种是在电 机槽内埋设探测线圈,另一种是利用贴在定子内外表的霍尔元件或其它磁敏元件.采用间接计算的方法,即利用容易测得的电压、电流或转速等信号,利用转子磁链模型,实 时计算磁链的幅值与相位.利用能够实测的物理量的不同组合, 可以获得多种转子磁链模型. 11、转子磁链计算模型有电压模型和电流模型两种,分析两种模型的根本原理,比拟各自的 优缺点.答：根据定子电流和定子电压的检测值来估算转子磁链,所得出的模型是电压模型.采用电压模型法,由于存在电压积分问题,结果在低速运行时,模型运算困难.根据描述磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链,所得出的模型是电流模型,采用电流模型法时,

12、由于存在一阶滞后环节,在动态过程中难以保证限制精度.12、讨论直接定向与间接定向矢量限制系统的特征,比拟各自的优缺点,磁链定向的精度受 哪些参数的影响？答：直接转矩限制系统：简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统,是继矢量限制系统 之后开展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统.在它的转速环里面,利 用转矩反应直接限制电机的电磁转矩,矢量限制系统(Vector Control System ),进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢 量,通过坐标变换实现的限制系统.性能与特点“接转矩限制系统矢量限制系统磁链限制子磁链转子磁链转矩限制砰-砰限制,肩转

13、矩脉动连续限制,比拟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j有调速范围上够宽比拟宽13、分析与比拟按转子磁链定向和按定子磁链定向异步电动机动态数学模型的特征,指出它 们的相同点与不同点.答：按转子磁链定向同步旋转坐标系 mt中的数学模型与直流电动机的数学模型完全一致.通过坐标系旋转角速度的选取,简化了数学模型,通过按转子磁链定向,将定子电流分解为励 磁分量smi和转矩分量sti ,使转子磁链r巾仅由定子电流励磁分量 smi产生,而电磁转矩 eT正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积 stri也,实现了定子电流两个分量的解耦.而按定子磁链定向将定子电压分解为两个分量sdu和squ, sdu限制定子磁链幅值的变化率,squ限制定子磁量矢量旋转角速度,再通过转差频率限制定子电流的转矩分量 sqi ,最后限制 转矩.但两者均受到定子电流两个分量 sdi和sqi的影响,使受电流扰动的电压限制型.14、分析定子电压矢量对定子磁链与转矩的限制作用,如何根