试卷1-交流调速系统应用技术

河北石油职业技术学院河北石油职业技术学院 交流调速系统交流调速系统 试卷试卷 1 1 本试卷考试时间为 120 分钟 一 填空 每空一 填空 每空 1 分 共分 共 30 分 分 1 根据公式 1 60 s p f n 交流异步电动机有三种调速方法 变频调速 变 转差率调速 包括 调速 调速 调速 调速 调速 2 电动机调压调速 调压方法有 和晶闸 管交流调压器三种 晶闸管交流调压器可采用 和 进行调压 3 电磁转差离合器分电枢和磁极两部分 其中 和异步电动机相连 通过调节 来调节输出轴的转速 通过调节 来改变输出轴的转向 4 转差频率控制的基本思想是 在转差频率 范围内 只要保持 不变 就能通过控制转差频率控制电磁转矩 5 与运行在自然接线时相比 异步电动机运行在串级调速时的机械特性硬度 过载能力降低了 6 高功率因数的串级调速系统 常见的有 串级调速系统和 串级调速 系统 7 交 交变频器的特点是效率较 而调频范围较 8 SPWM 变频器输出的交流电压 通过改变 调幅 通过改变 调频 9 调速的意义主要有 10 调速的主要特点有 11 IGBT 全称为 GTR 全称为 二 判断题 每小题二 判断题 每小题 1 分 共分 共 10 分 分 1 串级调速系统属于转差功率不变型调速系统 因而效率较高 2 三绕组变压器的二次侧均采用星形连接 为西门子变频器供电 3 1800导通型逆变器是同一桥臂上下两管之间互相换相 用于电流型变频器 4 分段同步式调制方式对不同的频段取不同的载波比 频率低时载波比的值取 小些 一般按等比级数安排 5 SPWM 即正弦脉宽调制波形 是指与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形 脉冲列 6 超同步串级调速系统 是在转子回路中串入频率可变的交流附加电动势 7 电气串级调速系统中 逆变角 越小 电动机转速越高 8 转差损耗系数值越大 表明能耗越大 运行越不经济 9 PWM 型变频器中的逆变器件采用高频 大功率的半控器件 10 矢量变换控制的实质是利用数学变换把三相交流电动机的定子电流分解成两 个分量 一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量 一个是用来产生电磁转矩的转矩分 量 三 简答题三 简答题 每小题每小题 5 分 共分 共 25 分分 1 为什么调压调速适合于风机泵类负载 从调速范围和转差损耗系数方面回答 2 分析低同步串级调速系统总功率因数低的主要原因 3 变频器变压变频要同时进行 为什么 4 变频调速时电压与频率的协调控制方式有哪几种 机械特性如何 5 交 直 交电压型变频器有哪三种形式 各有何特点 四 下图为转速开环的电压型变频器调速系统结构框图 四 下图为转速开环的电压型变频器调速系统结构框图 20 分分 1 在图中正确位置填写给定积分器 函数发生器 脉冲输出级 环行分配器 逻辑开 关 压频转换器 触发器 3 分 2 说明变频器基频以下 基频以上电压与频率采用何种控制方式 2 分 3 图中 上一路完成 任务 下一路完成 任务 2 分 4 叙述给定积分器 压频转换器 环行分配器 脉冲输出级 逻辑开关的作用 8 分 5 改正图中的三处错误 3 分 6 改错 此变频器为不控整流 斩波器调压 逆变器变频的交 交电压型变频器 2 分 五 五 分析 分析 15 分 分 1 图中采取何种形式的整流电路 2 SL RL的作用 3 RB VB的作用 4 VD1 VD6的作用 5 说明 C01 C06 VD01 VD06 R01 R06的作用 河北石油职业技术学院 交流调速系统 试卷 1 答案 本试卷考试时间为 120 分钟 一 填空 每空一 填空 每空 1 分 共分 共 30 分 分 整流桥 逆变桥 电压 反馈 v v 脉冲列 发生器 绝对值 运算器 电压 调节器 RL CF1 SL CF2 HL RB VB V1 V3V5 V4V6V2 VD3 VD6VD4 VD1VD5 VD2 R01R03R05 R04R06R02 VD01VD03VD05 VD04VD06VD02 C01 C03C05 C02C06C04 R S T U V W M 3 1 调压 转子串电阻 串级 滑差电机 变极 2 自耦变压器 定子串饱和电抗器 通断控制 相位控制 3 电枢 励磁电流 异步电动机的转向 4 Wsm 主磁通 5 变软 17 6 斩波式 GTO 7 高 窄 8 调制波的幅度 调制波的频率 9 提高产品质量 提高工作效率 节能 10 人为 强制进行 调速前后负载转矩不变 调速前后机械特性不同 11 绝缘栅双极型晶体管 功率晶体管 二 判断题 每小题二 判断题 每小题 1 分 共分 共 10 分 分 1 错误 2 错误 3 错误 4 错误 5 正确 6 正确 7 错误 8 正确 9 错误 10 正确 三 三 简答简答题题 每小题每小题 5 分 共分 共 25 分分 1 为什么调压调速适合于风机泵类负载 从调速范围和转差损耗系数方面回答 答 从调速范围来看 对于恒转矩负载 调压调速的调速范围很窄 而对于风机泵类 负载 调压调速可以得到较宽的调速范围 从转差损耗系数来看 恒转矩负载的转差功率损耗系数和 s 成正比 转速越低 转差 功率损耗越大 转矩与转速成正比的负载 s 0 5 时 转差功率损耗系数最大值为 psM 0 25 风机泵类负载 s 0 33 时 最大的转差功率损耗系数 psM 0 148 在整个 s 0 1 区 间 ps 值都较小 故变压调速对风机泵类负载是比较合适的 2 分析低同步串级调速系统总功率因数低的主要原因 答 第一 在给定逆变角下 系统从电网吸收的总有功功率是电动机的有功功率和逆 变器回馈给电网的有功功率之差 而从电网吸收的总无功功率为电动机和逆变器所吸收的 无功功率之和 从电网吸收的有功功率减少 无功功率增加 故功率因数降低 第二 转子整流器不但使在整流过程中出现换流重叠现象 而且使转子电流畸变为梯 形波 并滞后于电压波 当负载较大时 转子整流器还会出现强迫延迟换流现象 这些致 使异步电动机本身的功率因数降低 3 变频器变压变频要同时进行 为什么 答 在进行调速时 如果只调频不调压 会引起电机中每极磁通量的变化 频率上升 磁通变弱 电动机的电磁转矩会降低 拖动能力下降 频率下降 磁通增大 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 在交流异步电动机中 磁通是定子和转子电动势合成产生的 111 1 111 44 4 44 4 NN g m KNf U KNf E 只改变频率 f1不能正常调速 在调节定子供电频率的同时 调节定子供电电压 U1或 Eg的大小 通过二者的配合达到控制磁通 实现不同类型的调频调速的目的 4 变频调速时电压与频率的协调控制方式有哪几种 机械特性如何 答 1 保持 U1 f1 常数的近似恒磁通 转矩 控制方式 当转速较高时 最大转 矩近似不变 2 保持 Eg f1 常数的严格恒磁通 转矩 控制方式 最大机械转矩为定值 低 频低速下也能保持最大转矩 3 U1 U1n的近似恒功率控制方式 f1 f1n 保持 U1 U1n不变 Pm Te w1近似为常 数 4 严格恒功率控制方式 nn f f U U 1 1 1 1 在整个调速区域内 Pm Te w1 常数 5 交 直 交电压型变频器有哪三种形式 各有何特点 答 1 可控整流器调压 六拍 每周换相 6 次 逆变器变频 特点 A 可控整流使得功率因数低 B 独立调压调频环节容易分开测试 C 动态反应慢 2 二极管整流 斩波器调压 六拍逆变器变频 特点 A 不可控整流使得功率因数高 B 独立调压调频环节容易分开测试 C 动态反应慢 3 二极管整流 PWM 逆变器调压调频 特点 A 不可控整流使得功率因数高 B 动态响应快 四 下图为转速开环的电压型变频器调速系统结构框图 四 下图为转速开环的电压型变频器调速系统结构框图 20 分分 1 在图中正确位置填写给定积分器 函数发生器 脉冲输出级 环行分配器 逻辑开 关 压频转换器 触发器 3 分 2 说明变频器基频以下 基频以上电压与频率采用何种控制方式 2 分 答 1 在额定频率以内 对电动机进恒转矩调速 要求在变频调速的过程中 变频 系统提供的 U1 f1 实现协调控制 即在 U1 f1 常数的基础上加以合理的低频段电压补偿 保证 E1 f1 常数 2 在基频以上 对电动机进行近似恒功率调速 即保持额定供电电压 只调节供 电频率 3 图中 上一路完成 任务 下一路完成 任务 2 分 答 上路 改变整流器的直流电压 实现电压可控 下路 改变逆变桥的输出频率 实现频率可调 4 叙述给定积分器 压频转换器 环行分配器 脉冲输出级 逻辑开关的作用 8 分 答 1 给定积分器 用以减缓突加阶跃给定信号造成的系统内部电流电压冲击 提 高系统运行的稳定性 2 压频转换 将电压形式的速度给定信号转换为成比例的频率脉冲 又称为压 控振荡器 该环节输出频率是变频器输出频率的 6 倍 3 环行分配器 又称为 6 分频器 将压频转换器提供的振荡脉冲 分频为 6 路 输出 各路保持足够的宽度 准备依次触发逆变器的 6 只晶闸管 4 脉冲输出级 依据逻辑开关的正反转要求改变触发相序 控制正反转 将环 行分配器提供的 6 路信号进行功率放大并将宽脉冲调制成适合晶闸管触发的脉冲列 隔离后输出 5 逻辑开关 根据给定信号为正 负或零 来控制逆变晶闸管的触发相序 从 而控制电动机的正转 反转或停车 5 改正图中的三处错误 3 分 答案见上图 6 改错 此变频器为不控整流 斩波器调压 逆变器变频的交 交电压型变频器 2 分 答 此变频器为可控整流调压 逆变器变频的交 直 交电压型变频器 五 分析 五 分析 1515 分 分 1 图中采取何种形式的整流电路 答 三相桥式不控整流电路 2 SL RL的作用 答 RL的作用是避免变频器启动时滤波电容的充电电流电流过大 SL的作用是变频器启动完成后短路 RL 3 RB VB的作用 答 RB VB 泵升电压限制电路 二极管整流器使能量不能向电网回馈 当电动机突然停车时 电动机轴上的机械能将 转化为电能 通过续流二极管的整流向电容 Cd充电 储存在滤波电容中 造成直流电压 Ud 的升高 该电压称为泵升电压 泵升电压的危害 转速越高 泵升电压越高 会瞬间击穿全控器件 制动电阻 RB 消耗再生到直流电路的能量 使直流电压 Ud保持在允许的范围内 制动单元 VB 控制流经制动电阻 RB放电电流 当泵升电压高于 Ud的最高电压时 VB 导通 RB消耗滤波电容上的储能 使直流电压 Ud保持在允许的范围内 4 VD1 VD6的作用 答 VD1 VD6提供续流回路 1 电动机是感性负载 其电流具有无功能量 靠续流二极管为无功电流返回直流电 源提供通道 2 当频率下降 电动机处于再生制动时 再生电流通过续流二极管返回直流电路 3 逆变电路进行逆变过程时 同一桥壁的两个逆变管 处于不停的交替导通和截止 的状态 在交替导通和截止的换相过程中 需要续流二极管提供通道 5 说明 C01 C06 VD01 VD06 R01 R06的作用 答 C01 C06 V1 V6每次由导通状态切换成截止状态的瞬间 其集电极 发射极间的 电压极为迅速地由近似 0V 升到直流电压 Ud 过高的电压增长率将导致 V1 V6的损坏 C01 C06作用是减小 V1 V6每次关断瞬间的电压增长率 R0