電氣工程師:變頻器是什么

零基礎(chǔ)一次通關(guān) vip套餐|成績單=優(yōu)惠券

　　變頻器

　　變頻器(Variable-frequency Drive，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

　　測量方式

　　變頻器輸出為PWM波，含有較多的高次諧波。變頻功率傳感器通過對輸入的電壓、電流信號進(jìn)行交流采樣，再將采樣值通過電纜、光纖等傳輸系統(tǒng)與數(shù)字量輸入變頻功率分析儀，數(shù)字量輸入變頻功率分析儀對電壓、電流的采樣值進(jìn)行運算，可以獲取電壓有效值、電流有效值、基波電壓、基波電流、諧波電壓、諧波電流、有功功率、基波功率、諧波功率等參數(shù)。

　　工作原理

　　概述

　　主電路是給異步電動機提供調(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”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。

　　整流器

　　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)行再生運轉(zhuǎn)。

　　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。

　　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。

　　控制電路是給異步電動機供電(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“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護(hù)電路”組成。

　　(1)運算電路：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:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(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損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

　　功能作用

　　變頻節(jié)能

　　變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設(shè)計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。當(dāng)電機不能在滿負(fù)荷下運行時，除達(dá)到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風(fēng)機、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。

　　電動機使用變頻器的作用就是為了調(diào)速，并降低啟動電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC)，這個過程叫整流。把直流電(DC)變換為交流電(AC)的裝置，其科學(xué)術(shù)語為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價格的15--20倍。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。

　　變頻不是到處可以省電，有不少場合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也要耗電(約額定功率的3-5%)。一臺1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來也有20-30W,相當(dāng)于一盞長明燈. 變頻器在工頻下運行，具有節(jié)電功能，是事實。但是他的前提條件是：

　　第一、大功率并且為風(fēng)機/泵類負(fù)載;

　　第二、裝置本身具有節(jié)電功能(軟件支持);

　　第三、長期連續(xù)運行。

　　這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個條件。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電，沒有什么意義。如果不加前提條件的說變頻器工頻運行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。知道了原委，你會巧妙的利用他為你服務(wù)。一定要注意使用場合和使用條件才好正確應(yīng)用，否則就是盲從、輕信而“受騙上當(dāng)”。

　　功率因數(shù)補償節(jié)能

　　無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

　　軟啟動節(jié)能

　　電機硬啟動對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費用。

　　從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動機的機械設(shè)備中，電動機在啟動時，電流會比額定高5-6倍的，不但會影響電機的使用壽命而且消耗較多的電量.系統(tǒng)在設(shè)計時在電機選型上會留有一定的余量，電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行，因此進(jìn)行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實現(xiàn)電機軟啟動、補償功率因素、通過改變設(shè)備輸入電壓頻率達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，而且能給設(shè)備提供過流、過壓、過載等保護(hù)功能。

　　基本組成

　　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。

　　給定方式

　　變頻器常見的頻率給定方式主要有：操作器鍵盤給定、接點信號給定、模擬信號給定、脈沖信號給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點，須按照實際所需進(jìn)行選擇設(shè)置，同時也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。

　　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，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。

　　PWM和PAM的不同點

　　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。

　　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(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，否則將引起電動機的發(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，電動機的磁路隨著運行頻率fX是在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，它極容易使電動機的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵磁電流的波形嚴(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(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機、泵類節(jié)能型變頻器。

　　5、電動機使用工頻電源驅(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、采用變頻器運轉(zhuǎn)時，電機的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩怎樣?

　　采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(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,這種補償稱增強起動。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)機種為0.5~3Hz。。

　　10、對于一般電機的組合是在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(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)磁通推算電機的實際速度，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，電機在帶負(fù)載運行時，電機的轉(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，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，運轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉(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(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(zhuǎn)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(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、為什么用離合器連接負(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，不能運轉(zhuǎn)。

　　20、在同一工廠內(nèi)大型電機一起動，運轉(zhuǎn)中變頻器就停止，這是為什么?

　　電機起動時將流過和容量相對應(yīng)的起動電流，電機定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降，電機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1個級差為1r/min 以下，也可充分適應(yīng)。另外，有的機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。

　　24、電機超過60Hz運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意什么問題?

　　超過60Hz運轉(zhuǎn)時應(yīng)注意以下事項：

　　(1)機械和裝置在該速下運轉(zhuǎn)要充分可能(機械強度、噪聲、振動等)。

　　(2)電機進(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、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特別是2極電機，在60Hz以上運轉(zhuǎn)時要與廠家仔細(xì)商討。

　　25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎?

　　根據(jù)減速機的結(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)上通常可考慮70~80Hz為最大極限，采用油潤滑時，在低速下連續(xù)運轉(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，在工作點以下的調(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，也有用單相電源運轉(zhuǎn)的機種。

　　27、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(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)運轉(zhuǎn)使用?

　　一般電機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組合，或采用專用電機。 　 29、使用帶制動器的電機時應(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，電機卻不動，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。

　　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)扇的機種。有風(fēng)扇的機種，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。

　　35、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)。

　　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。

　　37、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。

　　38、為什么變頻器不能用作變頻電源?

　　變頻電源的整個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业碾娋W(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的調(diào)速。

　　39、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(dǎo)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(jìn)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(cè)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(dǎo)線相互連接。

　　(3)屏蔽管(層)應(yīng)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(yuǎn)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(shè)備儀器，均可采取屏蔽及其它抗干擾措施。

　　40、想提高原有輸送帶的速度，以80Hz運轉(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運行，變頻器和電機的功率都要按照比例增加為80HZ/50HZ,即提高60%容量。

　　41、采用PWM和VVC+的區(qū)別是什么?

　　在VVC中，控制電路用一個數(shù)學(xué)模型來計算電機負(fù)載變化時的最佳的電機勵磁，并對負(fù)載加以補償。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)時間。

　　決定開關(guān)時間要遵循以下原則：

　　1.數(shù)值上最大的一相在1/6個周期(60°)內(nèi)保持它的正電位或負(fù)電位不變。

　　2.其它兩相按比例變化，使輸出線電壓保持正弦并達(dá)到所需的幅值。

　　與正弦控制PWM不同，VVC是依據(jù)所需輸出電壓的數(shù)字量來工作的。這能保證變頻器的輸出達(dá)到電壓的額定值，電機電流為正弦波，電機的運行與電機直接接電時一樣。

　　由于在變頻器計算最佳的輸出電壓時考慮了電機的常數(shù)(定子電阻和電感)，所以可得到最佳的電機勵磁。

　　因為變頻器連續(xù)地檢測負(fù)載電流，變頻器就能調(diào)節(jié)輸出電壓與負(fù)載相匹配，所以電機電壓可適應(yīng)電機的類型，跟隨負(fù)載的變化。

　　控制方式

　　低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交―直―交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。

　　第一代

　　1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式：

　　其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。

　　第二代

　　電壓空間矢量(SVPWM)控制方式：

　　它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差;通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響;將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。

　　第三代

　　矢量控制(VC)方式：

　　矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn)行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。

　　第四代

　　直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式：

　　1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。

　　矩陣式交―交控制方式：

　　VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交―直―交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運行。為此，矩陣式交―交變頻應(yīng)運而生。由于矩陣式交―交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。具體方法是：

　　1、控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現(xiàn)無速度傳感器方式;

　　2、自動識別(ID)依靠精確的電機數(shù)學(xué)模型，對電機參數(shù)自動識別;

　　3、算出實際值對應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實時控制;

　　4、實現(xiàn)Band―Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band―Band控制產(chǎn)生PWM信號，對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。

　　矩陣式交―交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)(<2ms)，很高的速度精度(±2%，無PG反饋)，高轉(zhuǎn)矩精度(<+3%);同時還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(包括0速度時)，可輸出150%～200%轉(zhuǎn)矩。

　　VVC的控制原理：

　　VVC的控制原理是將矢量調(diào)制的原理應(yīng)用于固定電壓源PWM逆變器。這一控制建立在一個改善了的電機模型上，該電機模型較好的對負(fù)載和轉(zhuǎn)差進(jìn)行了補償。

　　因為有功和無功電流成分對于控制系統(tǒng)來說都是很重要的，控制電壓矢量的角度可顯著的改善0-12HZ范圍內(nèi)的動態(tài)性能，而在標(biāo)準(zhǔn)的PWM U/F驅(qū)動中0-10HZ范圍一般都存在著問題。

　　利用SFAVM或60°AVM原理來計算逆變器的開關(guān)模式，可使氣隙轉(zhuǎn)矩的脈動很小(與使用同步PWM的變頻器相比)。

　　VLT用戶可以選擇自己最喜愛的工作原理，或者由逆變器依據(jù)散熱器的溫度來自動選擇控制原理。如果溫度低于75°C采用SFAVM原理來控制，當(dāng)溫度高于75℃時就應(yīng)用60°AVM原理。

　　分類

　　單元串聯(lián)型變頻器

　　這是近幾年才發(fā)展起來的一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設(shè)計，由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接驅(qū)動交流電動機，無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。

　　整套變頻器共有18個功率單元，每相由6臺功率單元相串聯(lián)，并組成Y形連接，直接驅(qū)動電機。每臺功率單元電路、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用。

　　變頻器的輸入部分是一臺移相變壓器，原邊Y形連接，副邊采用沿邊三角形連接，共18副三相繞組，分別為每臺功率單元供電。它們被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有6副三相小繞組，之間均勻相位偏移10度。

　　該變頻器的特點如下：

　?、?采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。

　　② 整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達(dá)36，功率因數(shù)高，輸入諧波小。

　?、?模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，增強了產(chǎn)品的互換性。

　　④ 直接高壓輸出，無需輸出變壓器。

　?、?極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器。

　　⑥ 采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。

　　⑦ 功率單元自動旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機功能。

　　隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電氣傳動的技術(shù)革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢。交流電機 變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。

　　以前的高壓變頻器，由可控硅整流，可控硅逆變等器件構(gòu)成，缺點很多，諧波大， 對電網(wǎng)和電機都有影響。發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實 現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。

　　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

　　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(優(yōu)點)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。

　　按主電路工作方法分類：電壓型變頻器、電流型變頻器

　　按照工作原理分類：可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等

　　按照開關(guān)方式分類：可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器

　　按照用途分類：可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。此外，變頻器還可以按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類，按控制方式分類，按主開關(guān)元器件分類，按輸入電壓高低分類。

　　按變頻器調(diào)壓方法：

　　⑴、PAM變頻器是一種通過改變電壓源Ud 或電流源Id的幅值進(jìn)行輸出控制的。

　?、啤WM變頻器方式是在變頻器輸出波形的一個周期產(chǎn)生個脈沖波個脈沖，其等值電壓為正弦波，波形較平滑。

　　按工作原理分：

　　⑴、U/f控制變頻器(VVVF控制)

　?、啤F控制變頻器(轉(zhuǎn)差頻率控制)

　?、?、VC控制變頻器(Vectory Control矢量控制)。

　　按國際區(qū)域分類：

　　⑴、國產(chǎn)變頻器：安邦信、浙江三科、歐瑞傳動、森蘭、英威騰、藍(lán)海華騰、邁凱諾、偉創(chuàng)、美資易泰帝;

　?、?、歐美變頻器：ABB、西門子、日本變頻器富士三菱、韓國變頻器、中國臺灣變頻器臺達(dá)、中國香港變頻器。

　　按電壓等級分類：

　　⑴、高壓變頻器：3KV、6KV、10KV

　?、啤⒅袎鹤冾l器：660V、1140V

　　⑶、低壓變頻器：220V、380V

　　按電壓性質(zhì)分類：

　?、拧⒔涣髯冾l器：AC-DC-AC(交-直-交)、AC-AC(交-交)

　　⑵、直流變頻器：DC-AC(直-交)

　　發(fā)展

　　變頻技術(shù)誕生背景是交流電機無級調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。

　　20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件普遍應(yīng)用了晶閘管及其升級產(chǎn)品。但其調(diào)速性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需要。1968年以丹佛斯為代表的高技術(shù)企業(yè)開始批量化生產(chǎn)變頻器，開啟了變頻器工業(yè)化的新時代。

　　20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速的研究得到突破，20世紀(jì)80年代以后微處理器技術(shù)的完善使得各種優(yōu)化算法得以容易的實現(xiàn)。

　　20世紀(jì)80年代中后期，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的 VVVF變頻器技術(shù)實用化，商品投入市場，得到了廣泛應(yīng)用。 最早的變頻器可能是日本人買了英國專利研制的。不過美國和德國憑借電子元件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)勢，高端產(chǎn)品迅速搶占市場。

　　步入21世紀(jì)后，國產(chǎn)變頻器逐步崛起，現(xiàn)已逐漸搶占高端市場。上海和深圳成為國產(chǎn)變頻器發(fā)展的前沿陣地，涌現(xiàn)出了像匯川變頻器、英威騰變頻器、安邦信變頻器、歐瑞變頻器等一批知名國產(chǎn)變頻器。其中安邦信變頻器成立于1998年，是我國最早生產(chǎn)變頻器的廠家之一。十幾年來，安邦信人以渾厚的文化底蘊作基石，支撐著成長，企業(yè)較早通過TUV機構(gòu)ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證，被授予“國家級高新技術(shù)企業(yè)”， 多年被評為 “中國變頻器用戶滿意十大國內(nèi)品牌”。

　　過程

　　直流電動拖動和交流電動機拖動先后生于19世紀(jì)，距今已有100多年的歷史，并已成為動力機械的主要驅(qū)動裝置。由于當(dāng)時的技術(shù)問題，在很長的一個時間內(nèi)，需要進(jìn)行調(diào)速控制的拖動系統(tǒng)中則基本上采用的是直流電動機。

　　直流電動機存在以下缺點是由于結(jié)構(gòu)上的原因：

　　1、由于直流電動機存在換向火花，難以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境;

　　2、需要定期更換電刷和換向器，維護(hù)保養(yǎng)困難，壽命較短;

　　3、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的直流電動機。