变频调速技术与应用复习资料

变频调速技术与应用复习

注明：第五章不考

第一章

1、变频器主要是由主电路、控制电路组成。什么是变频器？变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置

2、变频就是改变供电频率,通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术

3、变频技术的核心是变频器，它通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130 Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。

4、变频器通常包含2个组成部分：整流器（rectifier）和逆变器（Inverter）。其中，整流器将输入的交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。

5、变频技术主要类型有以下几种：

（1）交—直变频技术（即整流技术）

（2）直—直变频技术（即斩波技术）

（3）直—交变频技术

（4）交—交变频技术（即移相技术）

6、变频器类别

A)按变换环节分类交--交、交---直----交

B)按电压调制方式分类PAM、PWM

C)按直流环节的储能方式分类电压型、电流型

7、1)PAM(脉冲幅度调制)2)PWM (脉冲宽度调制))3)SPWM(正弦脉宽调制)

8、变频技术的发展方向是

①交流变频向直流变频方向转化控制技术由PWM（脉宽调制）向PAM（脉幅调制)

方向发展功率器件向高集成智能功率模块发展

9、变频的控制技术1、标量控制2、矢量控制3、DTC控制

第二章

10、各种电力电子器件均具有导通和阻断二种工作特性

11、晶闸管正常工作时的特性总结如下：

承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。

晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。

要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

12、晶闸管的基本特性

（1）正向特性

I G=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。

正向电压超过正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。

随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。

晶闸管本身的压降很小，在1V左右。

反向特性

反向特性类似二极管的反向特性。

反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。

当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。

13、通常取晶闸管的U DRM（断态重复峰值电压）和U RRM（反向重复峰值电压）中较小的标值作为该器件的额定电压。

14、当晶闸管的额定电压小于实际要求时，可以采用两个或两个以上同型号器件相串联。

15、造成晶闸管过电流的重要原因是：电网电压波动太大、电动机轴上拖动的负载超过允许值、电路中管子误导通以及管子击穿短路等。

16、晶闸管的过电流常见的保护有以下几种：1）快速熔断器保护2）过电流继电器保护3）限流与脉冲移相保护4）利用反馈控制作过电流保护5）直流快速开关电流保护

17、限制电压变化率的措施有：1）装设有整流变压器的变流装置2）对于没有整流变压器而直接由电网供电的装置，可在交流电源输入端串接空心小电感L03）每个桥臂串接空心小电感或在桥臂上套入磁环

18、由于发生雷击或从电网侵入的高电压干扰而造成的晶闸管过电压，称为浪涌过电压

19、直流侧过电压及其保护

对这种过电压抑制的有效方法是：在直流负载两端并接压敏电阻或硒堆等来保护。

20、门极关断晶闸管GTO（gate turn off thyristor）。它与普通晶闸管相比，属“全控型器件”或“自关断器件”，既可控制器件的开通，又可控制器件的关断。

21、用万用表对晶闸管的检测1．判定GTO的电极。将万用表拨至R×1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可判定G、K极，剩下的就是A极。

22、大功率晶体管GTR（Giant Transistor）,是一种具有发射极（e）、基极（b）、集电极(c)区的三层器件，有NPN和PNP两种结构，故又称双结型晶体管BJT（Bi Junction Tansistor）。它既有晶体管的固有特性，又扩大了功率容量。在大功率电力变换电路中,10kHz 以下的应用较多。GTR的缺点是耐冲击能力差，易受二次击穿而损坏，所以使用时必须考虑以下参数：击穿电压、电流增益、耗散功率和开关速度，这四个参数是相互制约的。23、MOSFET的栅源电压一般不允许超过20V，在栅源两端反接一个稳压二极管（稳压值为15V），即可实现栅源过压保护。

24、功率MOSFET都有一个最大的峰值电流额定值。为保证能长期可靠地工作，功率MOSFET工作时不能超过这个额定值。解决这个问题的办法是选用快恢复型二极管，或降低功率MOSFET的开关速度，以限制续流二极管的峰值反向恢复电流。

25、功率MOSFET过热保护。解决过热保护的办法之一是安装一个足够大的散热器，使它的散热能力足以在总功耗一定的情况下，使结温限制在150℃之内。办法二是检测结温，如果结温高于某个值(如100℃)，就应该采取关断措施。

26、

27、将MOSFET与晶闸管复合而得到的器件，简称MCT,具有功率大、频率高的特点。

28、GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。

MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。

29、绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor——IGBT或IGT）

GTR和MOSFET复合，结合二者的优点。

30、IGCT的关键技术（1）缓冲层（2）透明阳极（3）逆导技术（4）极驱动技术

31、电力电子器件类型归纳

单极型：电力MOSFET

双极型：晶闸管、GTO、GTR

复合型：IGBT和IGCT

32、最简单的电压型变频由可控整流器和电压型逆变器组成，用可控整流器调压，逆变器调频。

33、电压型变频器为适应再生制动运行，增加附加电路。

方法一：在中间直流电路中设法将再生能量处理掉，即在电容Cd的两端并联一条由耗能电阻R与功率开关（可以是晶闸管或自关断器件）相串联的电路。适用于小容量系统。方法二：在整流电路中设置再生反馈通路—反并联一组逆变桥，使再生电能返馈到交流电网。该方法可用于大容量系统。

34、电流型变频器最大特点容易实现回馈制动，从而便于四象限运行，适用于需反接制动和经常正、反转的机械。

35、电流型变频不需附加任何设备，即可实现负载电动机的四象限运行。

36、电压型和电流型变频器的区别1、无功能量的缓冲：（储能元件的不同）2、再生制动：电压型只能单反向传递，不适应再生制动。3、调速时动态响应：电流型变频器的直流电压UD可以迅速改变大小和方向，所以动态响应较快。4、适应范围：电压型变频器适用于不可逆调速的场所，电压型适用于要求快速且可逆运行的场所。

37、脉幅调制PAM（Pulse Amplitude Modulation），是一种改变电压源的电压Ed或电流源Id的幅值，进行输出控制的方式。它在逆变器部分只控制频率，在整流器部分控制输出的电压或电流。

38、脉宽调制（简称PWM）型变频是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变调制周期来控制其输出频率

39、开关元件在零电压或零电流下进行开关状态转换，即软开关技术。优点：有效地防止了电磁干扰，大大提高了器件的工作频率，且减少了装置的体积和重量。

第四章

40、PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。

41、PWM型变频电路的主要特点为：

①可以得到相当接近正弦波的输出电压；

②整流电路采用二极管，提高了变频电源对交流电网的功率因数，可获得接近1的功率因数；

③电路结构简单，使装置的体积变小，重量减轻，造价下降，可靠性提高。

④改善了系统的动态性能和电机运行性能，通过对输出脉冲宽度的控制，可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应，提高了调节速度，使调节过程中电压与频率的配合好。

42、PWM型逆变电路的控制方式1、异步调制2、同步调制

43、实现SPWM的控制方式有三种：

1、采用模拟电路；

2、采用数字电路；

3、采用模拟与数字电路相结合的控制方式。

44、SPWM的控制方式采用数字电路控制常用自然采样法和规则采样法

45、SPWM控制的实现方法自然采样法和规则采样法

46、电压和电流反馈信号的检测一般有三种方法：⑴电阻法：⑵互感器法：⑶霍尔（Hall）

传感器法

47、目前调速系统速度和位置反馈控制中应用较多的还是光电编码器，简称码盘。

第六章

48、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。

49、交一交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率和电压连续可调的交流电。主要优点是没有中间环节，变换效率高。但连续可调的频率范围窄，通常为额定频率的l/2以下，主要适用于电力牵引等容量较大的低速拖动系统中。

50、交一直一交变频器先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节范围以及改善变频后电动机的特性等方面，都有明显优势，是目前广泛采用的变频方式

51、按工作原理分

1）U／f控制变频器2）转差频率控制变频器3）矢量控制变频器4）直接转矩控制变频器。

52、按用途分1) 通用变频器2）高性能专用变频器3) 高频变频器

53、调速系统采用变频调速时的注意点1) 速度控制范围2) 避免危险速度下的运转3) 电机在低速区的冷却能力4) 在低速区轴承的润滑5) 速度传感器和调节器的使用54、张力控制根据用途有各种方式，如下面4种方式：1) 采用转矩电流控制的张力控制；

2) 采用拉延的张力控制；3) 采用调节辊的张力控制； 4) 采用张力检测器的张力控制。

55、变频器的选择主要考虑两点：响应快、精度高

56、电机产生与其转向相反转矩的负载时，称为负负载。

57、变频器输出电压可按电机额定电压选定。按国家标准，可分成220V系列和400V系列两种。对于3kV的高压电机使用400V级的变频器，可在变频器的输入侧装设输入变压器、在输出侧安装输出变压器，将3kV先降为400V，再将变频器的输出升到3kV。

第七章

58、变频器的基本结构从外形上分有书本型结构(0．75～37KW)和装柜型结构(45～1500 kW)两种。

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60、对于不同的负载，如何选择变频器？1)对于风机和泵类负载，由于低速时转矩较小，精度要求较低，故采用价廉的变频器即可实现控制的目的。2）对于希望具有恒转矩特性的负载，采用无矢量控制型变频器。3）对于低速的负载，可选用不带速度反馈的矢量控制变频器。4）对于要求较高的负载，可选用带速度反馈的矢量控制变频器。

61、为变频器的主电路提供通断控制信号的电路，称为控制电路。其主要任务是完成对逆变器开关元件的开关控制和提供多种保护功能。

61、进行主电路连接时应注意以下几点：

(1)主电路电源端子R、S、T，经接触器和空气开关与电源连接。不用考虑相序。

(2)变频器的保护功能动作时，继电器的常闭触点控制接触器电路，会使接触器断开，从而切断变频器的主电路电源。

(3)不应以主电路的通断来进行变频器的运行、停止操作。需用控制面板上的运行键(RUN)和停止键(STOP)或用控制电路端子FWD（REV）来操作。

(4)变频器输出端子(U、V、W)最好经热继电器再接至三相电机上，当旋转方向与设定不一致时，要调换U、V、W三相中的任意二相。

(5)变频器的输出端子不要连接到电力电容器或浪涌吸收器上。

(6)从安全及降低噪声的需要出发，及防止漏电和干扰侵入或辐射出去，必须接地。

62、RC浪涌电压吸收电路的接线不能超过20cm。

63、常用制动电阻的阻值与容量的参考值成反比（电源电压：380V）

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65、变频器的控制电线与主回路电线或其他电力电线需分开铺设。

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67、装设变频器的场所条件有：

1) 电气室应湿气少、无水浸入。

2) 无爆炸性、燃烧性或腐蚀性气体和液体，粉尘少。

3) 装置容易搬入安装。

4) 应有足够的空间，便于维修检查。

5) 应备有通风口或换气装置以排出变频器产生的热量。

6) 应与易受变频器产生的高次谐波和无线电干扰影响的装置分离。

7) 安装在室外必须单独按照户外配电装置设置。

68、要使变频器长期稳定运行，所必须的环境条件有：1.周围温度 2.周围湿度 3.周围气体 4.振动 5.抗干扰

69、变频器效率决定于变频器内的损耗。变频器损耗主要产生在逆变部分(约占变频器总损耗的50％)，整流部分(约40％)、控制回路(约10％)。

70、防止配电柜发热的方法：需要采取或加大配电柜的尺寸，或增加换气风量等方法

71、抑制谐波干扰常用的方法具体常用方法：

(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。

(2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。

(3)电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。

(4)信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上)，切断辐射干扰。

(5)变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。

72、变频调速系统的调试工作，没有规定的步骤，只是一般应遵循“先空载、继轻载、后重载”的规律。

73、变频器在运行中出现跳闸，即视为事故。跳闹事故的原因通常有以下四种类型：

（1）电源故障。如电源瞬时断电或电压低落出现“欠压”显示；瞬时过压出现“过压”显示，都会引起变频器跳闸停机。待电源恢复正常后即可重新启车。

（2）外部故障。如输入信号断路，输出线路开路、断相、短路、接地或绝缘电阻很低，电机故障或过载等，变频器即显示“外部”故障而跳闸停机，经排除故障后，即可重新启用。（3）内部故障。如内部风扇断路或过热，熔断器断路，器件过热，存储器错误，CPU故障等，可切入工频启动—运行，不致影响生产；待内部故障排除后，即可恢复变频启动一运行。（4）设置不当。当参数预置后，空载试验正常，加载后出现“过流”跳闸，可能是启动转矩设置不够或加速时间不足；也有的运行一段时间后，转动惯量减小，导致减速时“过压”跳闸，适当增大加速时间便可解决。

74、变频器日常检查

变频器运行过程中，可以从设备外部用目视来检查运行状况有无异常，一般检查的内容有：1）技术数据是否满足要求，电源电压是否在允许范围内。

2）冷却系统是否运转正常。

3）周围环境是否符合要求。

4）触摸面板显示有无异常情况。

5）有无异常声音、异常振动、异常气味等。

6）有无过热的迹象。

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一、选择题

1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（）。A：PWM B：PAM C：SPWM D：SPAM

8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（）。A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT

9、IGBT属于（）控制型元件。A：电流B：电压C：电阻D：频率

14、变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和（）型。A：电流B：电阻C：电感D：电容17、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（）功能。A：频率偏置B：转差补偿C：转矩补偿D：段速控制

20、变频器的节能运行方式只能用于（A ）控制方式。A：U/f开环B：矢量C：直接转矩D：CVCF 22、高压变频器指工作电压在（D ）kV以上的变频器。A：3 B；5 C：6 D：10

答案CACAC ABDBB DBBAB CCBBA AD

1、什么是变频技术？

2、交流变频技术得以广泛普及和推广，主要得益于哪三项技术、理论的发展？

答：一、电力电子技术飞速发展，使大功率、高性能电力电子器件层出不穷，为变頻技术提供坚实的“硬件”支持。二、先进的变频技术理论不断创新，引导交流变频技术健康发展。

三、不断发展的全数字微机控制技术，使变频器缩小了体积，降低了成本，提高了效率，增强了功能。

3、变频器按变换环节分类有哪些？（交--交、交---直----交）

4、变频技术的控制技术有三个，分别是标量控制、矢量控制和什么控制？(转矩DTC控制)

5、电力电子器件类型归为纳单极性、双极性和混合型，各举出一个具体的器件名称？

（MOSFET/晶闸管、GTO、GTR/IGBT和IGCT）

6、简述交—直—交变频器的结构特点。

答：交—直—交变频器的结构分两部分，主电路和控制电路。主电路包括：整流器、逆变器、中间直流环节。控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。

7、脉宽调制过程有几种采样方法？通常采取哪种方法？

答: 有自然采样法和规则采样法，通常采取规则采样法。

9、变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和什么型？（电流）

10、最简单的电压型变频由可控整流器和电压型逆变器组成，用可控整流器调压，逆变器调频，为适应再生制动运行，需增加附加电路，适用于小容量系统的措施有哪些？

答：在中间直流电路中设法将再生能量处理掉，即在电容Cd的两端并联一条由耗能电阻R 与功率开关（可以是晶闸管或自关断器件）相串联的电路。

11、最简单的电压型变频由可控整流器和电压型逆变器组成，用可控整流器调压，逆变器调频，为适应再生制动运行，需增加附加电路，适用于大容量系统的措施有哪些？

答：在整流电路中设置再生反馈通路—反并联一组逆变桥，使再生电能返馈到交流电网。12、电压型和电流型变频器的区别有哪些？

答：1、无功能量的缓冲：（储能元件的不同）2、再生制动：电压型只能单反向传递，不适应再生制动。3、调速时动态响应：电流型变频器的直流电压UD可以迅速改变大小和方向，所以动态响应较快。4、适应范围：电压型变频器适用于不可逆调速的场所，电压型适用于要求快速且可逆运行的场所。

13、什么是脉幅调制PAM？

答：是一种改变电压源的电压Ed或电流源Id的幅值，进行输出控制的方式。它在逆变器部分只控制频率，在整流器部分控制输出的电压或电流。

14、什么是脉宽调制（简称PWM）？

答：改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变调制周期来控制其输出频率。

15、什么是软开关技术？实现软开关技术的好处有哪些？

答：在零电压或零电流下进行开关状态转换，即软开关技术。在谐振型变频中，由于各功率器件的开关损耗近似为零，有效地防止了电磁干扰，大大提高了器件的工作频率，且减少了装置的体积和重量。

16、为什麽变频器的电压与电流成比例的改变？（VVVF）

答：在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。

17、现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面有哪些特点？

答：1．集成化、2．高频化、3．全控化、4．控制电路弱电化、控制技术数字化。

18、我们知道，交流电动机的同步转速表达式：

n ＝60 f(1 －s)/p

式中n———异步电动机的转速；

f———异步电动机的频率；

s———电动机转差率；

p———电动机极对数。

由式(1) 可知，转速n 与频率 f 成正比，只要改变频率 f 即可改变电动机的转速，当频率f 在0 ～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

19、变频调速的优点有哪些？

(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。