变频器总复习题

一、填空题
1．变频器按变换的环节分为（交—交变频器）和（交—直—交变频器）；前者称为（直接式变频器），后者称为（间接式变频器）。

2．变频器按直流电源的性质分为（电流型变频器）和（电压型变频器）。

3．电流型变频器的中间直流环节采用（大电感器）作为储能元件，常应用于（负载电流）变化较大的场合；电压型变频器的中间直流环节采用（大电容器）作为储能元件，常应用于（负载电压）变化较大的场合。

4．变频器按电压的调制方式分为（脉宽调制[SPWM]）变频器和（脉幅调制[PAM]）变频器。

5．变频器的功用是将（频率固定）的交流电变换成（电压频率连续可调）的三相交流电，以供给电动机运转的电源装置。

6．变频器的额定功率指的是它适用的（4极交流异步电动机的功率）。

7．输出电抗器的主要作用是（补偿长线分布电容）的影响，并能抑制变频器输出的（谐波），起到减小（噪声）的作用。

8．把功率开关、驱动电路和故障检测电路集成在一起的智能功率模块，称为（IPM）。

9．（IEGT）是融合了IGBT与GTO优点的一种新型电力电子器件。

10．EXB系列集成驱动器是结合（IGBT）模块的特点而研制和开发的专用集成驱动器。

11．三相电源的线电压为380V，则通用变频器直流母线的平均电压是（513 ）V。

在过电压发生时，直流母线的储能电容将被充电，当电压上升至（760V）左右时，变频器过电压保护动作。

12．电流型变频器输出的电流波形为（矩形波），与负载性质无关；当带电动机负载时，输出的电压波形为近似（正弦波）；而电压型变频器输出的交流电压波形为（矩形波）。

13．在基频以下，变频器的输出电压随输出频率的变化而变化，适合变频调速系统的（恒转矩负载特性）；在基频以上，变频器的输出电压维持电源额定电压不变，适合变频调速系统的（恒功
率负载特性）。

14．变频器和主电源间常用的切换方式有（冷切换）和（热切换），后者又可分为（硬切换）和（软切换）。

15．变频器供电电源异常表现的形式有（缺相）、（电压波动）和（瞬间停电）。

16．变频调速系统过载的主要原因有（电动机拖动的负载太重）、（电动机三相电压不平衡）和（误动作）。

17．专用的交流变频频如果标注5~100Hz为恒转矩，100~150Hz为恒功率，则基频应该设置为（100）Hz。

18.变频器的额定容量为在连续不变的负载中，允许配用的最大负载容量。

只允许150%负载时运行
（1min）
19.变频器的控制电路主要由（运算电路）、（驱动电路）、(信号检测电路)和（保护电路）等组成。

20.矢量控制的实质是将（交流电动机）等交成（直流电动机），分别对（速度）、（磁场）进行独立控
制。

21.变频器的驱动电路一般有(由分立元件组成)驱动电路、（光电耦合）驱动电路、（厚膜）驱动电路和
（专用集成）驱动电路等。

22.目前，变频器的主电路和拓扑结构为：变频器的网侧交流器对于低压小容量的常采用（6脉冲）变
流器；对中压量的常采用（多重化12脉冲以上）的变流器；负载侧变流器对低小容量的常采用（两电平的桥式）逆变器；对中压大容量的采用（多电平）逆变器。

23.变频器容量选择的基本原则是（负载电流）不超过变频器的（额定电流）。

24.变频调速系统采用的输入输出电抗器分为（铁心电抗器）和（铁氧体电抗器）。

25、异步电动机的结构是由定子、转子以及其他附件组成，其电枢绕组位于定子上。

26、当电动机所带的负载小于额定值时，出现欠载现象；当电动机所带的负载超过额定值时，出现过载现象。

27、机械特性是指电动机在运行时，其转速与电磁转矩之间的关系。

28、异步电动机机械特性曲线n=f(T)上的几个特殊点：(0，n o)是理想空载点，(T N，n N)是额定
运行点，(T k，n k)是临界点，(T st，0)是起动点。

29、从异步电动机的机械特性曲线可知，为了保证电动机的过载能力不变，当临界转矩T K越小
时，电动机所能带的负载就越小；由临界转差S K的关系式可知，临界转差S K越小，临界转
速n K越大，则机械特性的硬度就越大。

30、异步电动机的制动有再生制动、直流制动、反接制动。

其中直流制动和反接制动常用于使
电动机迅速停止的过程中，而再生制动在工作过程中，产生与转子实际旋转方向相反的电磁转矩，电动机此时不消耗能量，而是将拖动系统的动能再生返还给电网。

31、异步电动机的调速中负载是没有改变，而是改变拖动系统的转速或频率，转速值可以从不
同的机械特性曲线上得到；而速度改变是负载的变化引起转速的变化，转速值则是从同一
机械特性曲线上得到。

32、电动机调速性能的衡量指标：调速范围、调速的平滑性、调速的经济性、调速后工作特性。

33、带式传送机是属于恒转矩负载；卷取机械是属于恒功率负载；而风机、水泵等机械是属于
二次方律负载。

在恒转矩负载中，功率与转速成正比关系；在恒功率负载中，转矩与转
速成反比关系。

34、电动机在运行时的发热情况是判断电动机能否正常工作的重要标志之一。

35、从发热方面来看，选择电动机的原则是：电动机在运行时的稳定温升不能超过允许温升
值。

36、电动机的工作制有连续工作制、断续工作制、短时工作制。

37、电力拖动系统的组成有电动机、传动机构、生产机械、控制设备。

38、当传动比大于1时，传动机构为减速机构，当传动比小于1时传动机构为加速机构。

39、传动机构的作用为变速，转矩、飞轮转矩的传递和变换。

40、交—直—交变频器的电路中，整流部分是由整流单元、滤波电路、开启电路、吸收电路
组成；逆变部分包括逆变桥、续流二极管、缓冲电路；制动部分由制动电阻和制动单元
组成。

41、电力电子开关器件的发展经历的四个阶段为：门极可关断晶闸管、大功率晶体管、功率
场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。

42、在变频调速中，若在额定频率以下调频时，当频率下调时，电压也要下调；若在额定频
率以上调时，当频率上调时，电压无法上调。

43、变频变压的实现方法有脉幅调制和脉宽调制。

在PWM调制中，脉冲宽度越小，脉冲的间
隔时间越大，输出电压的平均值就越小。

44、电动机经转矩提升后在全频范围内变频调速的特性：当在f x<f N范围内变频调速时，电动
机具有恒转矩调速特性；当在f x>f N范围内变频调速时，电动机具有恒功率调速特性。

二
45、变频器的控制模式主要有V/F控制、矢量控制。

46、在磁场间的等效变换中，磁极对数、磁感应强度和转速都相等条件下，旋转两相直流系
统经过直/交变换转换成两相交流系统，两相交流系统经过2/3变换转换成三相交流系
统。

47、变频器的频率参数预置中，频率给定的方法可以通过变频器的操作面板给定，还可以通
过变频器的控制端子外接电位器给定。

48、变频器的加速和减速模式主要有线性方式、S形方式、半S形方式。

线性方式适用于一般
要求的场合。

S型上升方式适用于传送带、电梯等对起动有特殊要求的场合。

半S型上升
方式：前半S型上升方式适用于大转动惯性负载，后半S型上升方式适用于泵类和风机
类负载。

49、变频器的最常见的保护功能有过流保护、过载保护、过压保护、欠电压保护和瞬间停电
的处理以及其他保护功能。

50、频率给定信号的种类有数字量给定信号、模拟量给定信号。

51、变频器设置安装的环境，主要考虑环境温度、环境湿度、以及其他条件等因素。

五
52、变频器的安装方式有壁挂式安装、柜外冷却方式、柜内冷却方式、多台变频器横向排列
安装。

53、变频器（能/不能）不能与电动机等强电设备共用接地电缆或接地极。

54、在模拟量控制线中，由于模拟量信号的抗干扰能力较差，因为必须采用屏蔽线，在连接 时，屏蔽层靠近变频器一侧应接变频器的公共端，另一端应悬空。

55、改善变频器功率因数偏低根本途径是削弱高次谐波电流。

采用较好的方法是串入直流电 抗器和串入交流电抗器。

56、变频器的干扰主要包括有外界对变频器的干扰和变频器对周边设备的干扰两部分。

57、对变频器调速系统的调试工作应遵循先空载、后轻载、再重载的一般规律。

58、变频调速系统的负荷率越低，允许的调速范围则越大。

在负载转矩不变的前提下，传动 比越大，则电动机轴上的负荷率越小，调速范围也越大。

59、中央空调的变频调速控制系统主要部分有冷却水循环系统和冷冻水循环系统。

二、 判断题
1． V/F 控制是根据负载的变化随时调整变频器的输出。

（×）
2． 变频器的接地必须与动力设备的接地点分开，不能共地。

（√）
3． 在变频器输入信号的控制端中，可以任选两个端子，经过功能预置作为升速了降速用。

（√）
4． 转矩补偿设定太大会引起低频时空载电流过大。

（√）
5． 变频调速系统过载保护具有反时限特性。

（√）
6． 数字式电压表可以用来测量变频器输出电压。

（×）
7． 间接变频装置的中间直流环节采用大电感滤波的属于电压源变频装置。

（×）
8． 用电抗器将输出电流强制成矩形波的交-交变频器属电流型变频装置。

（√）
9． 基频以下调速若采用怛压频比控制则妨碍低频时系统的带负载能力。

（√）
10． 恒11/U f 控制的稳态性能优于恒11/E f 。

（×）
11． 保持定子供电电压为额定值时的变频控制是恒功率控制。

（√）
12.转矩提升是指在频率f=0时，补偿电压的值。

（√）
13.加速时间是指工作频率从0HZ 上升至最大频率所需要的时间。

（×）
14.基本参数是变频器根据选用的功能而需要预置的参数。

（×）
15.多台变频器安装在同一控制柜内，每台变频器必须分别和接地线相连。

（√）
16.负载机械特性曲线的运行段超越电动机的有效转矩线，则超越部分将不能正常工作。

（√）
17.传动比越大，电动机轴上的负荷率越大。

（×）
18.压力传感器是将电压信号转换成压力信号。

（×）
19.GTO 一种全控型电力电子器件。

（√）
20.电动机在运行时的稳定温升不能超过其允许温升。

（√）
21.变频器的接地必须与动力设备的接地点分开，不能共地。

（√）
22.电动机在变频运行中，由于达到某个频率时发生机械共振，无须把这些共振频率回避。

（×）
23.对于恒功率负载来说，当负载转速n 降低时，负载转矩T L 也降低。

（×）
24.对于连续工作的负载来说，由于电动机在运行期间不能够到达稳定温升，因此允许电动
机过载。

（×）
25.在三相逆变电路中，可调节开关的通断速度来调节交流电的频率，也可通过调节UD 的大
小来调节交流电的幅值。

（√）
26.在采用外控方式时，应接通变频器的电源后，再接通控制电路来控制电动机的起、停。

（√）
三、选择题
1、变频器的额定容量为在连续不变的负载中，允许配用的最大负载容量。

只允许150%负载时运行
（ A ）。

A、1min
B、1s
C、1h
D、10min
2、电动机的（ A ）工作制不允许电机过载。

A、连续工作制
B、断续工作制
C、短时工作制
D、以上皆是
3、在变频调速中，若在额定频率以上调时，当频率上调时，电压（ C ）。

A、上调
B、下降
C、不变
D、不一定
4、在模拟量控制线中，由于模拟量信号的抗干扰能力较差，因为必须采用屏蔽线，在连接
时，屏蔽层靠近变频器一侧应（ B ），另一端应悬空。

A、悬空
B、接变频器的公共端
C、接地
D、接继电输出端子
5、改善变频器功率因数偏低根本途径是削弱高次谐波电流。

采用较好的方法是串入（A ）。

A、直流电抗器和交流电抗器
B、直流电抗器
C、交流电抗器
D、噪音滤波器
6、在变频器矢量控制方式磁场间的等效变换中，磁极对数、磁感应强度和转速都相等条件下，旋转
两相直流系统经过（ D ）变换转换成两相交流系统，两相交流系统经过（）变换转换成三相交流系统。

A、直/交、3/2
B、交/ 直、2/3
C、交/ 直、3/2
D、直/交、2/3
7、电动机经转矩提升后在全频范围内变频调速的特性：当在f x<f N范围内变频调速时，电动
机具有（ A ）调速特性。

A、恒转矩
B、恒功率
C、二次方率
D、恒电压
8、对变频器调速系统的调试工作应遵循先（ A ）的一般规律。

A、先空载、后轻载、再重载
B、先轻载、后空载、再重载
C、先重载、后轻载、再空载
D、先轻载、后重载、再空载
9、变频器的加速和减速模式中（ C ）上升方式适用于大转动惯性负载。

A、线性
B、S型
C、前半S
D、后半S
10、变频器的加速和减速模式中（ D ）上升方式适用于泵类和风机类负载。

A、线性
B、S型
C、前半S
D、后半S
11、从发热方面来看，选择电动机的原则是：电动机在运行时的（C ）不能超过允许温升值。

A、温度
B、瞬时温升
C、稳定温升
D、额定温升
12、变频器的选择与其所带负载密切联系，不同的负载其机械特性功率特性是不一样的，带式传送机是属于（ A ）；卷取机械是属于（ B ）；而风机、水泵等机械是属于（ C ）；辗压机是属于（ D ）。

A、恒转矩负载
B、恒功率负载
C、二次方律负载
D、直线率负载
13、变频器产生的谐波干扰中，变频器与电机间的干扰属于（A ）；与其他没有直接相连的电气设备间的干扰属于（B ）。

A、传导干扰
B、耦合干扰
C、辐射干扰
D、噪声干扰
14、一般条件下，变频器与电动机之间的线路压降规定不能超过额定电压的（ B ）。

A、1%
B、2%
C、3%
D、5%
15、变频拖动系统中，为了保障生产不会中断，变频器零部件在损坏前要更换，如冷却风扇用（B ）
应更换；直流滤波电容器用（C ）应更换。

A、2年
B、3年
C、5年
D、7年
四、问答题
1．变频调速的基本原理
答：交流电动机的同步转速1060f n p
=，异步电动机的转速1060(1)(1)f n n s s p =-=-，由此可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率1f ，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。

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600kV A 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）外接脉冲给定。

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m r K n f E Φ=111144.4和22cos ϕI C T m m M 'Φ=可知，如保持电压不变进行调速时：当1f 、
上升时则m Φ将下降，于是拖动转矩M T 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1f 下降则m Φ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m φ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m φ是定转子磁动势合成产生的，从定子每相电动势有效值11114.44N m E f N K φ=可知，通过控制1E 和1f 能控制m φ。

在基频以下调速时，要使m φ不变可令11/E f 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1U 不能升高只能保持常值，故迫使磁通m φ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 H Z ，n MN = 1460 r/min 。

变频器与电动机之间距离30m ，最高工作频率为40H Z 。

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 ×（40H Z ∕50H Z ）＝304（V ）
ΔU ＝304V ×2 % = 6.08（V ）
取ΔU = 6.08 V ，由10003Δ0N l R I U =得:1000
306.57308.60⨯⨯⨯=R 解得：R 0 = 2.03 Ω∕m 。

查表可知，导线应选择截面积为10.0 mm 2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？
五、作图题：
1、画出半/全桥逆变电路原理图的开关通断规律图和输出波形图。

（如图39/40）
2、画出单极性SPWM 调制后的SPWM 脉冲波形和等效正弦波。

（如图）其中调制波为正弦波 Ura ，载波为三角波Ut 。

（P42）
六 、综合分析题
12． 试画出典型的交-直-交变频器的主电路框图，并简述各组成部分的作用。

（第三章P33-39）
13． 图2-6为一种应用较广泛的共用直流线线方案，试分析该方案包括哪些部分？并说明多电动
机驱动设备采用共用直流母线方案的特点。

答：（1）该共用直流母线方案包括以下部分：
1）三相交流电源进线。

所有接在公共直流母线上的变频器必须使用同一回路的三相交流电源，并保证各变频器的输入端电源的相位一致。

QF 是带辅助触点的空气开关；LR 为进线电抗器，其作用是避免由于电网电压的波动而产生的高次谐波对变频器的影响。

2）直流母线。

系统采用半导体快速熔断器FU 来保护变频器直流环节的电容器；MC 为2P 直流接触器。

3）通用变频器组。

使用完整的通用变频器，每一个变频器都可以单独从直流母线中分离出来而不影响整个系统运行。

4）公共制动单元或采用能量回馈装置。

消耗未被吸收的再生能量或将其回馈到电网中。

（2）特点：
1）共用直流母线可以大大减少制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠；
2）由于各变频器的直流环节并联电容器的储能容量较大，故各变频器直流中间环节的直流电压恒定；3）各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性，并使系统具有较高的节能效果。

3.分析与工频切换电路中继电器控制电路的工作过程？（如图）。