交流调速系统与变频器应用习题答案.pdf
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1、交流调速系统与变频器应用习题答案第第 1 1 章章绪论绪论1-1 直流调速系统有那些缺点?答:(1):直流电动机结构复杂,成本高,故障多,且维修困难。(2):使用场合受到限制,易燃易爆易腐蚀等恶环境不适用。(3):直流电动机换向器的换向能力限制了单机容量及最高转速。1-2交流调速系统的应用领域主要有哪几方面?答:(1):以节能为目的,改恒速为调速的交流调速系统。(2):高性能交流调速系统和伺服系统。(3):特大容量,极高转速的交流调速系统。(4):取代热机、液压、气动控制的交流调速系统以及取代直流调速的交流调速系统。1-3交流调速系统按电动机参变量可分为哪几种类型?答:(1):变级调速(2):
2、变转差率调速(3):变频调速1-4变频调速系统有哪些优点?答:调速范围大、稳定性能好、可靠性高、运行效率高、功率因数高、节电效果显著。1-5简述通用变频器的发展方向答:提高控制性能、减少装置体积、模块化、网络化、智能化。第第 2 2 章章异步电动机调压调速系统异步电动机调压调速系统2-1 交流异步电动机有哪些调压调速方法,各自的特点如何?答:1)定子串电抗器调压调速。特点:控制铁心电感的饱和程度改变串联阻抗,体积重量大。2)串自耦变压器调压调速。特点:应用于小容量电机,体积重量大。3)晶闸管组成的交流调压器实现的调压调速。特点:体积小、重量轻、惯性小且控制方便、损耗低。2-2 电磁转差离合器调
3、速系统输出轴的转速能否与原动机的转速相等?为什么?如果要改变输出轴的旋转方向,如何实现?答:不能相等。因为如果相等磁极和电枢间没有相对运动,转矩没有了,磁极的转速不能维持。如果要改变输出轴的旋转方向,可通过改变电枢的旋转方向(即原动机的旋转方向)来实现。2-3 简述交流调压调速系统的优缺点和适用场合。1交流调速系统与变频器应用习题答案答:调压调速系统的主要优点是电路简单,价格便宜,使用维护较方便;主要缺点是转差率损耗大,效率低。应用范围:调速范围在10:1 以内的设备,如低速电梯、起重机械、风机类机械。2-4 调定子电压调速时异步电动机具有怎样的机械特性?如何拓宽调速范围?答:机械特性变软、调
4、速范围变小。可通过增加转子电阻的方法扩大调速范围。第第 3 3 章章绕线转子异步电动机的串级调速系统绕线转子异步电动机的串级调速系统3-1 试述绕线转子异步电动机串级调速的基本原理。答:在转子回路中串入与转子电动势同频率的附加电动势,通过改变附加电动势幅值大小和相位,从而改变转差率,实现调速。3-2 在晶闸管串级调速系统中,转子整流器在第一工作状态与在第二工作状态时的主要区别是什么?答:在晶闸管串级调速系统中,转子整流器工作在第一状态时起始换流始终在自然换相点;而工作第二状态时起始换流出现强迫延迟现象,即起始换流点向后延迟了一个角度。3-3 与异步电动机运行在自然接线时的情况相比,运行在串级调
5、速时的机械特性有什么不同?答:机械特性变软,且最大转矩明显降低。3-4 试定性比较晶闸管串级调速系统与转子串电阻调速系统的总效率。答:串级调速系统的效率P2(1 S)PemPmPPWWPR为串电阻;而转子串电阻调速的效率P2(1 S)PemPm PRPPWW子串电阻的调速系统效率高。,其中R 上的损耗,因此串级调速比转3-5 试分析低同步串级调速系统总功率因数低的主要原因并指出提高系统总功率因数的主要方法。答:原因:1)由于逆变变压器和异步电动机在工作时都要从电网吸收无功电流,所以无功功率多,有功功率不多,所以功率因数降低;2)由于转子整流器的接入,不仅出现换流重叠现象,而且使转子电流发生畸变
6、,因此功率因数降低。提高系统总功率因数的主要方法:1)利用电力电容器进行无功补偿;2)采用高功率因数的串级调速系统。3-6 斩波式串级调速系统为什么能提高系统的总功率因数?答:在斩波式串级调速系统中由于逆变器始终工作在最小逆变角,使逆变器从电网吸收的无功功率减小,且在开关导通时间,不向电网回馈有功功率,所以总功率因数提高。2交流调速系统与变频器应用习题答案3-7 在串级调速系统的起动过程中应如何设置逆变角?间接起动方式适用于什么场合?为什么?答:起动时设置min;间接起动适用于风机、泵类、压缩机、轧机等生产机械,要求调速范围不大的场合;为了不因起动而增加串级调速装置容量。3-8 怎样选择串级调
7、速装置?答:1)选择串级调速装置的电压电流等级,均按照直流侧的额定电压与额定电流;2)选择开环或闭环装置,技术性能要求高的机械选择闭环串级调速装置;技术性能要求不高的机械,通常选择开环串级调速装置。第第 4 4 章章无换向器电动机调速系统无换向器电动机调速系统4-1 试述同步电动机与异步电动机的区别。答:1)异步电动机的磁场依靠定子供电产生,而同步电动机除定子磁动势外,在转子侧有独立的直流励磁。2)异步电动机的转速与电源频率的关系部固定而同步电动机的转速与电源频率的关系固定。3)异步电动机的功率因数总是滞后的,而同步电动机的功率因数可以滞后也可超前。4)异步电动机的气隙是均匀的,而同步电动机的
8、气隙分凸极式和隐极式。5)同步电动机转子有独立励磁;6)异步电动机靠增大转差率提高转矩,而同步电动机只需增加功率角就能增大转矩。4-2 无换向器电动机有哪几类?各有何特点?答:无换向器电动机分晶体管电动机和晶闸管电动机两类。特点:晶体管电动机:低电压小容量电机,具有自关断能力,不存在换流问题,控制方法简单。晶闸管电动机:大容量高电压电机,价格较低,不具有自关断能力。4-3 试述直流无换向器电动机的工作原理。答:无换向器电动机的励磁磁场F0空间连续旋转,电枢磁场Fa 作步进式旋转,两者的空间00矢量关系也在 60 120 之间变化,而 Fa 始终领先于 F0,因此电机连续旋转。4-4 无换向器电
9、动机有哪几种换流方法?分别针对何种情况?4-41)反电动势换流、电流断续换流、电源换流;2)反电动势换流要求两个换流的晶闸管前者电势比后者高;电流断续换流要求逆变器的输入电流下降到零,是逆变器中所有的晶闸管均关断;电源换流是在起动或低速状态下反电动势不能实现换流时由电源通过整流提供换流电流。4-5 简述无换向器电动机的调速方法和机械特性。答:1)改变电压调速、改变磁通调速、改变换流超前角;2)线性特性,在接近堵转时出现非线性。4-6 无换向器电动机系统有哪几种成熟的控制策略?3交流调速系统与变频器应用习题答案答:1)采用励磁电流和空载换流超前角保持不变,通过改变直流回路电压来调节电动机的转速;
10、2)采用励磁电流和空载换流超前角随负载调节的办法来控制无换向器电动机的转速。第第 5 5 章章异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速系统5-1 变频调速时为什么要维持恒磁通控制?恒磁通控制的条件是什么?答:1)因为磁通增加将引起铁心饱和,励磁电流急剧增加,导致绕组过热烧毁;磁通降低,则电动机不能充分利用,导致浪费。2)定子电动势随频率成正比变化,即恒压频比。5-2 指出电压型变频器和电流型变频器各自特点。答:见书表 5-2.5-3 生成 SPWM 波形有几种软件采样方法?各有什么优缺点?答:1)采样法和最佳法。2)采样法是先计算开关点通过定时控制,发出驱动信号的上升沿和下降沿产生 SPWM
11、波形,计算时间长,内存空间占用多;最佳法可消除指定次数的谐波,但剩余次数的谐波幅值可能会增加,计算工作量很大。5-4 试述整流器、逆变器、变频器、变频调速系统的区别。答:整流器实现交流到直流的转换;逆变器实现直流到交流的转换;变频器实现恒压恒频交流到变压变频交流的转换;变频调速系统是由变频器等部件组成的电机调速系统。5-5 异步电动机的变频调速有几种控制方式?各有何特点?答:1)交直交变频和交交变频;2)见书表 5-1。5-6 试举出你所知道的异步电动机变频调速系统的应用实例,说明其特点。答:略。第第 6 6 章章通用变频器的基本原理通用变频器的基本原理6-1 通用变频器按功能分为哪几类?答:
12、风机泵用变频器、矢量控制型变频器、专用变频器、高频变频器、高压变频器和单相变频器等。6-2 变频器主要有那几部分构成?试述各部分的功能?答:主电路和控制电路,主电路主要包括整流电路、中间电路和逆变电路三部分;控制电路主要有主控制电路、检测电路和驱动接口电路、保护和驱动电路、操作和显示电路组成。整流电路主要作用是对工频电源进行整流,经中间环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源,中间直流电路起着限流、滤波、储能以及再生制动的作用,逆变电路的作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。6-3变频调速时异步电动机在什么情况下进入发电状态?所发出的
13、电应如何处理?答:当异步电动机以高于同步转速的速度旋转时进入发电状态。负载的旋转能量将被转换成4交流调速系统与变频器应用习题答案电能,并被变频器的再生制动电路所消耗。6-4通用变频器的制动电路是如何工作的?答:变频器制动电路如图 6-3 所示,当直流电路的电压 Ed 超过设定的限值时,接通制动电阻,使直流回路通过 Rb 或 Rib 释放能量。当电压 Ed 下降到一定值时,制动功率管关断,制动电阻自动切除。6-5变频调速时异步电动机可有哪几种制动方式?答:能耗制动和再生制动。6-6 什么叫起动转矩?什么叫最大转差转矩?答:当给处于停止状态下的异步电动机加上电压时,异步电动机产生的转矩称为启动转矩
14、。电动机的转差为最大值 Sm时产生的转矩最大值称为最大转差转矩。6-7 生产机械主要有哪几种负载类型?各有什么特点?答:恒转矩负载、二次方降转矩负载、恒功率负载1)恒转矩负载任何转速下负载转矩 Tl 总保持恒定或基本恒定,而与转速无关的负载称为恒转矩负载。2)二次方降转矩负载特们的特点是负载转矩与速度的二次方成正比,较小的速度变化将使机械出力有较大的变换。3)恒功率负载恒功率负载是指负载转矩 TL 的大小与转速 n 成正比,而其功率基本维持不变的负载。6-8 电动机启动时的电流可达到额定电流的 5-7 倍,是不是特的电磁转矩也会达到这一倍数?答:不是,电动机的起动转矩只有额定转矩的一倍多。6-
15、9为什么对风机、泵类负载进行变频调速节能的效果最好?答:降转矩负载的特点是负载转矩按速度的二次方发生变化,随着转速的降低,转矩也变小。如风机、泵等流体机械,在低速时负载(流量、流速)小,所需转矩也小,随着转速的增加,流量、流速加大,所需转矩也越来越大,其转矩大小以速度的二次方的比例增减。6-10起重机械属于恒转矩类负载,速度升高对转矩和功率有何影响?答:速度升高转矩不发生变化,功率与转速成正比。第第 7 7 章章异步电动机变频调速异步电动机变频调速7-1 什么是 U/f 控制?变频调速在变频时为什么还要变压?答:在额定频率下调速,即 f1小于 f1n调频时,应同时下调加在定子绕组上的电压,即
16、u/f控制方式。如果磁通太弱,则不能充分利用电动机的铁心,会造成浪费;而如果增大磁通过大,则不会使铁心饱和,严重时会因绕组过热而损坏电动机。从额定频率 f1向下调节频率时,则必将使磁通增加,所以要变压。7-2恒 u/f 控制的原理是什么?什么是电压补偿?电压过度补偿会出现什么情况?5交流调速系统与变频器应用习题答案答:在额定频率下调速,即 f1小于 f1n调频时,应同时下调加在定子绕组上的电压,即 u/f控制方式,如果使U1/f1=常数,则称为u/f 控制。针对恒u/f 控制方式下,由于E1在 U1的比重随 f1 下降而减小,从而造成主磁通和电磁转矩下降的情况,可适当的提高调压比,使调压比大于
17、调频比,即相对提高U1的值使得 E1的值增加,从而保证E1/f1-常数,最终使电动机的最大转矩得到补偿。过度补偿会导致电动机过电流甚至变频器跳闸。7-3 什么是转差频率控制?述其控制原理。答:转差频率控制是在闭环控制中力图维持磁通恒定来实现电磁转矩和转差频率近似线性,通过控制转差频率从而实现电磁转距的线性可控的一种闭环控制方法。7-4 与 U/f 控制相比,转差频率控制有什么优点?答:保持主磁通恒定,控制转差角频率,就能实现电磁转矩与转差频率成比例的近似线性控制。7-5 矢量控制的原理是什么?有什么优越性?答:通过对旋转磁动势的等效变换,在三相坐标系上的定子交流电流,通过三相/两相变换可以等效
18、成两相静止坐标系上的交流电流,再通过同步旋转变换,可以等效成同步旋转直流坐上的直流电流。将三相异步电动机的定子电流分解为励磁电流和转矩电流,控制励磁电流可以维持恒磁通,控制转矩电流可以直接控制转矩。第第 8 8 章章通用变频器的操作与控制通用变频器的操作与控制8-1 台达变频器 VFD-M 系列变频器有哪些技术特点?答:特点如下1)体积小,使用方便。2)U/f 无传感器矢量控制;1.0Hz,150%以上额定转矩输出。3)内置 PID 控制4)计数器功能5)多段速及自动程序运转6)简易定位7)累计电动机运行时间8)自动侦测电动机参数9)摆频功能10)散热风扇运行模式设定11)主副频率控制12)睡
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