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变频调速复习


复习 一、 1、矢量控制技术,又称磁场定向控制技术,通过坐标变换把交流电机的定子电 流分解成转矩分量和励磁分量,用来控制电动机的转矩和磁通,可获得高动态 性能。 2、在交流异步电机中,磁通 ?m 由定子和转子磁动势合成产生。 3、异步交流电机调速方式分为:变转差率调速、变极对数调速和变频调速。 4、按照电力拖动原理,在基频以下,磁通恒定时转矩也恒定,属于恒转矩调速 性质,而在基频

以上,转速升高时转矩降低,基本上属于恒功率调速。 5 在进行电机调速时, 常须考虑的一个重要因素是:希望保持电机中每极磁通量 ?m 为额定值不变。 6、在交-直-交变压变频器中,按照中间直流环节直流电源性质的不同,逆变器 可以分成电压源型和电流源型两类,两种类型的实际区别在于直流环节采用怎 样的滤波器。 7、 电压源型逆变器(VSI )的直流环节采用大电容滤波,因而直流电压波形 比较平直,在理想情况下是一个内阻为零的恒压源,输出交流电压是矩形波或 阶梯波,有时简称电压型逆变器。 8、 根据调制波的正或负半周期内 PWM 脉冲的极性是否变化, PWM 变频器的工 作方式分为单极性工作方式和双极性工作方式两种。 9、通用变频器由整流和逆变单元、驱动控制单元、中央处理单元、参数设定单 元和监视单元五个部分组成。 10、不同电机模型彼此等效的原则是:在不同坐标下所产生的(磁动势)完全 一致。 二、名词解释 1、SPWM: SPWM 是用正弦波和三角波载波叠加在逆变开关器件的控制端,以实现输出脉 宽调制的近似正弦波电压和电流的控制方式。 2、VVVF 对于异步电机的变压变频调速, 必须具备能够同时控制电压幅值和频率的交流电 源,而电网提供的是恒压恒频的电源,因此应该配置变压变频器,又称 VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)装置。 3、电机的负载特性 电机的负载特性是指电机的负载转矩 Tl 和转速 n 之间的关系,表示为 n=f(Tl)。 4、直接转矩控制系统 直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统,是继矢量控制 系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统, 在它 的转速环里面,利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩。 5、BJT 电力晶体管(Giant Transistor——GTR)按英文直译为巨型晶体管,是一种耐高

电压、 大电流的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor——BJT) 6、电机机械特性 电机的机械特性是指电机的转速 n 和电磁转矩 Te 之间的关系,表示为 n=f(Te)。该特性反映了电机本身的特性。 7、交---交变频器: 把频率固定的交流电直接变换为电压、频率连续可调的交流电的装置。 三、问答题 1、晶闸管导通和截止的条件是什么? 导通:阳、阴极间施加正向电压,门极、阴极施加正向触发电流信号。 截止:电流小于维持电流 IH 2、交流异步电动机调速为什么要求 ?m 为额定值不变 在进行电机调速时,常须考虑的一个重要因素是:希望保持电机中每极磁通量 ?m 为额定值不变。如果磁通太弱,没有充分利用电机的铁心,是一种浪费; 如果过分增大磁通,又会使铁心饱和,从而导致过大的励磁电流,严重时会因 绕组过热而损坏电机。 3、简述矢量变换控制的基本思想。 答:矢量控制是交流变频调速代替直流调速优越性能的基于电机数模计算的技 术, 其原理是根据交流电机和直流电机共同点是磁链旋转之基础将异步电动机在 三相坐标系下的定子交流电流通过三相—二相变换, 等效成两相静止坐标下的交 流电流, 再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流 (励磁和电枢电流) ,然后模仿直流电机的数学模型,求得直流电机的控制量, 经过相应的坐标反变换, 实现对异步电动机的控制。这种变换是电流空间矢量的 变换,所以叫作通过坐标变换的矢量控制方法。 4、交流变频调速系统构建中,对变频器选择考虑哪些项内容? (1)变频器的容量:根据不同的负载特性和拖动形式及电动机额定功率选取 变频器的额 定容量一般要 1.05~1.1 倍×根号 3×电动机额定功率值。 (2)变频器的类型及调速范围:根据不同的负载特性和拖动形式,特别是低 频启动转矩要求确定选择适合恒功率还是恒转矩变频器,是采用通用变 频器还是采用无反馈矢量控制或采用转速和磁通及电压电流反馈的控制 方式,最高还可选直接矩阵型。 (3)变频器过载能力:对于特殊运行的负载,需要考虑变频器过载能力(1 分钟)简单应付短时极端情况的负载电流。 (4) 变频器的附带控制功能: 变频器内有 MPU, 设有可以定义的 AI,AO,DI,DO 接口,正传、反转制动、分段控制等功能,根据需要选能覆盖负载控制 要求的预置功能。 (5)投资经济性:变频拖动能够节能,但要适合调速对象,一般的选经济型 通用型,特殊的选够用的功能即可,不盲目选高性能大容量变频器,以

节省投资。 5. 交流电抗器的作用是什么?根据什么选取交流电抗器的电感量? 交流电抗器装在变频器输入侧是为了:限制电网电压突变和操作过电压引起 的冲击电流,保护变频器,同时改善功率因数,并减少高次谐波的不良影响。装 在变频器输出侧是为了降低输出高次谐波对电机的影响,减少电动机噪声,还抑 制长电缆分布电容充电的效应,另外还可限制电动机绕组上的电压上升率在 540V/?S 以内。根据公式:L=(2~5%)UN/2Π fIN 选取电感量。 6、试述 PWM 变压变频器的应用及其特点。 PWM 变压变频器的应用之所以如此广泛,是由于它具有如下的一系列优点: (1)结构简单,驱动电路简单,效率高(2)调速范围增加,稳态性能提高(3) 逆变器同时实现调压和调频,动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响, 系统的动态性能提高。 采用不可控的二极管整流器, (4) 电源侧功率因素较高, 且不受逆变输出电压大小的影响。 PWM 变压变频器常用的功率开关器件有:P-MOSFET,IGBT,GTO 和替代 GTO 的电压控制器件如 IGCT、IEGT 等。 7、变频器的额定数据和性能指标有哪些? 1.输入侧的额定值: 电压、频率、相数:AC 380V 50HZ 三相 230V 50HZ/60HZ 三相 (用于国内企业)、 (用于国外企业) AC 200~230V 50HZ 单相 (用于家用电器) 2.输出侧的额定值:输出电压最大值 Um ;输出电流最大值 Im 输出功率容量 Sm(视在功率) Sm=√3Um Im 3.变频器的性能指标: (1)频率指标( 最低 0.1—1HZ 最高 120—650HZ)频率精度和 分辨率(数字分辨和模拟分辨率) (2)低频时(0.5HZ)高启动转矩:180~200%。 (3)速度调节范围:控制精度可达±0.005%。 (4)转矩控制精度:可达±3%。 (5) 低转速时的转速脉动高质量的变频器 1HZ 时只有 1.5r.pm (6) 噪声和谐波干扰:用 IGBT 和 IPM 为元件的变频器,听不见 噪声,但始终存在高次谐波。 (7)发热量:越小越好。 四、计算题题 1、已知:6SH-6 型泵的测试结果为:配套电机 55kw,额定电流 103A,泵扬程 89。 额定流量 Qm=168m2/h, P1=51.1kw, Q=164 m2/h, △H=0.58Mpa, k2=0.278。 求变频器的容量。 参考例题 P82 2、一台电动机运行曲线如图所示,其中,t1=5min,t2=10 min,t3=2 min,t4=20 min,t5=15 min,t6=5 min。I1=60 A,I2=30 A,I3=40 A,I4= 35A,I5=60A。变频器输出 电压 400V。选择变频器容量。参考习题 4.9

n
0

I

I1 I3 I2 I 4

I5

t

0

t1 t2.

t6

t

五、分析题 1、下图绘出了一种典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图。 试分析该系统的组成结构及功能。

(1) 主电路——由二极管整流器 UR、PWM 逆变器 UI 和中间直流电路三部 分组成,一般都是电压源型的,采用大电容 C 滤波,同时兼有无功功率 交换的作用。 (2) 控制电路——现代 PWM 变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的 数字电路,其功能主要是接受各种设定信息和指令,再根据它们的要求 形成驱动逆变器工作的 PWM 信号。 微机芯片主要采用 8 位或 16 位的单 片机,或用 32 位的 DSP,现在已有应用 RISC 的产品出现。 2、辅以曲线图形说明 SPWM 的控制原理?

u
0

ωt

ud

0

ωt

平均电压
ωt
倒向后

图 1 PWM 脉宽调制积分面积等效正弦波

图 2 SPWM 载波调制 PWM 原理示意

SPWM 是用正弦波和三角波载波叠加在逆变开关器件的控制端,以实现输出脉 宽调制的近似正弦波电压和电流的控制方式。 图 2 中当正弦波某点大于三角波时逆变开关管导通,输出矩形脉冲,反之,逆变 开关管截止,改变正弦波的幅值就可改变脉冲宽度,再加反相器,从而使输出电 压的平均值同步近似正弦


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