變頻器原理及應(yīng)用 第二版王廷才 課后習(xí)題解答

1、變頻器原理及應(yīng)用習(xí)題解析 第1章 概述1.什么叫變頻器？變頻調(diào)速有哪些應(yīng)用？答：變頻器是將固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電的裝置。變頻調(diào)速的應(yīng)用主要有：在節(jié)能方面的應(yīng)用。例如風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可以達(dá)到20%60%；在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用。例如變頻調(diào)速應(yīng)用于傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域；在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。例如，化纖工業(yè)中的卷繞、拉伸、計(jì)量、導(dǎo)絲；玻璃工業(yè)中的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機(jī)、制瓶機(jī)；電弧爐自動(dòng)加料、配料系統(tǒng)以及電梯的智能控制等。2.為什么說(shuō)電力電子器件是變頻器技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)？答：變頻器的主電路不論是交-

2、直-交變頻或是交-交變頻形式，都是采用電力電子器件作為開關(guān)器件。因此，電力電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)。3.為什么計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論是變頻器發(fā)展的支柱？答：計(jì)算機(jī)技術(shù)使變頻器的功能也從單一的變頻調(diào)速功能發(fā)展為包含算術(shù)、邏輯運(yùn)算及智能控制的綜合功能；自動(dòng)控制理論的發(fā)展使變頻器在改善壓頻比控制性能的同時(shí)，推出了能實(shí)現(xiàn)矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等多種模式?，F(xiàn)代的變頻器已經(jīng)內(nèi)置有參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、PID調(diào)節(jié)器、PLC控制器和通訊單元等，根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)不同負(fù)載、寬調(diào)速和伺服控制等多種應(yīng)用。4.變頻調(diào)速發(fā)展的趨勢(shì)如何？答：智能化；專門化；一體化；環(huán)?；?5.按工作原理變頻器分為哪些類

3、型？按用途變頻器分為哪些類型？答：按工作原理變頻器分為：交-交變頻器和交-直-交變頻器兩大類。 按用途變頻器分為：通用變頻器；專用變頻器。6.交-交變頻器與交-直-交變頻器在主電路的結(jié)構(gòu)和原理有何區(qū)別？答：交-交變頻器的主電路只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，即把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源轉(zhuǎn)換為變壓變頻（VVVF）電源；而交-直-交變頻器的主電路是先將工頻交流電通過(guò)整流器變成直流電，再經(jīng)逆變器將直流電變成頻率和電壓可調(diào)的交流電。7.按控制方式變頻器分為哪幾種類型？答：按控制方式變頻器分為：V/f控型變頻器；轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器；矢量控制變頻器；直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器。第2章變頻器常用電力電子器件1.晶閘管的導(dǎo)通

4、條件是什么？關(guān)斷條件是什么？ 答：晶閘管的導(dǎo)通條件：在晶閘管的陽(yáng)極A和陰極K間加正向電壓，同時(shí)在它的門極G和陰極K間也加正向電壓。要使導(dǎo)通的晶閘管的關(guān)斷，必須將陽(yáng)極電流IA降低到維持電流IH以下，上述正反饋無(wú)法維持，管子自然關(guān)斷。維持電流IH是保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流。2. 說(shuō)明GTO的開通和關(guān)斷原理。與普通晶閘管相比較有何不同？答：GTO開通過(guò)程與普通晶閘管相似，在GTO陽(yáng)極A和陰極K間加正向電壓，同時(shí)在它的門極G和陰極K間也加正向電壓。關(guān)斷過(guò)程是通過(guò)在GTO控制極施加關(guān)斷脈沖（門極G和陰極K間也加負(fù)向電壓）實(shí)現(xiàn)的。3. GTO有哪些主要參數(shù)？其中哪些參數(shù)與普通晶閘管相同？哪些不同？答：GT

5、O的多數(shù)參數(shù)與普通晶閘管相同，意義不同的參數(shù)有：（1） 最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流TGQM (2）關(guān)斷增益Goff4. GTO為什么要設(shè)置緩沖電路？說(shuō)明緩沖電路的工作原理。答：GTO關(guān)斷時(shí)，抑制陽(yáng)極電流下降過(guò)程中所產(chǎn)生的尖峰陽(yáng)極電壓p， 以降低關(guān)斷損耗，防止結(jié)溫升高；抑制陽(yáng)極電壓k的上升率dudt，以免關(guān)斷失敗；GTO開通時(shí)，緩沖電容通過(guò)電阻向GTO放電，有助于所有GTO元達(dá)到擎住電流值。因此，緩沖電路不僅對(duì)GTO具有保護(hù)作用，而且對(duì)于GTO的可靠開通和關(guān)斷也具有重要意義。以圖2-13為例說(shuō)明緩沖電路的工作原理。 圖中R、L為負(fù)載，VD為續(xù)流二極管， LA是GTO導(dǎo)通瞬間限制didt的電感。RsCs和

6、VDs組成了緩沖電路。 GTO的陽(yáng)極電路串聯(lián)一定數(shù)值的電感L來(lái)限制didt， 當(dāng)門極控制關(guān)斷時(shí)抑制陽(yáng)極電流A的下降，didt 在電感L上感應(yīng)的電壓尖峰p通過(guò)VDA和A加以限制。當(dāng)GTO開通瞬間， 電容Cs要通過(guò)阻尼電阻Rs向GTO放電，若Rs小，則Cs放電電流峰值很高，可能超出GTO的承受能力。為此，增加了二極管VDs，在GTO關(guān)斷時(shí)，用s的通態(tài)內(nèi)阻及GTO關(guān)斷過(guò)程中的內(nèi)阻來(lái)阻尼LA和Cs諧振。Rs則用于GTO開通時(shí)，限制Cs放電電流峰值，并于GTO關(guān)斷末期s反向恢復(fù)阻斷時(shí)阻尼LA和Cs諧振。5. GTR的應(yīng)用特點(diǎn)和選擇方法是什么？答：GTR的熱容量小，過(guò)載能力低，過(guò)載或短路產(chǎn)生的功耗可能在若

7、干徽秒的時(shí)間內(nèi)使結(jié)溫超過(guò)最大允許值而導(dǎo)致器件損壞。為此GTR的驅(qū)動(dòng)電路既要及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)得故障狀態(tài)，又要快速自動(dòng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，在故障狀態(tài)下迅速地自動(dòng)切除基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，避免GTR損壞。保護(hù)類型包括抗飽和、退抗飽和、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱及脈寬限制等多方面。此外，驅(qū)動(dòng)電路還得具有能在主電路故障后自動(dòng)切斷與主電路聯(lián)系的自保護(hù)能力。6. P-MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)和選擇方法是什么？答：P-MOSFET的柵極是絕緣的，屬于電壓控制器件，因而輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，電路簡(jiǎn)單。為了正確的控制P-MOSFET的開通和關(guān)斷，對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路提出如下要求： 1）觸發(fā)脈沖的前后沿要陡峭，觸發(fā)脈沖的電壓幅值要高于器件的開啟電壓，以

8、保證P-MOSFET的可靠觸發(fā)導(dǎo)通。 2）開通時(shí)以低電阻對(duì)柵極電容充電，關(guān)斷時(shí)為柵極電容提供低電阻放電回路，減小柵極電容的充放電時(shí)間常數(shù)，提高P-MOSFET的開關(guān)速度。 3）P-MOSFET開關(guān)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)電流為柵極電容的充放電流。P-MOSFET的極間電容越大，所需的驅(qū)動(dòng)電流也越大。為了使開關(guān)波形具有足夠的上升和下降陡度，驅(qū)動(dòng)電流要具有較大的數(shù)值。7. 說(shuō)明IGBT的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)。答：IGBT是一種新型復(fù)合器件。輸入部分為MOSFET，輸出部分為GTR，它綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，具有輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大的優(yōu)點(diǎn)。8IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)和選擇方法是

9、什么？答：IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來(lái)控制的。柵極施以正電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，從而使IGBT導(dǎo)通。在柵極上施以負(fù)電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，IGBT即為關(guān)斷。選用IGBT的參數(shù)時(shí)應(yīng)注意： 1)集電極-發(fā)射極額定電壓UCES。 2)柵極-發(fā)射極額定電壓UGES，使用中不能超過(guò)該值。 3)額定集電極電流IC ：該參數(shù)給出了IGBT在導(dǎo)通時(shí)能流過(guò)管子的持續(xù)最大電流。 4)集電極-發(fā)射極飽和電壓UEC(sat)：此參數(shù)給出IGBT在正常飽和導(dǎo)通時(shí)集電極-發(fā)射極之間的電壓降。 5)開關(guān)頻率。9. IGCT的特點(diǎn)是什么？答：（1）緩沖層 提高了器件的效率，降低了通態(tài)壓降和開關(guān)損耗。同

10、時(shí)，采用緩沖層還使單片GCT與二極管的組合成為可能。（2）透明陽(yáng)極 采用透明陽(yáng)極來(lái)代替陽(yáng)極短路，可使GCT的觸發(fā)電流比傳統(tǒng)無(wú)緩沖層的GTO降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。（3）逆導(dǎo)技術(shù) 逆導(dǎo)GCT與二極管隔離區(qū)中因?yàn)橛蠵NP結(jié)構(gòu)，其中總有一個(gè)PN結(jié)反偏，從而阻斷了GCT與二極管陽(yáng)極間的電流流通。（4）門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)10. 智能功率模塊IPM的應(yīng)用特點(diǎn)有哪些？答：IPM 內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路，可以按最佳的IGBT驅(qū)動(dòng)條件進(jìn)行設(shè)定；IPM內(nèi)含過(guò)流（OC）保護(hù)、短路（SC）保護(hù)，使檢測(cè)功耗小、靈敏、準(zhǔn)確；IPM內(nèi)含欠電壓（UV）保護(hù)，當(dāng)控制電源電壓小于規(guī)定值時(shí)進(jìn)行保護(hù)；IPM內(nèi)含過(guò)熱（OH）保護(hù)，可以防止IGBT和續(xù)流二極管

11、過(guò)熱，在IGBT內(nèi)部的絕緣基板上設(shè)有溫度檢測(cè)元件，結(jié)溫過(guò)高時(shí)即輸出報(bào)警（ALM）信號(hào)，該信號(hào)送給變頻器的單片機(jī)，使系統(tǒng)顯示故障信息并停止工作。IPM還內(nèi)含制動(dòng)電路，用戶如有制動(dòng)要求可另購(gòu)選件，在外電路規(guī)定端子上接制動(dòng)電阻，即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。第3章 交-直-交變頻技術(shù)1. 交-直-交變頻器的主電路包括哪些組成部分？說(shuō)明各部分的作用。答：交-直-交變頻器主電路包括三個(gè)組成部分：整流電路、中間電路和逆變電路。整流電路的功能是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電；中間電路具有濾波電路或制動(dòng)作用；逆變電路可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。2. 不可控整流電路和可控整流電路的組成和原理有什么區(qū)別？答：不可控整流電路整流元件為二極管，不

12、可控整流電路輸出的直流電壓不可調(diào)節(jié)；可控整流電路的整流元件為晶閘管，利用晶閘管的可控導(dǎo)電性可使輸出的直流電壓大小可以調(diào)節(jié)。3. 中間電路有哪幾種形式？說(shuō)明各形式的功能。答：中間電路有濾波電路和制動(dòng)電路兩種形式。濾波電路是利用電容或電感的儲(chǔ)能特性，將整流電路輸出的直流電壓或電流減少諧波分量趨于穩(wěn)定；而制動(dòng)電路一般由制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻組成，可將電動(dòng)機(jī)的再生能量返送電網(wǎng)或消耗掉，并產(chǎn)生制動(dòng)作用，使電動(dòng)機(jī)快速停車。4. 對(duì)電壓型逆變器和電流型逆變器的特點(diǎn)進(jìn)行比較。答：電壓型逆變器是將整流電路產(chǎn)生的直流電壓，通過(guò)電容進(jìn)行濾波后供給逆變電路。由于采用大電容濾波，故輸出電壓波形比較平直，在理想情況下可以看成

13、一個(gè)內(nèi)阻為零的電壓源，逆變電路輸出的電壓為矩形波或階梯波。電流型逆變器是將整流輸出的直流電壓采用大電感濾波，因此，直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻很大，對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)基本上是一個(gè)電流源，逆變電路輸出的交流電流是矩形波。5. 說(shuō)明制動(dòng)單元電路的原理。答：制動(dòng)電路一般接于整流器和逆變器的P、N之間，圖中的制動(dòng)單元包括晶體管VB、二極管VDB和制動(dòng)電阻RB。如果回饋能量較大或要求強(qiáng)制動(dòng)，還可以選用接于P、R兩點(diǎn)上的外接制動(dòng)電阻REB。當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，能量經(jīng)逆變器回饋到直流側(cè)，使直流側(cè)濾波電容上的電壓升高，當(dāng)該值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，即自動(dòng)給VB施加基極信號(hào)，使之導(dǎo)通，將RB(REB)與電容器并聯(lián)，則存儲(chǔ)于電容

14、中的再生能量經(jīng)RB(REB)消耗掉。6. 說(shuō)明圖3-15所示全橋逆變電路的工作原理。答：全橋逆變器可看作兩個(gè)半橋逆變電路的組合。電路原理如圖3-15a所示。直流電壓Ud接有大電容C，使電源電壓穩(wěn)定。電路中的四個(gè)橋臂，橋臂1、4和橋臂2、3組成兩對(duì)，工作時(shí)，設(shè)t2時(shí)刻之前V1、V4導(dǎo)通，負(fù)載上的電壓極性為左正右負(fù)，負(fù)載電流io由左向右。t2時(shí)刻給V1、V4關(guān)斷信號(hào)，給V2、V3導(dǎo)通信號(hào)，則V1、V4關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io方向不能突變，于是VD2、VD3導(dǎo)通續(xù)流，負(fù)載兩端電壓的極性為右正左負(fù)。當(dāng)t3時(shí)刻io降至零時(shí)，VD2、VD3截止，V2、V3導(dǎo)通，io開始反向。同樣在t4時(shí)刻給V2、V3

15、關(guān)斷信號(hào)，給V1、V4導(dǎo)通信號(hào)后，V2、V3關(guān)斷，io方向不能突變，由VD1、VD4導(dǎo)通續(xù)流。t5時(shí)刻io降至零時(shí)，VD1、VD4截止，V1、V4導(dǎo)通，io反向，如此反復(fù)循環(huán)，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180°。其輸出電壓uO和負(fù)載電流iO見圖3-15b 所示。 a) 全橋逆變器 b) 工作波形 圖3-15 全橋逆變器及工作波形7. SPWM控制的原理是什么？為什么變頻器多采用SPWM控制？ 答：SPWM控制技術(shù)就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波所需要的波形。變頻器采用SPWM控制可使輸出的SPWM波形，加至電感性的電動(dòng)機(jī)繞組

16、，經(jīng)過(guò)濾波作用，使流過(guò)繞組的電流波形基本為正弦波，諧波成分大為減少。 第四章交-交變頻技術(shù)1. 交-交變頻技術(shù)具有什么特點(diǎn)？主要應(yīng)用是什么？答：交-交變頻就是把電網(wǎng)頻率的交流電變換成可調(diào)頻率的交流電，因?yàn)闆](méi)有中間環(huán)節(jié)，能量轉(zhuǎn)換效率較高，廣泛應(yīng)用于大功率的三相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的低速變頻調(diào)速。2. 交-交變頻的基本原理是怎樣的？答：?jiǎn)蜗嘟?交變頻器的原理框圖如圖4-1所示。圖4-1 單相交-交變頻器電路原理框圖 圖4-2 單相交-交變頻器輸出的方波電路由P（正）組和N（負(fù)）組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，兩組變流電路接在同一交流電源，Z為負(fù)載。兩組變流器都是相控電路，P組工作時(shí)，負(fù)載電流自上而

17、下，設(shè)為正向；N組工作時(shí)，負(fù)載電流自下而上，為負(fù)向。讓兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電，如圖4-2所示。改變兩組變流器的切換頻率，就可以改變輸出到負(fù)載上的交流電壓頻率，改變交流電路工作時(shí)的控制角，就可以改變交流輸出電壓的幅值。3. 如何調(diào)制交-交變頻使其輸出為正弦波電壓？答：為了使輸出電壓的波形接近正弦波，可以按正弦規(guī)律對(duì)控制角進(jìn)行調(diào)制。4. 三相交-交變頻有哪些連接方法？答：公共交流母線進(jìn)線方式；輸出星形聯(lián)結(jié)方式。5. 交-交變頻有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？答：交-交變頻電路的優(yōu)點(diǎn)是：只用一次變流，效率較高；可方便地使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四象限工作；低頻輸出波形接近正弦波。缺點(diǎn)是：接線復(fù)

18、雜。第5章高（中）壓變頻器1. 高（中）壓變頻器通常指電壓等級(jí)為多少的變頻器？答：高（中）壓變頻器通常指電壓等級(jí)在1kV以上的大容量變頻器。2. 高（中）壓交-交方式的變頻器多用在什么場(chǎng)合？該方式的變頻器有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：交-交變頻的高/中壓變頻器一般容量都在數(shù)千kW以上，多用在冶金、鋼鐵企業(yè)。交-交變頻器過(guò)載能力強(qiáng)、效率高、輸出波形好，但輸出頻率低，且需要無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置，使其造價(jià)高，限制了它的應(yīng)用。3. 高（中）壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本形式有哪幾種？畫出其結(jié)構(gòu)圖。 答： 直接高-高型（也有的稱為直接中-中型）如下圖所示。 直接高-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。 高

19、-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)高-低-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。高-低-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)4. 簡(jiǎn)述高（中）壓變頻器的應(yīng)用及重要意義。答：在冶金、鋼鐵、石油、化工、水處理等工礦企業(yè)中，大容量的電動(dòng)機(jī)基本上都是中壓和高壓電動(dòng)機(jī)。這類企業(yè)的風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)及各種其他大型機(jī)械的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)消耗的能源占電機(jī)總能耗的70以上，而且絕大部分都有調(diào)速的要求，采用高（中）壓變頻器調(diào)速，達(dá)到節(jié)能、高效、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。 5. 高（中）壓變頻器的技術(shù)要求主要有哪些方面？答：(1) 可靠性要求高；(2) 對(duì)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)容忍度大；(3) 降低諧波對(duì)電網(wǎng)的影響；(4) 改善功率因數(shù)；(5) 抑制輸出諧波成分；(6)

20、 抑制共模電壓和dudt的影響。6. 說(shuō)明圖5-7所示并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器電路的工作原理。答：圖5-7所示為并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器電路圖。采用二極管構(gòu)成二組三相橋式整流電路，按12脈波組態(tài)，輸出為二重式，每組由六個(gè)IGBT構(gòu)成一個(gè)橋式逆變單元。輸出濾波器用來(lái)去除PWM的調(diào)制波中的高頻成分并減少dudt、didt的影響，由于頻率高，濾波器的體積很小。變頻器的驅(qū)動(dòng)(逆變)單元設(shè)計(jì)成模塊化獨(dú)立單元的形式，直流母線(DC-BUS)上可任意連接16個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元可驅(qū)動(dòng)同一個(gè)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)不同的電機(jī)(驅(qū)動(dòng)同一個(gè)電機(jī)的逆變單元一般不超過(guò)2個(gè))。這種設(shè)計(jì)使工廠中不同地方的設(shè)備可采用公共的

21、直流母線供電，從而減少設(shè)備總投資，并使多電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的總功率平衡達(dá)到最優(yōu)化。7. 說(shuō)明圖5-8所示電路為什么稱為三電平式變頻器？該電路結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點(diǎn)？答：由圖5-8可見，變頻器的整流部分由兩個(gè)三相整流橋電路串聯(lián)，輸出12脈波的直流電壓，大大減少了電網(wǎng)側(cè)的諧波成分。同時(shí)，直流側(cè)采用兩個(gè)相同的電解電容串聯(lián)濾波，在中間的連接處引出一條線與逆變電路中的鉗位二極管相接，若將該節(jié)點(diǎn)視為參考點(diǎn)（電壓為零），則加到逆變器的電平有三個(gè)：Ud、0、-Ud。所以逆變器部分是由IGBT和箝位二極管組成的三電平電壓型逆變器。三電平變頻器的輸出諧波比低壓通用變頻器低；因?yàn)槭∪ド?、降壓變壓器，因而結(jié)構(gòu)緊湊，損耗減少，占地面

22、積小，節(jié)省土建費(fèi)用；當(dāng)功率較大時(shí)，電源輸入端仍設(shè)置隔離用三繞組變壓器，變壓器副邊采用和Y接法，可輸出12脈沖整流電壓，使得電源輸入端諧波大為降低。8. 高壓變頻器為什么不采用雙電平控制方式? 簡(jiǎn)述三電平逆變器的工作原理。答：三電平或多電平變頻器的輸出諧波比低壓通用變頻器低；因?yàn)槭∪ド?、降壓變壓器，因而結(jié)構(gòu)緊湊，損耗減少，占地面積小，節(jié)省土建費(fèi)用。電壓型逆變器的工作原理為：當(dāng)工作電壓較高時(shí)，為了避免器件串聯(lián)引起的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}和降低輸出諧波，逆變器可采用三電平方式，也稱為中心點(diǎn)鉗位方式(NPC)，下圖所示為三電平逆變器一相的結(jié)構(gòu)圖。 三電平逆變器一相的結(jié)構(gòu)圖電路中的逆變器的功率開關(guān)器件VT1VT4

23、為IGBT，VD1VD4為反并聯(lián)的續(xù)流二極管，VD5和VD6為鉗位二極管，所有的二極管均要求選用與功率開關(guān)相同的耐壓等級(jí)。Ud為濾波電容C1上端的電壓，0為C1、C2連接中心點(diǎn)的電位，-Ud為濾波電容C2下端的電壓。當(dāng)改變VT1VT4的通斷狀態(tài)時(shí)，在輸出端將獲得三種不同的電壓。9. 說(shuō)明功率單元多級(jí)串聯(lián)電壓型變頻器電路結(jié)構(gòu)原理？若每相由5個(gè)功率單元串聯(lián)得到6,000V的線電壓，每個(gè)功率單元的電壓大致為多少？答：依據(jù)功率單元多級(jí)串聯(lián)電壓疊加的原理，例如，對(duì)于額定輸出電壓為6kV的變頻器，每相由6個(gè)低壓為580V的IGBT功率單元串聯(lián)而成，則疊加后輸出相電壓最高可達(dá)3,480V，線電壓為3,480

24、V = 6,000V左右。 若每相由5個(gè)功率單元串聯(lián)得到6,000V的線電壓，每個(gè)功率單元的電壓大致為696V。第6章 變頻器的組成與功能1. 變頻器的外形有哪些種類？答：變頻器的外形根據(jù)功率的大小有掛式和柜式兩種。2. 由圖6-2所示變頻器的結(jié)構(gòu)框圖，說(shuō)明變頻器的基本組成。答：變頻器由主電路和控制電路組成，控制電路由主控板、鍵盤與顯示板、電源板、外接控制電路等構(gòu)成。3. 變頻器的主電路端子有哪些？分別與什么相連接？答：變頻器的主電路端子R、S、T連接三相交流電源；U、V、W連接三相電動(dòng)機(jī)；P1、P+連接直流電抗器；P+、DB連接外部制動(dòng)電阻器；P+、N-連接制動(dòng)單元；PE接地。4. 變頻器的

25、控制端子大致分為哪幾類？答：多功能數(shù)字輸入、多功能數(shù)字輸出、模擬輸入、模擬輸出、多功能繼斷器輸出、脈沖頻率輸入、脈沖頻率輸出、RS485接口等。5. 說(shuō)明變頻器的基本頻率參數(shù)，如何預(yù)置？答：1）給定頻率。其設(shè)置方法常有兩種：一種是用變頻器的操作面板來(lái)輸入頻率的數(shù)字量50；另一種是從控制接線端上以外部給定(電壓或電流)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最常見的形式就是通過(guò)外接電位器來(lái)完成。2）輸出頻率。輸出頻率是在給定頻率附近經(jīng)常變化的。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，變頻器的輸出頻率就是整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率。3）基本頻率?；绢l率，用fb表示。一般以電動(dòng)機(jī)的額定頻率fN作為基頻fb的給定值。4）上限頻率和下限頻率。上限頻率和

26、下限頻率是指變頻器輸出的最高、最低頻率，常用fH和fL來(lái)表示。5）跳躍頻率。跳躍頻率也叫回避頻率，變頻器在預(yù)置跳躍頻率時(shí)通常采用預(yù)置一個(gè)跳躍區(qū)間，區(qū)間的下限是fJ1、上限是fJ2。6. 變頻器有哪些運(yùn)行功能需要進(jìn)行設(shè)置？如何設(shè)置？答：變頻器的運(yùn)行功能參數(shù)主要有：加速時(shí)間、加速模式、減速時(shí)間、減速模式、多功能端子、程序控制等。依據(jù)變頻器說(shuō)明書給定的功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。7. 變頻器有哪些保護(hù)功能需要進(jìn)行設(shè)置？答： 變頻器的保護(hù)功能參數(shù)有：過(guò)電流、電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)和瞬間停電的處理等。依據(jù)變頻器說(shuō)明書給定的功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。8. 變頻器的節(jié)能控制功能有什么意義？答：對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵等二次方律

27、負(fù)載在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速都基本不變。如果能使其工作在最佳的節(jié)能點(diǎn)，就可以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。9. 說(shuō)明設(shè)置變頻器的PID功能的意義。答：PID控制是閉環(huán)控制中的一種常見形式。反饋信號(hào)取自調(diào)速系統(tǒng)的輸出端，當(dāng)輸出量偏離所要求的給定值時(shí)，反饋信號(hào)成比例的變化。在輸入端，給定信號(hào)與反饋信號(hào)相比較，存在一個(gè)偏差值。對(duì)該偏差值，經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)，變頻器通過(guò)改變輸出頻率，迅速、準(zhǔn)確地消除拖動(dòng)系統(tǒng)的偏差，回復(fù)到給定值，振蕩和誤差都比較小。第7章 變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)1. 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的理論依據(jù)是什么？答：三相交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（即定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速）n0可表示為 如果將電源頻率調(diào)節(jié)為fx，則同步

28、轉(zhuǎn)速n0x也隨之調(diào)節(jié)成 異步電動(dòng)機(jī)變頻后的轉(zhuǎn)速nx的表達(dá)式為 這就是異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的理論依據(jù)。2. 簡(jiǎn)述異步電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)和制動(dòng)方法。答：在生產(chǎn)中，除了小容量的三相異步電動(dòng)機(jī)能直接起動(dòng)外，一般要采取不同的方法起動(dòng)，比如自耦變壓器降壓起動(dòng)、串電阻或電抗器降壓起動(dòng)、Y-降壓起動(dòng)等。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器用降低頻率f1從而也降低了U1的方法來(lái)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有直流制動(dòng)、回饋制動(dòng)和反接制動(dòng)等。3. 傳統(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有哪些？答：三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式主要有三種，即變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻率調(diào)速。4. 實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速有哪些要求？答：在額定頻率以下，即f1f

29、N調(diào)頻時(shí)，同時(shí)下調(diào)加在定子繞組上的電壓，即恒Vf控制。這時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是，電動(dòng)機(jī)工作在額定頻率時(shí)，其定子電壓也應(yīng)是額定電壓，即： f1 = fN U1=UN若在額定頻率以上調(diào)頻時(shí)，U1就不能跟著上調(diào)了，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)定子繞組上的電壓不允許超過(guò)額定電壓，即必須保持U1=UN不變。5. 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，在額定頻率以下調(diào)節(jié)頻率，必須同時(shí)調(diào)節(jié)加在定子繞組上的電壓，即恒Vf控制，為什么？答：由于額定工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁通已接近飽和，M增加將會(huì)使電動(dòng)機(jī)的鐵心出現(xiàn)深度飽和，這將使勵(lì)磁電流急劇升高，導(dǎo)致定子電流和定子鐵心損耗急劇增加，使電動(dòng)機(jī)工作不正常。可見，在變頻調(diào)速時(shí)單純調(diào)節(jié)頻率是行不通的。為了達(dá)到下調(diào)頻率時(shí)

30、，磁通M不變，可以讓 常數(shù) 有U1 E1，上式可寫為： 常數(shù) 因此，在額定頻率以下，即f1fN調(diào)頻時(shí)，同時(shí)下調(diào)加在定子繞組上的電壓，即恒Vf控制。6. 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍是如何定義的？答：電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍 指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速nLmax與最低轉(zhuǎn)速nLmin之比，即 7. 常見的負(fù)載機(jī)械特性有幾種類型？說(shuō)明各種類型的特點(diǎn)。答：（1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指那些負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負(fù)載的輕重，而和轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)的負(fù)載。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下變頻器的選擇：1）依據(jù)調(diào)速范圍。2）依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)范圍。3）考慮負(fù)載對(duì)機(jī)械特性的要求。（2）恒功率負(fù)載。是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n成反比，而其功率基本維

31、持不變的負(fù)載。對(duì)恒功率負(fù)載，一般可選擇通用型的，采用V/f控制方式的變頻器。但對(duì)于動(dòng)態(tài)性能有較高要求的卷取機(jī)械，則必須采用具有矢量控制功能的變頻器。(3) 二次方律負(fù)載。是指轉(zhuǎn)矩與速度的二次方成正比例變化的負(fù)載。二次方律負(fù)載變頻器的選擇：1) 風(fēng)機(jī)和水泵一般不容易過(guò)載，所以，這類變頻器的過(guò)載能力較低。為120，1min (通用變頻器為150，1min)。因此在進(jìn)行功能預(yù)置時(shí)必須注意。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于額定頻率時(shí)，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩有可能大大超過(guò)變頻器額定轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)過(guò)載。所以，其最高工作頻率不得超過(guò)額定頻率。2) 配置了進(jìn)行多臺(tái)控制的切換功能。3) 配置了一些其他專用的控

32、制功能，如“睡眠”與“喚醒”功能、PID調(diào)節(jié)功能。8. 為什么對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能效果最好？答：風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載屬于二次方律負(fù)載機(jī)械在低速時(shí)由于流體的流速低，所以負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，流速增快，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率也越來(lái)越大，所以采用變頻調(diào)速節(jié)能效果最好。9. 起重機(jī)械屬于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，速度升高對(duì)轉(zhuǎn)矩和功率有何影響？答：恒功率負(fù)載的力F必須保持恒定，且線速度v保持恒定。所以，在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的功率基本恒定。而負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比，當(dāng)速度升高時(shí)轉(zhuǎn)矩變大。第8章 變頻器的控制方式1. 什么是Vf控制？變頻器在變頻時(shí)為什么還要變壓？答：Vf控制是使變頻器的輸出在改變頻率

33、的同時(shí)也改變電壓，通常是使Vf為常數(shù)，變頻器在變頻時(shí)還要變壓是為了使電動(dòng)機(jī)磁通保持一定，在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)不下降。2.說(shuō)明恒Vf控制的原理。答：E1為每相定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)，它是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生的，其有效值計(jì)算如下： 由于4.44kN1N1均為常數(shù)，所以定子繞組的反電勢(shì)E1可用下式表示： 在額定頻率時(shí)即f1=fN時(shí)，可以忽略U，可得到： U1 E1 因此進(jìn)而得到： U1 E1f1M 此時(shí)若U1沒(méi)有變化，則E1也可認(rèn)為基本不變。如果這時(shí)從額定頻率fN向下調(diào)節(jié)頻率，必將使M增加，即f1M。由于額定工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁通已接近飽和，M增加將會(huì)使電動(dòng)機(jī)的鐵心出現(xiàn)深度

34、飽和，這將使勵(lì)磁電流急劇升高，導(dǎo)致定子電流和定子鐵心損耗急劇增加，使電動(dòng)機(jī)工作不正常?？梢姡谧冾l調(diào)速時(shí)單純調(diào)節(jié)頻率是行不通的。為了達(dá)到下調(diào)頻率時(shí)，磁通M不變，可以讓 常數(shù) 有U1 E1，即可寫為： 常數(shù) 因此，在額定頻率以下，即f1fN調(diào)頻時(shí)，同時(shí)下調(diào)加在定子繞組上的電壓，即恒Vf控制。3.什么是轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償？答：轉(zhuǎn)矩提升是指通過(guò)提高Vf比來(lái)補(bǔ)償fx下調(diào)時(shí)引起的TKx下降。即通過(guò)提高Ux (kukf)使得轉(zhuǎn)矩TKx提升4.轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償過(guò)分會(huì)出現(xiàn)什么情況？答：如果變頻時(shí)的Vf比選擇不當(dāng)，使得電壓補(bǔ)償過(guò)多，即Ux提升過(guò)多，Ex在Ux中占的比例會(huì)相對(duì)減小(ExUx減小)，其結(jié)果是使磁通M增大，從而達(dá)到新的

35、平衡。即： 由于M的增大會(huì)引起電動(dòng)機(jī)鐵心飽和，而鐵心飽和會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電流的波形畸變，產(chǎn)生很大的峰值電流。補(bǔ)償越過(guò)分，電動(dòng)機(jī)鐵心飽和越厲害，勵(lì)磁電流的峰值越大，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起變頻器因過(guò)電流而跳閘。5.為什么變頻器總是給出多條Vf控制曲線供用戶選擇？答：給出多條Vf控制曲線供選擇，是由于具體的補(bǔ)償量的計(jì)算非常復(fù)雜，因此在實(shí)際操作中，常用實(shí)驗(yàn)的辦法來(lái)選擇Vf曲線。6.Vf控制曲線分為哪些種類，分別適用于何種類型的負(fù)載？答：Vf控制曲線的種類：1) 基本Vf控制曲線，用于低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載； 2) 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)腣f曲線，適用于低速時(shí)需要較大轉(zhuǎn)矩的負(fù)載；3) 負(fù)補(bǔ)償?shù)腣f曲線，主要適用于風(fēng)機(jī)、泵類的平方率負(fù)載

36、；4)Vf比分段的補(bǔ)償線，這種補(bǔ)償線主要適合負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大致成比例的負(fù)載。7.選擇Vf控制曲線常用的操作方法分為哪幾步？答：選擇Vf控制曲線常用的操作有下面幾個(gè)步驟：1) 將拖動(dòng)系統(tǒng)連接好，帶上最重的負(fù)載。2) 根據(jù)所帶負(fù)載的性質(zhì)，選擇一個(gè)較小的Vf曲線，在低速時(shí)觀察電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，如果此時(shí)電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力達(dá)不到要求，需將Vf曲線提高一檔。依此類推，直到電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的帶負(fù)載能力達(dá)到拖動(dòng)系統(tǒng)的要求。3) 如果負(fù)載經(jīng)常變化，在2)中選擇的Vf曲線，還需要在輕載和空載狀態(tài)下進(jìn)行檢驗(yàn)。方法是：將拖動(dòng)系統(tǒng)帶以最輕的負(fù)載或空載，在低速下運(yùn)行，觀察定子電流I1的大小，如果I1過(guò)大，或者變頻器跳閘，說(shuō)

37、明原來(lái)選擇的Vf曲線過(guò)大，補(bǔ)償過(guò)分，需要適當(dāng)調(diào)低Vf曲線。8.什么是轉(zhuǎn)差頻率控制？說(shuō)明其控制原理。答：轉(zhuǎn)差頻率控制就是檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電機(jī)速度對(duì)應(yīng)的頻率與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定輸出頻率。9.轉(zhuǎn)差頻率控制與Vf控制相比，有什么優(yōu)點(diǎn)？答：由于通過(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流，與Vf控制相比其加減速特性和限制過(guò)電流的能力得到提高。另外，它有速度調(diào)節(jié)器，利用速度反饋進(jìn)行速度閉環(huán)控制，速度的靜態(tài)誤差小，適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。10.矢量控制的理念是什么？矢量控制經(jīng)過(guò)哪幾種變換？答：矢量控制是通過(guò)控制變頻器輸出電流的大小、頻率及相位，用以維持電動(dòng)機(jī)內(nèi)部

38、的磁通為設(shè)定值，產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)矩。變頻器的控制器輸出直流電流iM*和iT*，其中iM*是勵(lì)磁電流分量，iT*是轉(zhuǎn)矩電流分量。它們都是由變頻器的給定信號(hào)分解而成的(*表示變頻中的控制信號(hào))。經(jīng)過(guò)直交變換，將iM*和iT*變換成兩相交流信號(hào)i*和i*，再經(jīng)23變換得到三相交流控制信號(hào)iA*、iB*、iC*去控制三相逆變器。11.矢量控制有什么優(yōu)越性？使用矢量控制時(shí)有哪些具體要求？ 答：矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1）動(dòng)態(tài)的高速響應(yīng)；2）低頻轉(zhuǎn)矩增大 ；3）控制靈活。 使用矢量控制對(duì)變頻器和電動(dòng)機(jī)有如下要求：1) 一臺(tái)變頻器只能帶一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。2) 電動(dòng)機(jī)的極數(shù)要按說(shuō)明書的要求，一般以4極電動(dòng)機(jī)為最佳。3) 電

39、動(dòng)機(jī)容量與變頻器的容量相當(dāng)，最多差一個(gè)等級(jí)。如：根據(jù)變頻器的容量應(yīng)選配1lkW的電動(dòng)機(jī)，使用矢量控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)的容量可是1lkW或7.5kW，再小就不行了。4) 變頻器與電動(dòng)機(jī)間的連接線不能過(guò)長(zhǎng)，一般應(yīng)在30m以內(nèi)。如果超過(guò)30m，需要在連接好電纜后，進(jìn)行離線自動(dòng)調(diào)整，以重新測(cè)定電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)。第9章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇與操作1若變頻器拖動(dòng)的負(fù)載為籠型電動(dòng)機(jī)，選擇變頻器時(shí)應(yīng)考慮哪些問(wèn)題？答：對(duì)于籠型電動(dòng)機(jī)選擇變頻器拖動(dòng)時(shí)，主要依據(jù)以下幾項(xiàng)要求：1）依據(jù)負(fù)載電流選擇變頻器；2）考慮低速轉(zhuǎn)矩特性；3）考慮短時(shí)最大轉(zhuǎn)矩；4）考慮容許最高頻率范圍；5）考慮噪聲；6）考慮振動(dòng)。2. 變頻器專用電機(jī)分為

40、哪些種類？答：變頻器專用電機(jī)的分類有以下幾種： 1）在運(yùn)轉(zhuǎn)頻率區(qū)域內(nèi)低噪聲、低振動(dòng)。 2）在低頻區(qū)內(nèi)提高連續(xù)容許轉(zhuǎn)矩(恒轉(zhuǎn)矩式電機(jī))。 3）高速用電機(jī)。 4）用于閉環(huán)控制(抑制轉(zhuǎn)速變動(dòng))的帶測(cè)速發(fā)電機(jī)的電機(jī)。 5）矢量控制用電機(jī)。3.變頻器的主電路端子R、S、T和U、V、W接反了會(huì)出現(xiàn)什么情況？電源端子R、S、T連接時(shí)有相序要求嗎？ 答：變頻器的主電路端子R、S、T和U、V、W接反了會(huì)出現(xiàn)燒壞變頻器的嚴(yán)重后果。電源端子R、S、T連接時(shí)一般沒(méi)有相序要求。4.主電路電源輸入側(cè)連接斷路器有什么作用？斷路器如何選擇？答：連接斷路器的作用：1）接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路；2）隔離作用；3）保護(hù)作用。通常情況下低

41、壓斷路器的額定電流IQN應(yīng)選： IQN （1.3 1.4）IN 式中，IN 變頻器的額定電流。在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的切換控制的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)電流來(lái)進(jìn)行選擇： IQN 2.5 IMN 式中，IMN 電動(dòng)機(jī)的額定電流。5.主電路中接入交流電抗器有什么作用？答：主電路中接入交流電抗器，可起到以下作用：1) 減少變頻器的輸入電流諧波含量； 2) 改善三相輸入電流的不平衡；3) 抑制電源系統(tǒng)的瞬變干擾；4) 提高功率因數(shù)。6.制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元有什么不同？答：制動(dòng)電阻與制動(dòng)單元的功能是當(dāng)電動(dòng)機(jī)因頻率下降或重物下降(如起重機(jī)械)而處于再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，避免在直流回路中產(chǎn)生過(guò)高的

42、泵生電壓。制動(dòng)電阻是把泵生電壓變?yōu)闊崮芟牡簦苿?dòng)單元一般具有將泵生電壓回饋電網(wǎng)的作用。制動(dòng)電阻的選擇：1）制動(dòng)電阻RB的大小；2) 制動(dòng)電阻的功率PB；3)常用制動(dòng)電阻的阻值與容量的選擇可參考變頻器說(shuō)明書。制動(dòng)單元的配置可參考變頻器說(shuō)明書。7.變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的連線過(guò)長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？如何選擇長(zhǎng)距離導(dǎo)線？答：變頻器與電機(jī)之間的連線過(guò)長(zhǎng)，則電壓降增大，可能引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足。特別是變頻器輸出頻率低時(shí)，其輸出電壓也低，線路電壓損失所占百分比加大。變頻器與電機(jī)之間的線路壓降規(guī)定不能超過(guò)額定電壓的2，根據(jù)這一規(guī)定來(lái)選擇電纜。工廠中采用專用變頻器時(shí)，如果有條件對(duì)變頻器的輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償，則線路壓降損

43、失容許值可取為額定電壓的5。容許壓降給定時(shí)，主電路電線的電阻值必須滿足下式： 式中 RC 單位長(zhǎng)電線的電阻值 (/km) U容許線間電壓降(V)； L 1相電線的鋪設(shè)距離(m)； I 電流(A)。8.畫出電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制電路圖。 答：由繼電器控制的正轉(zhuǎn)運(yùn)行電路如圖所示。9. 畫出電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路圖。10.如何實(shí)現(xiàn)工頻和變頻切換運(yùn)行？畫出控制電路來(lái)。答：1) 用戶可根據(jù)工作需要選擇“工頻運(yùn)行”或“變頻運(yùn)行”。2) 在“變頻運(yùn)行”時(shí)，一旦變頻器因故障而跳閘時(shí)可自動(dòng)切換為“工頻運(yùn)行”方式，同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。11.頻率給定信號(hào)有哪幾種設(shè)置方法？什么方法最簡(jiǎn)便精確？答：給定信號(hào)方式，就是調(diào)節(jié)變頻器輸

44、出頻率的具體方法，有模擬量給定、面板給定和通訊接口給定等多種方法。在選擇給定方法時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇面板給定方法，因?yàn)槊姘褰o定屬于數(shù)字量給定，不需要外部接線，方法簡(jiǎn)單，頻率設(shè)置精度高。12.說(shuō)明最大頻率、最大給定頻率與上限頻率的區(qū)別。答：最大頻率fmax和最大給定頻率fXM都與最大給定信號(hào)xmax相對(duì)應(yīng)，但最大頻率fmax通常是根據(jù)基準(zhǔn)情況決定的，而最大給定頻率fXM常常是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正的結(jié)果。當(dāng)fXMfmax時(shí)，變頻器能夠輸出的最大頻率由fXM決定，fXM與xmax對(duì)應(yīng)；當(dāng)fXMfmax時(shí)，變頻器能夠輸出的最大頻率由fmax決定。上限頻率fH是根據(jù)生產(chǎn)需要預(yù)置的最大運(yùn)行頻率，它并不和某個(gè)確定的

45、給定信號(hào)x相對(duì)應(yīng)。當(dāng)fHfmax時(shí)，變頻器能夠輸出的最大頻率由fH決定，fH并不與xmax對(duì)應(yīng)；當(dāng)fHfmax時(shí)，變頻器能夠輸出的最大頻率由fmax決定。第10章變頻器的安裝與維護(hù)1. 變頻器儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？答： 必須放置于無(wú)塵垢、干燥的位置。 儲(chǔ)存位置的環(huán)境溫度必須在-20+65范圍內(nèi)。 儲(chǔ)存位置的相對(duì)濕度必須在095范圍內(nèi)，且無(wú)結(jié)露。 避免儲(chǔ)存于含有腐蝕性氣體、液體的環(huán)境中。 最好適當(dāng)包裝存放在架子或臺(tái)面上。 長(zhǎng)時(shí)間存放會(huì)導(dǎo)致電解電容的劣化，必須保證在6個(gè)月之內(nèi)通一次電，通電時(shí)間至少5小時(shí)，輸入電壓必須用調(diào)壓器緩緩升高至額定值。2. 變頻器的安裝場(chǎng)須滿足什么條件？答：變頻器裝設(shè)的電氣

46、室應(yīng)濕氣少、無(wú)水浸入；無(wú)爆炸性、可燃性或腐蝕性氣體和液體，粉塵少；裝置容易搬入安裝；有足夠的空間，便于維修檢查；備有通風(fēng)口或換氣裝置以排出變頻器產(chǎn)生的熱量；與易受變頻器產(chǎn)生的高次諧波和無(wú)線電干擾影響的裝置分離。若安裝在室外，必須單獨(dú)按照戶外配電裝置設(shè)置。3. 變頻器安裝時(shí)周圍的空間最少為多少？答：變頻器在運(yùn)行中會(huì)發(fā)熱，為了保證散熱良好，必須將變頻器安裝在垂直方向，切勿倒裝、傾斜安裝或水平安裝。其上下左右與相鄰的物品和擋板(墻)必須保持足夠的空間，左右5cm以上，上下15cm以上。4.變頻器傳動(dòng)籠型電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為，額定電壓220V、功率11kW，4極、額定電流22.5A，電纜鋪設(shè)距離5

47、0m，線路電壓損失允許在額定電壓2以內(nèi)，試選擇所用電纜的截面大小？解：(1)求額定電壓下的容許電壓降。 容許電壓降；U =220V×2% = 4.4V(2)求容許壓降以內(nèi)的電線電阻值。 電線電阻RC =(3)根據(jù)計(jì)算出的電阻選用導(dǎo)線。由計(jì)算出的RC值，從廠家提供的相關(guān)表格中選用電纜，如表10-1列出的常用電纜選用表，從中看到，應(yīng)選電纜電阻2.54/km以下的電纜，截面積為9mm2。5.變頻器系統(tǒng)的主回路電纜與控制回路電纜安裝時(shí)有什么要求？答：選擇主回路電纜時(shí)，須考慮電流容量、短路保護(hù)、電纜壓降等因素。一般情況下，變頻器輸入電流的有效值比電機(jī)電流大。安裝時(shí)變頻器與電機(jī)之間的連接電纜盡量

48、短，接地回路須按電氣設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方式施工。變頻器控制回路的控制信號(hào)均為微弱的電壓、電流信號(hào)，控制電纜的截面選擇必須考慮機(jī)械強(qiáng)度、線路壓降、費(fèi)用等因素?？刂苹芈芬资芡饨鐝?qiáng)電場(chǎng)或高頻雜散電磁波的影響，易受主電路的高次諧波場(chǎng)的輻射及電源側(cè)振動(dòng)的影響，因此，必須對(duì)控制回路采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧Ｖ骰芈冯娎|與控制回路電纜必須分離鋪設(shè)，相隔距離按電器設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。6.變頻器運(yùn)行為什么會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾？如何抑制？答：變頻器的整流電路和逆變電路都是由非線性器件組成，其電路結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓電流波形發(fā)生畸變，作為對(duì)低壓配電線路諧波的管理標(biāo)準(zhǔn)，電壓的綜合畸變率應(yīng)在5以下。若電壓畸變率高于5，可以用接入交

49、流電抗器或直流電抗器的方法抑制高次諧波電流，使受電點(diǎn)電壓畸變率小于5。7.電網(wǎng)電壓對(duì)變頻器運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生什么影響？如何防止？答：電網(wǎng)三相電壓不平衡時(shí)，會(huì)使變頻器輸入電流的波形發(fā)生畸變。當(dāng)不平衡率大于3時(shí)，變頻器輸入電流的峰值就顯著變大，將導(dǎo)致三相電流嚴(yán)重失衡，從而造成連接的電線過(guò)熱，變頻器過(guò)壓、過(guò)流，并使整流二極管將因電流峰值過(guò)大而燒毀，也有可能損壞電解電容。為減少三相電壓不平衡造成的負(fù)面影響，同樣可在變頻器的輸入側(cè)加裝交流電抗器，并在直流側(cè)加裝直流電抗器。8.說(shuō)明變頻器系統(tǒng)調(diào)試的方法步驟？答：變頻器系統(tǒng)的調(diào)試步驟：1)通電前檢查；2) 在斷開電動(dòng)機(jī)負(fù)載的情況下，對(duì)變頻器通電檢查；3) 空載試驗(yàn)；

50、4) 負(fù)載試驗(yàn)。9.在變頻器的日常維護(hù)中應(yīng)注意些什么？答：（1）只有受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的人才能拆卸變頻器并進(jìn)行維修和器件更換。（2）維修變頻器后不要將金屬等導(dǎo)電物遺漏在變頻器內(nèi)，否則有可能造成變頻器損壞。（3）進(jìn)行維修檢查前，為防止觸電危險(xiǎn)，請(qǐng)首先確認(rèn)以下幾項(xiàng)： 變頻器已切斷電源； 主控制板充電指示燈熄滅； 用萬(wàn)用表等確認(rèn)直流母線間的電壓已降到安全電壓(DC36V以下)。（4）對(duì)長(zhǎng)期不使用的變頻器，通電時(shí)應(yīng)使用調(diào)壓器慢慢升高變頻器的輸入電壓直至額定電壓，否則有觸電和爆炸危險(xiǎn)。10.結(jié)合圖10-19，說(shuō)明變頻器主電路的不同位置進(jìn)行電量測(cè)量時(shí)，應(yīng)分別使用什么儀表？答：1）電源側(cè)電壓U1和電流I1，采用電

51、磁式儀表。2）電源側(cè)功率P1采用電動(dòng)式儀表。3）輸出側(cè)電壓U2采用整流式儀表。4）輸出側(cè)電流I2采用電磁式儀表。5）輸出側(cè)功率P2采用電動(dòng)式儀表。6）整流器輸出采用磁電式儀表。11.變頻器的常見故障有哪些？應(yīng)如何處理？答：1）電源故障處理。如電源瞬時(shí)斷電或電壓低落出現(xiàn)“欠電壓”顯示；瞬時(shí)過(guò)電壓出現(xiàn)“過(guò)電壓”顯示，都會(huì)引起變頻器跳閘停機(jī)。待電源恢復(fù)正常后即可重新起動(dòng)。2）外部故障處理。如輸入信號(hào)斷路，輸出線路開路、斷相、短路、接地或絕緣電阻很低，電動(dòng)機(jī)故障或過(guò)載等，變頻器即顯示“外部”故障而跳閘停機(jī)，經(jīng)排除故障后，即可重新啟用。3）內(nèi)部故障處理。如內(nèi)部風(fēng)扇斷路或過(guò)熱，熔斷器斷路，器件過(guò)熱，存儲(chǔ)器錯(cuò)誤，CPU故障等，可切換至工頻運(yùn)行，不致影響生產(chǎn)；待內(nèi)部故障排除后，即可恢復(fù)變頻運(yùn)行。4）功能參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)奶幚?。?dāng)參數(shù)預(yù)置后，空載試驗(yàn)正常，加載后出現(xiàn)“過(guò)電流”跳閘，可能是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)置不夠或加速時(shí)間不足；也有的運(yùn)行一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，導(dǎo)致減速時(shí)“過(guò)電壓”跳閘，修改功能參數(shù)，適當(dāng)增大加速時(shí)間便可解決。第11章 變頻器應(yīng)用舉例1. 某風(fēng)機(jī)原來(lái)用風(fēng)門控制風(fēng)量，所需風(fēng)量約為最大風(fēng)量的80%，分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。答：則功率PL和轉(zhuǎn)速n L之間的關(guān)系式 近似為 若所需風(fēng)量約為最大風(fēng)量的80%，可得 PKp×(0.8)3 nL30.5 Kp nL3由此可見，