变频器复习题论述.doc

按照转子结构的不同，三相异步电动机分为哪两大类？从运行可靠性上看，上述哪一类电动机具有优越性？
答：三相异步电动机按照转子结构的不同分为笼型和线绕型两大类。从运行可靠性上看，笼型电动机更具有优越性
三、 三相异步电动机有哪些调速方式？并比较其优缺点。
答：三相异步电动机有变极调速、变转差率调速和变频调速三种调速方式。
变极调速是有级调速，调速的级数很少，只适用于特制的笼型异步电动机，这种电动机结构复杂，成本高。变转差率调速时，随着s的增大，电动机的机械特性会变软，效率会降低。变频调速具有调速范围宽，调速平滑性好，调速前后不改变机械特性硬度，调速的动态特性好等特点。

四、 变频调速时，改变电源频率ƒ1的同时须控制电源电压U1，试说明其原因。
答：在变频调速时，若ƒ1下降，U1不变，则Φm上升。因为Φm已设计在接近饱和处，Φm上升即进入磁化曲线的饱和区，引起工作电流大幅度增加，使电动机过热损坏；若ƒ1上升，U1不变，则Φm下降，将使工作电流下降。由于电流的下降，电动机的输出转矩不足。为了保持电动机的Φm不变，即电动机的转矩不变，在ƒ1变化的同时，U1必须同时变化，使U1与ƒ1的比值保持恒定，即U1/ƒ1 =常数。
五、 说明什么是脉冲宽度调制技术？
答：脉冲宽度调制技术是通过按照一定的规则和要求对一系列脉冲宽度进行调制，来得到所需要的等效波形的技术。
六、 PWM逆变电路的单极性控制和双极性控制有什么区别？
答：单极性SPWM控制方式在任一半个周期中，SPWM波只能在一个方向变化。双极性SPWM控制方式在任一半个周期中，SPWM波在正、负两个方向交替变化。
七、 以三相桥式SPWM逆变电路为例，说明脉宽调制逆变电路调压调频的原理。
三相桥式SPWM逆变电路如下：

三相桥式SPWM逆变电路工作波形如下：
如上图所示，U、V、W三相载波信号公用一个三角载波uT，三相调制信号urU、如上图所示，U、V、W三相载波信号公用一个三角载波uT，三相调制信号urU、

如上图所示，U、V、W三相载波信号公用一个三角载波uT，三相调制信号urU、urV、urW为相位依次相差1200的正弦波。改变三相调制信号urU、urV、urW的频率，即可改变变频器的输出频率，达到变频之目的。变频器的调压和调频是同时进行的，当将三相调制信号urU、urV、urW的频率调低（高）时，三个信号的幅度也相应调小（大），使得调制信号的U/ƒ为常数，或按照设定的要求变化。若调制信号的幅度变小，则变频器的输出脉冲宽度变窄，等效电压变低；若调制信号的幅度变大，则变频器的输出脉冲宽度变宽，等效电压变高。因此，变频器的调压调频过程是通过控制三相调制信号进行的。
八、 变频器由几部分组成？各部分都具有什么功能？
答：变频器由两大部分组成，即主电路和控制电路。主电路包括整流滤波电路、逆变电路、制动单元。控制电路包括计算机控制系统、键盘与显示、内部接口及信号检测与传递、供电电源、外接控制端子等。
九、 变频器的主电路由整流、滤波和逆变三大部分组成，试述各部分的工作过程。
答：整流电路是由6只二极管组成，利用二极管的单向导电性将三相工频交流电全波整流为脉动直流电。滤波电路由2只电容构成，利用电容电压不能突变的原理，将整流后的脉动直流电波动程度减小。逆变电路是由6只IGBTVT6电进行滤波组成的三相逆变桥，三相逆变桥由计算机控制将直流电逆变为三相SPWM波，驱动电动机工作。
十、 变频器是怎样分类的？
答、按变换环节分：交-直-交型，交-交-型 按改变变频器的输出电压的方法分：PWM型，PAM型 按电压的等级分低压变频器：高压大容量变频器 按滤波方式分电压型电流型
按用途分专用型变频器通用型变频器
十一、 三相异步电动机的转速n与哪些因素有关？
答：三相异步电动机的转速n与电源频率ƒ1、磁极对数P、转差率s有关。

二、 变频器的回避频率功能有什么作用？在什么情况下要选用这些功能？
答：变频器的回避频率功能可以使变频器的输出跳过某个或某段频率，即不输出某个或某段频率。在机械传动中不可避免地要发生振动，当电动机的转速等于机械系统的固有频率时，振动加剧，甚至使机械系统不能正常工作。为了避免使机械系统发生谐振，采取回避频率的方法，即将发生谐振的频率跳过去。
三、 变频器的输出频率可以分段运行，分段运行又分为“程序运行”和“外端子控制运行”，解释这两种段速运行的主要区别。
答：按程序运行时应先编制段速程序，在编制段速程序时先设置各段速的频率，再设置各段速的执行时间、各段速的频率上升与下降时间及运转方向。将执行指令设置为按程序运行，当程序运行指令到达，变频器按段速运行，并可由
输出指示端子发出每段速度结束和整个程序结束的指示信号。
由外端子控制运行时先设置多段速由外控制端子控制及设置具体的控制端子，然后根据需要设置各段速频率，执行时通过外部设定的功能端子对段速进行控制，各段速的运行时间由控制端子确定

四、 变频器的外控制端子中除了独立功能端子之外，还有多功能控制端子。多功能控制端子有什么优点？
答：多功能控制端子可以一端多用，在不增加端子个数的情况下可预置多种功能，从而丰富了变频器的控制功能。

五、 变频器为什么要设置上限频率和下限频率？
答：上下限频率设定后，变频器的工作频率被限定在上下限频率之内，可防止由于操作失误使电动机转速超出应用范围，造成事故或损失。

六、 变频器为什么具有加速时间和减速时间设置功能？如果变频器的加、减速时间设为0，起动时会出现什么问题？加、减速时间根据什么来设置？
答：变频器起动时，为了使起动电流不超过允许的最大电流，是从0频率开始，经过一定时间上升到工作频率。电动机在恒转矩作用下，也从0速跟随变频器的输出频率逐渐上升到工作转速。变频器从0频率上升到工作频率所用时间用加速时间来定义。变频器从正常工作频率下降到0频率，同样也需要一定时间，这个时间用减速时间来定义。如果变频器的加、减速时间设为0，起动时启动电流会很大，可能会烧坏电机。
加、减速时间的设置要根据具体的负载要求而定，设置太长造成时间浪费，设置太短又会产生很多不利因素。
七、 “频率增益”功能有什么用途？
通过调整变频器的频率增益，可以用同一控制信号进行多台变频器的比例运行控制。
八、 什么是基本U∕f控制方式？为什么在基本U∕f控制基础上还要进行转矩补偿？转矩补偿分为几种类型？各在什么情况下应用？
答：U∕f控制方式是变频器的基本控制方式。电动机在变频调速过程中，为了保持Φm 磁通恒定，必须保持 U∕f ＝常数，即变频器的输出频率从0上升到额定频率fN时，输出电压也从0上升到额定电压UN。
U∕f控制方式要求U∕f ＝常数。当频率比较低时，其输出电压也比较低，由于电动机定子绕组的
电阻值是不变的，在低频时使流过绕组的电流下降。由于绕组的电流下降，电动机的转矩不足。所以在基本U∕f控制基础上还有进行转矩补偿。

常用的几种转矩补偿方法有：
1．在额定电压和基准频率下线性补偿；2．在额定电压和基本频率下分段补偿；3．平方率补偿。
在额定电压和基准频率下线性补偿适用于对转矩要求不高的场合。在额定电压和基本频率下的分段补偿分为正补偿和负补偿，正补偿曲线在标准U∕f曲线的上方，适应高转矩运行的场合；负补偿曲线在标准U∕f曲线的下方，适应于低转矩运行的场合。平方率补偿多应用于风机和泵类负载的补偿。
九、 变频器为什么要有瞬时停电再起动功能？若变频器瞬时停电时间很短，采取什么样的再起动方法？
答：变频器在瞬时停电时就会停止输出，此时电动机的转速也随即下降。复电后变频器具有重新起动功能，但起动时应知道此时电动机的转速，以采取与电动机转速相接近的起动频率重新起动。因此变频器都设置了瞬时停电再启动功能。若变频器的停电时间很短，
对于大惯性负载，停电时间很短时电动机的转速下降很少，可将重起频率设置为停电时的输出频率；小惯性负载，在停电期间电动机的转速已下降很多，就得将重起频率设置为较低的频率。
变频器可以由外接电位器用模拟电压信号控制输出频率，也可以由升（UP）、降（DOWN）速端子来控制输出频率。哪种控制方法容易引入干扰信号？
答：由外接电位器用模拟电压信号控制输出频率时更容易引入干扰信号。
十、 已知变频器为远距离操作，即操作室与变频器不在一处。为了知道变频器是正常运行还是停止，输出频率是多少，能否进行正、反转及停止控制，应该选用哪些控制端子来满足以上控制要求？
答：变频器是正常运行还是停止可以由集电极开路输出端子指示，输出频率可由模拟量输出端子指示，正、反转及停止可由运行控制端子FWD、REV、STOP控制。

二、在变频器的正反转控制电路中，如果由一只空气断路器控制主电路的通断电，用1只3位旋转开关控制其正反转与停止（如图2所示），这将使控制电路变得很简单。请问这种控制方法有什么不足之处？
答：变频器的通、断电是在停止输出状态下进行的，在运行状态下一般不允许切断电源。而本题电路中变频器的通、断电控制与正反转运行控制是独立的，不能保证上述要求。
三、在多段速控制电路中，如果用3只开关控制X1、X2、X3的通断来得到7段速，这样电路虽然变简单了，但在使用中会有什么问题？
答：用3只开关控制7段速运行实际是用三个开关的通断状态的组合（7种）来控制7个段速。在使用中不能够保证可靠控制，比如，用X1和X2同时通控制一个段速，但是和变频器内部端子信号的扫描时间间隔相比，是无法保证可靠的“同时”的。 图2
四、制动电阻如果因为发热严重而损坏，将会对运行中的变频器产生什么影响？为了使制动电阻免遭烧坏，采用了什么保护方法？
答：损坏变频器甚至发生火灾；
五、具有抱闸控制功能的控制电路是怎样工作的？变频器用什么信号作为抱闸信号？答：当电动机停止转动时变频器输出抱闸信号，当电动机开始启动时变频器输出松闸信号；
六、在图3和图4两个并联控制电路中，如果变频器和控制台离的较远，哪个电路的抗干扰能力更强一些？为什么？
答：图3电路的抗干扰能力更强一些；因为模拟量抗干扰的能力更强些。

图3 图4
习题五
一、变频器为什么要垂直安装？
答：方便散热通风。
二、变频器的信号线和输出线都采用屏蔽电缆安装，其目的有什么不同？
答：变频器的信号线采用屏蔽电缆安装，其目的防止干扰信号串入；
变频器的输出线都采用屏蔽电缆安装，其目的避免其影响其它设备的工作。
十三、既然变频器的输出频率可以从0Hz调节到额定频率以上，为什么有些场合还要采取一级齿轮降速传动？
答：当调速范围和转矩不符合负载要求时，可采取一级齿轮降速传动
十四、既然矢量控制变频器性能优于基本U/f 控制变频器，为什么很多应用场合还要选择基本U/f控制变频器？
答：选择基本U/f控制变频器即能够满足符在要求，不必选择性价比更高的矢量控制变频器。
十五、为什么根据工作电流选取变频器，更能使其安全工作？
答：选择变频器时，通常以电动机容量和电动机的工作状态为依据，由于变频器输出回路是逆变电路，其输出电流的过载能力很差，因此，当电动机的额定电压选定后，选择变频器容量主要是核算变频器的输出电流，输出电流满足了要求，变频器就可以安全工作了。
十六、是否每台变频器都必须加装电磁选件？
答：是的。
十七、为什么要把变频器与其他控制部分分区安装？
答：抑制变频器工作时的电磁干扰。

一、 问答题
1． 变频调速的基本原理
答：交流电动机的同步转速，异步电动机的转速，由此可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率，就可以平滑地改变电动机的同步转速和相应的电动机转速，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。
2． 试述变频调速系统的优点。
答：变频调速的优点主要有：
（1）调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无级调速；
（2）启动电流小，而启动转矩大；
（3）启动平滑，消除机械的冲击力，保护机械设备；
（4）对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；
（5）具有显著的节电效果；
（6）通过调节电压和频率的关系方便的实现恒转矩或者恒功率调速。
3． 比较电压型变频器和电流型变频器的特点。
比较项目
电压源
电流源
直流回路滤波环节 （无功功率缓冲环节）
电容器
电抗器
输出电压波形
矩形波
决定于负载，对异步电机负载近似为正弦波
输出电流波形
决定于负载的功率因数，由交大的谐波分量
矩形波
输出阻抗
小
大
回馈制动
须在电源则侧设置反并联逆变器
方便，主电路不需要附加设备
调速动态响应
较慢
快
适用范围
多电机拖动，不可逆拖动，稳频稳压电源
单电机拖动，频繁加、减速情况下运行，可逆拖动

4． 变频器保护电路的功能及分类。
答：（1）变频器的保护电路是通过检测主电路的电压、电流等参数来判断变频器的运行状况。当发生过载或过电压等异常时，为了防止变频器的逆变器和负载损坏，保护电路可使变频器中的逆变电路停止工作或抑制逆变器的输出电压、电流值。
（2）变频器控制电路中的保护电路可分为变频器保护、负载保护和其它保护：
变频器保护有：瞬时过电流保护；过载保护；再生过电压保护；瞬时停电保护；接地过电流保护；冷却风机异常等。
异步电动机保护：过载保护；超频（超速）保护。
其它保护：防止失速过电流；防止失速过电压。
5． 什么是PWM技术？
答：（1）PWM脉宽调制技术，是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列脉幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。
6． 变频器常用的控制方式有哪些？
答：控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等；通用型变频器基本上都采用U/f控制方式。
7． 为了保证变频器的可靠运行在哪些工作环境中必须安装输入电抗器？
答：（1）为变频器供电的电源容量与变频器容量之比为10：1及以上，电源容量为600kVA及以上，且变频器安装位置离大容量电源在10m以内；
（2）三相电源电压的不平衡度大于3%；
（3）在同一供电电源系统上有晶闸管整流负载、非线性负载、电弧炉负载和接有通过开关切换调整功率因数的补偿电容器装置；
（4）需改善变频器输入侧的功率因数，功率因数可提高到0.75~0.85。
8． 变频器的频率给定方式有哪几种？
答：（1）面板给定方式：通过变频器面板上的键盘或电位器进行频率给定。
（2）外部给定方式：从变频器的输入端子输入频率给定信号来调节变频器输出频率的大小。主要的外部给定方式有：
1）外接模拟量给定。通过变频器的外接给定端子输入模拟量信号进行给定，并通过调节给定信号的大小来调节变频器的输出频率。包括电压信号和电流信号两种。
2）外接数字量给定。通过变频器的外接给定端子输入开关信号进行给定。
3）处接脉冲给定。通过变频器的外接给定端子输入脉冲序列进行给定。
4）通信给定。由PLC或计算机通过变频器的通信接口进行频率给定。
9． 过电流跳闸的原因分析
答：（1）重新起动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。
主要原因有：1）负载侧短路；2）工作机械卡住；3）逆变管损坏；4）电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来
（2）重新起动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸
 可能的原因有： 1）升速时间设定太短；2）降速时间设定太短；3）转矩补偿设定较大，引起低速时空载电流过大；4）电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起误动作。
10． 电压跳闸的原因分析
　答：（1）过电压跳闸，主要原因有：
1）电源电压过高；2）降速时间设定太短；
3）降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想；
a.来不及放电，应增加外接制动电阻和制动单元
b.放电支路发生故障，实际并不放电
(2) 欠电压跳闸,可能的原因有:
1) 电源电压过低；2) 电源断相；3) 整流桥故障
11． 电动机不转的原因分析
答：(1)功能预置不当
1)上限频率与最高频率或基本频率和最高频率设定矛盾；
2)使用外接给定时，未对“键盘给定/外接给定”的选择进行预置；
3)其他的不合理预置
(2)在使用外接给定时，无"起动"信号
(3)其它原因：
1)机械有卡住现象；2)电动机的起动转矩不够；
3)变频器的电路故障
12.在变频调速过程中，为什么必须同时变压？
答：由公式和可知，如保持电压不变进行调速时：当、上升时则将下降，于是拖动转矩下降，这样电动机的拖动能力会降低，对恒转矩负载会因拖不动而堵转；若调节下降则将上升，会引起主磁通饱和，普通电动机是按工频设计的，在工频下运行时磁路工作在非饱和区，当磁路饱和时，励磁电流急剧升高，会使定子铁心损耗急剧增加。所以，在变频调速过程中，变频的同时必须变压。
13.在变频调速中根据磁通改变与否，以基频为基准，有哪两种调速方式，试画出异步电
动机的控制特性图。
与励磁系统独立的直流电动机不同，交流异步电动机的磁通是定转子磁动势合成产生的，从定子每相电动势有效值可知，通过控制和能控制。在基频以下调速时，要使不变可令保持常值，即通过恒压频比控制可获得恒转矩调速。在基频以上调速时，由于不能升高只能保持常值，故迫使磁通与频率成反比下降，从而得到恒功率调速。
控制特性图如下图所示：

14.试述变频器的选用原则
答：（1）电动机功率在280kW以上应选择电流型变频器（多重化波形），75kW以下的电动机应选择电压型变频器（PWM波形），75~280kW的电动机可根据实际情况决定。
（2）根据拖动设备特性决定：机床类设备需要尽可能满足恒功率的硬特性，可选用专用电动机和配足变频器功率，尽可能选用矢量型变频器，并要求变频器带有制动电阻单元；风机，水泵等减力矩负载要选用专用变频器，便于节能运行；对于只需恒力矩的传动系统，可选用通用变频器，矢量型或U/f型均可。
15.变频器的通断电是在停止输出状态下进行的，为什么在运行状态下一般不允许切断电源？
答：①变频器内部电路的原因：变频器的逆变电路工作在开关状态，每个IGBT大功率开关管都是工作在饱和或截止状态。尽管饱和时通过每只管子的电流很大，但因饱和压降很低，相当于开关闭合，所以管子的功耗不大。如果电路突然断电，电路中所有的电压都同时下降，当管子导通所需要的驱动电压下降到使管子不能处于饱和状态时，就进入了放大状态。由于放大状态的管压降大大增大，管子的耗散功率也成倍增加，可在瞬间将开关管件烧坏。虽然变频器在设计时采取了保护措施，但在使用中还是应避免突然断电。②负载的原因：电源突然断电，变频器立即停止输出，运转中的电动机失去了降速时间，处于自由停止状态，这对于某些运行场合会造成影响，因此不允许运行中的变频器突然断电。
16. 已知电动机参数为：P MN = 30 kW，U MN = 380 V，I MN = 57.6 A，f N = 50 HZ，nMN = 1460 r/min。
变频器与电动机之间距离30m，最高工作频率为40HZ。要求变频器在工作频段范围内线路
电压降不超过2 %，请选择导线线径?
解：已知U N = 380 V，则：U X = 380V×（40HZ∕50HZ）＝304（V）
ΔU＝304V×2 % = 6.08（V）
取ΔU = 6.08 V，由得:
解得：R 0 = 2.03 Ω∕m。查表可知，导线应选择截面积为10.0 mm2的导线。

17.比较恒压供水系统中供水压力Xf与给定压力Xt的偏差信号ΔX，分析用水量与水泵转速
的变化情况？

变频器过流跳闸和过载跳闸的区别是什么？
过流主要用于保护变频器，而过载主要用于保护电动机。因为变频器的容量有时需要比电动机的容量加大一挡或两挡，这种情况下，电动机过载时，变频器不一定过流。过载保护由变频器内部的电子过热保护功能进行，在预置电子过热保护功能时，应该准确地预置“电流取用比”即电动机额定电流和变频器额定电流之比的百分数、