变频器原理与应用 第3版 习题及答案 王廷才 第7、8章

第7章习题7解答什么是U／f控制？变频器在变频时为什么还要变压？答：U／f控制是使变频器的输出在改变频率的同时也改变电压，通常是使U／f为常数，变频器在变频时还要变压是为了使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的转矩、效率、功率因数不下降。2.说明恒U／f控制的原理。答：E1为每相定子绕组的反电动势，它是定子绕组切割旋转磁场而产生的，其有效值计算如下：由于4.44kN1N1均为常数，所以定子绕组的反电势E1可用下式表示：在额定频率时即f1=fN时，可以忽略△U，可得到：U1≈E1因此进而得到：U1≈E1∝f1ΦM此时若U1没有变化，则E1也可认为基本不变。如果这时从额定频率fN向下调节频率，必将使ΦM增加，即f1↓→ΦM↑。由于额定工作时电动机的磁通已接近饱和，ΦM增加将会使电动机的铁心出现深度饱和，这将使励磁电流急剧升高，导致定子电流和定子铁心损耗急剧增加，使电动机工作不正常。可见，在变频调速时单纯调节频率是行不通的。为了达到下调频率时，磁通ΦM不变，可以让常数有U1≈E1，即可写为：常数因此，在额定频率以下，即f1＜fN调频时，同时下调加在定子绕组上的电压，即恒U／f控制。3.什么是转矩补偿？答：转矩提升是指通过提高U／f比来补偿fx下调时引起的TKx下降。即通过提高Ux(ku＞kf)使得转矩TKx提升4.转矩补偿过分会出现什么情况？答：如果变频时的U／f比选择不当，使得电压补偿过多，即Ux提升过多，Ex在Ux中占的比例会相对减小(Ex／Ux减小)，其结果是使磁通ΦM增大，从而达到新的平衡。即：由于ΦM的增大会引起电动机铁心饱和，而铁心饱和会导致励磁电流的波形畸变，产生很大的峰值电流。补偿越过分，电动机铁心饱和越厉害，励磁电流的峰值越大，严重时可能会引起变频器因过电流而跳闸。5.为什么变频器总是给出多条U／f控制曲线供用户选择？答：给出多条U／f控制曲线供选择，是由于具体的补偿量的计算非常复杂，因此在实际操作中，常用实验的办法来选择U／f曲线。6.U／f控制曲线分为哪些种类，分别适用于何种类型的负载？答：U／f控制曲线的种类：1)基本V／f控制曲线，用于低起动转矩负载；2)转矩补偿的U／f曲线，适用于低速时需要较大转矩的负载；3)负补偿的U／f曲线，主要适用于风机、泵类的平方率负载；4)U／f比分段的补偿线，这种补偿线主要适合负载转矩与转速大致成比例的负载。7.选择U／f控制曲线常用的操作方法分为哪几步？答：选择U／f控制曲线常用的操作有下面几个步骤：1)将拖动系统连接好，带上最重的负载。2)根据所带负载的性质，选择一个较小的U／f曲线，在低速时观察电动机的运行情况，如果此时电动机的带负载能力达不到要求，需将U／f曲线提高一档。依此类推，直到电动机在低速时的带负载能力达到拖动系统的要求。3)如果负载经常变化，在2)中选择的U／f曲线，还需要在轻载和空载状态下进行检验。方法是：将拖动系统带以最轻的负载或空载，在低速下运行，观察定子电流I1的大小，如果I1过大，或者变频器跳闸，说明原来选择的U／f曲线过大，补偿过分，需要适当调低U／f曲线。8.什么是转差频率控制？说明其控制原理。答：转差频率控制就是检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电机速度对应的频率与转差频率之和作为变频器的给定输出频率。9.转差频率控制与U／f控制相比，有什么优点？答：由于通过控制转差频率来控制转矩和电流，与U／f控制相比其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈进行速度闭环控制，速度的静态误差小，适用于自动控制系统。10.矢量控制的理念是什么？矢量控制经过哪几种变换？答：矢量控制是通过控制变频器输出电流的大小、频率及相位，用以维持电动机内部的磁通为设定值，产生所需的转矩。变频器的控制器输出直流电流iM*和iT*，其中iM*是励磁电流分量，iT*是转矩电流分量。它们都是由变频器的给定信号分解而成的(*表示变频中的控制信号)。经过直／交变换，将iM*和iT*变换成两相交流信号iα*和iβ*，再经2／3变换得到三相交流控制信号iA*、iB*、iC*去控制三相逆变器。11.矢量控制有什么优越性？使用矢量控制时有哪些具体要求？答：矢量控制系统的优点：1）动态的高速响应；2）低频转矩增大；3）控制灵活。使用矢量控制对变频器和电动机有如下要求：1)一台变频器只能带一台电动机。2)电动机的极数要按说明书的要求，一般以4极电动机为最佳。3)电动机容量与变频器的容量相当，最多差一个等级。如：根据变频器的容量应选配1lkW的电动机，使用矢量控制时，电动机的容量可是1lkW或7.5kW，再小就不行了。4)变频器与电动机间的连接线不能过长，一般应在30m以内。如果超过30m，需要在连接好电缆后，进行离线自动调整，以重新测定电动机的相关参数。第8章习题8解答1.变频器的主电路端子R、S、T和U、V、W接反了会出现什么情况？电源端子R、S、T连接时有相序要求吗？答：变频器的主电路端子R、S、T和U、V、W接反了会出现烧坏变频器的严重后果。电源端子R、S、T连接时一般没有相序要求。2．若变频器拖动的负载为笼型电动机，选择变频器时应考虑哪些问题？答：对于笼型电动机选择变频器拖动时，主要依据以下几项要求：1）依据负载电流选择变频器；2）考虑低速转矩特性；3）考虑短时最大转矩；4）考虑容许最高频率范围；5）考虑噪声；6）考虑振动。3.主电路电源输入侧连接断路器有什么作用？断路器如何选择？答：连接断路器的作用：1）接通和分断负载电路；2）隔离作用；3）保护作用。通常情况下低压断路器的额定电流IQN应选：IQN≥（1.3～1.4）IN式中，IN——变频器的额定电流。在电动机要求实现工频和变频的切换控制的电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来进行选择：IQN≥2.5IMN式中，IMN——电动机的额定电流。4.主电路中接入交流电抗器有什么作用？答：主电路中接入交流电抗器，可起到以下作用：1)减少变频器的输入电流谐波含量；2)改善三相输入电流的不平衡；3)抑制电源系统的瞬变干扰；4)提高功率因数。5.制动电阻与制动单元有什么不同？答：制动电阻与制动单元的功能是当电动机因频率下降或重物下降(如起重机械)而处于再生制动状态时，避免在直流回路中产生过高的泵生电压。制动电阻是把泵生电压变为热能消耗掉，而制动单元一般具有将泵生电压回馈电网的作用。制动电阻的选择：1）制动电阻RB的大小；2)制动电阻的功率PB；3)常用制动电阻的阻值与容量的选择可参考变频器说明书。制动单元的配置可参考变频器说明书。6.画出电动机正转控制电路图。答：由继电器控制的正转运行电路如图所示。7.画出电动机正、反转控制电路图。继电器控制的正反转电路如图所示。8.如何实现工频和变频切换运行？画出控制电路。答：变频与工频切换的电路如下图所示，可以满足以下要求。1)用户可根据工作需要选择“工频运行”或“变频运行”。2)在“变频运行”时，一旦变频器因故障而跳闸时，可自动切换为“工频运行”方式，同时进行声光报警。9.频率给定信号有哪几种设置方法？什么方法最简便精确？答：给定信号方式，就是调节变频器输出频率的具体方法，有模拟量给定、面板给定和通讯接口给定等多种方法。在选择给定方法时应优先选择面板给定方法，因为面板给定属于数字量给定，不需要外部接线，方法简单，频率设置精度高。10.说明最大频率、最大给定频率与上限频率的区别。答：最大频率fmax和最大给定频率fXM都与最大给定信号xmax相对应，但最大频率fmax通常是根据基准情况决定的，而最大给定频率fXM常常是根据实际情况进行修正的结果。当fXM＜fmax时，变频器能够输出的最大频率由fXM决定，fXM与xmax对应；当fXM＞fmax时，变频器能够输出的最大频率由fmax决定。上限频率fH是根据生产需要预置的最大运行频率，它并不和某个确定的给定信号x相对应。当fH＜fmax时，变频器能够输出的最大频率由