變頻器基礎(chǔ)知識問答

1、1、什么是變頻器?變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。2、PWM和PAM的不同點(diǎn)是什么?PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制縮寫,按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度,以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅度調(diào)制 縮寫,是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度,以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。3、電壓型與電流型有什么不同?變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直

2、流回路濾波是電感。4、為什么變頻器的電壓與頻率成比例的改變?異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的,在額定頻率下,如果電壓一定而只降低頻率,那么磁通就過大,磁回路飽和,嚴(yán)重時將燒毀電機(jī)。因此,頻率與電壓要成比例地改變,即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓,使電動機(jī)的磁通保持一定,避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。8、按比例地改V和f時,電機(jī)的轉(zhuǎn)矩如何變化?頻率下降時完全成比例地降低電壓,那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變,將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此,在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉(zhuǎn)矩,這種

3、補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動?？梢圆捎酶鞣N方法實(shí)現(xiàn),有自動進(jìn)行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法10、對于一般電機(jī)的組合是在60Hz以上也要求轉(zhuǎn)矩一定,是否可以?通常情況下時不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式電壓不變,大體為恒功率特性,在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時,必須注意電機(jī)與變頻器容量的選擇。11、所謂開環(huán)是什么意思?給所使用的電機(jī)裝置設(shè)速度檢出器(PG,將實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進(jìn)行控制的,稱為“閉環(huán)”,不用PG運(yùn)轉(zhuǎn)的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式,也有的機(jī)種利用選件可進(jìn)行PG反饋.12、實(shí)際轉(zhuǎn)速對于給定速度有偏差時如何辦?開環(huán)時,變頻器即使輸出給定頻率,電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時,電機(jī)的

4、轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%5%變動。對于要求調(diào)速精度比較高,即使負(fù)載變動也要求在近于給定速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的場合,可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件。13、失速防止功能是什么意思?如果給定的加速時間過短,變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)速(電角頻率的變化,變頻器將因流過過電流而跳閘,運(yùn)轉(zhuǎn)停止,這就叫作失速。為了防止失速使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制。當(dāng)加速電流過大時適當(dāng)放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。14、什么是再生制動?電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率,則電動機(jī)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行,作為制動器而工作,這就叫作再生(電氣制動。15、請說明變頻器的保護(hù)功能?

5、保護(hù)功能可分為以下兩類:(1檢知異常狀態(tài)后自動地進(jìn)行修正動作,如過電流失速防止,再生過電壓失速防止。(2檢知異常后封鎖電力半導(dǎo)體器件PWM控制信號,使電機(jī)自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導(dǎo)體冷卻風(fēng)扇過熱和瞬時停電保護(hù)等。16、變頻器本身消耗的功率有多少?它與變頻器的機(jī)種、運(yùn)行狀態(tài)、使用頻率等有關(guān),但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%96%,據(jù)此可推算損耗,但內(nèi)藏再生制動式(FR-K變頻器,如果把制動時的損耗也考慮進(jìn)去,功率消耗將變大,對于操作盤設(shè)計(jì)等必須注意。17、為什么不能在660Hz全區(qū)域連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使用?一般電機(jī)利用裝在軸上的外扇或轉(zhuǎn)子端環(huán)上的葉片進(jìn)行冷卻,若

6、速度降低則冷卻效果下降,因而不能承受與高速運(yùn)轉(zhuǎn)相同的發(fā)熱,必須降低在低速下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,或采用容量大的變頻器與電機(jī)組合,或采用專用電機(jī)。18、使用帶制動器的電機(jī)時應(yīng)注意什么?制動器勵磁回路電源應(yīng)取自變頻器的輸入側(cè)。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作,將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動器動作。19、變頻器的壽命有多久?變頻器雖為靜止裝置,但也有像濾波電容器、冷卻風(fēng)扇那樣的消耗器件,如果對它們進(jìn)行定期的維護(hù),可望有10年以上的壽命。20、變頻器內(nèi)藏有冷卻風(fēng)扇,風(fēng)的方向如何?風(fēng)扇若是壞了會怎樣?對于小容量也有無冷卻風(fēng)扇的機(jī)種。有風(fēng)扇的機(jī)種,風(fēng)的方向是從下向上,所以裝設(shè)變頻器的地方,上、

7、下部不要放置妨礙吸、排氣的機(jī)械器材。還有,變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風(fēng)扇發(fā)生故障時,由電扇停止檢測或冷卻風(fēng)扇上的過熱檢測進(jìn)行保護(hù)21、濾波電容器為消耗品,那么怎樣判斷它的壽命?作為濾波電容器使用的電容器,其靜電容量隨著時間的推移而緩緩減少,定期地測量靜電容量,以達(dá)到產(chǎn)品額定容量的85%時為基準(zhǔn)來判斷壽命。22、變頻器的分類方法有多種,按照主電路工作方式分類,可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器;按照開關(guān)方式分類,可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器;按照工作原理分類,可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等;按照用途分類,可以分為通用變頻

8、器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。25、VVVF:改變電壓、改變頻率CVCF:恒電壓、恒頻率。各國使用的交流供電電源,無論是用于家庭還是用于工廠,其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz,等等。通常,把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率,該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC。用于電機(jī)控制的變頻器,既可以改變電壓,又可以改變頻率。26、變頻調(diào)速器的主電路是怎樣構(gòu)成的?交直交電壓型變頻調(diào)速器主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖。圖中,DR是三相整流。RA是限流電阻,限制變頻器剛合上電源時,對

9、濾波電容C的充電電流。當(dāng)C充電到一定程序后,晶閘管VT導(dǎo)通,RA將不再起限流作用。功率晶體管V1V6組成三相逆變橋,將直流電逆變成三相交流電后供電給電動機(jī)M。二極管V01V06的作用是:在逆變過程中,當(dāng)晶體管的e極電位高于c集電位時提供續(xù)流回路;在電動機(jī)降速過程中提供能量反饋(再生回路。RB是電動機(jī)在再生制動過程中的耗能電阻,VB在電動機(jī)降速過程中導(dǎo)通,提供耗能回路。如RB阻值太大,可在接線端P和DB之間接入外接制動電阻。27、說明書中的“配用電動機(jī)容量”能不能作為選擇變頻器容量的依據(jù)?29、“頻率分辨率”的含義是什么?頻率分辨率指的是:變頻器輸出的相鄰兩“擋”頻率之間的最小差值。30、電動機(jī)

10、是否都是從0Hz開始起動?對于輕載起動的負(fù)載,電動機(jī)一般是從0Hz開始起動的。但對于慣性較大的負(fù)載,起動時須加一點(diǎn)沖擊力,才易于起轉(zhuǎn)。這時,可適當(dāng)設(shè)定起動頻率,如圖3-1。使起動轉(zhuǎn)矩增加,同時也縮短起動時間。31、“升速時間”是怎樣定義的?“升速時間”定義為:變頻器的輸出頻率從0Hz上升至最高頻率fmax所需的時間。32、升速時間以多長為宜?一般說來,以起動電流不超過電動機(jī)額定電流的最短起動時間為宜。如果負(fù)載要求快速起動,則以起動電流不超過變頻器額定電流的最短起動時間為宜。33、調(diào)試時怎樣設(shè)定升速時間?先把升降時間設(shè)定得長一些,觀察起動電流的大小。再逐漸縮短升速時間,以起動電流不超過電動機(jī)額定

11、電流的最短起動時間為宜。直至符合上述要求為止。34、起動方式有幾種?大部分變頻調(diào)速器都可以設(shè)定三種起動方式:(1 直線方式,即普通的動起方式,如圖3-3a。圖中,ta為加速時間。(2 S形方式,如圖3-2b。(3 半S形方式,如圖3-3c。35、怎樣定義降速時間?變頻器設(shè)定的降速時間,是指其輸出頻率從最大頻率下降為0所需的時間。36、降速方式有幾種?降速有三種方式,如圖3-4所示。圖3-4a為線性方式;圖3-4b為S形方式;圖3-4c為半S形方式。圖中,td為設(shè)定的降速時間。各種降速方式的適用情況也和加速時相同。37、降速過快會發(fā)生什么現(xiàn)象?降速時,頻率首先下降,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速將低于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

12、,使電機(jī)處于發(fā)電機(jī)(再生狀態(tài)。電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)變成了電能,通過逆變橋的續(xù)流二極管反饋到直流部分,由制動電阻RB將其消耗掉。降速過快,制動電阻RB將來不及消耗掉電動機(jī)“再生”的電能,從而使濾波電容器上的直流電壓過高,導(dǎo)致“過電壓”。38、如何確定外接制動電阻的阻值?一般可參照說明書提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。如需加強(qiáng)制動效果、縮短制動時間,也可以自行試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時,大體應(yīng)掌握以下原則:(1 制動電流I B不得超過變頻器的額定電流I N。初選時,應(yīng)按I B(1/31/2I N來確定制動電阻值;R BUDmax/(1/31/2I N(3-1式中,U D max是在電源電壓允許波動的范圍內(nèi),當(dāng)再生制動開始時,

13、直流電壓可能出現(xiàn)的峰值。在電源電壓為380V時,UDmax可按695V計(jì)算。(2 在制動效果得到滿足的前提下,RB的值應(yīng)盡量選大一些。39、什么是直流制動?當(dāng)異步電動機(jī)的定子繞組中通入直流電流時,所產(chǎn)生的磁場將是空間位置不變的恒定磁場。如轉(zhuǎn)子因慣性而繼續(xù)以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子繞組里的感應(yīng)電流以及轉(zhuǎn)子繞組所受電磁力的方向?qū)⑿纬膳cn 方向相反的制動力矩。同時,恒定磁場也力圖將轉(zhuǎn)子鐵心牢牢吸住,進(jìn)一步促使轉(zhuǎn)子迅速停下來。這種在定子繞組中通入直流電流而使電機(jī)迅速制動的方法稱為直流制動,也叫能耗制動。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中,直流制動主要用于消除驅(qū)動系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速接近于0時的“爬行”現(xiàn)象。五、變頻器的保護(hù)功能電壓保護(hù)

14、功能40、變頻器在什么情況下可能出現(xiàn)過電壓?主要有兩種情況:(1 電源電壓過高變頻器一般允許電源電壓向上波動的范圍是+10%,超過此范圍時,應(yīng)進(jìn)行保護(hù)。(2 降速過快如果將減速時間設(shè)定得太短,在再生制動過程中制動電阻來不及將能量放掉,致使直流回路電壓過高,形成過高壓。除此以外,由于線路中有電感的原因,在過渡過程中也可能出現(xiàn)時間極短的瞬間過電壓,這種過電壓及其保護(hù),不在本文討論之列。41、變頻器怎樣進(jìn)行過電壓保護(hù)?變頻器的過電壓信號一般是從直流部分取出的。當(dāng)出現(xiàn)過電壓信號時,微機(jī)系統(tǒng)將首先判別是否正在減速?如果是,則自動延長減速時間,減緩制動過程:如還不能使過電壓信號很快消失時,則“跳閘”,以查

15、明原因。對于電源過電壓,目前市場上的大部分變頻器,一般都沒有穩(wěn)壓裝置,只能“跳閘”。42、欠電壓的原因有哪些?主要有兩個方面:1、電源方面(1 電源電壓低于額定電壓的10%(2 電源缺相2、主電路方面(1 整流器件損壞(斷路:如圖5-1,如果六個整流二極管中部分損壞,整流后的電壓將下降。(2 限流電阻R未“切出”電路。圖5-1中,電阻R的作用是限制電源剛合閘時,濾波電容C的充電電流的。當(dāng)濾波電容上的電壓上升到一定程度時,電阻R將被接觸器KA的觸頭或晶閘管VT所短路,從而“切出”電路。如果KA未動作或其觸頭接觸不良,或晶閘管未導(dǎo)通,使電阻R長時間接入電路,將導(dǎo)致直流側(cè)的欠電壓。過流、過載與過熱保

16、護(hù)43、過流、過載和過熱的保護(hù)對象是什么?過流,是指變頻器過流。即變頻器的輸出電流或直流回路的電流超過了額定值。對于過流保護(hù),變頻器在出廠前已經(jīng)整定好,用戶一般不能自行設(shè)定。過載,指的是電動機(jī)的過載。由于相同的變頻器所帶的電動機(jī)容量不一定一樣,電動機(jī)所帶負(fù)荷的特點(diǎn)也各不相同,故過載保護(hù)是由用戶根據(jù)電動機(jī)及負(fù)載的情形來整定的。過熱保護(hù)的范圍較廣,各種變頻器所設(shè)置的保護(hù)內(nèi)容不盡一樣。概括起來,有:大功率晶體管過熱、冷卻風(fēng)扇的電機(jī)過熱以及環(huán)境溫度過高等。過熱保護(hù)也是在出廠前整定好的。44、變頻器過流的原因有哪些?變頻器的過流原因可分兩大類:1、非短路性過流主要原因有:(1 電動機(jī)嚴(yán)重過載(2 電動機(jī)

17、加速過快(3 U/f比(轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償設(shè)定過高而電動機(jī)處于輕載狀態(tài),這是因?yàn)?U/f比高時,電機(jī)磁路處于飽和狀態(tài)。輕載時,轉(zhuǎn)子電流小,其“反磁勢”也小,磁路飽和程度加深,電機(jī)的勵磁電流有可能增大到大大超過額定電流的程度。2、短路性過流主要原因有:(1 負(fù)載側(cè)短路(2 負(fù)載側(cè)接地(3 變頻器逆變橋同一橋臂的上下兩晶體管同時導(dǎo)通,形成“直通”。因?yàn)樽冾l器在運(yùn)行時,同一橋臂的上下兩管總是處于交替導(dǎo)通狀態(tài)。在交替導(dǎo)通的過程中,必須保證只有在一個晶體管完全停止后,另一個晶體管才開始導(dǎo)通。但如果由于某種原因(如環(huán)境溫度過高,使元器件參數(shù)發(fā)生漂移,就可能導(dǎo)致直通。45、變頻器如何處理過流問題?一旦過流,立即跳閘,

18、這是所有變頻器都能做到的。但近年來的新型變頻器,還能針對不同的原因進(jìn)行不同的處理,主要有:(1 對電動機(jī)沖擊負(fù)荷的處理電動機(jī)有時會遇到屬于正常運(yùn)行范疇的沖擊過負(fù)荷,如金屬切削機(jī)械在加工毛坯時就常常有此情形。因此,當(dāng)電動機(jī)在運(yùn)行過程中嚴(yán)重過載時,變頻器將首先自動地降低其輸出頻率,將輸出電流抑制在允許范圍內(nèi)。在預(yù)置設(shè)定時,用戶可根據(jù)電動機(jī)的額定電流及其允許過載的范圍,預(yù)先設(shè)定“電流限值”Ilim,如圖5-2a。當(dāng)電流超出Ilim時,變頻器的輸出頻率將下降,直至電流小于Ilim時為止,如圖5-2b。圖5-2a中的虛曲線為未設(shè)限流措施時,沖擊電流的情形。46、變頻器如何處理電動機(jī)的過載問題?針對電動機(jī)

19、過載的特點(diǎn),新型的變頻器都提供了具有反時限性的電子熱保護(hù)裝置。47、變頻器還有哪些保護(hù)功能?主要有:(1 電源瞬時停電的處理當(dāng)電源發(fā)生瞬間(15ms的失壓或欠壓時,變頻器將可以維持繼續(xù)運(yùn)行。有的變變器在電源電壓恢復(fù)時,還可以跟蹤電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以調(diào)整輸出頻率。 (2 微處理器異常保護(hù) CPU、RAM、ROM 等，一旦出現(xiàn)異常，變頻器立即停止工作。 48、重合閘功能的內(nèi)容是什么？ 變頻器的保護(hù)功能很完善，反應(yīng)十分靈敏。但也容易受到外界干擾的影響而誤動作。為了判別變頻器的跳 閘是否屬于誤動作，許多變頻器都設(shè)置了重合閘功能。即當(dāng)變頻器因過壓、過流或過載而跳閘時，變頻器 將自動地再合閘若干次。如系誤動作，

20、則再合閘合應(yīng)能恢復(fù)正常運(yùn)行。各種變頻器對重合閘的次數(shù)升時間 有不同的規(guī)定，應(yīng)注意有關(guān)說明。 47、測量主電路時，應(yīng)注意哪些問題？ (1 測絕緣 首先，應(yīng)將接至電源和電動機(jī)的連線斷開，然后將所有的輸入端和輸出端都接連起來，再用兆歐表測量絕 緣電阻。 (2 測電流 變頻器的輸入和輸出電流都含有各種高次諧波成分，故選用電磁式儀表，因電磁式儀表所指示的是電流的 有效值。 (3 測電壓 變頻器輸入側(cè)的電壓是網(wǎng)絡(luò)的正弦波電壓，可用任意類型的儀表測量；輸出側(cè)的電壓是方波脈沖序列，也 含有許多高次諧波成份，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩主要和電壓的基波有關(guān)，故以采用整流式儀表為宜。 (4 測波形 用示波器測主電路電壓和電流

21、波形時，必須使用高壓探頭。如使用低壓探頭，須用互感器或其他隔離器進(jìn) 行隔離。 48、測量控制電路時，應(yīng)注意哪些問題？ (1 儀表選型 由于控制電路的信號比較微弱，各部分電路的輸入阻抗較高，故必須選用高頻(100kW 以上 儀表進(jìn)行測量，如使用數(shù)字式儀表等。用普通儀表測量時，讀出的數(shù)據(jù)將偏低。 (2 示波器的選型 測量波形時，可使用 10MHz 的觸波器；如欲測量電路的過渡過程，則應(yīng)便用 200MHz 以上的示波器。 (3 公共端的位置：控制電路有許多公共端("地端"，理論上說，這些公共端都是等電位的。但為了使測量 結(jié)果更為準(zhǔn)確，應(yīng)選用與被測點(diǎn)最為接近的公共端。 49、變頻器

22、對周圍環(huán)境有些什么要求？ (1 環(huán)境溫度 運(yùn)行地點(diǎn)的溫度一般規(guī)定為1040。如將變頻器裝在控制柜內(nèi)，變頻器本身的蓋子可 以打開，則應(yīng)用在50以下的場合。 50、安裝變頻器應(yīng)注意些什么？ 最重要的是變頻器的通風(fēng)必須良好。為此，一般要求如下： (1 變頻器與周圍物體之間的距離應(yīng)小于 120mm，如圖 71。 (2 當(dāng)兩臺變頻器裝在一個控制柜內(nèi)時，一般應(yīng)并排安裝，如圖 7-2a；如必須上下直排安裝時，應(yīng)在兩臺 變頻器之間用隔板擋開，避免下面變頻器出來的熱風(fēng)進(jìn)入到上面的變頻器中去，如圖 72b 所示。 51、電源與變頻器進(jìn)線端間，應(yīng)接入哪些開關(guān)？ 進(jìn)線接線如圖 73 所示。 (1 斷路器 QF。這是電

23、源總開關(guān)。 (2 接觸器 KM 的主觸頭。KM 的線圈電路將受各種信號控制，以便在發(fā)生故障時及時切斷電源 圖 73 進(jìn)線接線圖 52、為什么說，變頻器的輸入與輸出端絕對不允許接反？ 一旦將電源線接到變頻器的輸出端(U、V、W時，則任意一個送變晶體管(如 V1因得到信號而導(dǎo)通，都將 形成短路，如圖 74。所以，在設(shè)計(jì)變頻器的主電路時，必須絕對避免電源通入輸出端的可能性。 53、變頻器的輸出端為什么不能接入電容器以改善通入電機(jī)的電流波形？ 因?yàn)樽冾l器的輸出電壓是矩形脈沖序列，含有很多高次諧波成分。由于電容器在高次諧波下的容抗較小， 高次諧波電流較大，這一方面加重了逆變晶體管的負(fù)擔(dān)，另一方面電容器本身也容易因過熱而損壞。 54、什么是平方律負(fù)載？ 阻轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比的負(fù)載稱為平方律負(fù)載。其典型代表是風(fēng)機(jī)和泵類 55、為什么說平方律負(fù)載應(yīng)用了變頻調(diào)速后，節(jié)能效果特好？ 平方律負(fù)載