變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機(jī)的電力傳動元件。

變頻器原理以及基本知識

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。

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,其直流回路濾波是電感。

4、為什么變頻器的電壓與電流成比例的改變?

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。可以采用各種方法實現(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、24.0 Hz,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

(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?

36、變頻器的廠家有很多,比較出名的有博世力士樂系列,松下系列等。

維護(hù)和檢查時的注意事項有:

(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。

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)。