什么是矢量

什么是⽮量控制系统（VCS）并简述其

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(VectorControlSystem)。

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

①G-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。

②V-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。

③PWM：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

④PFM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

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）。