變頻器技術(shù)與應(yīng)用張小潔習(xí)題答案

第一章思考與練習(xí)解答

1.什么叫變頻器？變頻器有哪些應(yīng)用？

答：變頻器是將固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的

交流電的裝置。

變頻器的應(yīng)用主要有：①在節(jié)能方面的應(yīng)用。例如風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻

調(diào)速后，節(jié)電率可以達(dá)到20%?60%；②在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用。

例如變頻調(diào)速應(yīng)用于傳送、起重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域；③在自

動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。例如，化纖工業(yè)中的卷繞、拉伸、計(jì)量、導(dǎo)絲；玻璃工業(yè)中

的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機(jī)、制瓶機(jī)；電弧爐自動(dòng)加料、配料系統(tǒng)

以及電梯的智能控制等。

2.變頻器的發(fā)展與哪些因素相關(guān)？

答：變頻器的發(fā)展與電力電子器件的發(fā)展直接相關(guān)，因?yàn)樽冾l器的主電路不

論是交-直-交變頻或是交-交變頻形式，都是采用電力電子器件作為開(kāi)關(guān)器件；此

外還與計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論的發(fā)展緊密相關(guān)。

3.變頻器按照工作原理分為幾類？

答：按工作原理變頻器分為：交-交變頻器和交-直-交變頻器兩大類。

4.異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理是什么？

答：三相交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速(即定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速)如可表示為

如果將電源頻率調(diào)節(jié)為八，則同步轉(zhuǎn)速W0X也隨之調(diào)節(jié)成

P

異步電動(dòng)機(jī)變頻后的轉(zhuǎn)速〃X的表達(dá)式為

nx=〃o、(l_s)=^^(l_s)

P

這就是異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的原理。

5.變頻器的主要技術(shù)參數(shù)有哪些？

答：變頻器的主要技術(shù)參數(shù)：輸入電壓、輸出電壓、額定電流、輸出容量、

額定功率和過(guò)載能力等。

第二章思考與練習(xí)解答

1.使晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？維持晶閘管導(dǎo)通的條件是什么？怎樣才能使晶

閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷？

答：使晶閘管導(dǎo)通的條件是：晶閘管承受正相陽(yáng)極電壓，并在門(mén)極施加觸發(fā)電流

（脈沖）?；蛘遀AK>0且UGK>0

維持晶閘管導(dǎo)通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導(dǎo)通的最小電流，即

維持電流。晶閘管電流低于維持電流，晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷。

2.晶閘管在單相正弦有效值電壓220V時(shí)工作，若考慮晶閘管的安全裕量，其電壓

定額應(yīng)選多大？

答：若考慮2倍安全裕量，額定電壓可選700V。

3.如圖2-22,型號(hào)為KF100-3,維持電流4mA的晶閘管，在以下電路中使用是

否合理？為什么？（未考慮電壓、電流安全余量）

a）b）c）

圖2-22

答：a）電流低于維持電流，不合理。

b）晶閘管的最高電壓超過(guò)了其額定電壓，耐壓不夠，不合理。

c）合理。

4.IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)是什么？

答：IGBT是一種新型復(fù)合器件，它是集MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有

輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好、所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、通

態(tài)壓降低、阻斷電壓高、承受電流大等優(yōu)點(diǎn)。

5.試說(shuō)明IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

答:對(duì)IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較如下表：

器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

IGBT開(kāi)關(guān)速度高,開(kāi)關(guān)損耗小，開(kāi)關(guān)速度低于電力

具有耐脈沖電流沖擊的MOSFET,電壓，電流容量

能力,通態(tài)壓降較低，輸入不及GTO

阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)

功率小

GTR耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特開(kāi)關(guān)速度低,為電流驅(qū)動(dòng)，

性好，通流能力強(qiáng)，飽和所需驅(qū)動(dòng)功率大,驅(qū)動(dòng)電

壓降低路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)

題

GTO電壓、電流容量大，適用電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷

于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)

調(diào)制效應(yīng),其通流能力很關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)

強(qiáng)動(dòng)電路復(fù)雜.開(kāi)關(guān)頻率低

電力MOSFET開(kāi)關(guān)速度快,輸入阻抗高，電流容量小,耐壓低，一般

熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功只適用于功率不超過(guò)

率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工10kW的電力電子裝置

作頻率高,不存在二次擊

穿問(wèn)題

6.IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路各有什么特點(diǎn)？

答:IGBT驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是:驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻，IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型

器件,IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。

GTR驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是:驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流有足夠陡的前沿，并有一定

的過(guò)沖，這樣可加速開(kāi)通過(guò)程,減小開(kāi)通損耗，關(guān)斷時(shí),驅(qū)動(dòng)電路能提供幅值足夠大

的反向基極驅(qū)動(dòng)電流，并加反偏截止電壓，以加速關(guān)斷速度。

GTO驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是:GTO要求其驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電流的前沿應(yīng)有足

夠的幅值和陡度，且一般需要在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流，關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極

電流，幅值和陡度要求更高,其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和

門(mén)極反偏電路三部分。

電力MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn):要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸入電阻，驅(qū)動(dòng)功率

小且電路簡(jiǎn)單。

7.IPM應(yīng)用特點(diǎn)是什么？

答：IPM的特點(diǎn)為：

1）內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路：設(shè)定最佳IGBT驅(qū)動(dòng)條件；

2）內(nèi)含過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)：在芯片中用輔助IGBT作為電流傳感器，使

檢測(cè)功耗小、靈敏、準(zhǔn)確；

3）內(nèi)含欠電壓保護(hù)：當(dāng)控制電源電壓小于規(guī)定值是保護(hù)；

4）內(nèi)含過(guò)熱保護(hù)：為了防止IGBT和續(xù)流二極管過(guò)熱，在IGBT的內(nèi)部絕

緣基板上設(shè)有溫度檢測(cè)元件，結(jié)溫過(guò)高即輸出報(bào)警信號(hào)；

5）報(bào)警輸出：把該信號(hào)送給變頻器的單片機(jī)，使系統(tǒng)停止工作。

6）內(nèi)含制動(dòng)電路：用戶如有制動(dòng)要求可另購(gòu)選件，在外電路規(guī)定端子上接

制動(dòng)電阻，即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

7）散熱效果好：采用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu)，可以直接將模塊安裝子散熱器上，散

熱效果好。

8.緩沖電路的主要作用是什么？

答：緩沖電路又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的過(guò)電壓、du/dt或

者過(guò)電流和di/dt,降低電力電子開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)應(yīng)力，將開(kāi)關(guān)過(guò)程軟化，減小器

件的開(kāi)關(guān)損耗并對(duì)器件給予可靠的保護(hù)，維護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行。

9.晶閘管的觸發(fā)電路有哪些要求？

答：1）一般觸發(fā)信號(hào)采用脈沖形式。

2）觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)有一定的功率和寬度。

3）為使并聯(lián)晶閘管元件能同時(shí)導(dǎo)通，則觸發(fā)電路應(yīng)能產(chǎn)生強(qiáng)觸發(fā)脈沖。

4）觸發(fā)脈沖的同步及移相范圍。

5）隔離輸出方式及抗干擾能力。

第三者思考與練習(xí)解答

1.交-直-交變頻器的主電路包括那些組成部分？并說(shuō)明各部分的作用。

答:交-直-交變頻器的主電路由整流電路、中間電路、逆變電路三部分組成。

整流電路：把從電網(wǎng)接入幅值和頻率都恒定的交流電壓信號(hào)，經(jīng)由整流器轉(zhuǎn)

換為直流電壓；

中間電路：整流器輸出電壓含有頻率為電源頻率6倍的紋波，中間電路的濾

波電路能減少電壓和電流的波動(dòng)，還可以避免變頻器被雷擊時(shí)二極管被燒壞。在

直流回路中的制動(dòng)電阻或反饋通道吸收電動(dòng)機(jī)的再生電能，能使電動(dòng)機(jī)快速制動(dòng)。

逆變電路：能把直流電源逆變成交流電源，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變速。

2.說(shuō)明可控整流電路和不可控整流電路的組成和原理有什么區(qū)別。

答:不可控整流電路使用的器件為電力二極管，三相橋式整流電路共有6個(gè)

整流二極管，其中3個(gè)二極管VD，、VDa、VD5的陰極連接在一起，稱為共陰極組；

另外3個(gè)二極管VO2、VD4,VD6的陽(yáng)極連接在一起，稱為共陽(yáng)極組。在接入電源

R、S、T工作期間，每等份時(shí)間段內(nèi)，在共陰極組中二極管陽(yáng)極電位最高的優(yōu)先

導(dǎo)通，在共陽(yáng)極組中二極管陰極電位最低的優(yōu)先導(dǎo)通。同一時(shí)刻每組各一個(gè)二極

管同時(shí)導(dǎo)通，其余四個(gè)反向截止。在自然換相點(diǎn)各二極管換相導(dǎo)通或截止。在每

個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)二極管導(dǎo)通1/3周期，即導(dǎo)通角為120。，極性始終上正下負(fù)，為

脈動(dòng)直流電壓。負(fù)載電阻上輸出的平均電壓為輸入相電壓的2.34倍，不可改變。

可控整流電路：三相橋式整流電路中的二極管換為晶閘管（又稱可控硅），

就成為三相橋式全控整流電路。當(dāng)閘管陽(yáng)極和陰極承受正向電壓且門(mén)極和陰極兩

端加正向觸發(fā)電壓時(shí)才能導(dǎo)通，所以晶閘管可控整流電路輸出電壓的平均值可隨

門(mén)極控制電壓信號(hào)的變化連續(xù)可調(diào)，負(fù)載上平均電壓的平均值電壓可被晶閘管觸

發(fā)延遲角a調(diào)控。

3.中間電路有哪些形式？并說(shuō)明各形式的功能。

答：中間電路有哪些形式有濾波電路、制動(dòng)電路。濾波電路分為電壓型可以

可使直流母線電壓基本保持恒定，能有效的減小受負(fù)載變動(dòng)造成的影響；電流型

電流基本不受負(fù)載的影響。

制動(dòng)電路：分為動(dòng)力制動(dòng)、反饋制動(dòng)、直流制動(dòng)三種方式。

動(dòng)力制動(dòng)由控制電路選擇接通內(nèi)或者外制動(dòng)回路，以熱能形式消耗再生電能;

反饋制動(dòng)通過(guò)反饋通路使再生電能反饋到交流電網(wǎng)；直流制動(dòng)向異步電動(dòng)機(jī)的定

子通直流電，異步電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。

4.分別說(shuō)明三種不同的制動(dòng)單元的工作原理？

答:動(dòng)力制動(dòng)：當(dāng)變頻器容量較小且制動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，在濾波電容Cd的兩端并

聯(lián)制動(dòng)電路，由控制電路選擇接通內(nèi)或者外制動(dòng)回路，以熱能形式消耗再生電能；

反饋制動(dòng)當(dāng)變頻器容量較大時(shí)，在電路中設(shè)置再生反饋通路，借助于反并聯(lián)

的三相整流電橋，通過(guò)反饋通路使再生電能反饋到交流電網(wǎng)；

直流制動(dòng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)定子加直流使轉(zhuǎn)動(dòng)著的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)力矩，強(qiáng)制電動(dòng)

機(jī)迅速停止，向異步電動(dòng)機(jī)的定子通直流電，異步電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。

5.對(duì)電壓型逆變器和電流型逆變器的特點(diǎn)進(jìn)行比較？

答:電壓型變頻器：在交-直-交電壓型變頻器中，中間直流環(huán)節(jié)的濾波元件為

電容器，當(dāng)采用大電容濾波時(shí)，直流電壓波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)理想情況下

的內(nèi)阻抗為零的恒壓源。輸出交流電壓是矩形波或階梯波。變頻器可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)

電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。

電流型變頻器：中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波方式，使直流回路中的電流波形

趨于平穩(wěn)，對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)基本上是一個(gè)恒流源，電流型變頻器可用于頻繁急加減

速的大容量電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)。

6.說(shuō)明為什么要進(jìn)行信號(hào)調(diào)制？信號(hào)調(diào)制的形式有哪些？SPWM調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)

是什么？

答：信號(hào)調(diào)制：為了避免信號(hào)通信時(shí)頻譜重疊而被干擾和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

信號(hào)的調(diào)制分為：幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制。

SPWM調(diào)制：把正弦波與載波調(diào)制得到PWM波。采用三角波作為載波，因?yàn)?/p>

三角波的上下寬度與高度呈線性關(guān)系且左右對(duì)稱，當(dāng)他與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)

制信號(hào)相交時(shí)，如果在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正

比與信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM的要求。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為正弦波時(shí)，就得

到SPWM波形輸出的信號(hào)剛好滿足三相異步電機(jī)對(duì)三相交流電壓的要求。

7.說(shuō)明逆變電路的工作原理是什么？

答:逆變電路的基本工作原理：通過(guò)對(duì)電子開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)的控制，把輸入的

直流電壓變成交流電壓從負(fù)載輸出來(lái)，即完成了直流電向壓交流電壓的逆向變化。

8.試講述交-交變頻器的工作原理？

答：交-交變頻器采用兩組晶閘管變流裝置，采用無(wú)環(huán)流反并聯(lián)的連接方式,

即正組（P組）和反組（N組）交替工作。正組（P組）和反組（N組）的晶閘管反

并聯(lián)，都是相控整流電路。當(dāng)P組工作時(shí)，負(fù)載電流i。為正。組工作時(shí)，i。為負(fù)。

控制兩組晶閘管按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電。改變兩組

晶閘管的切換頻率，就可改變輸出交流電的輸出頻率。改變晶閘管的控制角明

就可以改變交流輸出電壓的幅值。

9.交-交變頻技術(shù)有什么特點(diǎn)？主要應(yīng)用是什么？

答：交-交變頻技術(shù)只用一次電流變換，效率較高；可方便的使電機(jī)實(shí)現(xiàn)四象

限工作；低頻輸出波形接近正弦波。但是接線復(fù)雜，三相橋式需要36個(gè)晶閘管；

受電網(wǎng)頻率和交流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸入功率因數(shù)低；輸入電

流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。

主要應(yīng)用情況：主要應(yīng)用在lOOOkw以下的大容量、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路

中，可用于拖動(dòng)同步和異步電動(dòng)機(jī)。

10.三相交-交變頻有哪些連接方法？

答：連接方法有公共交流母線進(jìn)線方式、輸出星形聯(lián)結(jié)方式。

11.試說(shuō)明交-交變頻器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并分析其原因。

答：交-交變頻技術(shù)只用一次電流變換，效率較高；可方便的使電機(jī)實(shí)現(xiàn)四象

限工作；低頻輸出波形接近正弦波。但是接線復(fù)雜，三相橋式需要36個(gè)晶閘管；

受電網(wǎng)頻率和交流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低；輸入功率因數(shù)低；輸入電

流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。

第四章思考與練習(xí)解答

1.什么是控制？變頻器在變頻時(shí)為什么還要變壓？

答：1控制是使變頻器的輸出在改變頻率的同時(shí)也改變電壓，通常是使

u//為常數(shù)，變頻器在變頻時(shí)還要變壓是為了使電動(dòng)機(jī)磁通保持一定，在較寬

的調(diào)速范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)不下降。

2.說(shuō)明恒控制的原理？

答：E\為每相定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)，它是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生的，

其有效值計(jì)算如下：

由于4.44尿iM均為常數(shù)，所以定子繞組的反電勢(shì)E\可用下式表示：

E18工①”

在額定頻率時(shí)即力市時(shí)，可以忽略△U,可得到：

U\~E\

因此進(jìn)而得到：U\~

此時(shí)若U\沒(méi)有變化，則Ei也可認(rèn)為基本不變。如果這時(shí)從額定頻率小1向下

調(diào)節(jié)頻率，必將使增加，即力，一6

由于額定工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁通已接近飽和，0M增加將會(huì)使電動(dòng)機(jī)的鐵心出

現(xiàn)深度飽和，這將使勵(lì)磁電流急劇升高，導(dǎo)致定子電流和定子鐵心損耗急劇增加，

使電動(dòng)機(jī)工作不正常?？梢?jiàn)，在變頻調(diào)速時(shí)單純調(diào)節(jié)頻率是行不通的。

為了達(dá)到下調(diào)頻率時(shí)，磁通61不變，可以讓

E

常數(shù)

Ji

有即可寫(xiě)為：

%常數(shù)

J\

因此，在額定頻率以下，即力V八調(diào)頻時(shí)，同時(shí)下調(diào)加在定子繞組上的電壓，

即恒U//控制。

3.U//控制曲線分為哪些種類，分別適合何種類型負(fù)載？

答：U/7控制曲線的種類：1）基本V//控制曲線，用于低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載;

2）轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)腢//曲線，適用于低速時(shí)需要較大轉(zhuǎn)矩的負(fù)載；3）負(fù)補(bǔ)償?shù)腢/

f曲線，主要適用于風(fēng)機(jī)、泵類的平方率負(fù)載；4）。//比分段的補(bǔ)償線，這種補(bǔ)

償線主要適合負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大致成比例的負(fù)載。

4.什么是轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償？

答：轉(zhuǎn)矩提升是指通過(guò)提高U/7?比來(lái)補(bǔ)償人下調(diào)時(shí)引起的7kx下降。即通

過(guò)提高Ux（Zu>Zf）使得轉(zhuǎn)矩Tkx提升

5.什么是轉(zhuǎn)差率控制？說(shuō)明其控制原理。

答：轉(zhuǎn)差頻率控制就是檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的

輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電機(jī)速度對(duì)應(yīng)的頻率與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定

輸出頻率。

6.轉(zhuǎn)差頻率控制和U//控制相比，有什么優(yōu)點(diǎn)？

答：由于通過(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流，與U//控制相比其加減速

特性和限制過(guò)電流的能力得到提高。另外，它有速度調(diào)節(jié)器，利用速度反饋進(jìn)行

速度閉環(huán)控制，速度的靜態(tài)誤差小，適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。

7.矢量控制的理念是什么？矢量控制經(jīng)過(guò)哪幾種變換？

答：矢量控制是通過(guò)控制變頻器輸出電流的大小、頻率及相位，用以維持電

動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁通為設(shè)定值，產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)矩。變頻器的控制器輸出直流電流iM*

和斤*,其中加*是勵(lì)磁電流分量，斤*是轉(zhuǎn)矩電流分量。它們都是由變頻器的給定

信號(hào)分解而成的（*表示變頻中的控制信號(hào)）。經(jīng)過(guò)直/交變換，將加*和iT*變換成

兩相交流信號(hào)M*和ip*,再經(jīng)2/3變換得到三相交流控制信號(hào)z'A*、iB*、ic*去控

制三相逆變器。

8.直接轉(zhuǎn)矩控制的原理是什么？

答：直接轉(zhuǎn)矩控制是直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的模型，控制電動(dòng)

機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。和矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不采用解耦的方式，從而在算

法上不存在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)單地通過(guò)檢測(cè)電機(jī)定子電壓和電流，借助瞬時(shí)空間

矢量理論計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)

矩的直接控制。

9.變頻器控制有幾種方式？分別說(shuō)明其優(yōu)缺點(diǎn)。

表1.變頻器三種控制方式的特性比較

U/F控制SF控制VC控制

加減速時(shí)的控制有加減速時(shí)的控制有限

限度，在第四象限度，在第四象限運(yùn)轉(zhuǎn)加減速時(shí)的控制無(wú)限度，

加減速特性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在零速度附時(shí)在零速度附近有空可以在第四象限連續(xù)運(yùn)

近有空載時(shí)間，過(guò)載時(shí)間，過(guò)電流抑制轉(zhuǎn)，過(guò)電流抑制能力大

電流抑制能力小能力中

速范圍1:101:201:100以上

度響應(yīng)5—10rad/s30-100rad/s

控

控制精根據(jù)負(fù)載條件轉(zhuǎn)差與速度檢出精度、控模擬：最大值的0.5%

制

度頻率發(fā)生制運(yùn)算精度有關(guān)數(shù)字：最大值的0.05%

除車輛調(diào)速等外，一適用

轉(zhuǎn)矩控制原理上不可能

般不適用可以控制靜止轉(zhuǎn)矩

按電動(dòng)機(jī)不同的特性需要

基本上不需要根據(jù)

需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)特性給定磁場(chǎng)電流、轉(zhuǎn)矩電

控制特性電動(dòng)機(jī)的特性差異

給定轉(zhuǎn)差頻率流、轉(zhuǎn)差頻率等多個(gè)控制

而進(jìn)行調(diào)整

量

控制構(gòu)成最簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單稍復(fù)雜

第五章思考與練習(xí)解答

1.變頻器的主電路端子有哪些？

答：變頻器的主電路端子包括：主電源輸入端子、變頻器輸出端子、DC電

抗器連接端子、制動(dòng)電阻器連接端子、再生制動(dòng)單元連接端子、接地端子。

主電源輸入端子接電源，要求接隔離開(kāi)關(guān)和工作接觸器。隔離開(kāi)關(guān)用于變頻

器的總電源控制，而接觸器用于變頻器工作中的通電或斷電；變頻器的輸出端不

能連接進(jìn)相電容或電涌吸收器，進(jìn)相電容器和浪涌吸收器會(huì)造成變頻器跳閘以及

導(dǎo)致變頻器內(nèi)部電容器、浪涌吸收器損壞；輸入端和輸出端不能錯(cuò)接，如果接錯(cuò)，

變頻器運(yùn)行時(shí)會(huì)燒壞逆變模塊；

2.變頻器的輸入輸出端子有哪些？

答：變頻器的輸入端子包括：模擬量輸入端子、接點(diǎn)輸入端子、多功能輸入

控制端子；輸出端子包括：模擬量(AM)輸出端子、多功能輸出端子等。

3.變頻器與頻率有關(guān)的參數(shù)有哪些？如何設(shè)置？

答：變頻器與頻率有關(guān)的參數(shù)包括：各種頻率參數(shù)，如：基本頻率、最高頻

率、上、下限頻率、回避頻率、載波頻率等；段速頻率，頻率增益和頻率偏置等。

不同廠家不同型號(hào)的變頻器頻率參數(shù)設(shè)置都需按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上的參數(shù)設(shè)置范

圍進(jìn)行設(shè)置。

4.變頻器與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)有哪些？如何設(shè)置？

答：變頻器與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)包括：加速時(shí)間和減速時(shí)間，加速曲線和減速

曲線，點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，瞬時(shí)停電再啟動(dòng)，變頻器的制動(dòng)控制。

加速時(shí)間設(shè)置原則：兼顧起動(dòng)電流和起動(dòng)時(shí)間，一般情況下負(fù)載重時(shí)加速時(shí)

間長(zhǎng)，負(fù)載輕時(shí)加速時(shí)間短。減速時(shí)間設(shè)置的原則：防止平滑濾波電路的電壓過(guò)

高，不使因再生過(guò)電壓而使變頻器跳閘。加速曲線和減速曲線設(shè)置是要根據(jù)負(fù)載

的要求來(lái)設(shè)置；點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行頻率設(shè)置時(shí)要考慮電機(jī)的瞬時(shí)過(guò)電流。

5.變頻器的保護(hù)功能有哪些？各起什么作用。

答：變頻器對(duì)電機(jī)的保護(hù)功能主要有以下幾種：

（1）過(guò)電壓保護(hù)

變頻器的輸出有電壓檢測(cè)功能，變頻器能自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，使電機(jī)不承

受過(guò)電壓。即使在輸出電壓調(diào)整失效和輸出電壓超過(guò)正常電壓的110%時(shí)，變頻

器也會(huì)通過(guò)停機(jī)對(duì)電機(jī)起到保護(hù)作用。

（2）欠電壓保護(hù)

當(dāng)電機(jī)的電壓低于正常電壓的90%時(shí)，變頻器保護(hù)停機(jī)。

（3）過(guò)電流保護(hù)

當(dāng)電機(jī)的電流超過(guò)額定值的150%/3秒鐘，或額定電流的200%/10微秒，

變頻器通過(guò)停機(jī)來(lái)保護(hù)電機(jī)。

（4）缺相保護(hù)

監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)輸出缺相時(shí)，變頻器報(bào)警，一段時(shí)間后變頻器通過(guò)停機(jī)

來(lái)保護(hù)電機(jī)。

（5）反相保護(hù)

變頻器使電機(jī)只能沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，無(wú)法設(shè)定旋轉(zhuǎn)方向，除非用戶改動(dòng)電

機(jī)A、B、C接線的相序，否則沒(méi)有反相的可能。

(6)過(guò)負(fù)荷保護(hù)

變頻器監(jiān)測(cè)電機(jī)電流，當(dāng)電機(jī)電流超過(guò)額定電流的120%/1分鐘時(shí)，變頻

器通過(guò)停機(jī)來(lái)保護(hù)電機(jī)。

(7)接地保護(hù)

變頻器配有專門(mén)的接地保護(hù)電路，一般由接地保護(hù)互感器和繼電器構(gòu)成.

當(dāng)發(fā)生一相或兩相接地時(shí)，變頻器報(bào)警。當(dāng)然如果用戶要求，我們也可以設(shè)計(jì)

為接地后立即保護(hù)停機(jī)。

(8)短路保護(hù)

變頻器輸出短路后，必然引起過(guò)流，在10微秒內(nèi)變頻器通過(guò)停機(jī)來(lái)保護(hù)電

機(jī)。

(9)超頻保護(hù)

變頻器有最大和最小頻率限制功能，使輸出頻率只能在規(guī)定的范圍內(nèi)，由

此實(shí)現(xiàn)超頻保護(hù)功能。

(10)失速保護(hù)

失速保護(hù)一般針對(duì)同步電機(jī)。對(duì)于異步電機(jī)，加速過(guò)程中的失速必然表現(xiàn)

為過(guò)電流，變頻器通過(guò)過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷保護(hù)實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)保護(hù)功能。減速過(guò)程中的

失速可通過(guò)在調(diào)試過(guò)程中設(shè)定安全的減速時(shí)間來(lái)避免。

第六章思考與練習(xí)解答

1.能否通過(guò)改變變頻器輸入電壓相序的方式實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)？實(shí)現(xiàn)變頻器正反轉(zhuǎn)控

制的常用方式有哪些？

答：不能通過(guò)改變變頻器輸入電壓相序的方式實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通?？梢允褂貌僮髅?/p>

板控制、外部段子控制、通信方式控制等實(shí)現(xiàn)變頻器正反轉(zhuǎn)控制。

2.使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)需要在頻頻器輸出與電動(dòng)機(jī)之間加熱繼電器進(jìn)行保護(hù)

嗎？為什么？

答：不需要加熱繼電器進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)闊崂^電器能起的保護(hù)作用就是電機(jī)過(guò)載保

護(hù)，變頻器有過(guò)載、短路、缺相、相應(yīng)的一系列的自我保護(hù)功能。

3.使用PLC控制變頻器運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)五段速度自動(dòng)運(yùn)行：按下啟動(dòng)按鈕SB2,變

頻器按照10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz五段速度自動(dòng)運(yùn)行，每段速度運(yùn)行時(shí)

間為10s,按下停止按鈕SB1,變頻器停止。（要求將變頻器參數(shù)區(qū)C5?C1設(shè)置

為36?32（SF5?SF1））

答：1）硬件接線圖

SBlJV'

0.00100.00

SB2JT7

0.01100.01

100.02

100.03

100.04

100.05

COM

CP1E-NAPLC

COM

圖1PLC控制變頻器五段速自動(dòng)運(yùn)行接線圖

2）變頻器參數(shù)設(shè)置

表1PLC控制變頻器五段速自動(dòng)運(yùn)行變頻器參數(shù)設(shè)置

參數(shù)功能名稱數(shù)據(jù)默認(rèn)值

號(hào)

A00I第1頻率指令選擇01（用控制電路接線端子）02

A002第1運(yùn)行指令選擇01（用控制電路接線端子）02

A004第1最高頻率50.060.0

A019多段速選擇01位運(yùn)行，通過(guò)7個(gè)端子進(jìn)00

行8段速的選擇

C001選擇多功能輸入32：SF1（多段速位1）00(FW)

KS1）

C002選擇多功能輸入33：SF2（多段速位2）01(RV)

2（S2）

C003選擇多功能輸入34：SF3（多段速位3）18(RS)

3（S3）

C004選擇多功能輸入35：SF4（多段速位4）12(EXT

4（S4）)

C005選擇多功能輸入36：SF5（多段速位5）O2(CF1

5（S5）)

C006選擇多功能輸入00：FW（正轉(zhuǎn)）03(CF2

6（S6）)

F002加速時(shí)間設(shè)定13.010.00s

F003減速時(shí)間設(shè)定13.010.00s

A021多段速指令1速10.000.00

A022多段速指令2速20.000.00

A023多段速指令3速30.000.00

A024多段速指令4速40.000.00

A025多段速指令5速50.000.00

3）梯形圖

Q:100,03

S3

<(310)>=(325)------------------------------------------------------------------------0------

T0TO

■^oo-

Q:100.04

一S4

<(310)>=(325)------------------------------------------------------------------------0------

TOTO

#TbcF

Q:100,05

-

<(310)>=(325)------------------------------------------------------------------------0------

TOTO

Tioo'

圖3PLe控制變頻器五段速自動(dòng)運(yùn)行梯形圖

4.使用PLC通過(guò)Modbus-RTU通信，實(shí)現(xiàn)變頻器的多段速度控制，要求變頻器

輸出頻率隨時(shí)間變化如圖6-54所示，完成PLC程序設(shè)計(jì)、變頻器參數(shù)設(shè)置及線

路連接。

圖6-54變頻器輸出頻率

答：根據(jù)變頻器輸出頻率可知，變頻器按照三段速度自動(dòng)運(yùn)行，第一段頻率為

20Hz,第二段頻率為50Hz,第三段為30Hz。

1）硬件接線圖

圖4PLC與變頻器Modbus-RTU通信接線圖

2）變頻器參數(shù)設(shè)置

表2變頻器通信參數(shù)表

參數(shù)參數(shù)含義設(shè)定初始設(shè)定值

No.值

b84初始化選擇為異常監(jiān)控清除+數(shù)據(jù)0300

初始化

bl80初始化模式選擇為實(shí)行0100

b37參數(shù)顯示選擇為全顯示0004

A001頻率參考選擇Modbus通信0302

A002運(yùn)行命令選擇Modbus通信0302

C071通信速率9600Kb/s0505

C072通信站號(hào)選擇111

C074通信奇偶校驗(yàn)選擇偶校驗(yàn)0100

C075通信停止位選擇1位停止11

C077通信錯(cuò)誤超時(shí)無(wú)效0.000.00

C078通信等待時(shí)間為0ms00

3）梯形圖

WO.03

<(310)>=(32S)------------------------------------0---

T0TO

I第一段速度頻率給定。

root

傳送

-----------11-----------MOV(021)

源字

招

DIMT目標(biāo)

MOV(021)傳送

#1源字

D1303目標(biāo)

MOV(021)傳送

&1000源字

D1^4目標(biāo)

?第技原度頻率給定。

W0.02

11MOV(021)傳送

#6源字

51301目標(biāo)

MOV(021)傳送

*1源宇

Dl303目標(biāo)

MOV(021)傳送

42000源享

D1304目標(biāo)

?帚一段誡度頻率給7E。

*0.03

MOV(021)傳法

祐源字

D1301目標(biāo)

MOV(021)傳送

#1晅字

D13M目標(biāo)

MOV(021)傳送

a3000源字

D1304目標(biāo)

1進(jìn)行Modbus通信

1:0.00

111SET】又孟

1:0.00A64100位

---III---

W0.01

---Itl---

V0.02

---ITI---

V0.03

---111---

圖5PLe通過(guò)Modbus-RTU通信控制變頻器運(yùn)行梯形圖

5.使用PLC、變頻器、觸摸屏完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：在觸摸屏上，按下正轉(zhuǎn)按

鈕，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照10Hz頻率正轉(zhuǎn)運(yùn)行；接著按下停止按鈕，變頻器停止

運(yùn)行；在觸摸屏上，按下反轉(zhuǎn)按鈕，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照30Hz反轉(zhuǎn)運(yùn)行，接著

按下停止按鈕，變頻器停止運(yùn)行。

答:

1）硬件接線圖

圖6觸摸屏通過(guò)PLC控制變頻器兩段速度自動(dòng)控制接線圖

2）變頻器參數(shù)設(shè)置

表3兩段速度自動(dòng)控制變頻器參數(shù)設(shè)置

參數(shù)No.參數(shù)含義設(shè)定值初始設(shè)定值

b84初始化選擇為異常監(jiān)控清除+數(shù)據(jù)初始化0300

b180初始化模式選擇為執(zhí)行0100

b37參數(shù)顯示選擇為全顯示0004

A001第1頻率指令由控制電路端子臺(tái)給定0102

A002第1運(yùn)行指令由控制電路端子臺(tái)給定0102

A021多段速指令1速頻率設(shè)置為10Hz100.00

A022多段速指令2速頻率設(shè)置為30Hz300.00

C004多功能輸入4功能選擇為CF1（多段速1）0212

C005多功能輸入5功能選擇為CF2（多段速2）0302

3）梯形圖

￥0.00W0.01T0O1Q：100.00

-11---------------14----------S1（2轉(zhuǎn)）

Q：100.00TOOOQ：100.01

---M---------------------Q---

si（IW）S4（CF1券段速1）

Q:100.00

S1雇轉(zhuǎn)）

TII100ms定時(shí)器

000定時(shí)器號(hào)

#100設(shè)置值

半,

TII100ms定時(shí)器

001定時(shí)器號(hào)

580設(shè)置值

TOOOQ：100.02

-----------11-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------0-----------

S5（CF2多段速1）

圖7觸摸屏通過(guò)PLC控制變頻器兩段速度自動(dòng)控制梯形圖

6.CP1E-NA型PLC自帶模擬量輸出端口，使