第三章 变调速异步电动机的控制方式

判断题

1、 由交流电动机感应电动势公式可知，电动机的磁通反比于电动势，正比于频率。 × 2、 电动机的电磁转矩正比于气隙磁通和转子的有功电流。 √ 3、 一般来说，可以再起动电流大致为4倍额定电流的情况下，利用变频调节获得重载

下的良好起动性能。×若定子供电频率变化而电压保持不变，即在恒电压下进行变频调节，则气隙磁通和最大转矩随着频率的上升而下降。 √ 4、 电机调速时若维持Eg/fs不变，则电磁转矩完全由转子的转差频率fsl决定，而与

定子频率fs无关。 √ 5、 Eg/fs为常数时，定子电流只决定于转差频率，而与定子频率fs有关。 × 6、 在恒Us/fs下运行时，若在高频范围内使fsl固定，则Is的大小近于不变。 √ 7、 在恒Us/fs控制时，低频用适当提高端电压的方法可以改善电机的转矩特性，但是

会在负载时会有过大电流。 × 8、 在恒Us/fs控制时，低频区应注意便面在低速轻载下运行。 √ 9、 恒Er/ws控制时的稳态性能最好，可以获得和直流他励电动机变压调速时一样的线

性机械特性。 √ 10、 恒功率调节时，电压和频率调节可以有两种不同的方式，第一种为Us不变，转差

率s=fsl/fs为常数；第二种为fsl不变，Us/fs为常数。 × 11、 恒功率控制中，保持Us不变、fsl/fs等于常数的调节方式下工作选取时要保证有最

小允许的过载能力，而在低速时，转矩的裕度越大。 √ 12、 电机牵引运行可分为3个运行调节区：起动加速区、恒功率输出区、惰行区。 × 13、 谐波对电动机稳态性能所带来的影响主要体现在磁路中的谐波磁动势和电路中的

谐波电流上。 √ 14、 适当增加电动机漏感抗，可以将电动机的谐波电流限制在给定的极限范围之内。 √

选择题

1. 临界转差率sm为______ （A）

A. fm/fs

B. fr/fs C. fsl/fs D. fs/fm

2. 恒磁通运行时，最大转矩的大小与转子电阻______，而仅反比于转子的漏电感。（C）

A. 成正比 B. 成反比 C. 无关 D. 有关

3. 在恒Eg/fs调节时，电动机在不同的频率fs下起最大转矩的数值______ （B）

A. 变大 B. 不变 C. 变小 D. 不确定

4. 在恒Us/fs下运行时，电动机在低频时为保持系统一定需要______ （A）

A. 增高电压 B. 降低电压 C. 增高电流 D. 降低电流

5. 在恒Us/fs下运行时，低频范围内电动机的转矩明显降低，是由于______ （B）

A. 这种调节方式能保持气隙磁通不变 B. 这种调节方式不能保持气隙磁通不变 C. 这种调节方式下气隙磁通感应电动势不变 D. 这种调节方式下气隙磁通感应电动势变化

6. 恒转子全磁通控制时，其机械特性曲线族是一株随着频率fs______而平行下移的直

线。 （C） A. 成正比 B. 成反比 C. 降低 D. 升高

7. 恒功率控制中，频率调节大于基准频率时，电压提高到一定数值后将______ （D）

A. 变大，或者不再反比于fs上升 B. 变小，或者不再正比于fs上升 C. 维持不变，或者不再反比于fs上升 D. 维持不变，或者不再正比于fs上升

8. 恒功率控制中，保持Us不变、fsl/fs=常数的调节方式下，定子频率越高，相应的

临界转差率fm______ （A） A. 越大 B. 越小 C. 不变 D. 以上都不对

U2s/fs=常数的调节方式下，9. 恒功率控制中， 保持fsl不变、最大转矩与fs______ （B）

A. 成正比 B. 成反比 C. 无关 D. 以上都不对

10. 在恒转矩运行区中，随着电机转速的上升，电压Us提高，电动机的输出功率 （ C）

A. 不变 B. 减小 C. 增大 D. 以上都不对

11. 在自然特性区，电动机端电压和转差频率均维持不变，电动机的最大转矩与逆变器

频率的平方______ （D） A. 成正比增加 B. 成正比减少 C. 成反比增加 D. 成反比减少

12. 电动机的谐波磁动势可分为两类，即______ （A）

A. 时间谐波磁动势和空间谐波磁动势 B. 时间谐波磁动势和标量谐波磁动势

C. 标量谐波磁动势和空间谐波磁动势 D. 矢量谐波磁动势和标量谐波磁动势

13. 一般情况下，空间谐波磁动势产生的谐波电流对系统影响______ （B）

A. 较大 B. 较小 C. 于电压有关 D. 与电流有关

14. 基波电流取决于负载大小，即轻载时电动机谐波电流相对含量较满载时______（A）

A. 大得多 B. 小得多 C. 无变化 D. 以上都不对

15. 异步电动机在非正弦电源下运行时，除去基波成分之外，还有若干不同______的电

流及磁通谐波。 （C） A. 振幅和周期 B. 相位和频率 C. 振幅和频率 D. 相位和周期

问答题

1. 试分析采用恒电压/频率比控制方式时会带来什么问题。

答：低频时，恒电压频率比控制方式受定子电阻压降的影响较大而不能保持气隙磁通不变，其最大力矩和起动力矩都急剧下降，限制了传动系统的带负载能力。 2. 分析比较两种恒功率方式的优缺点。

答：保持Us不变、fsl/fs=常数的调节方式下，临界转差频率随定子频率fs变化。定子频率越高，相应的临界转差率fm越大。Us为常数，电压较高时忽略Rs的影响，则最大转矩可表示为Tmmnp822US2，可见，最大转矩近似地反比于fs。2fs（Lls+Llr）为了保证电动机在全部调速范围内能够稳定运行，工作选取时在最高转速（或频率）时，保证有最小允许的过载能力，而在转速越低时，转矩的裕度越大，电动机的设计尺寸实际上被低速状态所决定，故有较大的数值。就电动机本省的功率利用来说，

显然是不充分的。

保持fsl不变、Us2/fs=常数的调节方式时，最大转矩将与fs成反比，在这种情况下，电动机的工作点可以选择在最低速度时有最小允许的过载能力。这样在高速时有适度的转矩裕量，使其在整个调速范围内稳定运行并比较充分的利用 电动机的功率，电动机的设计尺寸较小。

3. 简述电动机的时间谐波磁动势和空间谐波磁动势的定义。

答：时间谐波磁动势是指在非正弦电源的作用下，电动机绕组中的谐波电流所产生的磁动势。空间谐波磁动势是指电动机在有限的齿槽数目下，即使通入三相绕组的电流为纯正的正弦波，其气隙磁动势在空间的分布亦并非正弦，而是有限数目的阶 梯状， 其中除去基波外，还包含一系列的谐波成分，通常称之为空间谐波磁动势。4. 谐波转矩有哪两种，各自成因是什么？

答：非正弦电源下，由于电动机的气隙中存在时间谐波磁动势，从而产生附加的谐波。而根据产生的具体原因和性质的不同，谐波转矩又可以分为两种，及稳定谐波转矩和振动谐波转矩。

稳定谐波转矩是由同次数的气隙谐波磁通和谐波转子电流的相互作用而发出的。振动谐波转矩是由不同次数的谐波磁通和谐波转子电流的相互作用产生的。

计算题

1. 已知某三相异步变频器牵引电动机的额定参数为：Us=600V，fsN=50Hz，

XlsNXlsN4，RsNRrN2，XmN100，sN0.02，fsmax150Hz。恒力矩

起动，恒功率运行，整个控制过程保持转差频率fslfslN常数。求供电频率为75Hz时电动机等值电路的相关参数。

解：由于XmRm，故等值电路中忽略Rm，则等值电路中

fs75XlsN46 定子漏电抗XlsfsN50转子的每相漏电抗Xlr励磁支路的电抗Xmfs75XlrN46 fsN50fs75XmN100150 fsN50定子电阻RsRsN2，转子电阻RrRrN2

2. 已知某机车牵引传动系统采用异步电动机为牵引电机，采用变频调速控制方式运

行。列车运行速度额定速度为vN100km/h，vmax1200km/h，vmax2250km/h，额定过载能力kmN2.5，TN为额定牵引力对应的额定转矩，PN为额定功率；当列

车运行速度vKvN时，采用恒定牵引力起动；当vNvKvmax2时采用恒功率运行，设vNvKvmax1时采用恒电压控制，vmax1vKvmax2时采用恒转差频率控制，求： （1）vNvKvmax1时用TN、UsN、IsN、PN表示Tm、T、Us、Is、P的值。 （2）vmax1vKvmax2时用TN、UsN、IsN、PN表示Tm、T、Us、Is、P的值。 解：（1）恒电压控制时 Us=UsN, Is=IsN,PPN,

因为 Tm1v2max1TmNv,所以Tm1TmN2N2vNv2max1kmNTN5TN 48又T1vmax1TNvN,所以T1TN（2）恒转差频率控制时Tm2Tm1T2T1vmax13TN vmax17vNTN vmax12vmax16Tm115TN vmax1728Us22Us2142，所以Us2UsN

vmax2vmax16Is2vmax2Is1vmax1，所以Is2427IsN

PPN