电气传动变频器习题解答

第1章习题得解答1.什么叫变频器变频调速有哪些应用答：变频器是将固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的装置。

变频调速的应用主要有：①在节能方面的应用。

例如风机、泵类负载采用变频调速后，节电率可以达到20%～60%；②在提高工艺水平和产品质量方面的应用。

例如变频调速应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域；③在自动化系统中的应用。

例如，化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝；玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机、制瓶机；电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制等。

2.为什么说电力电子器件是变频器技术发展的基础答：变频器的主电路不论是交-直-交变频或是交-交变频形式，都是采用电力电子器件作为开关器件。

因此，电力电子器件是变频器发展的基础。

3.为什么计算机技术和自动控制理论是变频器发展的支柱答：计算机技术使变频器的功能也从单一的变频调速功能发展为包含算术、逻辑运算及智能控制的综合功能；自动控制理论的发展使变频器在改善压频比控制性能的同时，推出了能实现矢量控制、直接转矩控制、模糊控制和自适应控制等多种模式。

现代的变频器已经内置有参数辨识系统、PID调节器、PLC控制器和通讯单元等，根据需要可实现拖动不同负载、宽调速和伺服控制等多种应用。

4.变频调速发展的趋势如何答：①智能化；②专门化；③一体化；④环保化.5.按工作原理变频器分为哪些类型按用途变频器分为哪些类型答：按工作原理变频器分为：交-交变频器和交-直-交变频器两大类。

按用途变频器分为：①通用变频器；②专用变频器。

6.交-交变频器与交-直-交变频器在主电路的结构和原理有何区别答：交-交变频器的主电路只有一个变换环节，即把恒压恒频（CVCF）的交流电源转换为变压变频（VVVF）电源；而交-直-交变频器的主电路是先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经逆变器将直流电变成频率和电压可调的交流电。

7.按控制方式变频器分为哪几种类型答：按控制方式变频器分为：①V/f控型变频器；②转差频率控制变频器；③矢量控制变频器；④直接转矩控制变频器。

第3章习题解答1.交-直-交变频器的主电路包括哪些组成部分说明各部分的作用。

答：交-直-交变频器主电路包括三个组成部分：整流电路、中间电路和逆变电路。

整流电路的功能是将交流电转换为直流电；中间电路具有滤波电路或制动作用；逆变电路可将直流电转换为交流电。

2.不可控整流电路和可控整流电路的组成和原理有什么区别答：不可控整流电路整流元件为二极管，不可控整流电路输出的直流电压不可调节；可控整流电路的整流元件为晶闸管，利用晶闸管的可控导电性可使输出的直流电压大小可以调节。

3.中间电路有哪几种形式说明各形式的功能。

答：中间电路有滤波电路和制动电路两种形式。

滤波电路是利用电容或电感的储能特性，将整流电路输出的直流电压或电流减少谐波分量趋于稳定；而制动电路一般由制动单元和制动电阻组成，可将电动机的再生能量返送电网或消耗掉，并产生制动作用，使电动机快速停车。

4.对电压型逆变器和电流型逆变器的特点进行比较。

答：电压型逆变器是将整流电路产生的直流电压，通过电容进行滤波后供给逆变电路。

由于采用大电容滤波，故输出电压波形比较平直，在理想情况下可以看成一个内阻为零的电压源，逆变电路输出的电压为矩形波或阶梯波。

电流型逆变器是将整流输出的直流电压采用大电感滤波，因此，直流电流波形比较平直，因而电源内阻很大，对负载来说基本上是一个电流源，逆变电路输出的交流电流是矩形波。

5.说明制动单元电路的原理。

答：制动电路一般接于整流器和逆变器的P、N之间，图中的制动单元包括晶体管VB 、二极管VDB和制动电阻R B。

如果回馈能量较大或要求强制动，还可以选用接于P、R两点上的外接制动电阻R EB。

当电动机制动时，能量经逆变器回馈到直流侧，使直流侧滤波电容上的电压升高，当该值超过设定值时，即自动给VB施加基极信号，使之导通，将R B(R EB)与电容器并联，则存储于电容中的再生能量经R B(R EB)消耗掉。

6.说明图3-15所示全桥逆变电路的工作原理。

答：全桥逆变器可看作两个半桥逆变电路的组合。

电路原理如图3-15a所示。

直流电压U d接有大电容C，使电源电压稳定。

电路中的四个桥臂，桥臂1、4和桥臂2、3组成两对，工作时，设t2时刻之前V1、V4导通，负载上的电压极性为左正右负，负载电流i o由左向右。

t2时刻给V1、V4关断信号，给V2、V3导通信号，则V1、V4关断，但感性负载中的电流i o方向不能突变，于是VD2、VD3导通续流，负载两端电压的极性为右正左负。

当t3时刻i o降至零时，VD2、VD3截止，V2、V3导通，i o开始反向。

同样在t4时刻给V2、V3关断信号，给V1、V4导通信号后，V2、V3关断，i o方向不能突变，由VD1、VD4导通续流。

t5时刻i o降至零时，VD1、VD4截止，V1、V4导通，i o反向，如此反复循环，两对交替各导通180°。

其输出电压u O和负载电流i O见图3-15b 所示。

a) 全桥逆变器b) 工作波形图3-15 全桥逆变器及工作波形7.SPWM控制的原理是什么为什么变频器多采用SPWM控制答：SPWM控制技术就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幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。

变频器采用SPWM控制可使输出的SPWM波形，加至电感性的电动机绕组，经过滤波作用，使流过绕组的电流波形基本为正弦波，谐波成分大为减少。

第6章习题解答1.变频器的外形有哪些种类答：变频器的外形根据功率的大小有挂式和柜式两种。

2.由图6-2所示变频器的结构框图，说明变频器的基本组成。

答：变频器由主电路和控制电路组成，控制电路由主控板、键盘与显示板、电源板、外接控制电路等构成。

3.变频器的主电路端子有哪些分别与什么相连接答：变频器的主电路端子R、S、T连接三相交流电源；U、V、W连接三相电动机；P1、P+连接直流电抗器；P+、DB连接外部制动电阻器；P+、N-连接制动单元；PE接地。

4.变频器的控制端子大致分为哪几类答：多功能数字输入、多功能数字输出、模拟输入、模拟输出、多功能继断器输出、脉冲频率输入、脉冲频率输出、RS485接口等。

5.说明变频器的基本频率参数，如何预置答：1）给定频率。

其设置方法常有两种：一种是用变频器的操作面板来输入频率的数字量50；另一种是从控制接线端上以外部给定(电压或电流)信号进行调节，最常见的形式就是通过外接电位器来完成。

2）输出频率。

输出频率是在给定频率附近经常变化的。

从另一个角度来说，变频器的输出频率就是整个拖动系统的运行频率。

3）基本频率。

基本频率，用f b表示。

一般以电动机的额定频率f N作为基频f b的给定值。

4）上限频率和下限频率。

上限频率和下限频率是指变频器输出的最高、最低频率，常用f H和f L来表示。

5）跳跃频率。

跳跃频率也叫回避频率，变频器在预置跳跃频率时通常采用预置一个跳跃区间，区间的下限是f J1、上限是f J2。

6.变频器有哪些运行功能需要进行设置如何设置答：变频器的运行功能参数主要有：加速时间、加速模式、减速时间、减速模式、多功能端子、程序控制等。

依据变频器说明书给定的功能参数进行设置。

7.变频器有哪些保护功能需要进行设置答：变频器的保护功能参数有：过电流、电动机过载、过电压、欠电压保护和瞬间停电的处理等。

依据变频器说明书给定的功能参数进行设置。

8.变频器的节能控制功能有什么意义答：对于风机、水泵等二次方律负载在稳定运行时，其负载转矩及转速都基本不变。

如果能使其工作在最佳的节能点，就可以达到最佳的节能效果。

9.说明设置变频器的PID功能的意义。

答：PID控制是闭环控制中的一种常见形式。

反馈信号取自调速系统的输出端，当输出量偏离所要求的给定值时，反馈信号成比例的变化。

在输入端，给定信号与反馈信号相比较，存在一个偏差值。

对该偏差值，经过PID 调节，变频器通过改变输出频率，迅速、准确地消除拖动系统的偏差，回复到给定值，振荡和误差都比较小。

第7章 思考题答案1. 异步电动机的变频调速的理论依据是什么答：三相交流电动机的同步转速（即定子旋转磁场转速）n 0可表示为：： pf n 1060= 如果将电源频率调节为f x ，则同步转速n 0x 也随之调节成： pf n x x 600=异步电动机变频后的转速n x 的表达式为这就是异步电动机变频调速的理论依据。

2. 简述异步电动机常用的起动和制动方法。

答：在生产中，除了小容量的三相异步电动机能直接起动外，一般要采取不同的方法起动，比如自耦变压器降压起动、串电阻或电抗器降压起动、Y-Δ降压起动等。

在变频调速系统中，变频器用降低频率f 1从而也降低了U 1的方法来起动电动机。

三相异步电动机的制动方式有直流制动、回馈制动和反接制动等。

3. 传统的异步电动机调速方法有哪些答：三相异步电动机的调速方式主要有三种，即变极调速、变转差率调速和变频率调速。

4. 实现异步电动机变频调速有哪些要求答：在额定频率以下，即f 1＜f N 调频时，同时下调加在定子绕组上的电压，即恒V ／f 控制。

这时应当注意的是，电动机工作在额定频率时，其定子电压也应是额定电压，即：f 1 = f N U 1=U N若在额定频率以上调频时，U 1就不能跟着上调了，因为电动机定子绕组上的电压不允许超过额定电压，即必须保持U 1=U N 不变。

5. 异步电动机变频调速时，在额定频率以下调节频率，必须同时调节加在定子绕组上的电压，即恒V ／f 控制，为什么答：由于额定工作时电动机的磁通已接近饱和，ΦM 增加将会使电动机的铁心出现深度饱和，这将使励磁电流急剧升高，导致定子电流和定子铁心损耗急剧增加，使电动机工作不正常。

可见，在变频调速时单纯调节频率是行不通的。

为了达到下调频率时，磁通ΦM 不变，可以让 ： =11f E 常数 有U 1 ≈ E 1，上式可写为：=11f U 常数 因此，在额定频率以下，即f 1＜f N 调频时，同时下调加在定子绕组上的电压，即恒V ／f 控制。

6. 电动机的调速范围是如何定义的答：电动机的调速范围 指电动机在额定负载时所能达到的最高转速n Lmax 与最低转速n Lmin 之比，即 LminLmax L n n =α 7. 常见的负载机械特性有几种类型说明各种类型的特点。

答：（1）恒转矩负载是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速大小无关的负载。

恒转矩负载下变频器的选择：1）依据调速范围。

2）依据负载转矩的变动范围。

3）考虑负载对机械特性的要求。

（2）恒功率负载。

是指负载转矩T L的大小与转速n成反比，而其功率基本维持不变的负载。