變頻器基礎(chǔ)知識(shí)以及故障處理

01、何謂變頻器？

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，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能。

02、PWM和PAM的不同點(diǎn)有哪些？

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)制方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅值調(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。

03、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。

04、為什么變頻器的電壓與頻率成比例的改變?

任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是電流和磁通相互作用的結(jié)果，電流是不允許超過(guò)額定值的，否則將引起電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。因此，如果磁通減小，電磁轉(zhuǎn)矩也必減小，導(dǎo)致帶載能力降低。

由公式E=4.44*K*F*N*Φ 可以看出，在變頻調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的磁路隨著運(yùn)行頻率fX是在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，它極容易使電動(dòng)機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)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(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)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。

05、電動(dòng)機(jī)使用工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，電壓下降則電流增加；對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)，如果頻率下降時(shí)電壓也下降，那么電流是否增加?

頻率下降(低速)時(shí)，如果輸出相同的功率（恒功率）則電流增加，但在轉(zhuǎn)矩一定（恒轉(zhuǎn)矩）的條件下，電流幾乎不變。

06、采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩怎樣?

采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同，為125%~200%)。用工頻電源直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為額定電流6~7倍，因此，將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng))。起動(dòng)電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩;對(duì)于帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動(dòng)。

07、V/f模式是什么意思?

頻率下降時(shí)電壓V也成比例下降，這個(gè)問(wèn)題已在回答4說(shuō)明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲(chǔ)裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進(jìn)行選擇。

08、按比例地改V和f時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩如何變化?

頻率下降時(shí)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(shí)給定V/f,要使輸出電壓提高一些，以便獲得一定地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,這種補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動(dòng)。可以采用各種方法實(shí)現(xiàn)，有自動(dòng)進(jìn)行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法。

09、在說(shuō)明書上寫著變速范圍60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就沒(méi)有輸出功率嗎?

在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機(jī)溫升和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱問(wèn)題。變頻器實(shí)際輸出頻率(起動(dòng)頻率)根據(jù)機(jī)種為0.5~3Hz。

10、對(duì)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?

通常情況下是不可以的。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。

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)利用選件可進(jìn)行PG反饋.無(wú)速度傳感器閉環(huán)控制方式是根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型根據(jù)磁通推算電機(jī)的實(shí)際速度，相當(dāng)于用一個(gè)虛擬的速度傳感器形成閉環(huán)控制。

12、實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)于給定速度有偏差時(shí)如何辦?

開環(huán)時(shí)，變頻器即使輸出給定頻率，電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%~5%)變動(dòng)。對(duì)于要求調(diào)速精度比較高，即使負(fù)載變動(dòng)也要求在近于給定速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。

13、如果用帶有PG的電機(jī)，進(jìn)行反饋后速度精度能提高嗎?

具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的值取決于PG本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。

14、失速防止功能是什么意思?

如果給定的加速時(shí)間過(guò)短，變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化，變頻器將因流過(guò)過(guò)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(guò)大時(shí)適當(dāng)放慢加速速率。減速時(shí)也是如此。兩者結(jié)合起來(lái)就是失速功能。

15、有加速時(shí)間與減速時(shí)間可以分別給定的機(jī)種，和加減速時(shí)間共同給定的機(jī)種，這有什么意義?

加減速可以分別給定的機(jī)種，對(duì)于短時(shí)間加速、緩慢減速場(chǎng)合，或者對(duì)于小型機(jī)床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的場(chǎng)合是適宜的，但對(duì)于風(fēng)機(jī)傳動(dòng)等場(chǎng)合，加減速時(shí)間都較長(zhǎng)，加速時(shí)間和減速時(shí)間可以共同給定。

16、什么是再生制動(dòng)?

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率，則電動(dòng)機(jī)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，作為制動(dòng)器而工作，這就叫作再生(電氣)制動(dòng)。

17、是否能得到更大的制動(dòng)力?

從電機(jī)再生出來(lái)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(guān)系，通用變頻器的再生制動(dòng)力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%~20%。如采用選用件制動(dòng)單元，可以達(dá)到50%~100%。

18、請(qǐng)說(shuō)明變頻器的保護(hù)功能?

保護(hù)功能可分為以下兩類：

(1)檢知異常狀態(tài)后自動(dòng)地進(jìn)行修正動(dòng)作，如過(guò)電流失速防止，再生過(guò)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(hào)，使電機(jī)自動(dòng)停車。如過(guò)電流切斷、再生過(guò)電壓切斷、半導(dǎo)體冷卻風(fēng)扇過(guò)熱和瞬時(shí)停電保護(hù)等。

19、為什么用離合器連接負(fù)載時(shí)，變頻器的保護(hù)功能就動(dòng)作?

用離合器連接負(fù)載時(shí)，在連接的瞬間，電機(jī)從空載狀態(tài)向轉(zhuǎn)差率大的區(qū)域急劇變化，流過(guò)的大電流導(dǎo)致變頻器過(guò)電流跳閘，不能運(yùn)轉(zhuǎn)。

20、在同一工廠內(nèi)大型電機(jī)一起動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)中變頻器就停止，這是為什么?

電機(jī)起動(dòng)時(shí)將流過(guò)和容量相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流，電機(jī)定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降，電機(jī)容量大時(shí)此壓降影響也大，連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷，因而有時(shí)保護(hù)功能(IPE)動(dòng)作，造成停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

21、什么是變頻分辨率?有什么意義?

對(duì)于數(shù)字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號(hào)，輸出頻率也是有級(jí)給定。這個(gè)級(jí)差的最小單位就稱為變頻分辨率。變頻分辨率通常取值為0.015~0.5Hz.例如，分辨率為0.5Hz，那么23Hz的上面可變?yōu)?3.5、24.0 Hz，因此電機(jī)的動(dòng)作也是有級(jí)的跟隨。這樣對(duì)于像連續(xù)卷取控制的用途就造成問(wèn)題。在這種情況下，如果分辨率為0.015Hz左右，對(duì)于4級(jí)電機(jī)1個(gè)級(jí)差為1r/min 以下，也可充分適應(yīng)。另外，有的機(jī)種給定分辨率與輸出分辨率不相同。

22、裝設(shè)變頻器時(shí)安裝方向是否有限制？

變頻器內(nèi)部和背面的結(jié)構(gòu)考慮了冷卻效果的，上下的關(guān)系對(duì)通風(fēng)也是重要的，因此，對(duì)于單元型在盤內(nèi)、掛在墻上的都取縱向位，盡可能垂直安裝。

23、不采用軟起動(dòng)，將電機(jī)直接投入到某固定頻率的變頻器時(shí)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(dòng)的條件相近。將流過(guò)大的起動(dòng)電流(6~7倍額定電流)，由于變頻器切斷過(guò)電流，電機(jī)不能起動(dòng)。

24、電機(jī)超過(guò)60Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題?

超過(guò)60Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)機(jī)械和裝置在該速下運(yùn)轉(zhuǎn)要充分可能(機(jī)械強(qiáng)度、噪聲、振動(dòng)等)。

(2)電機(jī)進(jìn)入恒功率輸出范圍，其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作(風(fēng)機(jī)、泵等軸輸出功率與速度的立方成比例增加，所以轉(zhuǎn)速少許升高時(shí)也要注意)。

(3)產(chǎn)生軸承的壽命問(wèn)題，要充分加以考慮。

(4)對(duì)于中容量以上的電機(jī)特別是2極電機(jī)，在60Hz以上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要與廠家仔細(xì)商討。

根據(jù)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑方式不同，需要注意若干問(wèn)題。在齒輪的結(jié)構(gòu)上通常可考慮70~80Hz為最大極限，采用油潤(rùn)滑時(shí)，在低速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到齒輪的損壞等。

25、變頻器能用來(lái)驅(qū)動(dòng)單相電機(jī)嗎?可以使用單相電源嗎?

基本上不能用。對(duì)于調(diào)速器開關(guān)起動(dòng)式的單相電機(jī)，在工作點(diǎn)以下的調(diào)速范圍時(shí)將燒毀輔助繞組;對(duì)于電容起動(dòng)或電容運(yùn)轉(zhuǎn)方式的，將誘發(fā)電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相，但對(duì)于小容量的，也有用單相電源運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)種。

26、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(guò)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(dòng)式(FR-K)變頻器，如果把制動(dòng)時(shí)的損耗也考慮進(jìn)去，功率消耗將變大，對(duì)于操作盤設(shè)計(jì)等必須注意。

27、為什么不能在6~60Hz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)。

28、使用帶制動(dòng)器的電機(jī)時(shí)應(yīng)注意什么?

制動(dòng)器勵(lì)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(shí)制動(dòng)器動(dòng)作，將造成過(guò)電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動(dòng)器動(dòng)作。

29、想用變頻器傳動(dòng)帶有改善功率因數(shù)用電容器的電機(jī)，電機(jī)卻不動(dòng)，請(qǐng)說(shuō)明原因。

變頻器的電流流入改善功率因數(shù)用的電容器，由于其充電電流造成變頻器過(guò)電流(OCT),所以不能起動(dòng)，作為對(duì)策，請(qǐng)將電容器拆除后運(yùn)轉(zhuǎn)，至于改善功率因數(shù)，在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的。

30、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(duì)它們進(jìn)行定期的維護(hù)，可望有10年以上的壽命。

31、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(huì)怎樣?

對(duì)于小容量也有無(wú)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、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(shí)，由電扇停止檢測(cè)或冷卻風(fēng)扇上的過(guò)熱檢測(cè)進(jìn)行保護(hù)。

32、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(shí)間的推移而緩緩減少，定期地測(cè)量靜電容量，以達(dá)到產(chǎn)品額定容量的85%時(shí)為基準(zhǔn)來(lái)判斷壽命。

33、裝設(shè)變頻器時(shí)安裝方向是否有限制？

應(yīng)基本收藏在盤內(nèi)，問(wèn)題是采用全封閉結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)要針對(duì)實(shí)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;

34、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(shù)。

35、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(zhǎng)的電機(jī)電纜運(yùn)行，也適用于在變頻器與電機(jī)之間有中間變壓器的回路。

36、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1KΩ至10KΩ。

37、變頻器有哪些干擾方式及一般如何處理?

1. 傳播方式：

(1)輻射干擾;

(2)傳導(dǎo)干擾

2.抗干擾措施：

對(duì)于通過(guò)輻射方式傳播的干擾信號(hào)，主要通過(guò)布線以及對(duì)放射源和對(duì)被干擾的線路進(jìn)行屏蔽的方式來(lái)削弱。對(duì)于通過(guò)線路傳播的干擾信號(hào)，主要通過(guò)在變頻器輸入輸出側(cè)加裝濾波器，電抗器或磁環(huán)等方式來(lái)處理。

具體方法及注意事項(xiàng)如下：

(1)信號(hào)線與動(dòng)力線要垂直交叉或分槽布線。

(2)不要采用不同金屬的導(dǎo)線相互連接。

(3)屏蔽管(層)應(yīng)可靠接地，并保證整個(gè)長(zhǎng)度上連續(xù)可靠接地。

(4)信號(hào)電路中要使用雙絞線屏蔽電纜。

(5)屏蔽層接地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離變頻器，并與變頻器接地點(diǎn)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(shí)需注意，盡量將磁環(huán)靠近變頻器。

(7)一般對(duì)被干擾設(shè)備儀器，均可采取屏蔽及其它抗干擾措施。

38、想提高原有輸送帶的速度，以80Hz運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器的容量該怎樣選擇?

輸送帶消耗的功率與轉(zhuǎn)速成正比，因此若想以80HZ運(yùn)行，變頻器和電機(jī)的功率都要按照比例增加為80HZ/50HZ,即提高60%容量。

39、采用PWM和VVC+的區(qū)別是什么?

在VVC中，控制電路用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算電機(jī)負(fù)載變化時(shí)的最佳的電機(jī)勵(lì)磁，并對(duì)負(fù)載加以補(bǔ)償。此外集成于ASIC電路上的同步60°PWM方法決定了逆變器半導(dǎo)體器件(IGBTS)的最佳開關(guān)時(shí)間。

40、為什么變頻器不能用作變頻電源?

變頻電源的整個(gè)電路由交流一直流一交流一濾波等部分構(gòu)成，因此它輸出的電壓和電流波形均為純正的正弦波,非常接近理想的交流供電電源?？梢暂敵鍪澜缛魏螄?guó)家的電網(wǎng)電壓和頻率。而變頻器是由交流一直流一交流(調(diào)制波)等電路構(gòu)成的,變頻器標(biāo)準(zhǔn)叫法應(yīng)為變頻調(diào)速器。其輸出電壓的波形為脈沖方波,且諧波成分多,電壓和頻率同時(shí)按比例變化,不可分別調(diào)整,不符合交流電源的要求。原則上不能做供電電源的使用,一般僅用于三相異步電機(jī)的調(diào)速。

審核編輯：黃飛

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