长安大学电控学院电气专业2010-2011交流调速考试题及参考答案

长安大学电控学院电气专业2010-2011交流调速考试题（A）一、名词解释1、VVVF指变频调速技术，它是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的技术。2、转矩提升功能为了补偿电动机低速运行时的输出转矩，变频器中需要通过在低频区域提高U/f的方法，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做转矩提升。3、冷切换在变频器停车停电时进行切换，等切换完成后再开机运行。4、交直交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。5、SPWM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。6.变频器的软启动变频器以电压/频率按比例控制方法起动电动机。7.无换向器电动机一种利用半导体电子开关线路代替换向器和电刷作用的变频调速同步电动机。8.交交变频器一种将固定频率的交流电变为频率可调的交流电的变频器。9.变级调速变换异步电动机绕组极数从而改变同步转速进行调速的方式称为变极调速。10.变频器的输出切换/热切换在变频器运行过程中进行带电切换。二、填空1、在直流调速系统中，采用比例积分控制规律可使系统无静差。2、直流调速系统中，在额定转速以上调速时，常采用调压调速。3、变频调速的基本控制方式有Es/f，U/f，恒功率调速，恒流调速。4、按转差功率划分，交流调速方式有转差功率不变型，转差功率消耗型，转差功率回馈型。5、给定积分器将阶跃信号变为斜坡信号，其目的是减小启动电流，从而实现变频器的软启动。6、变频器的输出端子30A，30B,30C的作用是总报警信号的输出。7、在变极调速中，通过改变绕组的连接方式来改变电动机的极对数，此调速方式适用于鼠笼型异步电动机。8、换流重叠角的物理意义交流侧电感对三相不可控整流的影响。9、变频器的一个输入端4-20MA的意义在变频器模拟量输入端输入4～20mA模拟信号控制变频器的输出频率。10、120度导通型和180度导通型各自特点，哪个最优？120度导通型特点：相邻桥臂同一排左右两管之间换流；每个晶闸管在一个周期中的导通区间是120度；每个时刻有两个晶闸管同时导通；触发脉冲信号间隔60度，晶闸管的导通顺序：1-2-3-4-5-6，关断顺序为5-6-1-2-3-4；180度导通型特点：同一桥臂上下两管之间换流；每个晶闸管在一个周期中的导通区间是180度；每个时刻有三个晶闸管同时导通；触发脉冲信号间隔60度，晶闸管的导通顺序：1-2-3-4-5-6，关断顺序为4-5-6-1-2-3；120度导通型同一桥臂上两个晶闸管导通有60度间隔，不易造成短路，比180度导通换流更加安全，120度导通型的电压有效值低于180度导通型，综合比较，120度导通型最优。11.无换向器电动机系统中逆变器的换流机理,很大程度上决定了系统的运行性能。正常运行时可以利用同步电动机的反电势实现自然换流,在起动和低速时常采用断续换流法实现强迫换流。12.转速电流双闭环直流调速控制系统中，系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。13.控制系统使用变频器时所带来新的主要问题是谐波危害，系统损耗增加，绝缘降低。14.在交直交变频器中，要能够实现回馈制动，可采用电流型变频器。15.变频器输入端子FWD的作用是实现正转起/停。16.△-yy变换的变级调速为恒功率调速，Y-yy变换的变级调速为恒转矩调速。17.转差调速就是改变异步电动机的滑差来调速，滑差越大速度越慢，绕膝是电机转子串电阻就是这种滑差调速功率因素极低效率也低。18.变频器按无功能量处理方式不同可分为电压源型变频器和电流源型变频器。19.选择变频器容量的基本原则:最大负载电流不能超过变频器的额定电流。20.若系统为闭环变频调速系统，使用变频器模拟-输入端子可以控制变频器的输出频率连续调节。三简答1、大容量电机变频调速时，需不需要降压启动装置？不需要2、同步调制与异步调制用波形表示它们的特点？同步调制三相PWM异步调制三相PWM3、异步电动机变频调速时，仅从调速来考虑，只调f1是否可行？为什么？在实际运用中，通哪个是调节U1，否者会出现什么问题？于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。通过调节α角调节电压。4、水泵风机类常使用什么变频器？风机水泵类负载是典型的平方转距负载，其主要特点是：转速n与转矩T以及负载功率P具有如下关系：T∝n2，P∝n3。即转矩与转速平方成正比，功率与转速立方成正比。通常风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态，所以，只要平均转速稍微下降一点，负载功率就下降得很快，从而达到节能效果。水泵风机类常使用普通功能型变频器，工程中常采用泵类变频器。5、在变频调解方式中，为什么常采用PWM调制？PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。6、SPWM，常规则采样法，为什么？最优方案是什么？规则采样法是一种在采用微机实现时实用的PWM波形生成方法。规则采样法是在自然采样法的基础上得出的。规则采样法的基本思路是：取三角波载波两个正峰值之间为一个采样周期。使每个PWM脉冲的中点和三角波一周期的中点（即负峰点）重合，在三角波的负峰时刻对正弦信号波采样而得到正弦波的值，用幅值与该正弦波值相等的一条水平直线近似代替正弦信号波，用该直线与三角波载波的交点代替正弦波与载波的交点，即可得出控制功率开关器件通断的时刻。比起自然采样法，规则采样法的计算非常简单，计算量大大减少，而效果接近自然采样法，得到的SPWM波形仍然很接近正弦波，克服了自然采样法难以在实时控制中在线计算，在工程中实际应用不多的缺点。由于不对称规则采样法同时在三角载波的顶点和底点对称轴位置进行采样，即在每个载波周期内采样两次，这样所形成的ＳＰＷＭ波与正弦波的逼近程度较对称规则采样有很大的提高，得到的ＳＰＷＭ脉宽较对称规则采样也更接近于自然采样，因此输出的波形比采用对称规则法的好7.为什么u/f=c的控制方式在低频时最大转矩减小？其解决方法是什么？，由于u/f=c的控制方式输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速8.什么是VVVF变频器？在水泵类常使用什么变频器？为什么？它是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的变频器。水泵类负载是典型的平方转距负载，其主要特点是：转速n与转矩T以及负载功率P具有如下关系：T∝n2，P∝n3。即转矩与转速平方成正比，功率与转速立方成正比。通常风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态，所以，只要平均转速稍微下降一点，负载功率就下降得很快，从而达到节能效果。水泵类常使用普通功能型变频器，工程中常采用泵类变频器。9.什么是单极性调制，什么是双极性调制？试用波形说明？从调制脉冲的极性看，PWM又可分为单极性与双极性控制模式两种。单极性PWM模式产生单极性PWM模式的基本原理如图6.2所示。首先由同极性的三角波载波信号ut。与调制信号ur，比较(图6.2(a))，产生单极性的PWM脉冲(图6.2(b))；然后将单极性的PWM脉冲信号与图6.2(c)所示的倒相信号UI相乘，从而得到正负半波对称的PWM脉冲信号Ud，如图6.2(d)所示。双极性PWM模式双极性PWM控制模式采用的是正负交变的双极性三角载波ut与调制波ur，如图6.3所示，可通过ut与ur，的比较直接得到双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。与双极性控制方式相比，单极性控制从输出电压波形上看，其通断频率等效地增加了一倍，而电压跳动量减小了一倍。该电压波形用傅立叶级数展开时不包含偶次谐波，在输出电压的频率谱上，最低次谐波以两倍于开关频率即三角波频率的频率出现，使得谐波含量比起双极性来要小。因单极性控制优点突出，所以运用范围广泛。10.为什么说采用PWM控制的变频器的电压输出波形是正弦波？现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulsewidthmodulation,简称pwm)控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。应用最早而且作为pwm控制基础的是正弦脉宽调制一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。11.在横幅调制的变频调速系统中是如何进行调压调速的？在横幅调制的变频调速系统中通过控制开关器件的通断，调节占空比，从而进行调压调速。12.变频调速系统设计的主要内容与步骤是什么？变频调速系统设计的主要内容和步骤如下：1)控制系统总体方案设计，明确系统的总体要求及技术条件，包括系统的基本功能、控制方案选择以及性能指标(响应时间、稳态精度、通信接口)等。2)设计主电路拓扑结构，选定逆变器件类型。3）确定控制策略和控制方式。4）选择主控制芯片。5）选择各物理量的传感器和检测电路。6)系统硬件设计，包括主电路模块、驱动与保护电路，与CPU相关的电路、外围设备、接口电路、逻辑电路及犍盘显示模块。7)系统软件设计，包括应用程序的设计、管理以及监控程序的设计。8)在各单元软硬件调试合格的基础上，进入系统实验与统调阶段。四、设计：变频恒温控制系统原理框图，并简要说明工作原理设计：变频恒压供水控制系统原理框图，并简要说明工作原理变频恒温控制系统原理框图变频恒压供水控制系统原理框图