電氣百科：電氣人必知的22道變頻器知識！
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(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)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(jī)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。
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，能實現(xiàn)對交流異步電機(jī)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。
2、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、為什么變頻器的電壓與頻率成比例的改變？
任何電動機(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，電動機(jī)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(jī)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(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。
4、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,這種補償稱增強(qiáng)起動?？梢圆捎酶鞣N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。
5、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。
6、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。
7、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轉(zhuǎn)的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器（選用件）。
8、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。
9、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(jī)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。
10、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。
11、變頻器都有哪些保護(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。
12、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(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，不能運轉(zhuǎn)。
13、在同一工廠內(nèi)大型電機(jī)一起動，運轉(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，造成停止運轉(zhuǎn)。
14、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。
15、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(jī)種。
16、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。
17、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)。
18、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(jī)電纜運行，也適用于在變頻器與電機(jī)之間有中間變壓器的回路。
19、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。可以輸出世界任何國家的電網(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。
20、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。
21、電氣百科，電的世界我最懂？
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22、變頻器日常維護(hù)注意事項？
操作人員必須熟悉變頻器的基本工作原理、功能特點，具有電工操作常識。在對變頻器日常維護(hù)之前，必須保證設(shè)備總電源全部切斷；并且在變頻器顯示完全消失的3-30分鐘（根據(jù)變頻器的功率）后再進(jìn)行。應(yīng)注意檢查電網(wǎng)電壓，改善變頻器、電機(jī)及線路的周邊環(huán)境，定期清除變頻器內(nèi)部灰塵，通過加強(qiáng)設(shè)備管理最大限度地降低變頻器的故障率。
變頻器的功率模塊是發(fā)熱最嚴(yán)重的器件，其連續(xù)工作所產(chǎn)生的熱量必須要及時排出，一般風(fēng)扇的壽命大約為20kh～40kh。按變頻器連續(xù)運行折算為3～5年就要更換一次風(fēng)扇，避免因散熱不良引發(fā)故障。
中間電路濾波電容：又稱電解電容，該電容的作用：濾除整流后的電壓紋波，還在整流與逆變器之間起去耦作用，以消除相互干擾，還為電動機(jī)提供必要的無功功率，要承受極大的脈沖電流，所以使用壽命短，因其要在工作中儲能，所以必須長期通電，它連續(xù)工作產(chǎn)生的熱量加上變頻器本身產(chǎn)生的熱量都會加速其電解液的干涸，直接影響其容量的大小。正常情況下電容的使用壽命為5年。建議每年定期檢查電容容量一次，一般其容量減少20%以上應(yīng)更換。
因一些公司的生產(chǎn)特性，各電氣mcc室的腐蝕氣體濃度過大，致使很多電氣設(shè)備因腐蝕損壞（包括變頻器）。為了解決以上問題可安裝一套空調(diào)系統(tǒng)，用正壓新鮮風(fēng)來改善環(huán)境條件。為減少腐蝕性氣體對電路板上元器件的腐蝕，還可要求變頻器生產(chǎn)廠家對線路板進(jìn)行防腐加工，維修后也要噴涂防腐劑，有效地降低了變頻器的故障率，提高了使用效率。
在保養(yǎng)的同時要仔細(xì)檢查變頻器，定期送電，帶電機(jī)工作在2hz的低頻約10分鐘，以確保變頻器工作正常。（石家莊德蘭電氣設(shè)備有限公司）