西建大__机电智能控制系统考试.docx

一、 变频调速原理 1. 变频器在额定频率下运行时变频的同时为什么还要变压？ 在变频调速的过程中，必须随时协调好定子侧和转子侧之间的能量平衡，而定子侧和转子侧之间能量保持平衡的主要标志是：在两者之间传递能量的磁通Fm保持不变，由感应电动势方程得： E=KfFm。要想保持磁通不变，必须使E/f恒定，近似于U/f不变，因此，在变频的同时也要变压。2. 变频器问什么要设置U/F线供用户选择？ 多条U/f控制曲线，主要是针对不同负载的电机来的，比如有的电机在低频时要求的转矩较大，可以通过提升电压的方法来提高输出转矩，但是电机的发热量加大，消耗的能量增加。而有的电机在低负荷时所要的转矩较小，可通过降低电压的方法，这样可节能，同时降低电机电流，减少电机发热量。所以其对应的伏频曲线就不一样，而负载有多种多样的，所以就有多条U/f控制曲线。3. 变频器在轻载启动时有时会出现过电流保护？ 变频调速系统总是从最低频率开始启动的，如果在开始启动时，电动机已经有一定转速的话，会引起过电流或过电压。此时，有的变频器设置了启动前的直流制动功能，即过电流保护，以保证电动机在完全停住的状态下开始启动。4. 矢量控制的实质，无速度和有速度矢量控制的区别及适用范围？ 矢量控制，最简单的说，就是将交流电机调速通过一系列等效变换，等效成直流电机的调速特性。矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理，根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制。在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。也就是利用检测的定子电压、电流等容易检测到的物理量进行速度估计以取代速度传感器。无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本；另一方面，使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电机与控制器的连线，使得采用无速度传感器的异步电机的调速系统在工程中的应用更加广泛。5. 电动机有效转矩的含义？低频运行和高频运行时有效转矩减小的原因？6. 电动机与负载之间设置减速器的作用？ （参考）减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。减速机的作用主要有：1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。2）速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。二、变频器电路1.SPWM的实质是什么？SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法，PWM的全称是脉冲宽度调制，它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如电动车电机调速就是使用这种方式。SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排，当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大；反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也较小，而脉冲间的间隔则较大，如图1所示。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小，故称为正弦波脉宽调制。图1 SPWM的输出电压它的理论基础是采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。该法用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。SPWM法广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。2.交-直-交主电路的组成？交直交变频器的工作原理是借助微电子器件、电力电子器件和控制技术，先将工频电源经过二极管整流成直流电，再由电力电子器件把直流电逆变为频率可调的交流电源。交直交变频器工作原理图如图2所示：图2 交直交变频器工作原理由图可知，变频器由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。各部分的功能如下：1)整流器：它的作用是把三相(或单相)交流电源整流成直流电。在SPWM变频器中，大多采用全波整流电路。大多数中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或者二极管模块。2）逆变器：它的作用与整流器相反，是将直流电逆变为电压和频率可变的交流电，以实现交流电机变频调速。逆变电路由开关器件构成，大多采用桥式电路，常称逆变桥。在SPWM变频器中，开关器件接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电逆变成三相交流电。3）控制电路这部分电路由运算电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成，一般均采用大规模集成电路。交直交变频器的主电路如图3所示：图3 交直交变频器的主电路3.限流电阻的作用？当变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容器Cf的充电电流是很大的，过大的冲击电流将可能使三相整流桥的二极管损坏；同时，也使电源电压瞬间下降而受到“污染”。为了减小冲击电流，在变频器刚接通电源后的一段时间里，电路内串入限流电阻Rl，其作用是将电容器Cf的充电电流限制在允许范围以内。三、变频器的常用功能1.最高频率和基本频率的根本区别在哪里？（1）最高频率fmax：当频率给定信号为最大值（X=Xmax）时，变频器的给定频率。这是变频器最高工作频率的设定值，将根据工作需要进行设定。（2）基本频率fb：当变频器的输出电压等于额定电压时所对应的输出频率，成为基本频率，用来作为调节频率的基准，即kf=1时的频率。通常以电动机的额定频率fN作为fb的设定值。2.惯性制动和斜坡制动有什么区别？变频器通常都有停止模式选择：惯性制动和斜坡制动，也有的叫惯性停车或者减速停车（1）惯性制动，就是停止信号来到后即刻停止变频器的输出，让电机和负载，在惯性下靠自身摩擦力慢慢减速停止的停车方式，停车过程中，变频器是没有输出的，这种停车方式通常用在停车不需要控制的场合，如粉碎机；（2）斜坡制动，就是根据停止信号的到来在设置的减速时间内，线性降低频率后停止的停车模式，停车过程中，变频器是有输出的，给停车中的电机一个反向励磁，使得电机按照停车时间要求可控停车，由于电机的惯性转动，相当于一个发电机，惯性大的设备，往往会使得变频器中间直流母线电压升高，到了设置的DC制动水平，通用变频器会打开制动电阻控制单元，用能耗制动的办法将中间突增的直流靠电阻释放掉，如果变频器制动端子没有接制动电阻，变频器又没有内置制动单元，当中间直流母线电压超出报警上限时，就会报过压警告，变频器就取消斜坡制动状态，让电机转为惯性停车，就是不再制动了，以保护变频器，这样的停车控制要求应用场合，如电梯。3.决定加、减速时间的依据是什么？工程实践中变频器参数设置时决定加、减速时间的主要依据是 生产工艺的要求；生产效率的考虑；电机负载性能的特点；节能；变频器加速时间是指变频器输出给电机的频率从o一100所用的时间，变频器减速时间是指变频器输出给电机的频率从当前频率降至o时所用时间。功能较强的变频器一般配置四组以上的加、减速时间参数供用户使用，在电机的启动或停止阶段到底是哪一组加、减速时间参数起作用，取决于控制端子的状态。加、减速时间最长可设置为600s，最短可设置为os。在一些变频器应用场合，加速