什么是矢量控制系统(VCS)并简述其 七

什么是矢量控制系统(VCS)并简述其七

1. 什么是矢量控制系统（VCS）?并简述其工作原理。答：将异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过坐标反变换，就能够控制异步电动机。由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐标变换的控制系统就叫做矢量控制系统VCS(Vector Control System) 。

2. 直接转矩控制系统（DTC）的基本思想：根据定子磁链幅值偏差Ψs 的正负号和电磁转矩偏差Te的正负号，再依据当前定子磁链矢量Ψs所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。

3. 何为软启动？答：软启动器可以限制启动电流并保持恒值，直到转速升高后自动衰减下来，启动时间也短于降压启动方法主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，达到稳定运行后，可用接触器将晶闸管旁路，以免晶闸管不必要长期工作。启动电流可在（0.5~4）IsN之间调整。

4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）：（定义）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，叫“磁链跟踪控制”，磁链跟踪控制是通过交替使用不同的电压空间矢量来实现的，故又称为

“电压空间矢量PWM（SVPWM）”

（实现方法：）在SVPWM的实现过程中，通常以开关损耗较小和谐波分量较小为原则，安排基本矢量和零矢量的作用顺序。有两种常用的SVPWM实现方法，分别是（1）零矢量集中和（2）零矢量分散。 5.

6. 转速、电流反馈控制直流调速的：

（1）起动过程分析：第1阶段：电流上升阶段。这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。第2阶段：恒流升速阶段。ASR保持饱和状态，而ACR不饱和，转速迅速饱和。第3阶段：转速调节阶段。ACR、ASR均不饱和，ASR起主导作用，转速反馈接近期望输出

（2）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点？答：1) 饱和非线性控制：ASR饱和，转速环开环，恒值电流调节的单闭环系统ASR不饱和，转速环闭环，无静差调速系统.2）准时间最优控制，恒流升速可使起动过程尽可能最快。3）转速超调：只有转速超调才能使ASR退饱和。 （3）动态抗扰性能分析：抗负载扰动和抗电网电压扰动 7. 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用?

答：（1）转速调节器ASR的作用：1）转速调节器是调速系统的主导调节器，转速n跟随转速给定电压变化，稳态无静差。2)对负载变化起抗扰作用。3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。 (2) 电流调节器ACR的作

用1) 起动过程中保证获得允许最大电流，从而加快启动过程2) 在转速外环调节过程中，使电流跟随其电流给定电压变化。3) 电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。4)当电动机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保护作用。

8. 为什么 PWM―电动机系统比晶闸管―电动机系统能够获得更好的动态性能？

答：PWM―电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。即PWM开关频率高、快速响应好，电流容易连续、系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。 9. 名词解释G-M 系统，V-M 系统，PWM，PFM

① G-M 系统：交流电动机拖动直流发电机 G实现变流，由直流发电机给需要调速的直流电动机M 供电，调节G的励磁电流及改变其输出电压，从而调节M 的转速。优点：在允许转矩范围内四象限运行。缺点：设备多，体积大，费用高，效率低，有噪音，维护不方便。

② V-M 系统：晶闸管，工作在相位控制状态，由晶闸管可控整流器 V 给需要调速直流电动机M 供电，调节触发装置 GT的控制电压来移动触发

脉冲的相位，即可改变整流器 V的输出电压，从而调节直流电动机 M 的转速。优点：经济性和可靠性提高，无需另加功率放大装置。快速性好，动态性能提高。缺点：只允许单向运行；元件对过电压、过电流、过高的 du/dt 和 di/dt 十分敏感；低速时易产生电力公害：系统功率因数低，谐波电流大。

③ PWM：脉冲宽度调制(PWM)，晶闸管工作在开关状态，晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上；晶闸管关断时，直流电源与电动机断开；这样通过改变晶闸管的导通时间（即调占空比ton）就可以调节电机电压，从而进行调速。PWM 调速系统优点：系统低速运行平稳，调速范围较宽；电动机损耗和发热较小；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；器件工作早开关状态，主电路损耗小，装置效率较高。PWM 调速系统应用：中、小功率系统

④ PFM 脉冲频率调制(PFM)，晶闸管工作在开关状态，晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上；晶闸管关断时，直流电源与电动机断开；晶闸管的导通时间不变，只改

变开关频率 f或开关周期 T（即调节晶闸管的关断时间 t0ff）就可以调节电机电压，从而进行调速。

10. 位置随动系统解决的主要问题是什么？试比较位置随动系统与调速系统的异同。

答：①位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪。随动系统一般称伺服系统②位置随动系统与调速系统的相同点：两者的控制原理相同，它们都是反馈控制系统，即通过对系统的输出量与给定量进行比较，组成闭环控制。③位置随动系统与调速系统的相异点：调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望输出能够稳定，因此系统的抗扰性能显得十分重要。位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量，要求输出量准确跟踪给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环，位置环是位置随动系统的主要结构特征。 11. 简述直接转矩控制的工作原理，并比较它与矢量控制的异同点。 ①直接转矩控制技术利用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标下计算和控制交流电动机的转矩，它采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band- Band 控制）产生 PWM 信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动机的数学模型的简化处理，没有通常的 PWM 信号发生器，它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理结构明确。该控制系统的转矩响应迅速，限制在一拍以内。且无超调，是一种具有高性能的交流调速方法。

②直接转矩控制与矢量控制的相同点是：两者都要对转矩和磁链进行控制。 ③直接转矩控制与矢量控制的相同异点如下：直接转矩控制只利用定子侧参数，而矢量变换控制是利用转子侧参数，这些参数容易受转子转速变化

的影响；直接转矩控制在静止的坐标系中进行，控制运算比矢量变换控制简单；直接转矩控制对转矩进行闭环控制，准确性高，动态性好，而矢量控制则过分要求圆磁磁链和正弦波电流；直接转矩控制和直接磁链控制采用滞环，参数选择适当可弥补由直接转矩控制引起的速度下降。直接转矩控制利用相电压矢量的概念，对逆变器的功率开关进行综合控制，开关次数少，开关损耗少。

12. 简述异步电机的工作原理。

答：三相异步电动机的定子通入对称三相电流产生旋转磁场→与静止的转子有相对运动→产生感应电动势→转子导体有感应电流→转子

导体带电导体在磁场中受电磁力的作用→两边同时受到电磁力的作用，产生电磁力矩→转子转动→带动生产机械运动。

13. 常用的异步电动机调速有哪些？哪些属于转差功率消耗型？哪些属于转差功率不变型？哪些属于转差功率回馈型？

答①异步电动机调速方法有：降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速、串级调速、变极调速、变频调速等②降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速属于转差功率消耗型③串级调速属于转差功率回馈型④变极调速、变频调速属于转差功率不变型。 14. 请说明双馈调速的五种情况的功率流动情况？

答：①转子运行于次同步电动状态（1＞S`＞0）②转子运行于次同步速的

定子回馈制动状态（1＞S`＞0）③转子运行于超同步电动状态（S`＜0) ④转子运行于超同步速的定子回馈制动状态（S＜0）⑤转子运行于倒拉反转的电动状态（S`＞1）

15. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种，其中恒磁通控制又称恒转矩控制。

16. 如果在交流异步电动机变频调速系统采用恒转矩控制时，出现励磁电流急剧增加的现象（实际上时由于电压补偿过多），导致系统不能正常工作，应采取的解决办法有：适当增加定子电压U1和在开环系统上加电流负反馈，以便限制定子励磁电流，（实际上，变为恒转矩负载加恒电流控制）。

17. 变频器从结构上看，可分为直接变频、简接变频两类，从变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。

18.直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M 系统）、静止可控整流器（V-M系统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。 19. 转速、电流双闭环调速系统中，转速环按典型Ⅱ型系统设计，抗扰能力强，稳态无静差。电流环按典型Ⅰ型系统设计，抗扰能力稍差，超调小。 20. 三相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程

21. ：将三相交流电机变换成两极直流电机的物理模型要经过的坐标变换有哪些？

答：先将静止的三相坐标 A-B-C 转换成静止的两相坐标α -β，再将静止的两相坐标α -β换成旋转的两相坐标 d-q或极坐标(M-T)。

22. 三相异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，

23. 坐标变换原则有功率不变原则和空间矢量不变原则两种。功率不变原则是保持坐标变换前后的电动机功率不变，在电力拖动系统中应用较多。空间矢量不变原则是保持坐标变换前后的电流、电压、电动势等空间矢量的相位、幅值不变。

24. 异步电动机A、B、C、坐标系的数学模型

经三相旋转/两相静止/两相旋转坐标变换，可得到 d-q-o坐标系的数学模型。

25. 异步电动机的等效二相模型为什么简单？四个方程中的为0项很多，转矩和磁通分开控制(相互垂直).

26. 根据工作特点的不同，可根据转速分为：低速范围、高速范围和弱磁范围

27. SPWM 波形的常用方法有：自然采样法、规则采样法、指定谐波消去法

28. 问题 7-5：从原理上讲，双馈调速异步电动机既是电动机，又是无功功率补偿器，合理地选择转

29. 电流，使双馈调速系统获得最优的能量指标。通常有三种实现最优的工作方式：全补偿工作方式（

30. 部补偿定子侧的无功功率）、最小损失工作方式、转子电流最小工作方式（可减小变频器容量）。

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