1.直流电机有哪些调速方法?根据其速度公式说明之,并说明如何釆用电力电子手段实现。
以前直流电机调速系统采用支流发电机组供电，效率低，控制性能差；随着电力电子技术发展，已普遍采用由晶闸管整流器供电的直流调速系统。
其基本原理为直流电机的励磁采用单独整流桥供电，以保证基本恒定的磁通，电枢由可控硅整流器供电，调节可控硅整流器的移项角,改变它的输出电压就能调节电机的转速。在实际运用中常采用速度负反馈来保证调节的精度，加入电流负反馈来限制电流的冲击，即构成所谓双闭环调速系统的控制。
2.画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图（非方块图），须清楚表达两个闭环的关键元件，写出各部分名称，标注有关信号量；指出两闭环连接上的特点及相互关系。
速度调节器的输出作为电流调节器的输入，这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流的特点。
(2)如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节什么参数？为什么？
解：1、改变转速时只能改变速度调节器的输入ug，因为它是速度环的指令信号。改变速度调节器的参数对稳态速度无调节作用，仅会影响动态响应速度快慢。
2、要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节速度调节器的输出限幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流。
4.填空:双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中，内环为＿＿电流控制＿＿环，外环为＿速度控制＿环，其连接关系是：＿速度调节器＿＿的输出作为＿电流调节器＿的输入，因此外环调节器的输出限幅值应按＿＿系统最大电流值＿＿来整定；内环调节器的输出限幅值应按＿系统最大转速＿来整定。两调节器均为＿PI＿＿型调节器，调速系统能做到静态无差是由于调节器具有＿积分＿功能；能实现快速动态调节是由于节器具有＿比例＿功能。
5.在转速、电流双闭环系统中，速度调节器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来调整？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值应如何调整？
1、速度调节器的作用是：速度调节器的输出限幅限定了电枢电流，对过载能力较低的晶闸管员将起到有效的保护作用，其调节过程为：输入端速度给定信号与速度反馈信号相比较，两者之差输入到速度调节器，经PI调解后的输出信号作为电流给定信号输入到电流调节器，最终控制调节电机的电枢电流和转矩，使电机速度发生明显的变化；因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流，因而其限值应按照系统最大电流值来整定。
2、电流调节器的作用是：限制电流冲击，当系统受到外来干扰时它能比较迅速的作出响应，抑制干扰的影响，提高系统运行的稳定性和抗干扰能力，输出限幅值应按系统最大转速来整定。
6.双闭环调速系统正常工作时，调节什么参数能改变电动机转速？如果速度闭环的转速反馈线突然断掉，会发生啥现象？电动机还能否调速？
解：双闭环调速系统正常工作时，调节速度调节器的输入ug就能改变电动机转速；
如果速度闭环的转速反馈线突然断掉，则速度反馈信号ufg为零，则速度调节器ST中输入信号和反馈信号的差值相当大，起输出值将达到调节器的输出饱和限值（也就是电流调节器的最大输入信号），点数电流会急剧上升并且从始至终保持最大值状况。此时电机丧失调速的功能。
7.以双闭环直流调速系统两个闭环之间连接上的特点及各个闭环的功能为依据，详细解释下图所示从静止起动至给定转速ng并带负载（以负载电流IL表示）的过程，即说明(1)、(2)、(3)阶段转速n、电枢电流id的变化规律。，至此启动过程结束。
解：（1）为开始启动阶段，在ST的输入端突然加上给定电压ug时，由于电机还未转动，所以速度反馈ufg为零，则ST的如数信号相当大，经调解器放大后，其输出达到饱和限幅值。即电流调节器的输入为最大值，使进闸管整流桥的移项触发角前移，整流输出电压增加，于是电枢电流就急剧上升，转矩T也随之迅速增加，电机很快启动起来。
（2）为加速阶段，加速阶段电枢电流从始至终保持在最大值，直到电机的转速接近给定值时为止。由于在这一阶段实际转速一直小于速度给定值，速度调节器始终处于饱和输出状态，系统中实际只有电流调节器起作用，使电机始终以最大转矩加速，转速直线）当转速达到了给定值后就进入这一阶段，此时电机的转速达到并超过了速度的给定值，使速度反馈电压ufg大于ug，速度调节器的输出将退出饱和，从限幅值上降下来。即作为电流调节器的给定值将使电枢电流下降，随之电机转矩也将下降。此时调节器的输入为零，但由于PI调节的作用，其输出并不为零，使整流桥的保持在一定数值，以维持电机稳定运行在所规定的转速下，至此启动过程结束。
解：因为直流可逆调速系统要求电机能快速运行在四个象限之间，它励直流电机在磁场不变的情况下作四象限运行时，需要改变电流的方向，但是晶闸管整流器只允许电流从一个方向上通过，所以单个整流桥不能够满足直流电机四象限运行的要求。为此，通常用两组整流器构成所谓可逆整流电路，其中一组整流器为一个方向的电流提供通路，而另一个方向的电流由另一组整流器提供。
9.图示为直流电动机脉宽调制(PWM)调速系统主电路(H型桥)，各功率开关元件编号及电机反电势Ea方向如图。当采用双极性脉宽调制时:
解：在电路工作过程中，无论电机工作在什么状态下，在期间电枢端电压总等于因此为双极性；当=T/2时，=0，电机的输入电压平均值为零，电机转速为零。
10.图示为直流电动机脉宽调制(斩波)调速系统主电路(H型桥)，各功率开关元件编号及电机反电势Ea方向如图。当采用双极性脉宽调制时,分析:①不同时刻的导通元件及导通原因;②画出各阶段的电流路径及维持电流的源泉(电源电压、电枢反电势、自感电势
解：1、期间，晶体管VT1和VT4导通，VT2和VT3关断。此时电机端电压B为（+）、A端为（-），如果US大于Ea电枢电流经过VT1和VT4从B端流向A端，电机工作在电动状态。
2、期间，VT1和VT4关断，在电枢回路电感的作用下，原电流通过VD2和VD3续流，电流方向不变，但此时端电压改变了极性，变为A端为（+）、B端为（—），此时电机工作在能耗制动状态。
3、期间，电流已经衰减到零，晶体管VT2和VT3在电源电压US和电机反向电动势Ea的作用下导通，电枢电流沿相反的方向从A端流向B端，电机进入反接制动状态。
4、期间，VT2和VT3关断，方向的电枢电流经二极管VD1和VD4续流，此时电机进入再生制动状态。
11. 异步电机有哪些调速方法？ 从转速公式上进行分类说明。这些调速方法又各采用什么样的电力电子手段来实现？
① 变频调速。可采用直一交变换的逆变器戓交一交变频器改变电机供电频率fl。
(2) 变滑差S调速。 这是一种改变转子滑差功率消耗的调速方式。具体有：
③ 串级调速，绕线式异步电机转子中串入与转子同频的电势吸收或补充滑差功率来实现速度的调节，采用不控整流器一有源逆变器装置。
④ 双馈调速，绕线式异步电机转子中采用功率可双向流动变频装置，实现同步速上、下的调速和四限象运行。
解：调压调速方法比较适合于拖动风机、水泵的高转子电阻的异步电动机，因为风机、水泵类的负载转矩TL是和转速n的成正比，即；这样当转速降低时电机的负载显著减小，而降压运行时电机的磁化电流可忽略不计。
（1）六阶梯波逆变器中，① 改变Ul 依靠调节＿可控整流器的移相触发角＿来实现，
（2）在正弦脉宽调制型SPWM逆变器中，① 改变Ul 依靠调节正弦调制波幅值＿来实现，
②改变f1依靠调节＿＿正弦调制波频率＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 来实现，
3、转子回路参数：转子导体总集肤效应很强，转子有效电阻增大，大幅度提升了转子谐波损耗；
8、轴电流问题：产生流过轴承的轴电流，因此要采取对应措施消除或避免轴电流带来的危害。
解：选用变流器非正弦供电电机时，关键要减小和限制谐波电压和电流。一般来说，电压源型非正弦电源输出电压谐波确定，需选用漏抗大的电机来限制谐波电流及其影响；电流源非正弦电源输出电流谐波成分确定，需选用漏抗小的电机来减小所产生的谐波电压及其影响。
② 产生机理是＿气隙谐波磁通和它在转子上感应出的同次电流相互作用产生的异步性质转矩＿.
(2) 交变谐波转矩，① 性质：(a)＿＿产生脉动转矩，可能达到额定转矩的1/3＿；
②产生机理是＿定子不同阶的谐波在转子中感应的转子电流与气隙基波磁场的作用产生脉动转矩＿.
17. 变频调速系统中，逆变器有电压源逆变器（VSI）及电流源逆变器（CSI）之分，试从以下三方面对比说明其差异，并详细说明其理由：
解：1、电压源逆变器：滤波元件为电容，动态输出内阻小；电流源逆变器：滤波元件为电感，动态输出内阻大；
2、电压源逆变器：功率开关元件导通方式为180度导通，输出电压波形为矩形波，输出电流波形为近似正弦波，含有较大谐波成分；电流源逆变器：功率开关元件导通方式为120度导通，输出电压波形为近似正弦波，叠加换流尖峰，输出电流波形为矩形波；
3、电压源逆变器：适用多机拖动，不可逆稳定运行场合，不便四象限运行，如需运行需要在电源侧另外反并联逆变器；电流源逆变器：适用单机可逆运行，且经常需正、反转及电动、制动场合，方便四象限运行，只需改变两个变流器触发角。
18. 在 采用六阶梯波 ( 方波 ) 逆变器构成的交一直一交变频调速系统中，分别阐述：
解：在采用六阶梯波 ( 方波 ) 逆变器构成的交一直一交变频调速系统中：
② 改变f1依靠调节＿逆变器晶闸管换流快慢(频率)＿＿＿＿＿＿＿来实现，
③改变电机转向依靠改变 ＿逆变器晶闸管触发脉冲的分配规律＿＿＿＿＿来实现。
19. 按电压与频率协调控制的实现方式区分,交—直—交变频器有几种结构及形式? 图示说明。
20. 在采用SPWM（正弦脉宽调制）逆变器构成的交一直一交变频调速系统中，分别阐述：
③改变电机转向依靠改变＿逆变器开关元件驱动脉冲的分配规律＿＿＿ 来实现。
21. PWM型变频器输出电压的幅值和频率是如何调节的？分别就正弦脉宽调制(SPWM)和磁链追踪控制(SVPWM)两种不同方式作出说明。
解：1、正弦脉宽调制(SPWM)：改变正弦调制波的频率便可调节SPWM波的输出基波频率，改变正弦调制波的幅值便可调节SPWM波的输出的基波幅值；
2、磁链追踪控制(SVPWM)从电机方面出发， 控制逆变器功率开关以改变端电压。
22.３9. 脉宽调制(PWM)变频器与方波(六阶梯波) 变频器相比有何优点？正弦脉宽调制(SPWM)变频器如何获得正弦脉宽的输出电压？又怎么来实现输出频率和输出电压大小的调节。
解： 脉宽调制(PWM)变频器与方波(六阶梯波) 变频器相比，其优越性是输入特性好、输出特性也好。
① 为实现调压，方波(六阶梯波) 变频器釆用可控整流器相控调压，使输入功率因数恶化，特别是低速(低压)时移相触发角很大，功率因数会很低。而脉宽调制(PWM)变频器采用不控整流器，其等效移相触发角为零，有效改善了输入功率因数。
② 方波(六阶梯波) 变频器釆用低频开关方式工作，每周期每个开关只动作一次，故输出为六阶梯波，5、7等低次谐波严重，输出电能品质差。而脉宽调制(PWM)变频器采用高频开关方式工作，故谐波频率很高，影响大大削弱，同时脉宽又按正弦规律变化，故基波成分大幅度提升，故输出特性好。
异步电机变频调速当频率变化时，电机端电压U1要随运行频率f1变化，以保持电机磁路工作点φm不变或按要求规律变。其规律如图所示：
(1) 基频以下(fl≤ f1N ) 作恒电压频率比(Ul／fl ＝ C )控制，以保持电机气隙磁通φm不变，但在频率很低时应作电压提升，以补偿定子电阻压降的影响。
(2) 基频以上(fl≥ f1N )则维持电压为恒定(U1N ＝ C )，此时电机气隙磁通、电磁转矩反比频率变化，使电机进入弱磁状态，电机作恒功率运行。
24. 画出频率开环、电压源(SPWM)逆变器—异步电机变频调速系统原理图(包括详细的主电路、控制电路)，说明 主功率开关器件旁为何必须反并联续流二极管？
解：因为PWM逆变器采用IGBT作功率开关元件，为180度导通型，即换流是在同相上、下桥臂元件之间进行。为解决异步电动机感性无功电流的通路，在每只主功率开关器件（IGBT）旁必须反并联一支续流二极管。
(1) 两个控制通道各自如何工作的？相互间如何协调的？靠什么单元协调？画出该单元的输入、输出关系曲线，并作合理说明；
解：1、代表运行频率的电压信号分别进入频率控制通道及电压控制通道。进入频率控制通道的电压信号经V/f变换器后产生了决定正弦调制波频率的脉冲，进入电压控制通道的信号首先经函数发生器产生出与运行频率相适应的基波电压幅值。
2、改变正弦调制波的频率便可调节SPWM波的输出基波频率，改变正弦调制波的幅值便可调节SPWM波的输出的基波幅值
