第3講變頻器應(yīng)用與維護(hù)

48 直流回路的電源指示為什么不裝在面板上?

答：表示變頻器已經(jīng)通電的電源指示通過顯示屏顯示，直流回路的電源指示作用并不在于顯示變頻器是否通電，而只是表明濾波電容器上是否有電。當(dāng)變頻器切斷電源后，由于逆變橋已經(jīng)停止工作，濾波電容器的放電過程將十分緩慢。因此，當(dāng)維修人員打開變頻器的蓋子后，濾波電容器上往往還有較高的直流電壓，有可能對維修人員的人身安全構(gòu)成威脅。所以，直流回路電源指示的作用是向維修人員警示：濾波電容器尚未放電完畢，不能觸摸帶電部分。

49 電容器均壓電阻燒壞的原因是什么?

答：均壓電阻燒壞的原因大多數(shù)是由于濾波電容器組中有個別電容器變質(zhì)所致，如圖18 所示，假設(shè)C1電容器組中一個電容器已經(jīng)損壞，則C1 電容器組的電容量C1 必小于C2電容器組的電容量C2，即C1約C圓，這將使兩個電容器組的電壓分配不均衡，且UC1約UC2 結(jié)果是導(dǎo)致均壓電阻RC1 和RC2中的電流不相等;如果容量和裕量不夠大，或者電容器組C1 中損壞的電容器較多的話，RC2 極易首先燒壞。因?yàn)殡娮锜龎臅r，電阻值常常銳減，另一個均壓電阻RC1也隨之燒壞。

50 為什么變頻器的輸出線有時需要加粗?

答：因?yàn)樽冾l器的輸出電壓是和輸出頻率一起變化的，當(dāng)輸出頻率很低時，輸出電壓也很低。因此，線路上的電壓降所占的比例將增大，使電動機(jī)實(shí)際得到的電壓減小，嚴(yán)重時將不能正常運(yùn)行。所以，當(dāng)電動機(jī)和變頻器之間的距離較遠(yuǎn)，工作頻率又較低的情況下，必須考慮線路電壓降的影響，必要時，應(yīng)適當(dāng)加粗變頻器的輸出線。

51 為什么不能用電磁式儀表測量變頻器的輸出電壓?

答：電磁式儀表在制作時，為了減小其取用電流，線圈的圈數(shù)很多，故電感量很大。在工頻電路中進(jìn)行測量時，因?yàn)楦魈幍念l率都相同，線圈的感抗也一樣。所以，流經(jīng)線圈的電流與被側(cè)電壓成正比，可以保證足夠的測量精度。而電磁式電壓表測量變頻電壓時，因?yàn)榫€圈的感抗和頻率成正比，即X=2仔fL，式中，X 為頻率等于f時的感抗，單位贅，f為工作頻率，單位Hz，L 為線圈的電感，單位H，當(dāng)工作頻率f 改變時，感抗X 也隨著改變，在相同的被測電壓下，線圈中的電流卻是不相等的，從而指針的偏轉(zhuǎn)角也不一樣。所以，電磁式儀表不能用來測量變頻器的輸出電壓。

52 為什么不能用數(shù)字式儀表測量輸出電壓?那一般采用什么儀表測量?

答：不能用數(shù)字式儀表測量輸出電壓原因：

1)數(shù)字式儀表的測量原理是數(shù)字式儀表中并無線圈，其主要測量方法是發(fā)出一系列頻率固定的采樣脈沖，對被測量進(jìn)行“采樣”。每隔一段時間(如50 Hz 的一個周期或半個周期)計(jì)算一次采樣結(jié)果的平均值，得到與被測量成比例的數(shù)值，以此作為其測量結(jié)果。

2)數(shù)字式電壓表不能測量變頻電壓是由于變頻器的每個功率單元輸出電壓是通過改變脈沖占空比來調(diào)節(jié)其輸出電壓的，單元串聯(lián)后輸出電壓波形為不連續(xù)且跳動的波形，所以測量結(jié)果存在很大誤差。

一般采用整流式儀表測量，所謂整流式儀表是指磁電式儀表，是用磁電式儀表來測量交流電的一種方式。

53 有的變頻器的模擬量給定信號中，電壓范圍是“1～5 V”，電流范圍是“4～20 mA”，為什么不從“0”開始?

答：在遠(yuǎn)距離控制中，給定信號的范圍常常用“1耀5 V”或“4耀20 mA”，其“零”信號分別為1 V和4 mA。目的是為了便于區(qū)別“零信號”與“無信號”，具體說明如下。

1)零信號即給定信號為“0”。當(dāng)變頻器的輸出頻率為0 Hz 時，如給定電路內(nèi)還有1 V或4 mA，說明給定電路是正常的，這時的頻率給定信號的確為“0”

2)無信號當(dāng)變頻器的輸出頻率為0 Hz時，如果給定信號值不是1 V或4 mA而是0 V或0 mA，說明給定電路的工作不正常，應(yīng)檢查傳感器或信號傳輸電路是否發(fā)生故障。

54 變頻調(diào)速技術(shù)的由來是什么?

答：根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=60fs(1-s)/p，式中，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速;fs 為供電頻率;p 為電機(jī)的磁極對數(shù);

s 為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。改變異步電動機(jī)的供電頻率fs或電動機(jī)的磁極對數(shù)以及轉(zhuǎn)差頻率均可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。相對于其他調(diào)速方式，變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛且最有發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)速方式。交流電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中使用著各種類型的變頻器。目前變頻器的主要方式有：交原交變頻調(diào)速，交原直原交變頻調(diào)速，同步電動機(jī)自控式變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速等。變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可關(guān)斷晶閘管GTO，電力晶體管GTR，絕緣柵雙極性晶體管IGBT，MOS 晶閘管及IGCT 等具有自關(guān)斷能力的全控型功率器件的發(fā)展，再加上控制單元也從分離元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路及采用微機(jī)控制，從而使變頻裝置的快速性，可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到不斷完善。

55 變頻器節(jié)能的原因?

答：變頻器的節(jié)能原理如下。

1)因電機(jī)容量冗余設(shè)計(jì)而導(dǎo)致“大馬拉小車”現(xiàn)象，電機(jī)的定速旋轉(zhuǎn)不可調(diào)節(jié)，這樣運(yùn)行自然浪費(fèi)很大，而變頻調(diào)速徹底解決了這一問題;

2)因風(fēng)門擋板或閥門調(diào)節(jié)流量導(dǎo)致的大量節(jié)流損失，變頻后不再存在;

3)某些工況負(fù)載需頻繁調(diào)節(jié)，而擋板調(diào)節(jié)線性度太差，加之跟不上工況變化的速度，故能耗很高，但是變頻調(diào)速響應(yīng)極快，基本可與工況變化同步;

4)電網(wǎng)輸送功率因數(shù)由變頻前的0.85左右提高到0.95 以上，減少了線損;

5)高壓變頻器本身損耗極小，整機(jī)效率在98豫以上。

56 負(fù)荷增大時，常出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，如何解決?

答：可以考慮的方法如下。

1)加大“轉(zhuǎn)矩提升”(U/f比值) 如果U/f比預(yù)置得較小，則可適當(dāng)增大U/f 比值。

2)預(yù)置轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能在一般情況下，只要預(yù)置了轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能后，電動機(jī)的帶負(fù)載能力就會有所增強(qiáng)。

57 導(dǎo)致變頻器欠電壓的原因有哪些?一般采取什么措施?

答：1)限流電阻損壞。限流電阻損壞后，濾波電容將不能充電，故變頻器判斷為欠壓。

2)電源缺相。當(dāng)電源缺相后，三相全波整流電路變成了單相全波整流，其平均值低于正常直流電壓。

3)其他設(shè)備的干擾。當(dāng)變頻器某一單元出現(xiàn)前兩種情況時，一般采取故障旁路處理。對于干擾形成的瞬間欠電壓，宏觀上不會使直流電壓有較大的下降，不應(yīng)該影響電動機(jī)的運(yùn)行。但由于濾波電容不能很好的吸收瞬間欠電壓，而電壓檢測電路的靈敏度又較高，使得這些瞬間欠電壓常常被檢測到而導(dǎo)致變頻器跳閘，針對這種情形，可以通過預(yù)置“重合閘”功能來解決。

58 變頻器在減速過程中為什么容易引起過電壓跳閘?

答：1)電動機(jī)的狀態(tài)從較高轉(zhuǎn)速降至較低轉(zhuǎn)速的過程稱為減速過程，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，是通過降低變頻器的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)減速的。假設(shè)某4極電動機(jī)，減速前在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1 440 r/min。當(dāng)將頻率下降為45 Hz，當(dāng)頻率剛下降的瞬間，同步轉(zhuǎn)速立即下降為1 350 r/min，但由于慣性的原因，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速卻仍為1 440 r/min。于是，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。

由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，能夠促使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速地降下來，故也稱為再生制動狀態(tài)。

2)泵升電壓。電動機(jī)在再生制動狀態(tài)發(fā)出的電能，將通過和逆變管反并聯(lián)的二極管全波整流后反饋到直流電路，使直流電路的電壓升高，稱為泵升電壓。

3)過電壓跳閘的原因。如果減速時間預(yù)置得過短，頻率下降得過快，而拖動系統(tǒng)的慣性又較大，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速將跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，再生制動過程中產(chǎn)生的電流增大，直流電路中的泵升電壓也增大，當(dāng)直流電壓超過設(shè)定值時，為了保護(hù)電容器免于擊穿，變頻器將因過電壓而跳閘。

59 在變頻器內(nèi)進(jìn)行電流采樣時，應(yīng)采樣輸出電流還是輸入電流或直流電流?

答：根據(jù)采樣目的不同而不同。

1)用于測定電動機(jī)工況。進(jìn)線電流和變頻器內(nèi)直流電流的大小都和頻率有關(guān)，因此，應(yīng)采樣輸出電流。

2)用于進(jìn)行變頻器的過電流保護(hù)。因?yàn)檫^電流的原因是包括整流電路和濾波電路擊穿故障的，所以，應(yīng)采樣輸入電流或直流電流。

60 最高頻率和基本頻率有什么區(qū)別?

答：1)基本頻率有兩種定義方法：

(1)和變頻器的最大輸出電壓對應(yīng)的頻率，稱為基本頻率;

(2)當(dāng)變頻器的輸出電壓等于額定電壓時的最小輸出頻率，稱為基本頻率?；绢l率用fBA表示。[!--empirenews.page--]

在絕大多數(shù)情況下，基本頻率都和電動機(jī)的額定頻率相等。

2)最高頻率是變頻器允許輸出的最大頻率，用fmax 表示。其具體含義因頻率給定方式的不同而略有差別：

(1)由鍵盤進(jìn)行頻率給定時，最高頻率意味著能夠跳到的最大的頻率。

(2)通過外接模擬量進(jìn)行頻率給定時，最高頻率通常指與最大的給定信號相對應(yīng)的頻率。在大多數(shù)情況下，最高頻率與基本頻率是相等的。例如，風(fēng)機(jī)和水泵，當(dāng)運(yùn)行頻率超過基本頻率時，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩將增大很大，使電動機(jī)過載。所以，必須把最高頻率限制在基本頻率以內(nèi)。

61 上限頻率和最高頻率有什么區(qū)別?

答：1)上限頻率和下限頻率的確定。上限頻率和下限頻率是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求設(shè)定的。

以某攪拌機(jī)為例，生產(chǎn)工藝要求最高攪拌速度nh臆600 r/min，最低攪拌速度n1逸150 r/min，若傳動機(jī)構(gòu)的傳動比姿越圓，則電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是nh臆員200 r/min，對應(yīng)的工作頻率便是上限頻率fh;電動機(jī)的最低轉(zhuǎn)速是nmh逸300 r/min，對應(yīng)的工作頻率便是下限頻率fn。

2)上限頻率和最高頻率的關(guān)系：

(1)上限頻率不能超過最高頻率，即fh臆fmax，如果用戶希望增大上限頻率，則首先應(yīng)將最高頻率預(yù)置得更高一些。

(2)當(dāng)上限頻率與最高頻率不相等(fh屹fmax)時，上限頻率優(yōu)于最高頻率，變頻器的最大輸出頻率

為上限頻率。這是因?yàn)?，變頻調(diào)速系統(tǒng)是為生產(chǎn)工藝服務(wù)的，生產(chǎn)工藝的要求具有最高優(yōu)先權(quán)。

(3)部分變頻器中，上限頻率與最高頻率并未分開，兩者是合二為一的。

62 變頻器的容量是如何設(shè)計(jì)的?

答：高壓變頻器的容量取決于整流功率器件、逆變功率器件以及移相變壓器的容量。而整流功率器件和逆變功率器件的容量均是按照裕量200豫以上設(shè)計(jì)的。所以高壓變頻器的容量主要取決于移相變壓器的容量。例如對10 kV/400 kW風(fēng)機(jī)變頻器配備的變壓器容量為500 kV·A;對10 kV/1 150 kW風(fēng)機(jī)變頻器配備的變壓器容量為1 300 kV·A;對10 kV/2 500 kW風(fēng)機(jī)變頻器配備的變壓器容量為3 200 kVA。(變壓器的容量也即是相應(yīng)的變頻器容量)

63 變頻器使用時有哪些注意事項(xiàng)?

答：1)認(rèn)真閱讀產(chǎn)品說明書，正確安裝、接線、輸入端與輸出端絕對不允許接反，否則將引起相間短路而迅速燒壞逆變管。安裝時要留有適當(dāng)?shù)纳峥臻g，設(shè)置散熱風(fēng)道。

2)變頻器應(yīng)可靠接地。當(dāng)變頻器和其它設(shè)備，或有多臺變頻器一起接地時，每臺設(shè)備都應(yīng)分別接地，不允許將多臺設(shè)備接地端相連后再接地。

3)變頻器與電動機(jī)之間不允許再安裝非由變頻器控制器控制柜控制的接觸器、斷路器。

4)不要使用主電路電源的通斷來控制變頻器的啟動、停止，應(yīng)使用變頻器控制柜上的啟動、停止按鈕來控制變頻器，否則會造成變頻器失控，并可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

5)變頻器的升、降速時間的設(shè)置根據(jù)實(shí)際需要而定，但不宜過短，以免引起過電流和過電壓。

64 變頻器的運(yùn)行是否穩(wěn)定?其使用壽命有多長?

答：變頻器的運(yùn)行穩(wěn)定取決于四個要素：一是變壓器、電力電子器件、控制器件、電纜等硬件的運(yùn)行穩(wěn)定，二是控制軟件的運(yùn)行穩(wěn)定，三是負(fù)載本身的運(yùn)行穩(wěn)定，四是變頻器使用環(huán)境是否清潔干凈、散熱良好。例如，科陸CL2700系列高壓變頻器的變壓器為干式整流變，20 年免維護(hù);電力電子器件，控制器件全部采用進(jìn)口器件;電纜采用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)商產(chǎn)品;且全部進(jìn)行了出廠前的單獨(dú)測試和最后的整機(jī)測試。電機(jī)在應(yīng)用高壓變頻器后，其運(yùn)行狀況會得到改善，但負(fù)載(如風(fēng)機(jī)等)本身的故障不會因?yàn)閼?yīng)用高壓變頻器而改善，同時它會反過來影響變頻器的正常運(yùn)行。變頻器使用環(huán)境的清潔干凈、散熱良好是使用高壓變頻器的首要條件。

變頻器的設(shè)計(jì)使用壽命是在40益環(huán)境溫度下，滿載運(yùn)行15 年，實(shí)際使用壽命在20 年以上。

65 為什么應(yīng)用變頻器的室內(nèi)環(huán)境須保持清潔?

答：變頻器室內(nèi)的清潔能保證變頻器的散熱。

溫度對變頻器的使用壽命至關(guān)重要，根據(jù)Arrhenius定律，變頻器周圍溫度每上升10益，變頻器壽命則減半。變頻器運(yùn)行時，周圍環(huán)境溫度不高于45益。預(yù)防高溫的措施有：配電柜周圍空氣流通，變頻器安裝正確，通風(fēng)路徑寬敞;變頻器附近無熱源，包括光照、熱輻射等;安裝空調(diào)降溫;采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻等措施。但最主要的措施還是保證濾網(wǎng)的清潔，定期清洗濾網(wǎng)。

66 為什么要限制重新啟動變頻器的間隔時間?

答：如果變頻器沒有設(shè)置“飛車啟動”功能，變頻器停止之后馬上再啟動，此時電機(jī)可能還在旋轉(zhuǎn)，如果變頻器馬上啟動可能會因過電流而損壞變頻器。

67 有一臺鼓風(fēng)機(jī)，每當(dāng)運(yùn)行在20 Hz 時，振動特別嚴(yán)重，怎么解決?

答：當(dāng)電動機(jī)在某一頻率(如本例中之20 Hz)下運(yùn)行時，其振動頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相等或接近時，將發(fā)生機(jī)械的諧振。遇到這種情況，說明電動機(jī)不宜在該頻率下運(yùn)行。該頻率屬于應(yīng)該回避的頻率，稱為回避頻率或跳躍頻率。意思時把該頻率跳過去(回避掉)，如圖19(a)所示。一臺變頻器通?？深A(yù)置三到五處回避頻率，如圖19(b)所示。

預(yù)置回避頻率的方法大致有兩種：

1)預(yù)置回避的中心頻率fr，在本例中，fr =20 Hz。

有的變頻器在預(yù)置回避中心頻率的同時，還需預(yù)置回避寬度吟fr越2 Hz。

2)預(yù)置每個回避頻率的上限頻率frh和下限頻率fn。在本例中，可預(yù)置frh=19 Hz，fn=21 Hz。

68 為什么變頻器的電壓與頻率要成比例的改變?

答：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，即改變頻率的同時要控制變頻器的輸出電壓，使電動機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生。這種控制方式稱為V/f 控制，多用于風(fēng)機(jī)、水泵類節(jié)能型變頻器。

69 電動機(jī)使用工頻電源驅(qū)動時，電壓下降到一定程度后電流會增加;對于變頻器驅(qū)動的電動機(jī)，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否會增加?

答：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;如轉(zhuǎn)矩也減小(如風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載)，則電流也會減小，至于功率，則減小的更多。

70 采用變頻器驅(qū)動時，電動機(jī)的啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩怎樣?

答：用工頻電源直接啟動時，啟動電流為額定電流的6耀7 倍，因此，將對電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械和電氣沖擊。采用變頻器驅(qū)動后，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，可以平滑地啟動(啟動時間變長)。啟動電流為額定電流的1.2耀1.5 倍(根據(jù)機(jī)種不同會略有差異，一般為100豫耀200豫)，啟動轉(zhuǎn)矩為70豫耀120豫額定轉(zhuǎn)矩;對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強(qiáng)功能的變頻器，啟動轉(zhuǎn)矩為100豫以上，可帶全負(fù)載啟動。