變頻器基礎原理知識

變頻器基礎原理知識1、 什么是變頻器？變頻器由幾部分組成？變頻器是利用電力半導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，能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能。變頻器由兩大部分組成，即主電路和控制電路。（1）主電路包括整流濾波電路、逆變電路、制動單元。（2）控制電路包括計算機控制系統(tǒng)、鍵盤與顯示、內部接口及信號檢測與傳遞、供電電源、外接控制端子等。2、 PWM和PAM的不同點是什么？PWM是英文PulseWidthModulation（脈沖寬度調制）縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調制方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脈沖幅值調制）縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節(jié)輸出量值和波形的一種調制方式。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？任何電動機的電磁轉矩都是電流和磁通相互作用的結果，電流是不允許超過額定值的，否則將引起電動機的發(fā)熱。因此，如果磁通減小，電磁轉矩也必減小，導致帶載能力降低。由公式E=4.44*K*F*N*①可以看出，在變頻調速時，電動機的磁路隨著運行頻率fX是在相當大的范圍內變化，它極容易使電動機的磁路嚴重飽和，導致勵磁電流的波形嚴重畸變，產生峰值很高的尖峰電流。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，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用于風機、泵類節(jié)能型變頻器。5、變頻器安裝時布線的主要原則是什么？（1）當外圍設備與變頻器共用一供電系統(tǒng)時，要在輸入端安裝噪聲濾波器，或將其他設備用隔離變壓器或電源濾波器進行噪聲隔離。（2）當外圍設備與變頻器裝入同一控制柜中且布線又很接近變頻器時，應將易受變頻器干擾的外圍設備及信號線遠離變頻器安裝；信號線使用屏蔽電纜線，屏蔽層接地；在變頻器的輸入輸出側安裝無線電噪聲濾波器（3）避免信號線與動力線平行布線或捆扎成束布線；易受影響的外圍設備應盡量遠離變頻器安裝；易受影響的信號線盡量遠離變頻器的輸入輸出電纜。（4）當操作臺與控制柜不在一處或具有遠方控制信號線，要對導線進行屏蔽，并特別注意各連接環(huán)節(jié)，以避免干擾信號串入。6、 采用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下（根據機種不同，為125%~200%）。用工頻電源直接起動時，起動電流為額定電流6~7倍，因此，將產生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動（起動時間變長）。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉矩為70%~120%額定轉矩；對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。7、 V/f模式是什么意思？頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇。8、 按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化？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，將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。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矩，這種補償稱增強起動?？梢圆捎酶鞣N方法實現，有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法。9、變頻器的主電路由整流、濾波和逆變三大部分組成，試述各部分的工作過程。（1）整流電路是由6只二極管組成，利用二極管的單向導電性將三相工頻交流電全波整流為脈動直流電。（2）濾波電路由2只電容構成，利用電容電壓不能突變的原理，將整流后的脈動直流電波動程度減小。（3）逆變電路是由6只IGBT組成的三相逆變橋，三相逆變橋由計算機控制將直流電逆變?yōu)槿郤PWM波，驅動電動機工作。10、 對于一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，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矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。11、 所謂開環(huán)是什么意思？

給所使用的電機裝置設速度檢出器（PG），將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運轉的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋.無速度傳感器閉環(huán)控制方式是根據建立的數學模型根據磁通推算電機的實際速度，相當于用一個虛擬的速度傳感器形成閉環(huán)控制。12、實際轉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，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的范圍內（1%~5%）變動。對于要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近于給定速度下運轉的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器（選用件）。13、恒壓給水專用變頻器有哪些系統(tǒng)功能？（1）沉睡（睡眠）功能：當變頻器輸出頻率已經下降到下限頻率，而壓力仍偏高時，水泵應停止工作。（2）喚醒（蘇醒）功能：當壓力小于某一下限值時，應使變頻器重新開始工作。（3）定時開關機功能（4）自動（手動）巡檢功能，以防止水泵長期不運行而銹死。（5）PID的調節(jié)功能，自動調節(jié)輸出頻率，使壓力恒定（6）多種保護及故障報警功能，如斷相、過載、欠壓等保護及報警功能。14、 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遠超過轉速（電角頻率）的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。15、 有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什么意義？加減速可以分別給定的機種，對于短時間加速、緩慢減速場合，或者對于小型機床需要嚴格給定生產節(jié)拍時間的場合是適宜的，但對于風機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。16、 什么是再生制動？電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變?yōu)楫惒桨l(fā)電機狀態(tài)運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。17、 是否能得到更大的制動力？從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的10%~20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%~100%。18、 請說明變頻器的保護功能？保護功能可分為以下兩類：（1）檢知異常狀態(tài)后自動地進行修正動作，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體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。19、 不采用軟起動，將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以？在很低的頻率下是可以的，但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流（6~7倍額定電流），由于變頻器切斷過電流，電機不能起動。20、 電機超過60Hz運轉時應注意什么問題？超過60Hz運轉時應注意以下事項：（1）機械和裝置在該速下運轉要充分可能（機械強度、噪聲、振動等）。（2）電機進入恒功率輸出范圍，其輸出轉矩要能夠維持工作（風機、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加，所以轉速少許升高時也要注意）。（3）產生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。（4）對于中容量以上的電機特別是2極電機，在60Hz以上運轉時要與廠家仔細商討。21、 變頻器本身消耗的功率有多少？它與變頻器的機種、運行狀態(tài)、使用頻率等有關，但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%，據此可推算損耗，但內藏再生制動式（FR-K）變頻器，如果把制動時的損耗也考慮進去，功率消耗將變大，對于操作盤設計等必須注意。22、想用變頻器傳動帶有改善功率因數用電容器的電機，電機卻不動，請說明原因。變頻器的電流流入改善功率因數用的電容器，由于其充電電流造成變頻器過電流（OCT）,所以不能起動，作為對策，請將電容器拆除后運轉，至于改善功率因數，在變頻器的輸入側接入AC電抗器是有效的。23、 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、冷卻風扇那樣的消耗器件，如果對它們進行定期的維護，可望有10年以上的壽命。24、 變頻器內藏有冷卻風扇，風的方向如何？風扇若是壞了會怎樣？對于小容量也有無冷卻風扇的機種。有風扇的機種，風的方向是從下向上，所以裝設變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。還有，變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風扇發(fā)生故障時，由電扇停止檢測或冷卻風扇上的過熱檢測進行保護25、 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，以達到產品額定容量的85%時為基準來判斷壽命。26、 裝設變頻器時安裝方向是否有限制。應基本收藏在盤內，問題是采用全封閉結構的盤外形尺寸大，占用空間大，成本比較高。其措施有：（1）盤的設計要針對實際裝置所需要的散熱； （2）利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積；（3）采用熱導管。27、 變頻器直流電抗器的作用是什么？減小輸入電流的高次諧波干擾，提高輸入電源的功率因數。36、變頻器附件正弦濾波器有什么作用？正弦濾波器允許變頻器使用較長的電機電纜運行，也適用于在變頻器與電機之間有中間變壓器的回路。28、變頻器的給定電位器的電阻值多大？變頻器的給定電位器的阻值一般為1KQ至10KQ。29、變頻器有哪些干擾方式及一般如何處理？傳播方式：（1）輻射干擾；（2）傳導干擾抗干擾措施：對于通過輻射方式傳播的干擾信號，主要通過布線以及對放射源和對被干擾的線路進行屏蔽的方式來削弱。對于通過線路傳播的干擾信號，主要通過在變頻器輸入輸出側加裝濾波器，電抗器或磁環(huán)等方式來處理。具體方法及注意事項如下：（1）信號線與動力線要垂直交叉或分槽布線。（2）不要采用不同金屬的導線相互連接。 （3）屏蔽管（層）應可靠接地，并保證整個長度上連續(xù)可靠接地。（4）信號電路中要使用雙絞線屏蔽電纜。（5）屏蔽層接地點盡量遠離變頻器，并與變頻器接地點分開。（6）磁環(huán)可以在變頻器輸入電源線和輸出線上使用 ，具體方法為：輸入線一起朝同一方向繞4圈，而輸出線朝同一方向繞3圈即可。繞線時需注意，盡量將磁環(huán)靠近變頻器。（7）一般對被干擾設備儀器，均可采取屏蔽及其它抗干擾措施。30、試結合圖所示G120變頻器的正反轉控制電路，分析電路的工作原理，解釋自鎖和互鎖的作用，并說明需設定哪些參數？（14分）變頻器的正反轉控制電路答：工作過程如下：（1）當按下SB1，KM線圈得電吸合，其主觸點接通，變頻器通電處于待機狀態(tài)。與此同時，KM的輔助動合觸點使SB1自鎖。（2）按下SB3，KA1線圈得電吸合，其動合觸點KA1接通變頻器的FWD端子，電動機正轉。與此同時，其另一動合觸點閉合使SB3自鎖，動斷觸點斷開，使KA2線圈不能通電。（3）如果要使電動機反轉，先按下SB5使電動機停止。然后按下SB4，KA2線圈得電吸合，其動合觸點KA2閉合，接通變頻器REV端子，電動機反轉。與此同時，其另一動合觸點KA2閉合使SB4自保，動斷觸點KA2斷開使KA1線圈不能通電。（4）當需要斷電時，必須先按下SB2，使KA1和KA2線圈失電，其動合觸點斷開（電動機減速停止），并解除對SB2的旁路，這時才能可按下SB2，使變頻器斷電。（5）變頻器故障報警時，控制電路被切斷，變頻器主電路斷電。自鎖和互鎖的作用：（1）自鎖保持電路狀態(tài)的持續(xù)，KM自鎖，持續(xù)通電；KA1自鎖，持續(xù)正轉；KA2自鎖，持續(xù)反轉。

(2)互鎖保持變頻器狀態(tài)的平穩(wěn)過渡，避免變頻器受沖擊。KA1、KA2互鎖，正、反轉運行不能直接切換；KA1、KA2對SB2的鎖定，保證運行過程中不能直接斷電停機。31、試結合圖所示工頻一變頻切換電路，分析其工作原理。LILIL3工頻一變頻切換電路答：工作過程如下：(1)系統(tǒng)上電：SB1為斷電按鈕，SB2為通電按鈕，KA1為上電控制繼電器。(2)工頻運行：SA為變頻、工頻切換旋轉開關，KM3為工頻運行接觸器。SA切到工頻位置，KM3線圈得電，KM3吸合，電動機由工頻供電。(3)變頻運行：SB3為變頻器停止按鈕，SB4為變頻器啟動按鈕，KM1、KM2為為變頻