当前位置：首页 > 《运动控制系统》吴贵文（习题参考答案）
枢电流）分别加以控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。因为用来进行坐标变换的物理量是空间矢量，所以将这种控制系统称为矢量变换控制系统。
4-5 直接转矩控制系统的基本思想是什么？试分析比较矢量控制系统与直接转矩控制系统各有何特点。
答：直接转矩控制系统采用双位式控制，根据定子磁链幅值偏差、电磁转矩偏差的符号以及期望电磁转矩的极性，再依据当前定子磁链矢量所在的位置，直接产生PWM驱动信号，避开了旋转坐标变换，省掉复杂计算，简化了控制结构。
矢量控制系统与直接转矩控制系统的性能特点比较如下： 性能与特点 磁链控制 转矩控制 电流控制 坐标变换 磁链定向 调速范围 转矩动态响应 直接转矩控制系统 定子磁链闭环控制 双位式控制，有转矩脉动 无闭环控制 静止坐标变换，较简单 需知道定子磁链矢量的位置， 但无需精确定向 不够宽 较快 矢量控制系统 转子磁链可以闭环控制， 也可以开环控制 连续控制，比较平滑 闭环控制 旋转坐标变换，较复杂 按转子磁链定向 比较宽 不够快 4-6 一台三相笼型异步电动机的铭牌数据为：额定电压UN?380V，额定转速
nN?960r/min，额定频率fN?50Hz，定子绕组为Y形联结。定子电阻Rs?0.34Ω，定
子漏感Lls?0.006H，定子绕组产生气隙主磁通的等效电感Lm?0.25H，折算到定子侧的转子电阻Rr'?0.49Ω，转子漏感L'lr?0.007H，忽略铁心损耗。
（1）画出异步电动机T形等效电路和简化等效电路；
（2）求额定运行时的转差率sN、定子额定电流I1N和额定电磁转矩TeN； （3）求定子电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流I0；
（4）求定子电压和频率均为额定值时，临界转差率sm和临界转矩Tm，画出异步电动机的机械特性。
解：（1）
T形等效电路
简化等效电路
（2）显然，np=3，n1=1000r/min。
sN?n1?nN1000?960??0.04 n11000根据简化等效电路，有
I1N?(Rs?UsNRr'sN)??221N(Lls??L'lr)2(0.34?3800.492)?3142?(0.006?0.007)20.04A?28.7A 由于sN很小，近似有
TeN?23npUsNsN?1NRr'3?3?3802?0.04?N?m?337.87N?m
314?0.49（3）理想空载相当于转子回路开路，则 I0?UsNRs2??21N(Lls?Lm)2?3800.34?314?(0.006?0.25)222A?4.73A
（4）sm?Rr'Rs2??21N(Lls?L'lr)2?0.490.34?314?(0.006?0.007)?]222?0.12
Tem?23npUsN3?3?38022?314?[0.34?0.34?314(0.006?0.007)]2222?1N[Rs??466.49N?mRs2??21N(Lls?L'lr)2N?m 该异步电动机的机械特性如下：
4-7 异步电动机参数同题4-6，画出变压调速时的机械特性，计算临界转差率sm和临界转矩
Tm，分析气隙磁通的变化和在额定电流下的电磁转矩，分析在恒转矩负载和风机类负载两
种情况下变压调速的稳定运行范围。
答：变压调速时的机械特性如下图所示。sm与题4-6相同，而临界转矩Tm与定子电压的二次方成正比，故0.7UsN时的临界转矩为229.3N·m，0.5UsN时的临界转矩为117N·m。
电压降低时，气隙磁通也随之减小，额定电流下的电磁转矩也会减小。在恒转矩负载下，普通笼型异步电动机变电压时的稳定工作点如上图中A、B、C点，转差率s的变化范围为0 ~ sm，调速范围有限，不能实现低速运行。因为s > sm时，不但电动机不能稳定运行，随着转子电流增大还可能造成过热而损坏电动机。如果带风机、泵类负载运行，则工作点为D、E、F，采用变压调速可得到较大的调速范围。
4-8 按基波以下和基波以上分析电压频率协调的控制方式，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控制时异步电动机的机械特性； （3）基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性； （4）电压频率特性曲线U = f（f）。 答：（1）如下图中固有特性
（2）如下图中基频以下部分 （3）如下图中基频以上部分
（4）a为无补偿时特性曲线，b为有补偿时特性曲线。
4-9 异步电动机参数同题4-6，输出频率时f?fN，输出电压U?UN。考虑低频补偿，若频率f?0，输出电压U?10%UN。
（1）求出基频以下电压频率特性曲线U = f（f）的表达式，并画出特性曲线；
（2）当f = 5Hz和f = 2Hz时，比较补偿和不补偿的机械特性曲线，以及两种情况下的临界转矩Tem。
解：（1）Us?0.9UNf?0.1UN?3.96f?22 fN特性曲线如下： Us/V 220 22
50 0 f /Hz
（2）当f = 5Hz和f = 2Hz时，如果不补偿临界转矩较小，补偿后临界转矩增大，机械特性曲线向右扩展。
f = 5Hz时，补偿前Us = 22V， Tem?3npUs22?1[Rs?R??(Lls?L)]2s21'lr2?3?3?2222?31.4?[0.34?0.34?31.4(0.006?0.007)]222N?m?79.6N?m
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