變頻器基礎(chǔ)原理知識(shí)
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(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)先的品牌有英威騰、匯川、三晶、紫日電氣科技有限公司、雷諾爾、歐瑞(原煙臺(tái)惠豐)、藍(lán)海華騰。
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。變頻器
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(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。
5、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,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(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)。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)。
7、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(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。
8、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。
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(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？
通常情況下時(shí)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(shí)，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(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(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)間的場合是適宜的，但對(duì)于風(fēng)機(jī)傳動(dòng)等場合，加減速時(shí)間都較長，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(dòng)地進(jìn)行修正動(dòng)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(hào)，使電機(jī)自動(dòng)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(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(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。將流過大的起動(dòng)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(dòng)。
24、電機(jī)超過60Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意什么問題？超過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)、泵等軸輸出功率于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。
25、變頻器可以傳動(dòng)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(shí)，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(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。
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(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。
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(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。
30、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(dòng)，作為對(duì)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(duì)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(huì)怎樣？對(duì)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(shí)，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(shí)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(shí)為基準(zhǔn)來判斷壽命。
34、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；（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(shí)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(huì)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(jí)變頻器之中會(huì)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(dòng)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(shí)，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(shí)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)。
