變頻器的簡介

1/3變頻器的簡介簡單的來說變頻器就是利用電力半導(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。它通過對電網(wǎng)進(jìn)行回饋實(shí)現(xiàn)節(jié)能。我們都知道電機(jī)工作的工作方式有兩種：電動和制動。在電機(jī)進(jìn)行制動的時候，它相當(dāng)于是一臺發(fā)電機(jī)，變頻器通過將電機(jī)制動狀態(tài)下發(fā)出的電能回饋給電網(wǎng)進(jìn)行利用而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。雖然說單個一臺電機(jī)進(jìn)行能量的回饋對節(jié)能的貢獻(xiàn)很小，但是在工廠中工作的電機(jī)往往數(shù)量很多，功率很大，這樣，把這些電機(jī)制動轉(zhuǎn)臺的電能都收集起來回饋給電網(wǎng)再進(jìn)行利用，就能夠節(jié)約很多的能源變頻器基礎(chǔ)原理知識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，能實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。國內(nèi)技術(shù)較領(lǐng)先的品牌有匯川、歐瑞(原煙臺惠豐)、三晶、藍(lán)海華騰。2、PWM和PAM的不同點(diǎn)是什么？PWM是英文PulseWidthModulation(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PulseAmplitudeModulation(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。5、電動機(jī)使用工頻電源驅(qū)動時，電壓下降則電流增加；對于變頻器驅(qū)動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？頻率下降（低速）時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。6、采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時，電機(jī)的起動電流、起動轉(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時，起動電流為額定電流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(zhuǎn)矩為70[%]~120[%]額定轉(zhuǎn)矩；對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強(qiáng)功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為100[%]以上，可以帶全負(fù)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(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。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。9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機(jī)溫升和起動轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。變頻器實(shí)際輸出頻率（起動頻率）根據(jù)機(jī)種為0.5~3Hz。.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.無速度傳感器閉環(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)于用一個虛擬的速度傳感器形成閉環(huán)控制。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、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。15、有加速時間與減速時間可以分別給定的機(jī)種，和加減速時間共同給定的機(jī)種，這有什么意義？加減速可以分別給定的機(jī)種，對于短時間加速、緩慢減速場合，或者對于小型機(jī)床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時間的場合是適宜的，但對于風(fēng)機(jī)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(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。17、是否能得到更大的制動力？從電機(jī)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(guān)系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉(zhuǎn)矩的10[%]~20[%]。如采用選用件制動單元，可以達(dá)到50[%]~100[%]。18、請說明變頻器的保護(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。19、為什么用離合器連續(xù)負(fù)載時，變頻器的保護(hù)功能就動作？用離合器連接負(fù)載時，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，流過的大電流導(dǎo)致變頻器過電流跳閘，不能運(yùn)轉(zhuǎn)。20、在同一工廠內(nèi)大型電機(jī)一起動，運(yùn)轉(zhuǎn)中變頻器就停止，這是為什么？電機(jī)起動時將流過和容量相對應(yīng)的起動電流，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，因而有時保護(hù)功能（IPE）動作，造成停止運(yùn)轉(zhuǎn)。21、什么是變頻分辨率？有什么意義？對于數(shù)字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號，輸出頻率也是有級給定。這個級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、24.0Hz，因此電機(jī)的動作也是有級的跟隨。這樣對于像連續(xù)卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下，如果分辨率為0.015Hz左右，對于4級電機(jī)1個級差為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)系對通風(fēng)也是重要的，因此，對于單元型在盤內(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，將電機(jī)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(jī)不能起動。24、電機(jī)超過60Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)注意什么問題？超過60Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時應(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)、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加，所以轉(zhuǎn)速少許升高時也要注意）。（3）產(chǎn)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(jī)特別是2極電機(jī)，在60Hz以上運(yùn)轉(zhuǎn)時要與廠家仔細(xì)商討。25、變頻器可以傳動齒輪電機(jī)嗎？根據(jù)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結(jié)構(gòu)上通?？煽紤]70~80Hz為最大極限，采用油潤滑時，在低速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到齒輪的損壞等。26、變頻器能用來驅(qū)動單相電機(jī)嗎？可以使用單相電源嗎？基本上不能用。對于調(diào)速器開關(guān)起動式的單相電機(jī)，在工作點(diǎn)以下的調(diào)速范圍時將燒毀輔助繞組；對于電容起動或電容運(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，但對于小容量的，也有用單相電源運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)種。27、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)計等必須注意。28、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)。29、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。30、想用變頻器傳動帶有改善功率因數(shù)用電容器的電機(jī)，電機(jī)卻不動，請說明原因。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電流(OCT),所以不能起動，作為對策，請將電容器拆除后運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至改善功率因數(shù)，在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的。31、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。32、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、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)33、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。34、裝設(shè)變頻器時安裝方向是否有限制。應(yīng)基本收藏在盤內(nèi)，問題是采用全封閉結(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)計要針對實(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；（3）采用熱導(dǎo)管。此外，已開發(fā)出變頻器背面可以外露的型式。35、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。維護(hù)和檢查時的注意事項(xiàng)有：(1)在關(guān)掉輸入電源后，至少等5分鐘才可以開始檢查（還要正式充電發(fā)光二極管已經(jīng)熄滅）否則會引起觸電。(2)維修、檢查和部件更換必須由勝任人員進(jìn)行。（開始工作前，取下所有金屬物品（手表、手鐲等），使用帶絕緣保護(hù)的工具）(3)不要擅自改裝頻頻器，否則易引起觸電和損壞產(chǎn)品。(4)變頻器維修之前，須確認(rèn)輸入電壓是否有誤，將380V電源接入220V級變頻器之中會出現(xiàn)炸機(jī)（炸電容、壓敏電阻、模塊等）。變頻器主要由半導(dǎo)體元件構(gòu)成，因此，必須進(jìn)行日常的檢查，防止不利的工作環(huán)境，如溫度、濕度、粉塵和振動的影響，并防止因部件使用壽命所引起的其它故障。檢查項(xiàng)目：(1)日常檢查：檢查變頻器是否按要求工作。用電壓表在變頻器工作時，檢查其輸入和輸出電壓。(2)定期檢查：檢查所有只能當(dāng)變頻器停機(jī)時才能檢查的地方。(3)部件更換：部件的壽命很大程度上與安裝條件有關(guān)。變頻器工作原理主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，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。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以與將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形?？刂齐娐肥墙o異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以與逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路”組成。（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。（3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。變頻器的作用變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動磁場的周期，達(dá)到平滑控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器的組成變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。高容量電容存儲轉(zhuǎn)換后的電能。逆變器由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。控制器按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動交流電動機(jī)。變頻器的分類1、按變換的環(huán)節(jié)分類：（1）交-直-交變頻器，則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接式變頻器，是目前廣泛應(yīng)用的通用型變頻器。（2）可分為交-交變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱直接式變頻器；2、按直流電源性質(zhì)分類：（1）電壓型變頻器電壓型變頻器特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場合。（2）電流型變頻器電流型變頻器特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器（電流型）。電流型變頻器的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負(fù)載電流變化較大的場合。3、按主電路工作方法：電壓型變頻器、電流型變頻器4、按照工作原理分