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(duì)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，電阻值常常銳減，另一個(gè)均壓電阻RC1也隨之燒壞。

50 為什么變頻器的輸出線有時(shí)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(shí)，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(dòng)機(jī)實(shí)際得到的電壓減小，嚴(yán)重時(shí)將不能正常運(yùn)行。所以，當(dāng)電動(dòng)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(shí)，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(cè)量變頻器的輸出電壓?

答：電磁式儀表在制作時(shí)，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(cè)量時(shí)，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(cè)量精度。而電磁式電壓表測(cè)量變頻電壓時(shí)，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(shí)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(shí)，感抗X 也隨著改變，在相同的被測(cè)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(cè)量變頻器的輸出電壓。

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

答：不能用數(shù)字式儀表測(cè)量輸出電壓原因：

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

2)數(shù)字式電壓表不能測(cè)量變頻電壓是由于變頻器的每個(gè)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(dòng)的波形，所以測(cè)量結(jié)果存在很大誤差。

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

53 有的變頻器的模擬量給定信號(hào)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(hào)的范圍常常用“1耀5 V”或“4耀20 mA”，其“零”信號(hào)分別為1 V和4 mA。目的是為了便于區(qū)別“零信號(hào)”與“無信號(hào)”，具體說明如下。

1)零信號(hào)即給定信號(hào)為“0”。當(dāng)變頻器的輸出頻率為0 Hz 時(shí)，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(shí)的頻率給定信號(hào)的確為“0”

2)無信號(hào)當(dāng)變頻器的輸出頻率為0 Hz時(shí)，如果給定信號(hào)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(hào)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(duì)數(shù);

s 為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率fs或電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)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?gòu)氐捉鉀Q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?yè)p耗極小，整機(jī)效率在98豫以上。

56 負(fù)荷增大時(shí)，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(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力就會(huì)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(shí)，一般采取故障旁路處理。對(duì)于干擾形成的瞬間欠電壓，宏觀上不會(huì)使直流電壓有較大的下降，不應(yīng)該影響電動(dòng)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(cè)電路的靈敏度又較高，使得這些瞬間欠電壓常常被檢測(cè)到而導(dǎo)致變頻器跳閘，針對(duì)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(dòng)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(dòng)機(jī)，減速前在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速地降下來，故也稱為再生制動(dòng)狀態(tài)。

2)泵升電壓。電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)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(shí)間預(yù)置得過短，頻率下降得過快，而拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性又較大，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將跟不上同步轉(zhuǎn)速的下降，再生制動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(cè)定電動(dòng)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(duì)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(shí)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(dòng)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(shí)，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(shí)，最高頻率通常指與最大的給定信號(hào)相對(duì)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(shí)，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩將增大很大，使電動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比姿越圓，則電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速是nh臆員200 r/min，對(duì)應(yīng)的工作頻率便是上限頻率fh;電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速是nmh逸300 r/min，對(duì)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(shí)，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(duì)10 kV/400 kW風(fēng)機(jī)變頻器配備的變壓器容量為500 kV·A;對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(shí)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(tái)變頻器一起接地時(shí)，每臺(tái)設(shè)備都應(yīng)分別接地，不允許將多臺(tái)設(shè)備接地端相連后再接地。

3)變頻器與電動(dòng)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(dòng)、停止，應(yīng)使用變頻器控制柜上的啟動(dòng)、停止按鈕來控制變頻器，否則會(huì)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(shí)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(zhǎng)?

答：變頻器的運(yùn)行穩(wěn)定取決于四個(gè)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(guó)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(cè)試和最后的整機(jī)測(cè)試。電機(jī)在應(yīng)用高壓變頻器后，其運(yùn)行狀況會(huì)得到改善，但負(fù)載(如風(fēng)機(jī)等)本身的故障不會(huì)因?yàn)閼?yīng)用高壓變頻器而改善，同時(shí)它會(huì)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(duì)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(shí)，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(dòng)變頻器的間隔時(shí)間?

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

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

答：當(dāng)電動(dòng)機(jī)在某一頻率(如本例中之20 Hz)下運(yùn)行時(shí)，其振動(dòng)頻率和機(jī)械的固有振蕩頻率相等或接近時(shí)，將發(fā)生機(jī)械的諧振。遇到這種情況，說明電動(dòng)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(shí)把該頻率跳過去(回避掉)，如圖19(a)所示。一臺(tái)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(shí)，還需預(yù)置回避寬度吟fr越2 Hz。

2)預(yù)置每個(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)要控制變頻器的輸出電壓，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(dòng)機(jī)使用工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，電壓下降到一定程度后電流會(huì)增加;對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，如果頻率下降時(shí)電壓也下降，那么電流是否會(huì)增加?

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

70 采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩怎樣?

答：用工頻電源直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定電流的6耀7 倍，因此，將對(duì)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械和電氣沖擊。采用變頻器驅(qū)動(dòng)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(dòng)(啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng))。啟動(dòng)電流為額定電流的1.2耀1.5 倍(根據(jù)機(jī)種不同會(huì)略有差異，一般為100豫耀200豫)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70豫耀120豫額定轉(zhuǎn)矩;對(duì)于帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100豫以上，可帶全負(fù)載啟動(dòng)。