变频器基础原理知识.docx

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1、变频器基础原理知识1、什么是变频器？变频器由几部分组成？变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为 另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变 频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等 功能。变频器由两大部分组成，即主电路和控制电路。（1）主电路包 括整流滤波电路、逆变电路、制动单元。（2）控制电路包括计算机 控制系统、键盘与显示、内部接口及信号检测与传递、供电电源、 外接控制端子等。2、PWM和PAM的不同点是什么？PWM是英文Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）缩 写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的 一

2、种调制方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation （脉冲 幅值调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节 输出量值和波形的一种调制方式。3、电压型与电流型有什么不同？变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源 的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是 将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。4、为什么变频器的电压与频率成比例的改变？任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果，电流是不允许超过额定值的，否则将引起电动机的发热。因 此，如果磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载能力降低。由公式E=4.44*K*F*N*

3、 可以看出，在变频调速时，电 动机的磁路随着运行频率fX是在相当大的范围内变化，它极容易 使电动机的磁路严重饱和，导致励磁电流的波形严重畸变，产生 峰值很高的尖峰电流。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时 控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁 饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。5、变频器安装时布线的主要原则是什么？（1）当外围设备与变频器共用一供电系统时，要在输入端安装 噪声滤波器，或将其他设备用隔离变压器或电源滤波器进行噪声隔 离。（2）当外围设备与变频器装入同一控制柜中且布线又很接近变频 器时，应将易受变频器干扰的外围设备及信号线远离

4、变频器安装； 信号线使用屏蔽电缆线，屏蔽层接地；在变频器的输入输出侧安装 无线电噪声滤波器（3）避免信号线与动力线平行布线或捆扎成束布 线；易受影响的外围设备应尽量远离变频器安装；易受影响的信号 线尽量远离变频器的输入输出电缆。（4）当操作台与控制柜不在一处 或具有远方控制信号线，要对导线进行屏蔽，并特别注意各连接环节， 以避免干扰信号串入。6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压， 起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为 125%200%）。用工频电源直接起动时，起动电流为额定电流 67 倍，因此，将产生机械电气上的

5、冲击。采用变频器传动可以平滑 地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.21.5倍，起 动转矩为70%120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频 器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。7、V/f模式是什么意思？频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4 说明。V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常 在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度 盘进行选择。8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗 变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。 因此，在低频时给定V/f，要使输出

6、电压提高一些，以便获得一定 地起动转矩，这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现，有自 动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。9、变频器的主电路由整流、滤波和逆变三大部分组成，试述各 部分的工作过程。（1）整流电路是由6只二极管组成，利用二极管的单向导电性 将三相工频交流电全波整流为脉动直流电。（2）滤波电路由2只电容 构成，利用电容电压不能突变的原理，将整流后的脉动直流电波动程 度减小。（3）逆变电路是由6 只 IGBT组成的三相逆变桥，三相逆变 桥由计算机控制将直流电逆变为三相SPWM波，驱动电动 机工作。10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一 定，是否可以？通常情

7、况下时不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上 的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩 时，必须注意电机与变频器容量的选择。11、所谓开环是什么意思？给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速 反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件 可进行PG反馈.无速度传感器闭环控制方式是根据建立的数学模 型根据磁通推算电机的实际速度，相当于用一个虚拟的速度传感 器形成闭环控制。12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%

8、5%）变动。对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的 场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。13、恒压给水专用变频器有哪些系统功能？（1）沉睡（睡眠）功能：当变频器输出频率已经下降到下限频 率，而压力仍偏高时，水泵应停止工作。（2）唤醒（苏醒）功能：当 压力小于某一下限值时，应使变频器重新开始工作。（3）定时开关 机功能（4）自动（手动）巡检功能，以防止水泵长期不运行而锈死。 （5）PID的调节功能，自动调节输出频率，使压力恒定（6）多种保 护及故障报警功能，如断相、过载、欠压等保护及报警功能。14、失速防止功能是什么意思？如果给定的加速时间过短，变频器的输出

9、频率变化远远 超过转速（电角频率）的变化，变频器将因流过过电流而跳闸， 运转停止，这就叫作失速。为了防止失速使电机继续运转，就要 检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速 速率。减速时也是如此。两者结合起来就是失速功能。15、有加速时间与减速时间可以分别给定的机种，和加 减速时间共同给定的机种，这有什么意义？加减速可以分别给定的机种，对于短时间加速、缓慢减 速场合，或者对于小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是 适宜的，但对于风机传动等场合，加减速时间都较长，加速时间 和减速时间可以共同给定。16、什么是再生制动?电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为异步 发电机状态运

10、行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制 动。17、是否能得到更大的制动力？从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中， 由于电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为 额定转矩的10%20%。如采用选用件制动单元，可以达到 50%100%。18、请说明变频器的保护功能？保护功能可分为以下两类：（1）检知异常状态后自动地 进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。（2） 检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。 如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停 电保护等。19、不采用软起动，将电机直接投入到某固定频率的变 频器时是否可以？

11、在很低的频率下是可以的，但如果给定频率高则同工频 电源直接起动的条件相近。将流过大的起动电流（67倍额定电 流），由于变频器切断过电流，电机不能起动。20、电机超过60Hz运转时应注意什么问题？超过60Hz运转时应注意以下事项： （1）机械和装置在 该速下运转要充分可能（机械强度、噪声、振动等）。（2）电机进入恒功率输出范围，其输出转矩要能够维持工作（风机、泵等 轴输出功率于速度的立方成比例增加，所以转速少许升高时也要 注意）。（3）产生轴承的寿命问题，要充分加以考虑。 （4）对 于中容量以上的电机特别是2极电机，在60Hz以上运转时要与厂 家仔细商讨。21、变频器本身消耗的功率有多少？它与变

12、频器的机种、运行状态、使用频率等有关，但要 回答很困难。不过在60Hz以下的变频器效率大约为94%96%，据 此可推算损耗，但内藏再生制动式（FR-K）变频器，如果把制动 时的损耗也考虑进去，功率消耗将变大，对于操作盘设计等必须 注意。22、想用变频器传动带有改善功率因数用电容器的电 机，电机却不动，请说明原因。变频器的电流流入改善功率因数用的电容器，由于其充 电电流造成变频器过电流（OCT）,所以不能起动，作为对策，请将 电容器拆除后运转，至于改善功率因数，在变频器的输入侧接入 AC电抗器是有效的。23、变频器的寿命有多久？变频器虽为静止装置，但也有像滤波电容器、冷却风扇 那样的消耗器件，如

13、果对它们进行定期的维护，可望有10年以上 的寿命。24、变频器内藏有冷却风扇，风的方向如何？风扇若是坏了会怎样？对于小容量也有无冷却风扇的机种。有风扇的机种，风 的方向是从下向上，所以装设变频器的地方，上、下部不要放置 妨碍吸、排气的机械器材。还有，变频器上方不要放置怕热的零 件等。风扇发生故障时，由电扇停止检测或冷却风扇上的过热检 测进行保护25、滤波电容器为消耗品，那么怎样判断它的寿命？作为滤波电容器使用的电容器，其静电容量随着时间的 推移而缓缓减少，定期地测量静电容量，以达到产品额定容量的 85%时为基准来判断寿命。26、装设变频器时安装方向是否有限制。应基本收藏在盘内，问题是采用全封闭

14、结构的盘外形尺 寸大，占用空间大，成本比较高。其措施有：（1）盘的设计要针 对实际装置所需要的散热；（2）利用铝散热片、翼片冷却剂等增 加冷却面积；（3）采用热导管。27、变频器直流电抗器的作用是什么？减小输入电流的高次谐波干扰，提高输入电源的功率因 数。36、变频器附件正弦滤波器有什么作用？正弦滤波器允许变频器使用较长的电机电缆运行，也适用于 在变频器与电机之间有中间变压器的回路。28、变频器的给定电位器的电阻值多大？变频器的给定电位器的阻值一般为1KQ至10KQ。29、变频器有哪些干扰方式及一般如何处理？A. 传播方式：（1）辐射干扰；（2）传导干扰B. 抗干扰措施：对于通过辐射方式传播的

15、干扰信号，主 要通过布线以及对放射源和对被干扰的线路进行屏蔽的方式来削弱。对于通过线路传播的干扰信号，主要通过在变频器输入输出 侧加装滤波器，电抗器或磁环等方式来处理。具体方法及注意事 项如下：（1）信号线与动力线要垂直交叉或分槽布线。（2）不要采用不同金属的导线相互连接。（3）屏蔽管（层）应可靠接地， 并保证整个长度上连续可靠接地。（4）信号电路中要使用双绞线 屏蔽电缆。（5）屏蔽层接地点尽量远离变频器，并与变频器接地 点分开。（6）磁环可以在变频器输入电源线和输出线上使用， 具体方法为：输入线一起朝同一方向绕4圈，而输出线朝同一方 向绕3圈即可。绕线时需注意，尽量将磁环靠近变频器。（7）一

16、 般对被干扰设备仪器，均可采取屏蔽及其它抗干扰措施。30、试结合图所示G120变频器的正反转控制电路，分析电路的工作原理，解释自锁和互锁的作用，并说明需设定哪些参数？（14 分）（1）当按下SB 1, KM线圈得电吸合，其主触点接通，变频器通电处于待机状态。与此同时，KM的辅助动合触点使SB 1自锁。（2） 按下SB3, KA1线圈得电吸合，其动合触点KA 1接通变频器的FWD 端子，电动机正转。与此同时，其另一动合触点闭合使SB3自锁，动 断触点断开，使KA2线圈不能通电。（3）如果要使电动机反转，先按 下SB5使电动机停止。然后按下SB4, KA2线圈得电吸合，其动合触 点KA2闭合，接通

17、变频器REV端子，电动机反转。与此同时，其另一 动合触点KA2闭合使SB4自保，动断触点KA2断开使KA1线圈不能通 电。（4）当需要断电时，必须先按下SB2，使KA1和KA2线圈失电， 其动合触点断开（电动机减速停止），并解除对SB2的旁路，这时才 能可按下SB2,使变频器断电。（5）变频器故障报警时，控制电路被 切断，变频器主电路断电。自锁和互锁的作用：(1)自锁保持电路状态的持续，自锁，持续通电；01自锁， 持续正转；02自锁，持续反转。(2)互锁保持变频器状态的平稳过渡，避免变频器受冲击。KA1、KA2互锁，正、反转运行不能直接切换；KA1、KA2对SB2的锁定， 保证运行过程中不能直

18、接断电停机。31、试结合图所示工频一变频切换电路，分析其工作原理。工频一变频切换电路答：工作过程如下：(1)系统上电：SB1为断电按钮，SB2为通电按钮，KA1为上电 控制继电器。(2)工频运行：SA为变频、工频切换旋转开关，KM3为 工频运行接触器。SA切到工频位置，KM3线圈得电，KM3吸合，电 动机由工频供电。（3）变频运行：SB3为变频器停止按钮，SB4为变 频器启动按钮，KM1、KM2为为变频运行接触器。SA切到变频位置，KM1、KM2得电吸合，电动机由变频器控制；按下SB4, KA2得电吸合， 变频器启动。（4）故障保护及切换变频器正常工作时：30B、30C动断触点闭合，30B、30A动合触 点断开，报警电路不工作。变频器出现故障时：（1）30B、30C动断触点断开，KM1, KM2失 电断开，变频器与电源及电机断开。同时，30A、30B动合触点闭合， 电铃HA、电灯HL通电，产生声光报警。时间继电器KT线圈通电， 经过延时后使KM3得电吸合，电动机切换为由工频供电。（2）操作 人员发现报警后将SA开关旋转到工频运行位置，声光报警停止，时 间继电器断电。