课堂练习---5.doc

一一 填空题：1变频器按应用类型可分为两大类：一类是用于传动调速；另一类是用于多种静止电源。使用变频器可以节能、提高产品质量和劳动生产率。2变频器的分类方法有多种，按照主电路直流环节储能方式分类，可以把变频器分为 电流型 变频器和 电压型 变频器。3变频器的分类方法有多种，按照工作原理分类，可以把变频器分为 U/f 控制 变频器、 转差率控制 变频器、矢量控制 变频器和 直流转矩控制 变频器。4三相异步电动机的电气调速方法可分为改变理想空载转速和改变转差率两大类。5变频器的主要任务就是把恒压频的交流电转换为变压变频的交流电，以满足交流电电机变频调速的需要，主要功能有控制功能、保护功能 、节能等。6变频器的选择主要按 控制对象 、 响应速度和精度 、有负负载和冲击负载 三种情况分别考虑进行选择。 7根据控制对象选择变频器时主要考虑是 速度 、 位置 、 张力 等三个控制对象方面情况及特点。8根据响应速度和精度选择变频器时主要考虑是 响应速度 、 高精度 等两个方面情况及特点。9根据有负负载和冲击负载选择变频器时主要考虑是 负负载 、 冲击负载 等两个方面情况及特点。10变频器频率参数预置中，频率給定的方法可以通过变频器的操作面板給定，还可以通过变频器的控制端子外接电位器給定。11变频器的加减速模式主要有：线性方式、S形方式、半S形方式。线性方式适用于一般要求的场合；S形上升方式适用于传送带、电梯等对起动有特殊要求的场合；半S形上升方式：分正半S形上升方式和反半S形上升方式，正半S形上升方式适用于大转动惯性负载，反半S形上升方式适用于泵类和风机类负载。12变频器的最常见的保护功能有：过流保护、过载保护、过压保护、欠电压保护和瞬间停电的处理以及其它保护功能。13频率給定信号的种类有数字量給定信号、模拟量給定信号。14对变频器调速系统的调试工作应遵循先空载、后轻载、再重载的一般规律。15变频器调速系统的负荷率越低，允许的调速范围则越大。在负载转矩不变的前提下，传动比越大，则电动机轴上的负荷率越小，调速范围也越大。二选择题： 1根据如下负载特性、调速精度、动态性能要求不同，选择满足使用的变频器类型：（）、对于风机和泵类负载选择d；（）、对于具有恒转矩特性，但转速精度及动态性能要求不高的负载选择b；（）、对于低速时要求有较硬的机械特性，并且有一定的调速精度，但动态性能方面无较高要求的负载选择c；（）、对于调速精度和动态性能有较高要求的负载选择a；、带负反馈矢量控制变频器；、无矢量控制变频器；、不带负反馈矢量控制变频器；、低廉的普通变频器 2对电动机从基本频率向上的变频调速属于（ a ）调速。A：恒功率 B：恒转矩C：恒磁通 D：恒转差率3下列哪种制动方式不适用于变频调速系统（ c ）。A：直流制动 B：回馈制动C：反接制动 D：能耗制动4为了提高电动机的转速控制精度，变频器具有（ b ）功能。 A：转矩补偿 B：转差补偿 C：频率增益 D：段速控制 5在U/f控制方式下，当输出频率比较低时，会出现输出转矩不足的情况，要求变频器具有（ c ）功能。 A：频率偏置 B：转差补偿 C：转矩补偿 D：段速控制6. 变频器常用的转矩补偿方法有：线性补偿、分段补偿和（ B ）补偿。 A：平方根 B ：平方率 C：立方根 D：立方率7. 平方率转矩补偿法多应用在（ B ）的负载。 A：高转矩运行 B：泵类和风机类 C：低转矩运行 D：转速高8. 变频器的节能运行方式只能用于（ ）控制方式。 A：U/f开环 B：矢量 C：直接转矩 D：CVCF9. 变频器都有段速控制功能，FR-A700变频器可以设置（ c ）段不同运行频率。A：5 B：6 C：7 D：810. FR-A700变频器改变电动机起动设置加速时间的功能码是（ a ）。A：Pr.7 B：Pr.8 C：Pr.16 D：Pr.1511、FR-A700变频器设置上限频率的功能码是（ a ）。A：Pr.1 B：Pr.0 C：Pr.18 D：Pr.212.对于风机类的负载宜采用（ D ）的转速上升方式。A：直线型 B：S型 C：正半S型 D：反半S型 13. 工业洗衣机甩干时转速快，洗涤时转速慢，烘干时转速更慢，故需要变频器的（ c ）功能。 A：转矩补偿 B：频率偏置 C：段速控制 D：电压自动控制14.三 简单综述题：0. 某一工厂水泵房，有两台水泵，每台泵技术参数如下：流量5m3/h、电动机功率N=55KW电压N=380V、电流N=108A、频率fN=50HZ、转速nN=1450r/min，平时一台工作，一台备用。无论是供水高峰期，还是低峰期，水泵每天开动小时。为了调节低峰期泵水量，值班工人要经常开关控制回流调节阀。增加工人劳动强度，同时由于阀门的强制节流，泵形成旋涡冲击，产生强烈的振动和噪音。对泵的使用寿命和维护修理都加大不利的损耗。工程技术人员采用了变频调速技术改造。采用恒压供水方式，既保持网管压力为g/cm2 (39.2N/cm2)。电动机频率随压力变化而变化。供水高峰期额定（电压、电流、频率、功率、转速）开机，低峰期电压370V、频率40HZ、转速1160r/min、 电流76、流量36m3/h。(提示: 供水高峰期8小时)试求：（）、设计出水泵技术改造后，闭环控制系统方框图；（）、按照电动机消耗功率与转速三次方成正比关系，计算节约耗能百分数；（）、此时电动机实际输出功率是多少？（）、假设电费0.52元/kwh，每天节电是多少元？技术改造一次性投资变频调速器设备装置万元套，则需要多少年才还清成本？技术改造前供水泵示意图解：、供水泵采用变频调速闭环控制系统方框图：、节约耗能百分数：流量：0.8 实际流量转速：1160/1450 0.8实际转速则：实际输出功率（0.8）30.512 节约耗能百分数：（0.512）*100%48.83、电动机实际输出功率：55KW*51.2%28.16KW、每天节约电费、需要年还回成本：55KW*48.8%*(20-8)*0.52元kwh167.48元100000/167.48597.09（天）597.09.63（年）01. 变频器传动笼型电动机，电动机铭牌数据：额定电压为220V，功率为75kW，4极，额定电流为15A，电缆铺设距离为50m，线路电压损失允许在额定电压2以内，求选择所用电缆的截面大小?（附常用电缆选用表如下）解：（1）、求额定电压下的允许电压降：U=220V*2%=4.4V （2）、求允许电压降内的电缆导线电阻值： RC=（1000*4.4）/（*50*15）=3.39/km （3）、根据计算的电缆导线电阻值查表选用电缆导线截面： 导线截面为5.5mm2的电缆P1.变频器保护电路的功能及分类？答：（1）变频器的保护电路是通过检测主电路的电压、电流等参数来判断变频器的运行状况。当发生过载或过电压等异常时，为了防止变频器的逆变器和负载损坏，保护电路可使变频器中的逆变电路停止工作或抑制逆变器的输出电压、电流值。 （2）变频器控制电路中的保护电路可分为变频器保护、负载保护和其它保护：变频器保护：瞬时过电流保护；过载保护；再生过电压保护；瞬时停电保护；接地过电流保护；冷却机异常等。电动机负载保护：过载保护；超频（超速）保护。其它保护：防止失速过电流；防止失速过电压。 1变频调速的优点有哪些？答：变频调速主要有以下的优点： (1) 控制电机的启动电流； (2) 降低电力线路电压波动，启动时需要的功率更低； (3) 可控的加速功能和可调的运行速度； (4) 可调的转矩极限； (5) 受 控的停止方式； (6) 节能； (7) 可逆运行控制； (8) 减少机械传动部件。2简述变频器的分类。答：1）按变换环节分为交一交变频器和交一直一交变频器； 2）按直流环节的储能方式分为电流型变频器和电压型变频器； 3）按工作原理分为Uf控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制变频器和直接转矩控制变频器； 4）按用途分为通用变频器、高性能专用变频器和高频变频器。3位置控制的特点有哪些？答：作为位置控制的共同特点，有以下几点： 1）从简单到高级，即从仅在停止时将位置同目标对准的简单控制，到经常跟踪目标快速动作高级控制； 2) 控制对象的位置以转速积分的形式变化； 3) 可由电机的旋转角高精度地推定其位置； 4) 需要可逆运转。4简述快速响应系统选择变频器的要点。答：快速响应系统选择变频器的要点 1、对于只需在短时间内能进行加减速时： 1) 电机和机械的puGD2要小； 2) 选用过负载容量大的机器； 3) 选用具有完全的限流功能的变频器。 2、对于需要大的交叉角频率c时，应该根据所要求的值考虑下面几点： 所选用的变频器、其主回路的开关频率要高，采用的控制方式应能满足快速响应； 电机和机械系统的puGD2要小； 选用过载容量大的机器； 电机、机械系统的谐振频率要高。5什么是负负载，简述负负载系统变频器的选择要点。答：几乎所有电机都是要克服来自负载的阻碍旋转的反抗转矩。使负载向着所要求的方向旋转。此时电机产生的转矩，其方向同旋转方向一致。反之，要求电机产生与其转向相反转矩的负载时称为负负载。变频器的选择要点有： 考虑制动转矩和负载转矩之间的关系； 为了确保变频器跳闸时的安全，要并用机械式制动器； 使用制动单元时，必须使再生过压失速的防止控制无效，或者使制动单元的动作直流电压的给定值确实低于再生过压失速防止的值； 注意散热。6变频器的容量如何表示？答：变频器的容量一般用额定输出电流(A)、输出容量(kVA)、适用电动机功率(kW)来表示。其中，额定输出电流为变频器可以连续输出的最大交流电流的有效值。输出容量是决定于额定输出电流与额定输出电压的三相视在输出功率。7简述容量选择的注意事项答：变频器并联追加投入起动时，其容量与同时起动时相比要大些。 根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器。 电机的实际负载比电机的额定输出功率小时，可选择与实际负载相称的变频器容量。 用选定的变频器和电机不能满足负载所要求的起动转矩和低速区转矩时，变频器和电机的容量还需要再加大。7-1. 选择变频器容量的计算，通常按常规选择和具体选择两种情况要求来确定变频器容量。问常规选择是什么？用标准、极电动机拖动的连续恒定负载，变频器的容量可根据适用电动机的功率来选择。对于用极以上和变极电动机拖动的负载、变动负载、断续负载和短路负载，变频器的容量按运行过程中出现的最大工作电流来选择。8变频器中常用的控制方式 1 非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 (1) V/f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 (2) 转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 (4) 直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。 (5) 最优控制 最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 (6)其他非智能控制方式 在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。 2 智能控制方式 智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。 (1) 神经网络控制 神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。 (2) 模糊控制 模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。 (3) 专家系统 专家系统是利用所谓“专家”的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。 (4) 学习控制 学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的PWM信号(例如中心调制PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要12个学习周期，因此快速性相对较差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。 9 一变频器类型的选择-参见教材P120，使用时应根据实际需要选择满足使用要求的变频器；共有四点：1、 对于风机和泵类负载-2、 对于希望具有恒转矩特性-3、 对于低速时要求较硬的机械特性-4、 对于某些对调速精度和动态性能都有较高要求-变频器的类型要根据负载要求来选择。一般来说，生产机械的特性分为恒转矩负载、恒功率负载和二次方律负载。1对于恒转矩负载，如挤压机、搅拌机、传送带、工厂运输电车、起重机构等，如采用普通功能型变频器，要实现恒转矩调速，常采用加大电动机和变频器容量的办法，以提高低速转矩；如采用具有转矩控制功能的高性能变频器来实现恒转矩调速，则更理想，因为这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。2对于恒功率负载，如车床、刨床、鼓风机等，由于没有恒功率特性的变频器，一般依靠U / f控制方式来实现恒功率。3对于二次方律负载，如风机、泵类等，由于负载转矩与转速平方成正比，低速时负载转矩较小，通常可选择专用或节能型通用变频器。4对于要求精度高、动态性能好、响应速度快的生产机械，如造纸机、注塑机、轧钢机等，应采用矢量控制高性能通用变频器；电力机车、电梯，起重机等领域，可选用具有直接转矩控制功能的专用变频器。须指出，有些通用型变频器对以上三种负载都可适用。二、变频器容量的选择（参见教材P139）变频器容量的选择由很多因素决定，如电动机容量、电动机额定电流、电动机加减速时间等，其中最主要的是电动机额定电流，电机的额定功率作为参考。变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。下面介绍的是几种不同情况下变频器的容量计算与选择方法。1轻载起动或连续运转时所需的变频器容量的计算 由于变频器的输出电压、电流中含有高次谐波，电动机的功率因数、效率有所下降，电流约增加10，因此变频器的容量（输出电流）可按以下公式计算： （1.3）式中 变频器的额定输出电流（A），以下同；电动机的额定电流（A），以下同。2重载起动或频繁起动、制动运行时变频器容量的计算 （1.4）3加减速时变频器容量的计算变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的。一般情况下，对于短时的加减速而言，变频器允许达到额定输出电流的130150(持续时间约1min)，因此，电动机中流过的电流不会超过此值。如只需要较小的加减速转矩时，则可降低选择变频器的容量。由于电流的脉动原因，也应该留有10的裕量。4频繁加减速运转时变频器容量的计算根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值，按下式确定： （1.5）式中、各运行状态下平均电流（A）；、各运行状态下的时间（s）；安全系数（运行频繁时取1.2，其他条件下为1.1）。5多台电机并联运行共用一台变频器时容量的计算用一台变频器使多台电机并联运转时，对于一小部分电机开始起动后，再追加投入其他电机起动的场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电机将产生大的起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。以变频器短时过载能力为150，1min为例计算变频器的容量，若电动机加速时间在1min以内，须满足以下两式： （1.6） （1.7）若电动机加速时间在1min以上时，则须满足以下两式： （1.8） （1.9）式中变频器的额定容量（KVA）；电动机输出功率（KW）；电动机的效率（通常约为0.85）；电动机功率因数（通常约为0.75）；电动机并联的台数（台）；电动机同时起动的台数（台）；变频器的额定容量（KVA）？。三、变频器选型注意事项：在实际应用中，变频器的选用不仅包含前述内容，还应注意以下一些事项：1具体选择变频器容量时，既要充分利用变频器的过载能力，又要不至于在负载运行时使装置超温；2选择变频器的容量要考虑负载性质。即使相同功率的电动机，负载性质不同，所需变频器的容量也不相同。其中，二次方律转矩负载所需的变频器容量较恒转矩负载的低；3在传动惯量、起动转矩大，或电动机带负载且要正、反转运行的情况下，变频器的功率应加大一级。4要根据使用环境条件、电网电压等仔细考虑变频器的选型。如高海拔地区因空气密度降低，散