变频调速应用技术(一)
第一讲百年期待盼变频(上)
摘要：变频器进入实用阶段，比发明异步电动机晚了近百年。本文从分析其原因入手，讲述了影响实施变频调速的主要问题。进而介绍了变频同时还必须变压的原理，以及正弦脉宽调制的具体实施方法。
关键词：异步电动机变频器开关器件晶闸管电力晶体管绝缘栅双极晶体管整流与逆变
题解:异步电动机变频可以调速的原理，是“与生俱来”的。然而，异步电动机发明于1889年，而变频调速技术进入推广普及阶段，却是在20世纪80年代，人们企盼了将近一个世纪！
1 望眼欲穿近百年
1.1 结构简单价低廉
三相交流异步电动机的发明在电力拖动史上有着十分重要的意义。因为它的转子电路不需要和外电路相联接，转子绕组由两侧端部互相短接的铜条或铝条(俗称鼠笼条)构成，可以自成回路，形状象个“鼠笼”，故常称为笼形电动机，如图1-1所示。
图1-1 异步电动机的构造
在所有电动机中，这种结构在简单、坚固方面是首屈一指的。这带来了使用寿命长、易于维修、以及价格低廉等极为突出的优点，使它在整个电力拖动领域独占鳌头。在20世纪80年代以前，约占工农业生产机械中电动机总量的85％以上。
1.2 生产要求转速变
图1-2 刨台的原拖动系统
随着各种加工技术的不断进步，许多生产机械对无级调速的要求也越来越迫切。以50年代龙门刨床刨台的拖动系统为例，其拖动系统采用Ｇ-Ｍ(发电机-电动机组)调速系统，如图1-2所示。图中，直接拖动刨台的是直流电动机DM，DM由直流发电机G1提供电源，G1又由交流电动机AM来带动，AM在带动G1的同时，还带动一台励磁发电机G2。G2发出的电，一方面为DM和G1提供励磁电流，同时也为控制电路提供电源。除此以外，为了改善DM的机械特性，还采用了一台结构复杂、价格昂贵的交磁放大机DMA。
可见，为了实现无级调速，简直已经到了不惜工本的地步。这充分说明了:生产机械对电动机进行无级调速的要求是多么地迫切！
1.3 变频难产失欢颜
(1) 异步电动机的转速公式
三相交流电动机中，一个十分重要的“角色”便是旋转磁场，它是三个交变磁场合成的结果。这三个交变磁场的特点是:
l 产生磁场的交变电流在时间上互差三分之一周期(T/3)，这由三相交流电源本身的特点所决定;
l 三个磁场的轴线在空间位置上互差2π/3电角度，这可以通过三相绕组在定子铁心中的安排来实现。旋转磁场的转速称为同步转速，由下式决定:
n0=60f/p (1-1) 式中，n0—同步转速，r/min;
f—电流的频率，Hz;
p—旋转磁场的磁极对数。
而异步电动机之所以被冠以“异步”二字，是因为其转子的转速nM永远也跟不上旋转磁场的转速n0。两者之差称为转差:Δn＝n0－nM (1-2) 式中，Δn—转差，r/min;
nM—电动机的转速，r/min。
转差与同步转速之比，称为转差率:S=△n/N0= n0－nM / n0 (1-3) 式中，s—转差率。
由式(1-1)和式(1-3)，可以推导出:
nM=60f/P(1-S) (1-4)
(2) 异步电动机的调速方案
式(1-4)表明，要改变异步电动机的转速，除了改变频率以外，只有两种办法:
l 改变磁极对数
这可以通过改变定子绕组的接法来实现，如图1-3(a)所示。
图1-3异步电动机的调速方法
这种方法的缺点是十分明显的:一台电动机最多只能安置两套绕组，每套绕组最多只能有两种接法。所以，最多只能得到4种转速，与无级调速相去甚远。
l 改变转差率
这种方法适用于绕线转子异步电动机，通过滑环与电刷改变外接电阻值来进行调速，如图1-3(b)所示。
显然，这是通过改变在外接电阻中消耗能量的多少来调速的，不利于节能。此外，由于增加了滑环与电刷，从而增加了容易发生故障的薄弱环节。
1.4 变频调速难实现
式(1-4)是在发明异步电动机的当时就知道了的，所以，变频可以调速是和异步电动机“与生俱来”的。
一方面，生产机械迫切地要求无级调速，另一方面，改变频率可以实现无级调速的原理又是如此明明白白地摆在那儿。而变频调速装置却如此地难产，成为了人们翘首以盼地期待着的技术！
变频调速技术真正地进入到能够推广普及的实用阶段，已经是20世纪80年代了。人们企盼了将近一个世纪！
是什么原因使变频调速技术如此地姗姗来迟呢？
2 开关器件最关键
目前应用得最为广泛的是交－直－交变频器，今通过其基本结构，来看看要实现变频调速需要解决哪些问题。
图1-4 交-直-交变频器的主电路框图
交－直－交变频器的基本框图如图1-4所示，其工作过程是:先将电源的三相(或单相)交流电经整流桥整流成直流电，又经逆变桥把直流电“逆变”成频率任意可调的三相交流电。其中，变频的核心部分是“逆变电路”，其构成和原理如下述。
2.1 变频核心是逆变
图1-5 单相逆变桥及其工作过程
首先从比较简单的单相逆变桥入手，其构成及工作过程如图1-5所示。图1-5中，V1、V2、V3、V4为开关器件，组成单相逆变桥，接至直流电源P(＋)与N(－)之间，电压为UD; ZL为负载。
逆变电路的工作情况如下:
(1) 前半周期
令V1、V2导通;V3、V4截止。则负载ZL中的电流从a流向b，ZL上得到的电压是a“＋”、b“－”，设这时的电压为“＋”。
(2) 后半周期
令V1、V2截止;V3、V4导通。则负载ZL中的电流从b流向a，ZL上得到的电压是a“－”、b“＋”，
这时的电压为“－”。
上述两种状态如能不断地反复交替进行，则负载ZL上所得到的便是交变电压了。这就是由直流电变为交流电的“逆变”过程。
图1-6 三相逆变桥及其工作
三相逆变桥的电路结构如图1-6所示。其工作过程与单相逆变桥相同，只要注意三相的相位之间互差三分之一周期(T/3)就可以了。
2.2 逆变器件有条件
上述逆变过程看似简单:无非是若干个开关反复地交替导通而已。但问题的关键恰恰在于这些开关器件上。因为，这些开关器件必须满足以下要求:
(1) 能承受足够大的电压和电流
l 电压
我国三相低压电网的线电压均为380V，经三相全波整流后的平均电压为513V，而峰值电压则为537V。考虑到在过渡过程中，由于电感及负载动能反馈能量的效应，开关器件的耐压应在1000V以上。
l 电流
以中型的150kW的电动机为例，其额定电流为250A，而电流的峰值为353A。考虑到电动机和变频器都应该具有一定的过载能力，该变频器开关器件允许承受的电流应大于700A。
上述条件对于有触点开关器件来说，是早已做到了的。
(2) 允许频繁地接通和关断
如上述，逆变过程就是若干个开关器件长时间地反复交替导通和关断的过程，这是有触点开关器件所无法承受的。必须依赖于无触点开关器件，而无触点开关器件要能承受足够大的电压和电流，却并非易事。可以说，正是这个要求，阻碍了变频器的出现长达近百年之久。
(3) 接通和关断的控制必须十分方便
最基本的控制如:频率的上升和下降、改变频率的同时还要改变电压等等。
2.3 电力电子基础奠
上面所说的无触点开关器件，实际上就是半导体开关器件。半导体器件在初期阶段只能用于低压电路中，当半导体器件终于能够承受高电压和大电流时，就形成了一门新的学科，即电力电子学。而变频器和变频调速技术也应运而生了。
(1) 起步始于SCR
20世纪60年代，大功率晶闸管(SCR)首先亮相，变频调速也因此而得到了实施，出现了希望。
图1-7晶闸管在直流电路中
晶闸管VR在直流电路中的工作情形如图1-7所示，当门极G与阴极K之间加入正电压信号UG时，VR导通，如图(a)所示。
当门极与阴极之间撤消UG时，VT将继续保持导通状态，如图(b)所示。故晶闸管在直流电路中，一旦导通之后，是不能自行关断的。
所以，只要在门极与阴极之间加入一个脉冲信号uG，则VR即可保持导通状态，如图(c)所示，uG 称为触发脉冲。
图1-8晶闸管逆变电路
由晶闸管构成的逆变桥如图1-8所示，UD是直流回路的电压，设平均值为UD＝513V。
如上述，晶闸管在直流电路中不具有自行关断的能力。要想关断已经导通的晶闸管，必须令晶闸管的阳极和阴极之间的电压0，或加入反向电压。
图1-8(a)的大致工作情形如下:
假设晶闸管VR1已经处于导通状态，这时，A1点的电位与直流正端(P端)相同，而如果VR3和VR5都处于截止状态的话，则B1点和C1点都是0电位。如要关断VR1，必须令VR3或VR5导通，今假设VR3导通。在VR3导通的瞬间，B1点的电位突然上升513V，由于电容器C13两端的电压是不能跃变的，故A1点的电位也同时上升513V，使VR1的阴极电位高于阳极电位，从而迫使VR1截止。
由于晶闸管逆变桥是由同一侧的晶闸管相互关断的，所以，输出的电压波是矩形波，如图1-8(b)所示;而电流波则如图1-8(c)所示。
晶闸管变频器除了电压和电流波形不好外，并且因为用于相互关断的电容器要求电压较高、容量也较大，故价格昂贵。除此以外，在不同的负载电流下，晶闸管的关断条件也并不一致，这又影响了其工作的可靠性。
所以，晶闸管虽然使变频调速成为了可能，实现了近百年来人们对于变频调速的企盼。但由于缺点较多，故并未达到普及推广的阶段。
(2) 普及归功GTR(BJT)
20世纪70年代，电力晶体管GTR问世，把变频调速推向了实用阶段，于80年代初开始逐渐推广。
图1-9 电力晶体管的内部电路
电力晶体管实际上是由两个或多个晶体管复合而成的复合晶体管(达林顿管)构成，如图1-9所示。也称为大功率晶体管(GTR)或双极晶体管(BJT)。
由于在变频器内，开关器件主要用于逆变桥，故常把两个GTR集成到一起，做成双管模块如图(b)所示，也有把六个GTR集成到一起，做成六管模块的。
又因为在变频器中，各逆变管旁边总要反并联一个二极管，所以，模块中的GTR旁边，都已经把反并联的二极管也集成进去了。
就基本工作状态而言，电力晶体管和普通晶体管是一样的，也有三种状态:放大状态、截止状态和饱和导通状态。
图1-10GTR变频器的主要特点
GTR变频器的逆变电路如图1-10(a)所示，其主要特点有:
l 输出电压
可以采用脉宽调制方式，故输出电压为幅值等于直流电压的强脉冲序列，如图(b)所示。
l 载波频率
由于GTR的开通和关断时间较长，故允许的载波频率较低，大部分变频器的上限载波频率约为1.2～1.5kHz左右。
l 电流波形
因为载波频率较低，故电流的高次谐波成分较大，如图1-10(c)所示。这些高次谐波电流将在硅钢片中形成涡流，并使硅钢片相互间因产生电磁力而振动，并产生噪音。又因为载波频率处于人耳对声音较
为敏感的区域，故电动机的电磁噪音较强。
l 输出转矩
因为电流中高次谐波的成分较大，故在50Hz时，电动机轴上的输出转矩与工频运行时相比，略有减小。
(3) 提高全靠IGBT
20世纪80年代末，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开发成功，使变频器在许多方面得到了较大的提高。
图1-11 IGBT的基本特点
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是场效应晶体管(MOSFET)和电力晶体管(GTR)相结合的产物。其主体部分与GTR相同，也有集电极(C)和发射极(E)，而控制极的结构却与MOSFET相同，是绝缘栅结构，也称为栅极(G)，如图1-11(a)所示。其工作特点如下:
l 控制部分
控制信号为电压信号uGE，栅极与发射极之间的输入阻抗很大，故信号电流与驱动功率(控制功耗)都很小。
l 主体部分
因为与GTR相同，额定电压与电流容易做得较大，故在中小容量的变频器中，IGBT已经完全取代了GTR。
就是说，IGBT是一种以极小的控制功率来控制大功率电路的器件。
图1-12 IGBT模块
变频器所用的IGBT管，通常已经制作成各种模块，如图1-12所示。图1-12(a)是双管模块，图1-12(b)是六管模块。
以IGBT为逆变器件的逆变电路与GTR的逆变电路基本相同，如图1-13(a)所示。其主要特点如下:
l 载波频率高
大多数变频器的载波频率可在(3～15)kHz的范围内任意可调，其电压波形如图1-13(b)所示。
图1-13 IGBT变频器的主要特点
l 电流波形大为改善
载波频率高的结果是电流的谐波成分减小，电流波形十分接近于正弦波，如图1-13(c)所示，故电磁噪声减小，而电动机的转矩则增大。
l 功耗减小
由于IGBT的驱动电路取用电流小，几乎不消耗功率。
l 瞬间停电可以不停机
这是因为，IGBT的栅极电流极小，停电后，栅极控制电压衰减较慢，IGBT管不会立即进入放大状态。故在瞬间停电或变频器因误动作而跳闸后，允许自动重合闸，而可以不必跳闸，从而增强了对常见故障的自处理能力。可以说，IGBT为变频调速的迅速普及和进一步提高奠定了基础。
结论:期待百年的最根本的关键是:直到20世纪80年代，才出现了符合要求的开关器件。
3 变频变压须简便
变频调速出现了一个新问题:当频率下降时，电动机的输出功率将随转速的下降而下降，但输入功率和频率之间却并无直接关系。于是在输入和输出功率之间将出现能量的失衡，这种失衡必将反映在传递能量的磁路中。所以，要说清楚变频变压的问题，必须从电动机的能量传递环节入手。
3.1 能量传递靠磁通
异步电动机的工作原理与能量传递过程如图1-14所示。
图1-14 异步电动机的能量传递过程
(1) 工作原理
图1-14(a)是异步电动机定子绕组的空间分布示意图。它说明:三相绕组在空间位置上是互差2π/3电角度的。
图1-14(b)是它的工作原理:当电源的三相交变电流通入电动机定子的三相绕组后，其合成磁场是一个旋转磁场，转速是n0。旋转磁场被转子绕组(鼠笼条)切割，转子绕组中产生感应电动势E2和感应电流I2。感应电流又和旋转磁场相互作用，便产生电磁转矩TM，在TM的作用下，转子将以转速nM旋转。由于转子绕组只有在切割旋转磁场的情况下，才可能产生感应电动势E2和感应电流I2。而如果转子的转速和同步转速相等的话，转子绕组将不再切割磁力线，也不会产生感应电流和转矩，转子便失去了旋转的动力。所以，转速nM永远小于同步转速n0，两者之差称为转差，用Δn表示。
(2) 能量传递过程
图(c)表示了异步电动机的能量关系，具体说明如下:
l 输入功率
三相交流异步电动机的输入功率就是从电源吸取的电功率，用P1表示，计算公式如下:
P1＝3U1I1cosυ1 (1-5)
式中，P1─输入功率，kW;
U1─电源相电压，V;
I1─电动机的相电流，A;
cosυ1─定子绕组的功率因数。
l 电磁功率
定子输入功率中减去定子绕组的铜损pcu1和铁损pFe1后，将全部转换成传输给转子的电磁功率PM，计算公式如:
PM＝3E1I1cosυ1 (1-6)
式中，PM─电磁功率，kW;
E1─定子每相绕组的反电动势，V。
定子绕组的反电动势是定子绕组切割旋转磁场的结果，其有效值计算如下:
E1＝4.44KEf N1Φ1 (1-7)
式中，N1─定子每相绕组的匝数;
Φ1─定子每对磁极下基波磁通，Wb;
KE─绕组的电势系数。
式(1-7)表明，当频率一定时，E1的大小直接反应了磁通Φ1的大小。
l 转子侧的电磁功率
转子是通过电磁感应得到从定子传递过来的电磁功率的，其大小由下式计算:
PM＝3E2’I2’cosυ2 (1-8)
式中，E2’─转子等效绕组每相电动势的折算值，Ｖ;
I2’─转子等效绕组相电流的折算值，Ａ;
cosυ2─转子等效绕组的功率因数。
这里，所谓转子的等效绕组，是一组效果与实际绕组(鼠笼条)完全相同的假想绕组，其结构与定子绕组相同。等效绕组中的各物理量，都缀以“’”。
E2’是转子等效绕组切割旋转磁场的结果，其有效值计算如下:
E2’=4.44KEf N1Φ1 (1-9)
比较式(1-7)和式(1-9)可以看出，由于转子等效绕组的结构和定子绕组完全相同，因此: E2’＝E1
l 输出功率
电动机的输出功率就是轴上的机械功率，其大小由下式计算:
P1=TM nM /9550 (1-10)
式中，TM─电动机轴上的电磁转矩，Nm;
nM─电动机的转速，r/min。
电磁转矩是转子电流与磁通相互作用的结果，其大小计算如下:
TM＝KTΦ1 I2’cosυ2 (1-11)
式中，KT─绕组的转矩系数。
(3) 磁通在定子等效电路中的反映
如图1-15，在定子磁通中，有两种情形:
图1-15 磁通在定子等效电路中的反映
l 主磁通
主磁通是能够穿过空气隙与转子绕组相链，从而把能量传递给转子的部分。主磁通在公式中常常用基波分量Φ1表示，也有时用振幅值Φm表示。
定子绕组切割主磁通所产生的自感电动势E1，是定子电路内与外加电压相抗衡的主要成分，称为反电动势。
l 漏磁通
漏磁通是不能穿过空气隙与转子绕组相链，从而并不传递能量的部分。它在电路中，只能起电抗的作用，称为漏磁电抗，用x1表示。
3.2 磁通大小不能动
(1) 磁通减小的后果
如式(1-11)，电动机所产生电磁转矩的大小，是和转子电流和磁通的乘积成正比的。电动机的额定电流是不允许超过额定值的，否则电动机会因过热而损坏。因此，如果磁通减小的话，电动机的电磁转矩将达不到额定值，从而使带负载能力下降。
(2) 磁通增大的后果
l 磁化曲线
图1-16 励磁电流的波形
在电动机的磁路里，磁通Φ的大小和励磁电流I0的关系，称为磁化曲线，如图1-16所示。其特点是:
在开始阶段，Φ与I0基本上呈线性关系，但当Φ增大到一定程度时，磁路将饱和。这时，励磁电流I0再增大，磁通Φ将增加得很少。
l 励磁电流的波形
当磁路未饱和时，励磁过程在磁化曲线的线性段进行，励磁电流的波形如图1-16(a)所示。图中，曲线①是磁化曲线;曲线②是励磁电流的波形。
当磁路饱和时，其曲线如图1-16(b)中之曲线①所示，而励磁电流的波形则如图1-16(b)中之曲线③所示。由图知，励磁电流的波形将发生严重的畸变，是一个峰值很高的尖峰波。即使磁通增加不多，励磁电流的峰值也会增加得很大。
所以，在进行变频调速时，有一个十分重要的要求，就是磁通Φ必须保持基本不变:
Φ1＝const
3.3 变频偏把要害捅
当电动机的工作频率fX下降时，各部分功率的变化情形如下:
(1) 输入功率
在式(1-5)中，与输入功率P1有关的各因子中，除cosυ1略有变化外，都和fX没有直接关系。因此，可以认为，fX下降时，P1基本不变。
(2) 输出功率
由于在等速运行时，电动机的电磁转矩TM总是和负载转矩相平衡的。所以，在负载转矩不变的情况下，TM也不变。而输出轴上的转速nX必将随fX下降而下降，由式(1-10)知，输出功率P2也随fX的下降而下降。
(3) 电磁功率
由图1-8(c)可以看出，当输入功率P1不变而输出功率P2减小时，传递能量的电磁功率PM必增大。这意味着磁通Φ也必增大，并导致磁路饱和。
这是异步电动机在电流频率下降时出现的一个特殊问题。
3.4 VVVF出了笼
(1) 保持磁通不变的准确方法
式(1-6)中，4.44KE是常数，针对某一台具体的电动机，每相定子绕组的匝数N1也是常数。故式(1-6)
又可写为:
E1＝KE’2f1Φ1 (1-12)
式中，KE’＝4.44KEN1—常数。
由于感应电动势的瞬时值e1决定于磁通的变化率:
E1=DΦ/DF (1-13)
式中DΦ/DF，—磁通的变化率。
故式(1-12)的物理意义可由图1-17来解释:
图1-17 反电动势的大小
l 比较图1-17(a)和图1-17(b)可知，频率增大时，磁通的变化率增大，反电动势的有效值也增大。
l 比较图1-17(a)和图1-17(c)可知，磁通的振幅值增大时，磁通的变化率也增大，从而反电动势的有效值也同时增大。
可见，反电动势的大小，既和频率大小成正比，也和磁通的振幅值(或有效值)成正比。
所以，如能保持:
R1x /Fx=CONST (1-14)
则磁通Φ1将可保持不变。
但反电动势E1X是线圈自身产生的，无法从外部控制其大小，故式(1-14)所表达的条件将难以实现。
(2) 保持磁通不变的替代方法
图1-15(b)中的定子等效电路，可以形象化地画成如图1-18所示。由图1-18知，反电动势E1X是从外加电压U1X中，减去定子绕组的阻抗压降ΔU1X后的结果。
图1-18 定子的一相等效电路
由于定子绕组的阻抗压降ΔU所占比例较小，因此，用比较容易从外部进行控制的外加电压U1X来近似地代替反电动势E1X是具有现实意义的。即:
UX/FX=CONST (1-15)
所以，变频的同时也必须变压，目的是为了保持磁通基本不变:UX/FX=CONST→Φ1≈CONST
(3) 调频比与调压比
设当频率下降为fX时，电压下降为UX，则:
KF=fx/fn (1-16)
称为频率调节比，或简称调频比。
Ku=Ux/Un (1-17)
称为电压调节比，或简称调压比。
以上两式中，fN和UN分别是频率和电压的额定值。
当kU＝kF时，电压与频率成正比，其UX＝f(fX)曲线将通过原点，如图1-19所示，称为基本U/f线。
图1-19 基本U/f线
3.5 脉宽调制多采用
要实现变频又变压，可以考虑的方法有:
(1) PAM(脉幅调制)
这是最容易想到的办法，即:在频率下降的同时，使直流电压也随着下降。因为晶闸管的可控整流技术早已成熟，所以，人们很容易想到利用可控整流技术使整流后的直流电压与频率同步下降，如图1-20所示。图1-20(b)是频率较高时的情形，这时，脉冲周期较短(频率较高)，而脉冲幅值较大;图1-20(c)是频率较低时的情形，这时，脉冲周期较长(频率较低)，而脉冲幅值则较小。
图1-20 PAM调制
由于PAM调制的结果是使逆变后的脉冲幅度下降，故称之为脉幅调制。
实施PAM的线路比较复杂，因为要同时控制整流和逆变两个部分。并且晶闸管整流后直流电压的平均值并不和移相角成线性关系，也使两个部分之间的协调比较困难。
(2) PWM(脉宽调制)
将变频器输出波的每半个周期分割成许多个脉冲，通过调节脉冲宽度和脉冲周期之间的“占空比”来调节平均电压，如图1-21所示。
图1-21PWM调制
占空比的定义是:
D=Tp/Tc (1-18)
式中，d—占空比;
Tp—脉冲宽度，μs;
Tc—脉冲周期，μs。
图1-21(b)是频率较高时的情形，这时，脉冲周期较短(频率较高)，而占空比较大;图1-21(c)是频率较低时的情形，这时，脉冲周期较长(频率较低)，而占空比则较小。
PWM的优点是不必控制直流侧，因而大大简化了电路。
经PAM和PWM调制后，所得到的电动机电流的谐波分量将是很大的。
(3) SPWM(正弦脉宽调制)
如果脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律分布的话，便是正弦脉宽调制(SPWM)，如图1-22(a)所示。当正弦量较小时，脉冲的占空比也较小;反之，当正弦量为振幅值时，脉冲的占空比也较大。
图1-22SPWM调制
SPWM的显著优点是:由于电动机的绕组具有电感性，因此，尽管电压是由一系列的脉冲构成的，但通入电动机的电流却十分逼近于正弦波，如图1-22(b)所示。
3.6 调制载波得脉冲
经过正弦脉宽调制后的脉冲系列中，各脉冲的上升沿与下降沿是由正弦波和三角波的交点来决定的。这里，三角波是载波，正弦波是调制波。所以，可以说，SPWM的脉冲系列，是调制波调制载波的结果。
(1) 单极性调制
单极性调制虽然已经很少应用，但就产生脉冲系列的基本过程而言，和双极性调制是相同的，而单极性调制则比较容易说明问题。
单极性调制的特点是，三角波是单极性的，如图1-23所示。
图1-23 单极性SPWM 变频时:
l 正弦波的频率随给定频率而变;三角波的频率原则上也跟着一起变化，但变化规律在不同品牌的变频器中不尽相同。
l 正弦波的振幅按比值U1X/fX和给定频率fX同时变化;三角波的振幅则不变。图1-23中，当u1X的振幅值较大时，所得到的脉宽调制波如图1-23(b)所示;而当u1X的振幅值较小时，所得到的脉宽调制波如图1-23(c)所示。
(2) 双极性调制
实际变频器中，更多地使用双极性调制方式。其特点是，三角波是双极性的，如图1-24所示。
图1-24 双极性调制方式
双极性调制后的脉冲系列也是双极性的，如图1-24中之uU、uV、uW。但合成后的线电压脉冲系列则是单极性的，如图1-24中之uUV所示。
要具体地实施ＳＰＷＭ，必须实时地求出各相的正弦波与三角波的交点。它们的周期根据用户的需要而随时调整;并且，正弦波的振幅值也随周期而变。只有在微机技术高度发达的条件下，才有可能在极短的时间内实时地计算出正弦波与三角波的所有交点。并使逆变管按各交点所规定的时刻有序地导通和截止。
第一讲百年期待盼变频(下)
摘要：本文介绍了变频器在改善电动机的机械特性方面所采取的措施，对变频器的主电路进行了比较详细的讲解。
关键词：机械特性V/F控制转矩补偿矢量控制能量守恒
4 机械特性要领先
长期以来，直流电动机调速系统的机械特性一直是人们公认的佼佼者。所以，三相交流异步电动机变频调速系统的机械特性能否和直流调速系统相媲美，便成为了变频调速系统能否复盖全调速领域的试金
石。
4.1 电压顶替转矩小
(1) 满足Ｕ/f＝const的机械特性
异步电动机在满足kU＝kF(U/f＝const)条件下的机械特性如图1-25所示。图中，曲线①是在额定频率下的自然机械特性，临界转矩为TKN，允许长时间运行的转矩即为额定转矩TMN;曲线②是频率较低时的机械特性，临界转矩为TKX，比额定频率时的临界转矩TKN小了一些，允许长时间运行的转矩称为有效转矩TMEX，也小于额定转矩TMN。
图1-25 kU＝kF时的机械特性
可见，频率越低，电动机的有效转矩越小，带负载能力也越小。显然，这样的机械特性是难以和直流调速系统相比拟的。
(2) 低频时临界转矩减小的原因
从根本上说，这是用U1X/fX＝const近似地代替E1X/fX＝const的结果，如图1-26所示。
图1-26 低频时临界转矩减小的原因
图1-26(a)所示是在额定频率下运行时，反电动势EN和外加电压UN之间的关系。假设运行电流等于额定电流IN，则定子绕组的阻抗压降为ΔUN。
当频率下降为fX时，在kU＝kF的前提下，外加电压下降为UX。如果负载转矩未变，则定子电流仍为IN，定子绕组的阻抗压降ΔUX基本未变:
ΔUX≈ΔUN
显然，阻抗压降ΔUX在外加电压UX中所占的比例增大了，而反电动势EX在外加电压UX中所占的比例则减小了。就是说，当UX/fX＝const时，比值EX/fX实际上是随fX的下降而减小的。从而，主磁通Φ1也随之减小，如图1-26(b)所示。所以，电动机的临界转矩TKX和有效转矩TEX也都随之减小。
4.2 对症下药补偿要点
(1) 转矩补偿的基本原理
为了使EX/fX＝const的条件得到满足，以维持磁通Φ1基本不变，人们首先想到的办法便是:频率下降时，在UX/fX＝const的基础上增加Δu，适当提高UX/fX的比值，以补偿阻抗压降ΔU在UX中所占比例增大的影响。这种方法称为转矩补偿或电压补偿，也叫转矩提升。因为是通过改变U/f比来实现的，故通常称为V/F控制法。
图1-27转矩补偿的原理
如图1-27(a)所示，曲线①是kU＝kF时的U/f线，当频率为fX时，对应的电压为UX;曲线②是补偿后的U/f线。当频率为fX时，对应的电压增加为UX′＝UX＋Δu，使UX′/fX＞UN/fN。如补偿得恰到好处的话，则反电动势与频率之比与额定状态基本相同，如图1-27(b)所示，从而使磁通ΦX′大体上与额定磁通相等:
ΦX′≈ΦN
(2) 变频器的U/f线
由于不同负载在低频运行时，负载轴上的阻转矩也各不相同。与此对应的定子电流和阻抗压降也不一样，所需要的补偿量也就各异。为此，各种变频器都设置了可供用户选择的转矩提升功能(U/f线)。
各种变频器提供的U/f线类型很不相同，但归纳起来，大致有以下几种:
l 直线型
图1-28 变频器的U/f线
所提供的U/f线都是直线，如图1-28(a)所示。有的变频器对所有的U/f线进行了编号，用户只需根据需要选择一个编号即可;也有的变频器则选择起始电压与额定电压之比的百分数(UC%)。
l 折线型
由于在频率较高部分，实际上常不需要补偿。因此，用户可预置需要补偿的转折频率ft，同时预置一个起始电压即可，如图1-28(b)所示。
l 任意折线型
用户可预置2～4个转折点，从而可使所需U/f线为任意折线型，如图1-28(c)所示。
l 自动U/f线
各种变频器都设置了自动U/f功能，变频器可以根据定子电流的大小自动调整U/f比。这种方式对于一些在运行过程中阻转矩经常变动的负载来说，是较好的选择;但对于阻转矩比较稳定的负载来说，如选择自动U/f功能时，由于变频器处于不断的检测和调整状态，反显得不够稳定。
(3) V/F控制法的缺点
V/F控制法中，当转矩补偿线选定之后，电动机输入电压U1X的大小只和工作频率fX有关，而和负载轻重无关。
但许多负载在同一转速下，负载转矩是常常变动的。例如塑料挤出机在工作过程中，负载的阻转矩是随塑料的加料情况、熔融状态以及塑料本身的性能等而经常变动的。
用户在决定U/f线时，只能根据负载最重时的状况(I1＝I1N)进行选择。当负载较轻时，电压的补偿量将处于“过补偿”状态。这是因为:负载较轻时，电流I1下降，定子绕组的阻抗压降ΔU也减小。结果，比值E1X/fX将偏大，使磁路饱和。
上述分析表明，当变动负载采用V/F控制法时，电动机磁路的饱和程度将随着负载的变化而变化，这无疑是个瑕点，使它仍难以和直流电动机相媲美。
4.3 矢量控制特性
直流电动机的调速性能是十分优越的，所以，人们就致力于分析直流电动机调速性能优越的原因，进而研究如何使异步电动机也能够具有和直流电动机类似的特点，从而改善其调速性能，这就是矢量控制的基本指导思想。
(1) 直流电动机的特点
l 磁场特点
直流电动机中有两种磁通:
主磁通—由定子上的主磁极产生，用Φ0表示。主磁极上有励磁绕组，绕组中通有励磁电流I0。
电枢磁通—由转子绕组中的电枢电流IA产生，用ΦA表示。
主磁通和电枢磁通在空间是互相垂直的，如图1-29(a)所示。
图1-29 直流电动机的特点
l 电路特点
励磁绕组的电路和电枢电路是互相独立的，如图1-29(b)所示。
l 调速特点
在这两个互相垂直而独立的磁场中，只需调节其中之一即可进行调速，两者互不干扰，调速后的机械特性如图1-29(c)所示。
(2) 矢量控制的基本考虑
仿照直流电动机的特点，当变频器得到给定信号后，首先由控制电路把给定信号分解为两个互相垂直的磁场信号:励磁分量ΦM和转矩分量ΦT，与之对应的控制电流信号分别为iM*和iT*。并假设，这两个互相垂直的磁场信号在空间是旋转着，转速等于给定频率相对应的同步转速。
旋转着的直流磁场，和由三相电流产生的旋转磁场，在转速和磁感应强度都相同的前提下，是可以进行等效变换的。所以，直流旋转磁场的控制信号可以等效地变换成三相交变磁场的控制信号iA*、iB*和iC*，用来控制逆变桥中各开关器件的工作，如图1-30所示。在运行过程中，当由于负载发生变化导致转速变化，并通过转速反馈环节反馈到控制电路时，令磁场信号iM*不变，而只调整转矩信号iT*，从而使异步电动机得到和直流电动机十分相似的机械特性。
图1-30 矢量控制框图
(3) 变频调速与直流电动机的比较
迄今为止，变频调速在绝大多数领域都已经赶上或超过了直流电动机，这里只举两个例子。
l 拖动二次方律负载
图1-31 变频调速与直流电动机的比较
风机、水泵等属于二次方律负载，其机械特性如图1-31(a)中之曲线①所示。由于转速越低，负载的阻转矩越小，因此，异步电动机在无补偿情况下，低频运行时转矩减小的缺点反变成了优点，如图1-31(a)中之曲线②所示。如果用直流电动机拖动二次方律负载，则低速运行时，将处于严重的“大马拉小车”的状态，如图1-31(a)中之曲线③所示。
l 额定转速以上的特性
一方面，如上述，两个电路互相独立是直流电动机的优点之一。
另一方面，直流电动机在额定转速以下调速时，其机械特性之所以能十分“平直”，是因为在调速装置中加入了两个反馈系统:电流反馈系统(内环)和转速反馈系统(外环)。
但是，这两个反馈系统只能加到一个独立电路(电枢电路)上。所以，当通过减小励磁电流，在额定转速以上调速(弱磁调速)时，电动机的机械特性将得不到改善，如图1-25(c)所示。
而变频调速中的矢量控制方式，虽然是模拟了直流电动机的结果，但受控的三相电路实际上并未分开。所以，即使在额定转速以上，矢量控制方式仍能适用，故机械特性较好，如图1-31(b)所示。
5电路结构记心间
各种变频器控制电路的差异是很大的，但主电路的结构却基本相同。此外，许多故障现象都可以通过主电路来进行分析。所以，记住主电路的结构与特点具有十分重要的意义。
5.1 交－直变换有特点
交—直变换电路就是整流和滤波电路，其任务是把电源的三相(或单相)交流电变换成平稳的直流电。由于整流后的直流电压较高，且不允许再降低，因此，在电路结构上具有特殊性。
(1) 全波整流电路与判断
l 整流电路
在SPWM变频器中，大多采用桥式全波整流电路。在中、小容量的变频器中，整流器件采用不可控的整流二极管或二极管模块，如图1-32(a)所示。
三相全波整流后的电压波形如图1-32(a)所示，它具有6个波头，故也称为6波头整流。
图1-32 全波整流电路与判断
l 整流管损坏的判断
判断整流管是否损坏时，应记住整流前后各端子的符号。今以判断VD1为例，由图1-32(a)知，VD1在R端和P端之间，当万用表的黑表笔(电源正端)与R相接，红表笔(电源负端)与P相接时，在正常情况下，VD1是导通的;反之，则不导通。测量方法如图1-32(b)所示。
(2) 滤波与均压电路
三相全波整流后的电压波形脉动较大，需要进行滤波。由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成，如图1-33中的CF1和CF2所示。因为电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组CF1和CF2的电容量常不能完全相等，这将导致它们承受的电压UC1和UC2不相等，承受电压较高的电容器组将容易损坏。
为了使UC1和UC2相等，在CF1和CF2旁各并联一个阻值相等的均压电阻RC1和RC2，如图1-33所示。均压原理如下:
交流变频调速技术发展的现状及趋势 概述 交流电动机变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来的电力拖动先进技术，其应用领域十分广泛。为了适应科技的发展，将先进技术推广到生产实践中去，交流变频调速技术已成为应用型本科、高职高专电类专业的必修或选修课程。 变频调速技术概述，常用电力电子器件原理及选择，变频调速原理，变频器的选择，变频调速拖动系统的构建，变频技术应用概述，变频器的安装、维护与调试和变频器的操作实验。 在理论上以必需、够用为原则；精心选材，努力贯彻少而精、启发式的教学思想； 变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。但其调速性能都无法和直流电动机相比。直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。 要学习交流电动机的变频调速技术，必须有电力拖动系统的知识。因此，先温习电力拖动系统的基础知识。电力拖动系统由电动机、负载和传动装置三部分组成。描写电力拖动系统的物理量主要是转速，n和转矩T（有时也用电流，因转矩和电动机的电枢电流成正比）。两者之间的关系式称为机械特性。 交流电动机是电力拖动系统中重要的能量转换装置,用来实现将电能转换为机械能。长期以来人们一直在寻求对电动机转速进行调节和控制的方法,起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统,直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位。 变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三 种 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优
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变频技术的发展趋势及其应用 0引言 在工业生产及国计民生中电机的使用十分广泛，电机的传动方式一般分为直流电机传动及交流电机传动。过去由于交流电机实现调速较困难或某些调速方式低效不够理想，因而长期以来在调速领域大多采用直流电机，而交流电动机的优点在调速领域中未能得到发挥。交流电动机的调速方式一般有以下三种。 1）变极调速是通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变电机极数实现调速，这种调速方法是有级调速，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼电动机。 2）改变电机转差率调速其中有通过改变电机转子回路的电阻进行调速，此种调速方式效率不高，且不经济。其次是采用滑差调速电机进行调速，调速范围宽且能平滑调速，但这种调速装置结构复杂（一般由异步电机、滑差离合器和控制装置三部分组成），滑差调速电机是在主电机转速恒定不变的情况下调节励磁实现调速的，即便输出转速很低，而主电机仍运行在额定转速，因此耗电较多，另外励磁和滑差部分也有效率问题和消耗问题。较好的转差率调速方式是串级调速。3）变频调速通过改变电机定子的供电频率，以改变电机的同步转速达到调速的目的，其调速性能优越，调速范围宽，能实现无级调速。 目前我国生产现场所使用的交流电动机大多为非调速型，其耗能十分惊人。如采用变频调速，则可节约大量能源。这对提高经济效益具有十分重要的意义。 1变频调速技术的发展 上世纪50年代末，由于晶闸管（SCR）的研究成功，电力电子器件开始运用于工业生产，可控整流直流调速便成了调速系统中的主力军。但由于直流电机结构复
变频器32个典型应用领域 变频器应用的一些场合 1、空调负载类 写字楼、商场和一些超市、厂房都有中央空调，在夏季的用电高峰，空调的用电量很大。在炎热天气，北京、上海、深圳空调的用电量均占峰电40%以上。因而用变频装置，拖动空调系统的冷冻泵、冷水泵、风机是一项非常好的节电技术。目前，全国出现不少专做空调节电的公司，其中 主要技术是变频调速节电。 2、破碎机类负载 冶金矿山、建材应用不少破碎机、球磨机，该类负载采用变频后效果显著。 3、大型窑炉煅烧炉类负载 冶金、建材、烧碱等大型工业转窑(转炉)以前大部分采用直流、整流子电机、滑差电机、串级调速或中频机组调速。由于这些调速方式或有滑 环或效率低，近年来，不少单位采用变频控制，效果极好。 4、压缩机类负载 压缩机也属于应用广泛类负载。低压的压缩机在各工业部门都普遍应用，高压大容量压缩机在钢铁(如制氧机)、矿山、化肥、乙烯都有较多应用。采用变频调速，均带来启动电流小、节电、优化设备使用寿命等优点。 5、轧机类负载 在冶金行业，过去大型轧机多用交-交变频器，近年来采用交-直-交变频器，轧机交流化已是一种趋势，尤其在轻负载轧机，如宁夏民族铝制品厂的多机架铝轧机组采用通用变频器，满足低频带载启动，机架间同步运行，恒张力控制，操作简单可靠。 6、卷扬机类负载 卷扬机类负载采用变频调速，稳定、可靠。铁厂的高炉卷扬设备是主要的炼铁原料输送设备。它要求启、制动平稳，加减速均匀，可靠性高。 原多采用串级、直流或转子串电阻调速方式，效率低、可靠性差。用交流变频器替代上述调速方式，可以取得理想的效果。 7、转炉类负载
转炉类负载，用交流变频替代直流机组简单可靠，运行稳定。 8、辊道类负载 辊道类负载，多在钢铁冶金行业，采用交流电机变频控制，可提高设备可靠性和稳定性。 9、泵类负载 泵类负载，量大面广，包括水泵、油泵、化工泵、泥浆泵、砂泵等，有低压中小容量泵，也有高压大容量泵。 许多自来水公司的水泵、化工和化肥行业的化工泵、往复泵、有色金属等行业的泥浆泵等采用变频调速，均产生非常好的效果。 10、吊车、翻斗车类负载 吊车、翻斗车等负载转矩大且要求平稳，正反频繁且要求可靠。变频装置控制吊车、翻斗车可满足这些要求。 11、拉丝机类负载 生产钢丝的拉丝机，要求高速、连续化生产。钢丝强度为200Kg/mm2，调速系统要求精度高、稳定度高且要求同步。 12、运送车类负载 煤矿的原煤装运车或钢厂的钢水运送车等采用变频技术效果很好。起停快速，过载能力强，正反转灵活，达到煤面平整、重量正确(不多装或 少装)，基本上不需要人工操作，提高了原煤生产效率，节约了电能。 13、电梯高架游览车类负载 由于电梯是载人工具，要求拖动系统高度可靠，又要频繁的加减速和正反转，电梯动态特性和可靠性的提高，边增加了电梯乘坐的安全感、舒适感和效率。过去电梯调速直流居多，近几年逐渐转为交流电机变频调速，无论日本还是德国。我国不少电梯厂都争先恐后的用变频调速来装备电梯。如上海三菱、广州日立、青岛富士、天津奥的斯等均采用交流变频调速。不少原来生产的电梯也进行了变频改造。 14、给料机类负载
《变频器技术应用》试题库 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 2、对电动机从基本频率向上的变频调速属于（）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（）。 A：直流制动B：回馈制动 C：反接制动D：能耗制动 4、对于风机类的负载宜采用（）的转速上升方式。 A：直线型B：S型C：正半S型D：反半S型 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（）设定。 A：F009 B：F010 C：F011 D：F012 6、型号为N2-201-M的台安变频器电源电压是（）V。 A：200 B：220 C：400 D：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（）有关系。 A：磁极数B：磁极对数C：磁感应强度D：磁场强度 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 10、变频器的调压调频过程是通过控制（）进行的。 A：载波B：调制波C：输入电压D：输入电流 11、为了适应多台电动机的比例运行控制要求，变频器设置了（）功能。 A：频率增益 B：转矩补偿 C：矢量控制 D：回避频率 12、为了提高电动机的转速控制精度，变频器具有（）功能。 A：转矩补偿 B：转差补偿 C：频率增益 D：段速控制 13、变频器安装场所周围振动加速度应小于（）g 。 A： 1 B：0.5 C：0.6 D：0.8 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 15、N2系列台安变频器操作面板上的SEQ指示灯在（）发光。 A：F10=0 B：F10=1 C：F11=0 D：F11=1
交流及变频调速技术 一、选择题；（20分） 1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（A ）。 A：PWM B：PAM C：SPWM D：SPAM 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、对于风机类的负载宜采用（ A）的转速上升方式。 A：直线型 B：S型 C：正半S型 D：反半S型 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（C ）设定。 A：F009 B：F010 C：F011 D：F012 6、型号为N2-201-M的台安变频器电源电压是（ A）V。 A： 200 B：220 C：400 D：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（B ）有关系。 A：磁极数 B：磁极对数 C：磁感应强度 D：磁场强度 8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（D ）。 A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT 9、IGBT属于（B ）控制型元件。 A：电流 B：电压 C：电阻 D：频率 10、变频器的调压调频过程是通过控制（ B）进行的。 A：载波 B：调制波 C：输入电压 D：输入电流 二：填空题（每空2分，20分） 1.目前变频器中常采用 IGBT 作为主开关器件。 2.三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应 随f1 U1\F1=常数按规律调节。 3.矢量控制的规律是 3/2变换、矢量旋转变换、坐标变换。 4.变频调速系统的抗干扰措施有： 合理布线，消弱干扰源，隔离干扰，准确接地 三：判断题（10分） ( 对 )1. 变频器的主电路不论是交-直-交变频还是交-交变频形式，都是采用电力电子器。( 错 )2.电流型变频器多用于不要求正反转或快速加减速的通用变频器中。 ( 对 )3. 变频器调速主要用于三相异步电动机。
湖北交通职业技术学院2011-2012学年第二学期 变频调速技术与应用 试题（A 卷） 一、 1、 正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（A ）。 A ：PWM B ：PAM C ：SPWM D ：SPAM 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、对于风机类的负载宜采用（ A ）的转速上升方式。 A ：直线型 B ：S 型 C ：正半S 型 D ：反半S 型 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（C ）设定。 A ：F009 B ：F010 C ：F011 D ：F012 6、型号为N2-201-M 的台安变频器电源电压是（ A ）V 。 A ： 200 B ：220 C ：400 D ：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（B ）有关系。 A ：磁极数 B ：磁极对数 C ：磁感应强度 D ：磁场强度 8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（D ）。 A ：SCR B ：GTO C ：MOSFET D ：IGBT 9、IGBT 属于（B ）控制型元件。 A ：电流 B ：电压 C ：电阻 D ：频率 10、变频器的调压调频过程是通过控制（ B ）进行的。 A ：载波 B ：调制波 C ：输入电压 D ：输入电流 二：填空题（每空2分，20分） 1. 目前变频器中常采用 IGBT 作为主开关器件。 2. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应随f1 U1\F1=常数 按规律调节。 3. 矢量控制的规律是 3/2变换 、 矢量旋转变换 、 坐标变换 。 4. 变频调速系统的抗干扰措施有： 合理布线，消弱干扰源，隔离干扰 ，准确接地 三：判断题（10分） ( 1 )1. 变频器的主电路不论是交-直-交变频还是交-交变频形式，都是采用电力电子 器。 ( 0 )2.电流型变频器多用于不要求正反转或快速加减速的通用变频器中。 ( 0 )3. 变频器调速主要用于三相异步电动机。 ( 1 )的智能化表现为可以实现控制、保护、接口3大功能，构成混合式功率集成电路。 ( 1 )5.转差率是指三相异步电动机同步转速与转子转速的差值比上同步转速 ( 1 )6. 通过通讯接口可以实现变频器与变频器之间进行联网控制。 ( 1 )7.电磁转矩的基本公式为9550M P T n = ( 1 )8.电动机的反电动势E1=1114.44f k N m N Φ ( 1 )9.交-交变频由于输出的频率低和功率因数低，其应用受到限制。 ( 0 )脉宽调制型变频，是靠改变脉冲频率来控制输出电压。
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。
复习提纲 1、根据公式，说明交流异步电动机和同步电动机调速的方法各有哪些？ 交流电机同步转速 交流感应电机转速 交流异步电动机调速的方法:(1)变频调速(2)变极调速(3)变转差率调速 第一：改变感应电机的极对数p ，从而改变电动机的转速。这种方法只能一级一级地调速，不能平滑调节，而且电机体积较大，接线复杂，电机运行性能较差； 第二：改变感应电机转差率s 。绕线式感应电动机通过在转子中外加调速电阻，实现改变转差率，使得转速改变。缺点是调速电阻需要消耗一定能量，绕线式电动机结构较复杂，适用于中小容量电动机； 第三：改变电源频率f1。通过改变电源频率来改变交流电动机转速。是当前应用最广泛的交流调速技术。既适用于同步电机，也适用于感应电机。 交流同步电机转速 只有变频调速 根据交流异步电机的转速公式 n=n1(1-s)=60f1/p(1-s) 可知：交流异步电动机有以下三种基本调速方法： （1）改变定子极对数p 调速。 （2）改变电源频率f1调速。 （3）改变转差率s 调速。 ()()116011=-=-f n n s s p 1160=f n p 1160=f n p
2、按电动机能量类型可将异步电机调速分为几种类型？ （1）转差功率消耗型调速系统 （2）转差功率馈送型调速系统 （3）转差功率不变型调速系统 3、现代交流调速系统由哪些部分组成？ 现代交流调速系统的组成 4、目前应用最多、最广泛的交流调速方法是哪种？主要应用于哪些场合？ 变频调速：改变电源频率f1。通过改变电源频率来改变交流电动机转速。是当前应用最广泛的交流调速技术。既适用于同步电机，也适用于感应电机。5、叙述异步电动机工作原理、铭牌的意义、旋转方向等 工作原理: 三相交流异步电动机工作原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。 三相异步电动机的转速永远低于旋转磁场的同步转速，使转子和旋转磁场间有相对运动，从而保证转子的闭合导体切割磁力线，感生电流，产生转矩。转速的差异是异步电机运转的必要条件。在额定情况下，转子转速一般比同步转速低2-5%。
变频调速技术与应用试卷 A卷 Last revision on 21 December 2020
湖北交通职业技术学院2011-2012学年第二学期 变频调速技术与应用试题（A卷）班级： 100371 班姓名：_______________ 学号:________________ 一、选择题；（20分） 1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（A ）。 A：PWM B：PAM C：SPWM D：SPAM 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、对于风机类的负载宜采用（ A）的转速上升方式。 A：直线型 B：S型 C：正半S型 D：反半S型 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（C ）设定。 A：F009 B：F010 C：F011 D：F012 6、型号为N2-201-M的台安变频器电源电压是（ A）V。 A： 200 B：220 C：400 D：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（B ）有关系。A：磁极数 B：磁极对数 C：磁感应强度 D：磁场强度 8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（D ）。 A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT 9、IGBT属于（B ）控制型元件。
A ：电流 B ：电压 C ：电阻 D ：频率 10、变频器的调压调频过程是通过控制（ B ）进行的。 A ：载波 B ：调制波 C ：输入电压 D ：输入电流 二：填空题（每空2分，20分） 1. 目前变频器中常采用 IGBT 作为主开关器件。 2. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不 变，则U1应随f1 U1\F1=常数 按规律调节。 3. 矢量控制的规律是 3/2变换 、 矢量旋转变换 、 坐标变换 。 4. 变频调速系统的抗干扰措施有： 合理布线，消弱干扰源，隔离干扰 ，准确接地 三：判断题（10分） ( 1 )1. 变频器的主电路不论是交-直-交变频还是交-交变频形式，都是采用电力电子 器。 ( 0 )2.电流型变频器多用于不要求正反转或快速加减速的通用变频器中。 ( 0 )3. 变频器调速主要用于三相异步电动机。 ( 1 )的智能化表现为可以实现控制、保护、接口3大功能，构成混合式功率集成电路。 ( 1 )5.转差率是指三相异步电动机同步转速与转子转速的差值比上同步转速 ( 1 )6. 通过通讯接口可以实现变频器与变频器之间进行联网控制。 ( 1 )7.电磁转矩的基本公式为9550M P T n = ( 1 )8.电动机的反电动势E1=1114.44f k N m N Φ ( 1 )9.交-交变频由于输出的频率低和功率因数低，其应用受到限制。
交流变频调速技术的优势与应用 交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较 交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中，变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也
变频器技术应用题库与部分答案 《变频器技术应用》试题库 一、选择题 1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（C）。 A：PWM B：PAM C：SPWM D：SPAM 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、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 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（B）设定。 A：F009B：F010C：F011D：F012 6、型号为N2-201-M的台安变频器电源电压是（B）V。 A：200B：220C：400D：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（B）有关系。 A：磁极数B：磁极对数C：磁感应强度D：磁场强度 8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（D）。A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT
9、IGBT属于（B）控制型元件。 A：电流B：电压C：电阻D：频率 10、变频器的调压调频过程是通过控制（B）进行的。 A：载波B：调制波C：输入电压D：输入电流 11、为了适应多台电动机的比例运行控制要求，变频器设置了（A）功能。 A：频率增益B：转矩补偿C：矢量控制D：回避频率 12、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 13、变频器安装场所周围振动加速度应小于（C）g。 A：1B：C：D： 14、变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和（A）型。A：电流B：电阻C：电感D：电容 15、N2系列台安变频器操作面板上的SEQ指示灯在（）发光。A：F10=0B：F10=1C：F11=0D：F11=1 16、N2系列台安变频器操作面板上的显示屏幕可显示（b）位数字或字母。 A：2B：3C：4D：5 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（C）功能。 A：频率偏置B：转差补偿C：转矩补偿D：段速控制 18、变频器常用的转矩补偿方法有：线性补偿、分段补偿和（B）
变频调速系统技术原理及应用 0 引言 随着工业自动化技术的飞速发展，人们对自动化监控系统的要求越来越高，如要求界面简单明了，易于操作，实时性好，开发周期短，便于修改、扩充、升级。这些要求促使工控组态软件应运而生，组态是指通过专用的软件定义系统的过程，工控组态软件是利用系统软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，构成系统所需的软件。国外软件商推出了各种工业控制软件包，如美国Wonderware 公司的In-Touch，美国Intellution 公司的iFIX，德国西门子公司的WinCC；国产工控组态软件则以北京亚控科技发展有限公司出品的“Kingview （组态王）”组态软件为代表[1]。 PLC 作为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一，编程、操作简易方便，程序修改灵活，功能强大。被广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。科威公司生产的EASY系列嵌入式PLC 是将PLC 内核构建于控制器内，运用PLC 语言开发用户所需产品，能提高开发速度，降低开发费用，提高控制器的稳定性[2]。嵌入式PLC 又称客制式PLC，即根据用户的控制需要定制硬件，以PLC 的应用方式解决对象控制问题的专用PLC。EASY嵌入式PLC软件平台具有开发通用、专用PLC 的基本功能，支持CAN bus现场总线、支持通用HMI、组态软件包。 变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础上。与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，可以实现大范围内的高效连续精确调速控制。其完善的保护功能既能保护变频器，又能保护电机及相关用电设备[3]。富士系列变频器是高性能和多功能的理想结合，动态转矩矢量控制能在各种运行条件下实现对电动机的最佳控制。强大的功能和鲜明的特点使其广泛应用于工业场合。 1 Kingview组态软件 Kingview（组态王）完全基于网络概念，支持客户机- 服务器模式和Internet/Intranet 浏览器技术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小，可以将不同站点设计成I/O 服务器、报警服务器、数据服务器、登录服务器、校时服务器、客户机等，在系统扩展和变化时，有着极大的灵活性。组态王设计成全冗余结构，在五个层面上提供了冗余：I/O通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余及双系统冗余。组态王被设计成一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它也是一个ActiveX容器，无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中[4]。
变频调速及其控制技术的现状与发展趋势 摘要：变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果在各个领域得到广泛的应用，为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了重要手段。本文首先回顾了变频调速技术的发展历史和现状，然后总结了变频调速中的关键控制技术，并介绍了智能控制理论在变频调速系统中的应用情况，最后指出了变频调速技术的发展趋势。 关键字：变频调速技术矢量控制异步电动机PWM技术智能控制 1变频调速技术的发展历史及现状 变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点（结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等），并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在*****领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。交流调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。变频装置有交-直-交系统和交-交系统两大类。
交-直-交系统又分为电压型和电流型，其中，电压型变频器在工业中应用最为广泛。本文所涉及的就是此类变频调速理论和技术。 20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪20年代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力、去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大的发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速。进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT（绝缘栅双极晶体管Insolated Gate Bipolar Transistor），IGCT(集成门极换向型晶闸管Integrated Gate Commutated Thyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP（数字信号处理器Digital signal processor）的诞生和发展等以及先进控制理论和技术的完善和发展（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标也超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优越的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等新技术的发展应用中无不看
文章编号:1002-3704(1999)05-0042-02 文献标识码:B 中图分类号:TM 921.51 于京燕 北京同仁堂制药二厂 交流变频调速技术的优势与应用 对于可调速的电力拖动系统,工程上往往根据电动机电流制型式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同处主要在于交流电力拖动免除了直流电机电流流 向变化的机械换向器 整流子。在二十世纪70年代以后,大规模集成电路和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能,在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。 在交流调速技术中,变频调速具有绝对优势,并且它的调速性能与可靠性不断完善,价格不断降低,特别是变频调速节电效果明显,而且易于实现过程自动化。 在各个工业领域中,交流调速比重已逐渐增大,世界各国的设计研究工作已把重点转向交流调速技术,它在工业自动化领域中的地位日趋重要。 一、交流变频调速的优异特性 1.调速时平滑性好,效率高。低速时,特性静差率较高,相对稳定往好。 2.调速范围较大,精度高。 3.起动电流低,对系统及电网无冲击,节电效果明显。 4.变频器体积小,便于安装、调试、维修简便。 5.易于实现过程自动化。 6.必须有专用的变频电源,目前造价较高。 7.在恒转矩调速时,低速段电动机的过载能力大为降低。二、交流变频调速与其它调速方法的比较 交流电动机的调速方法有三种:变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中,变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中,由于直流电动机具有电刷与整流子,因而必须对其进行维修检查,电机安装环境受到限制。例如:不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外,也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题,主要表现为以下几点: 第一,直流电机的单机容量一般为12至14兆瓦,还常制成双电枢形式,而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二,直流电机由于受换向限制,其电枢电压最高只能做到一千多伏,而交流电机可做到6至10千伏。第三,直流电机受换向器部分机械强度的约束,其额定转速随电机额定功率而减小,一般仅为每分钟数百转到一千多转,而交流电机可达到每分钟数千转。第四,直流电机的体积、重量、价格比同等容量的交流电机要大。最后,特别要指出的是交流调速系统在节约能源方面有着很大的优势。一方面,交流拖动的负荷在总用电量中占一半或一半以上的比重,这类负荷实现节能,可以获得十分可现的节电效益。另一方面,交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。在交流 行业交流
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 变频调速技术在水泵控制系统中的应用 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-8521-58 变频调速技术在水泵控制系统中的 应用 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 变频调速（ＶａｒｉａｂｌｅＶｅｌｏｃｉｔｙＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。自８０年代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。现在凡是可变转速的拖动电机，只要采用该项技术就能取得非常显著的节能效果。国家科委十分重视这一技术的推广工作，已在１９９５年将其列入国家级重点推广的科技成果项目。 随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约４２００万台，装机容量约１．１亿千瓦。但系统实际运
《变频器技术应用》试题库 . 5. 6. 7.a. . 9. B. . 13. A. 14. A .15. 16. . 18. B. A . 一、选择题 1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（ C ）。 A：PWM B：PAM C：SPWM D：SPAM 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、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 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（）设定。 A：F009 B：F010 C：F011 D：F012 6、型号为N2-201-M的台安变频器电源电压是（）V。 A：200 B：220 C：400 D：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（ A ）有关系。 A：磁极数B：磁极对数C：磁感应强度D：磁场强度 8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（ D ）。 ） A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT 9、IGBT属于（ B ）控制型元件。 A：电流B：电压C：电阻D：频率 10、变频器的调压调频过程是通过控制（ B ）进行的。 A：载波B：调制波C：输入电压D：输入电流 11、为了适应多台电动机的比例运行控制要求，变频器设置了（ A ）功能。 A：频率增益B：转矩补偿C：矢量控制D：回避频率 12、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 13、变频器安装场所周围振动加速度应小于（ A ）g 。 * A： 1 B：0.5 C：D：
高压变频调速技术应用现状与发展趋势-管理资料 2019-01-01 1前言 通常，我们把用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器， 。按照国际惯例和我国国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称高压，小于10kV时称中压。因此，相应额定电压1～10kV的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。但考虑到在这一电压范围内的变频器有着共同的特征，且我们习惯上也把额定电压为3kV或6kV的电动机称为“高压电机”，因此，为简化叙述起见，本文也称之为“高压变频器”。 截止2006年底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5.08亿kW。其中火电装机约占80%，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2万亿kWh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右! 全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达12000亿kWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%;其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40%左右。70%以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5%左右调速运行。 若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40%为中高压电机，容量占60%。若按电机平均出力为60%，年运行4000小时，平均节电率为20～30%(平均25%)计算，则年节电潜力为600亿kWh!整个电机系统的节电潜力约为1000亿 kWh，改造和更新预计需投入2000～3000亿元人民币。 根据国家节能，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能能力需投资2000元(约为开发等量能源费用的三分之一)，则每年需节能投资600亿元，“十五”期间共需3000亿元人民币，“十一五”期间将更多。 由于我国的高速发展，发电装机仍以高速发展。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距：我国火电机组的平均煤耗为400g/kWh，比发达国家高出约70～100g/kWh;发达国家发电厂的厂用电率为 3.7%～6%，而我国的厂用电率为 4.7%～10.5%，加之线损，我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%，相当于22000MW装机容量，即22个百万大厂的年发电量。因此，我国的节能形势十分严峻!
变频调速技术实验研究及其应用分析 摘要：从变频调速的基本原理开始，讨论了电动机调速与节能的关系，根据实验数据，结合生产实践中大量使用的风机、水泵进行分析，指出变频调速有利于节能及其它优势，并结合相关实例说明了使用变频技术带来的经济效益。 关键字：变频调速节能流量频率功率 1．概述 我国的能源供应还很紧张，最大限度的利用能源是一种客观要求。而八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。近年来变频技术被广泛的应用在生产、生活的各个方面，就是由于使用了变频技术可以大幅度提高能源的利用率。 2 变频调速 2.1 变频调速的基本原理 在变频调速中使用最多的变频调速器是电压型变频调速器,由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。在其工作时首先将三相交流电经桥式整流装置整为直流电,脉动的直流电压经平滑滤波后在微处理器的调控下,用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源,输出到需要调速的电动机上。由电工原理可知电机的转速与电源频率成正比, 通过变频器可任意改变电源输出频率从而任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。 2.2 电动机调速与节能的关系 风机和水泵都是流体机械，流体机械的转速变化与其流量、压力和功率之间的变化有如下的关系： Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2)2 P1/P2=(n1/n2)3 上述式子中Q1、H1、P1分别代表转运n1时的流量、压力、功率。Q2、H2、P2、分别代表转速n2时的流量、压力、功率。即流量与转速的一次方成正比：压力与转速的平方成正比；功率与转速的三次方成正比。
交流变频调速技术的优势与应用 摘要：交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。 关键词：交流电机; 变频调速技术; 直流电机; 变频器; 交流变频调速 交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整 流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1.交流变频调速的优异特性
(1)调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2)调速范围较大，精度高。 (3)起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4)变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5)易于实现过程自动化。 (6)必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7)在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2.与其它调速方法的比较 交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中，变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点： 第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。 第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转到一千多转，而交流电机的达到每分钟数千转。第四，直流电