交流變頻調(diào)速技術(shù)總結(jié)(何超第2版)

第1章1.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理：先假設(shè)用一堆旋轉(zhuǎn)著的永久磁鐵作為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中間為僅有一匝繞組的轉(zhuǎn)子，設(shè)這兩個(gè)極磁場(chǎng)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，于是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相互切割，在轉(zhuǎn)子繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合回路，所以，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下出現(xiàn)感應(yīng)電流，感應(yīng)電流又同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F，電磁力的方向根據(jù)左手定則判定，在電磁力的作用下轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同方向旋轉(zhuǎn)。2.三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。3.三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法：調(diào)頻調(diào)速，改變磁極對(duì)數(shù)，改變轉(zhuǎn)差率。4.三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性不及直流電動(dòng)機(jī)的根本原因：直流電動(dòng)機(jī)只有定子回路從外界供電，而電樞電路中的電流是由定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)而來的，兩者并不互相獨(dú)立。直流電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)磁場(chǎng)只相差很小的角度，也不互相垂直，電樞感應(yīng)磁場(chǎng)不能單獨(dú)存在，很難從外部去進(jìn)行控制。5.異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載的機(jī)械特性主要是指負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，常見的有恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，恒功率負(fù)載和二次方率負(fù)載。6.電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)指的是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)Q。7.變頻器的種類：按變換環(huán)節(jié)分為交—直—交變頻器和交—交變頻器。交—直—交變頻器又分為可控整流器和不可控整流器。按電壓的調(diào)制方式可分為PAM和PWM。按濾波方式可分為電壓型和電流型。8.交—交變頻主要優(yōu)點(diǎn)是沒有中間環(huán)節(jié)，變換效率高。主要缺點(diǎn)是連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的一半以下。主要應(yīng)用于低速大功率容量的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中。第2章1.晶閘管（TH或SCR）是一個(gè)有三個(gè)PN結(jié)的大功率半導(dǎo)體器件，三個(gè)極是陽極A,陰極K,和門極G。晶閘管是一種具有單向?qū)щ娞匦院驼驅(qū)ǖ目煽靥匦云骷?.其初始導(dǎo)通時(shí)必須同時(shí)具備以下兩個(gè)條件：晶閘管的陽極A和陰極K之間加正向電壓，晶閘管的門極G和陰極K之間加正向觸發(fā)電壓，且有足夠的門極電流。3.若使晶閘管關(guān)斷，應(yīng)設(shè)法使晶閘管的陽極電流小到維持電流以下。4.門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）具有耐高壓，電流大，控制功率小等。但它具有自關(guān)斷能力，屬于全控器件。5.功率晶體管（GTR）的結(jié)構(gòu)為二級(jí)或三級(jí)達(dá)林頓管模塊化結(jié)構(gòu)。其工作特點(diǎn)與晶體管類同，其優(yōu)點(diǎn)是：控制方便，大大簡(jiǎn)化了控制電路，提高了工作的可靠性，能較好地實(shí)現(xiàn)正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，具有自關(guān)斷能力。GTR主要用于開關(guān)，工作在高電壓，大電流的場(chǎng)合。6.GTR是一種放大器件，具有三種基本工作狀態(tài)，即放大，飽和和截止?fàn)顟B(tài)。7.功率晶體管（GTR）的主要參數(shù)：開路阻斷電壓Uceo,集電極最大持續(xù)電流Icm,電流增益hfe，開關(guān)頻率。8.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作特點(diǎn)：控制方便，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。自關(guān)斷能力強(qiáng)，因而開關(guān)頻率高。輸入阻抗極高，可以用TTL器件或CMOS器件直接驅(qū)動(dòng)。9.說明IGBT的結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn)，IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路有什么特點(diǎn)？答：IGBT的結(jié)構(gòu)是由晶體管（MOSFET）和功率晶體管（GTR）組合而成的模塊，主體部分與功率晶體管相同，也有集電極C和發(fā)射極E，但驅(qū)動(dòng)部分卻和場(chǎng)效應(yīng)晶體管相同，也是絕緣柵結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高，開關(guān)速度快，用做變頻器件會(huì)使變頻器的載波頻率也較高。電流波形比較平滑，電動(dòng)機(jī)基本無電磁噪聲，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大。驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，已經(jīng)集成化。驅(qū)動(dòng)電路多采用變壓器隔離和光電隔離驅(qū)動(dòng)電路，如EXB系列的驅(qū)動(dòng)模塊。通態(tài)電壓低，能承受高電壓大電流。能耗小。增強(qiáng)了對(duì)常見故障的自處理能力，故障率大為減小。10.IPM的工作特點(diǎn)：智能電力模塊（IPM）是將用于逆變的半導(dǎo)體和其配套的驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路，監(jiān)測(cè)電路以及某些接口電路集成在一起的電路模塊式電力集成電路PIC的一種。智能電力模塊中含過電流，短路，欠壓和過熱等保護(hù)電路，這些保護(hù)電路其作用時(shí)，輸出故障信號(hào)，并處于關(guān)斷狀態(tài)。11.電壓控制型器件：MOSFET，IGBT，IGCT，MCT。電流控制型器件：SCR，GTR。第3章1.變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式有：在基頻以下調(diào)速，在基頻以上調(diào)速。2.在基頻以下調(diào)速保持氣隙磁通φm不變，就意味著定子勵(lì)磁電流不變，也就意味著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變，所以在基頻以下調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速機(jī)械特性具有恒轉(zhuǎn)矩特性。（通過控制U1/f1=常量的方式來控制E1/f1不變，達(dá)到調(diào)頻調(diào)速的目的）3.基頻以上調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。保持氣隙磁通最大值隨頻率升高而降低，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速升高，最大轉(zhuǎn)矩減少，輸出功率基本不變。4.交流電抗器的作用：交流電抗器用于抑制整流電路產(chǎn)生的高次諧波，改善變頻器對(duì)電網(wǎng)的影響，提高變頻器的功率因數(shù)。5.直流電抗器的作用：用來抑制直流母線上的高次諧波與浪涌電流，以減小整流，逆變功率管的沖擊電流，提高變頻器的功率因數(shù)。6.普通控制型V/f通用變頻器的缺點(diǎn)：不能恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，不能補(bǔ)償適應(yīng)轉(zhuǎn)矩的變化。無法準(zhǔn)確地控制電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速極低時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩不足而無法克服較大的靜摩擦力。7.具有恒定磁通功能的V/f通用變頻器：如果采用磁通反饋，讓異步電動(dòng)機(jī)所輸入的三相正弦電流在空間產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，那么就會(huì)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，它仍然屬于V/f控制方式。8.轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的思想：當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率fs較小時(shí)，如果E1/f1為常數(shù)，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率fs成正比，即在進(jìn)行E1/f1控制的基礎(chǔ)上，只要對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率fs進(jìn)行控制，就可以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)差頻率fs是施加于電機(jī)的交流電壓頻率f1與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速nN作為同步轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的電源頻率fN的差頻率，即fS=f1+fN。在電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝測(cè)速發(fā)電機(jī)等測(cè)速檢測(cè)裝置，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器可以測(cè)出fN,并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率f1，就可以輸出電機(jī)具有設(shè)定的轉(zhuǎn)差頻率fS0，即使電機(jī)具有所需的輸出轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本控制原理。9.矢量控制的基本思想是：仿照直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)，使異步交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也能通過控制兩個(gè)互相獨(dú)立的直流磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。10.直接轉(zhuǎn)矩控制原理思想：它用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號(hào)，把轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)值和轉(zhuǎn)矩給定值比較，是轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。11.所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為1，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低得諧波分量，以減少對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。12.什么是V/f控制？變頻器在變頻時(shí)為什么還要變壓？答：恒磁通控制的條件是，在基頻以下調(diào)速，以控制U1/f1=常量的方式來達(dá)到控制E1/f1不變，保持氣隙磁通Φm不變，這就是V/f控制。為了保持氣隙磁通Φm不變，根據(jù)E1=4.44K1n*f1*N1*Φm可知，必須在降頻的同時(shí)降壓。13.為什么變頻器總是給出多條V-f控制曲線工用戶選擇？答：針對(duì)不同的負(fù)載，V-f控制曲線的低頻補(bǔ)償有不同的情況，所以，變頻器總是給出多條V-f控制曲線供用戶選擇。14.什么是恒V-f控制的轉(zhuǎn)矩提升？電壓補(bǔ)償過分出現(xiàn)什么情況？答：在恒V/f控制中，頻率下降后，電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩Ts下降，帶負(fù)載的能力也會(huì)下降。頻率下降較多時(shí)，帶負(fù)載的能力會(huì)下降太多。在頻率太低時(shí)，定子繞組的感抗分量會(huì)減少很多，但電阻分量不變，即△U≈I1*R1是一個(gè)恒量，于是定子繞組的電壓損失△U幾乎不變，由U1/f1≈E1/f1+△U/f1可知隨著頻率的下降△U/f1越來越大，如果要繼續(xù)保持E1/f1為常量，就必須隨著△U/f1的增大，讓U1/f1也增大同樣的數(shù)量，這就是所謂的“低頻補(bǔ)償”，即在低頻時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高U1/f1的值，以補(bǔ)償△U所占比例增大的影響。如果電壓補(bǔ)償過分，將最低頻時(shí)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)脚c額定轉(zhuǎn)矩相等的程度，輕載或空載時(shí)，將出現(xiàn)磁路嚴(yán)重飽和和勵(lì)磁電流嚴(yán)重畸變的問題。所以，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)某潭仁鞘芟拗频摹?5.簡(jiǎn)述變頻技術(shù)的發(fā)展方向？答：高水平的控制，開發(fā)清潔電能的變流器，縮小裝置的尺寸，高速度的數(shù)字控制，模擬器與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。16.高壓變頻為什么不采用雙電平控制方式？簡(jiǎn)述三電平逆變器的工作原理。答：在高電壓、大容量、交直交電壓源型變頻器調(diào)速系統(tǒng)中，為了減少開關(guān)損耗和每個(gè)開關(guān)承受的電壓，不采用雙電平控制方式，人們提出了三電平或五電平逆變器。進(jìn)而可以改善輸出電壓波形，減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。第4章1.變頻器輸入側(cè)的額定值：電壓，頻率和相數(shù)：380V/50Hz,三相，用于國(guó)內(nèi)；230V/50Hz/60Hz,三相，用于進(jìn)口；200~230V/50Hz，單相，用于家電。2.輸出側(cè)的額定值：輸出電壓的最大值Um，輸出電流的最大值Im，輸出功率容量Sm(Sm=√3UmIm)即視在功率，配用電動(dòng)機(jī)功率Pn,超載能力，如150%,60s.3.變頻器類型的選擇：要根據(jù)負(fù)載的要求來進(jìn)行①風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩TL正比于轉(zhuǎn)速n的平方，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通?？梢赃x擇普通功能型。②恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載有兩種情況：采用普通功能型變頻器，為了實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大電動(dòng)機(jī)和變頻器容量的辦法，以提高低速轉(zhuǎn)矩，避免低頻補(bǔ)償?shù)睦щy。采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的恒速運(yùn)行比較理想，這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕沖擊負(fù)載，具有挖土機(jī)特性。③軋鋼，造紙，塑料薄膜加工線這一類對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，采用矢量控制高性能型通用變頻器。4.變頻器容量的選擇：①一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)變頻器容量的選擇②并聯(lián)運(yùn)行時(shí)變頻器功率容量的選擇③變頻器與離心泵配合使用時(shí)容量的選擇5.變頻器的容量要與電動(dòng)機(jī)的功率優(yōu)化匹配，但不能僅由電動(dòng)機(jī)的功率來確定變頻器的容量，變頻器的額定輸出電流也是選擇變頻器的一個(gè)重要因素。6.正確選擇變頻器周邊設(shè)備的目的：保證變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠正常工作，提供對(duì)變頻器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，減少對(duì)其他設(shè)備的影響。7.變頻器的外圍設(shè)備通常是選購(gòu)配件，分常規(guī)配件和專用配件。常規(guī)配件：電源變壓器，避雷器，電源側(cè)斷路器，電源側(cè)交流接觸器，電動(dòng)機(jī)側(cè)電磁接觸器和工頻電網(wǎng)切換用接觸器，熱繼電器。專用配件：電抗器，濾波器，制動(dòng)電阻。8.輸入交流電抗器：安裝在電網(wǎng)電源和變頻器輸入端之間。作用：①實(shí)現(xiàn)變頻器和電源的匹配，限制因電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的沖擊電流，保護(hù)變頻器。②改善功率因數(shù)③減少高次諧波的不良影響。9.輸出交流電抗器：安裝在變頻器輸出端和電動(dòng)機(jī)之間。作用：①降低電動(dòng)機(jī)噪聲，降低輸出高次諧波的不良影響②限制與電動(dòng)機(jī)相連的電纜的容性充電電流③限制電動(dòng)機(jī)繞組上的電壓上升率在540V/us以內(nèi)。10.濾波器的作用：一般采用無源濾波器，其目的在于允許特定頻率的信號(hào)通過，阻止干擾信號(hào)沿電源線傳輸并進(jìn)行阻抗變換，使干擾信號(hào)不能通過地線傳播而被反射回干擾源。在變頻器輸入輸出端都應(yīng)安裝濾波器。第5章1.構(gòu)建變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的基本要求有兩方面：負(fù)載的機(jī)械特性。電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速后的有效轉(zhuǎn)矩線。2.有效轉(zhuǎn)矩的概念：電動(dòng)機(jī)在某一頻率下允許連續(xù)運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)矩。3.擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、帶式傳送機(jī)、橋式起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)和提升類負(fù)載都是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。4試簡(jiǎn)述恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，在構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)電動(dòng)機(jī)和變頻器的選擇要點(diǎn)：.對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，在構(gòu)建變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，必須注意工作頻率范圍、調(diào)速范圍和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化范圍能否滿足要求，還要注意電動(dòng)機(jī)和變頻器的選擇。5.恒功率負(fù)載的特點(diǎn);在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的功率基本恒定。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成正比。6.恒功率負(fù)載在構(gòu)建變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，必須注意的主要問題是如何減小系統(tǒng)的容量。7.平方律負(fù)載的特點(diǎn)：負(fù)載的組轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。8.平方律負(fù)載實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后的主要問題是如何得到最佳節(jié)能效果。第6章1.起升機(jī)構(gòu)對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的要求：①速度調(diào)節(jié)范圍②上升時(shí)的預(yù)備級(jí)速度③重力時(shí)能的處理④制動(dòng)方法⑤必須解決好溜鉤問題⑥具有點(diǎn)動(dòng)功能2.電動(dòng)機(jī)已經(jīng)斷電，而制動(dòng)器尚未抱緊，則重物必將下滑，即出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。3.曳引機(jī)的作用有三個(gè)：①調(diào)速②驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)鋼絲繩③在電梯停車時(shí)實(shí)施制動(dòng)。4.為了加大載重能力，鋼絲繩的一端是轎箱，另一端加裝了配重裝置，配重的重量隨電梯載重的大小而變化。配重的重量=(載重量/2+轎箱自重)*45%45%是平衡系數(shù)。5.導(dǎo)向輪用于防止配重和轎箱之間的碰撞。6.在切削運(yùn)動(dòng)中，承受主要切削功率的運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。在車床、磨床等機(jī)床中，主運(yùn)動(dòng)是工件的運(yùn)動(dòng)，而在鉆床中主運(yùn)動(dòng)是刀具的運(yùn)動(dòng)。7.變頻器控制方式的選擇：①V/f控制方式：就切削精度而言，選擇V/f控制方式是能夠滿足要求的，但從節(jié)能的角度看V/f控制方式并不理想。②無反饋矢量控制方式：由于無反饋矢量控制方式能夠克服V/f控制方式的缺點(diǎn)，故是一種最佳選擇。③有反饋矢量控制：除非該機(jī)床對(duì)加工精度有特殊需求，一般沒必要采用此種控制方式。第7章1.變頻器運(yùn)行時(shí)需要基本參數(shù)和功能參數(shù)的設(shè)定?；緟?shù)是指變頻器運(yùn)行所必須具有的參數(shù)，主要包括轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，上下限頻率，基本頻率，加減速時(shí)間和電子熱保護(hù)。2.功能單數(shù)的預(yù)置過程有一下幾個(gè)步驟：①查功能碼表，找出需要預(yù)置的參數(shù)的功能碼②在參數(shù)設(shè)定模式下，讀出該功能碼中原有的數(shù)據(jù)③修改數(shù)據(jù)，送入新數(shù)據(jù)。3.頻率給定信號(hào)的方式：數(shù)字量給定方式和模擬量給定方式。（UG0~5V、0~10V.IG4~20mA）4.與生產(chǎn)機(jī)械所要求的最高轉(zhuǎn)速相對(duì)的頻率稱為上限頻率，用fH表示，并由上限頻率參數(shù)Pr.1:fH=0~120Hz設(shè)定。上限頻率與最高頻率之間，必有fH＜=fmax.與生產(chǎn)機(jī)械所要求的最低轉(zhuǎn)速相對(duì)的頻率，稱為下限頻率，用fL表示，并由下限頻率參數(shù)Pr.2設(shè)定。某卷取機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為53~318r/min,電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，傳動(dòng)比為λ=4.5.現(xiàn)欲構(gòu)建變頻調(diào)速系統(tǒng)，試計(jì)算所選電機(jī)的容量。1）負(fù)載功率的計(jì)算①最高轉(zhuǎn)速時(shí)的負(fù)載功率：T′L=T′Lmin=10N.mn′L=n′Lmax=1440r/min所以PL=10*1440/9550kw≈1.5kw②最低轉(zhuǎn)速時(shí)的負(fù)載功率：T′L=T′Lmin=60N.mn′L=n′Lmin=230r/minPL=60*230/95