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信平变压器:变频器基础的73条问题之40条

2018-03-03 08:26:15 德州信平电子有限公司 阅读

变频器基础问题

1.变频调速技术是怎样发展起来的?

变频可以调速这个概念,可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说,即使是异步电动机,其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的

n=n1(1-S)………………(1-1)

式中:n——电动机的转速,m/min

n1——电动机的同步转速,r/min

S——电动机的转差率

而同步转速则主要取决于频率

n1=60f/p………………(1-2)

式中:f——频率,Hz

p——磁极对数

所以说,交流电动机从诞生之日起,就已经知道改变频率可以调节转速了。但当时,还不具备改变频率的手段。

闸流管的问世,使变频调速的梦想出现了能够实现的希望。但那设备的庞大与昂贵,使它无法进入实用的阶段。

直到20世纪的60年代,随着晶闸管的出现及其应用技术的迅速发展,变频调速开始进入实用的阶段。但由于许多技术问题解决得还不够完善,调速系统的性能指标难以和直流电机相匹敌,因而未能达到推广应用的阶段。

70年代末期以来,一方面,矢量控制理论的提出和实施,使变频调速系统的性能指标达到了与直流电机调速系统十分接近的地步;另一方面,电力电子器件的飞速发展,也使SPWM调制技术日臻完善,变频调速器的体积越做越小,价格也达到了用户能够接受的程度。变频调速这才进入了普及应用的阶段。

2.变频调速为什么常缩写成VVVF?

VVVF的全称是Variable Voltage Variable Frequency,意思是“变压变频”。

原来,在交流异步电动机内,外加的电源电压主要和绕组的反电势相平衡,而绕组的反电势则与电流的频率和每极下的磁通量有关:

U≈E=4.44 W1ff=Keff

可见,磁通量的大小与电压和频率的比值有关:

f≈U/Kef=Ke'·U/f

式中:U——电源相电压

E1——每相定子绕组的反电势

W1——每相定子绕组的匝数

f——每个磁极下的磁通量

Ke、Ke'——常数

式(1-4)表明:当频率下降时,如果电压不变,则磁通量将增加,引起电机铁心的饱和。这当然是不允许的。因此,为了保持电机内的磁通量基本不变,在改变频率的同时,也必须改变电压。

3.交—直—交是什么意思?

变频装置有两大类:一类是由工业频率直接转接成可变频率的,称为“交—交变频”。另一类就是“交—直—交变频”,意思是:先把工业频率的交流整流成直流,再把直流“逆变”成频率可变的交流。

4.SPWM代表什么?

SPWM的全称是Sine Pulse Width Modulation,意思是正弦脉冲宽度调制。这是实现改变频率的同时也改变电压的一种调制方式。

变压变频的基本方式有两种:

(1) 在改变频率的同时也改变幅值,称为脉幅调制,简写为PAM,如图1-3a所示。

(2) 在改变频率时,脉冲的幅值不变,而通过改变脉冲的占空比来改变其平均电压,称为脉宽调制,简写为PWM。

SPWM的特点是:脉冲序列中的脉冲宽度和脉冲间的间隔宽度是按正弦规律安排的。

5.常用的开关器件有哪些?

目前,在中、小型变频调速器中用得最多的是功率晶体管,为了提高放大倍数,常做成达林顿管,一般电路图中仍画成单管,代表符号是CTR或BTR。

容量较大的变频调速器中则常用可关断晶闸管,其代表符号是GTO。

已经进入实用阶段的最新器件有:绝缘栅双极晶体管,代号IGBT,所示。正在开发并已经取得成果的新品种还有不少。

6.说明书中的“配用电动机容量”能不能作为选择变频器容量的依据?

如电动机驱动的是连续恒定负载(如风机),则可以。但对于连续变动负载、继续负载和短时负载来说,则只能作参考,而不能作依据。这是因为,在这些负载中,决定电动机容量的主要因素是发热问题。只要温升不超过允许范围,短时间的过载(在过载能力范围内)对电动机来说是正常。例如,一台3.7kW的电动机,在实际工作中,其输出功率有时可达4.0kW或4.5kW。而变频调速器的过载能力则十分有限。在大多数情况下,变频器的容量应放大一档。

7.变频器的频率调节范围如何?

通用型变频调速器的最高输出频率一般不高于400Hz;最低输出频率不低于0.1Hz。各种变频器的调频范围各不相同。

我国工业用的普通电动机,最高工作频率不宜超过100Hz

8.什么是频率精度?

通常,当频率为数字量设定时,精度高些(误差小些),而在频率精度是指变频器的实际输出频率与设定频率之间的误差大小,也叫频率准确度或频率稳定度。

模拟设定时,精度高些(误差小些),而在模拟量设定时,精度低些(误差大些)。

9.“频率分辨率”的含义是什么?

频率分辨率指的是:变频器输出的相邻两“挡”频率之间的最小差值。

例如,日本富士FVR-G7S型变频器的数字量设定时的频率分辨率为0.002Hz。则,对于40Hz来说,比它高一“挡”的最小频率为40.002Hz;而比它低一“挡”的最大频率为39.998Hz。

10.怎样调节和设定变频器的输出频率?

主要有以下三种方式:

(1) 旋钮设定 通过旋动面板上的旋钮(调节面板内侧的电位器)来进行调节和设定。属于模拟量设定方式。

(2) 按键设定 利用键盘上的A键(或△键)和V键(或▽键)进行调节和设定。属于数字设定方式。

(3) 程序设定 在编制驱动系统的工作程序中进行设定。也属数字量设定方式。

11.什么是外接设定?

在实际工作中,变频器常被安置在控制柜内或挂在墙壁上,而工作人员则通常在机械旁边进行操作。这时,就需要在机械旁边另设一个设定频率的装置,称为外接设定装置。

所有的变频器都为用户提供专用于外接设定的接线端。

12.变频器对外接设定信号有些有什么规定?

外接设定信号通常有三种。

(1) 外接电位器设定 电位器的阻值和瓦数各变频器的说明书中均有明确规定。

(2) 外接电压信号设定 各种变频器对外接电压信号的范围也各不相同,通常有:0~+10、0~+5、0~±10、0~±5V等。

(3) 外接电流信号 所有变频器对外接电流信号的规定是统一的,都是4~20mA。

为了加强抗干扰能力,所有的外接设定信号线都应采用屏蔽线

13.怎样设定最大频率、基本频率?

最大频率即最大允许的极限频率。它根据驱动系统的允许最高转速来设定。

使电动机运行在基本工作状态下的频率叫基本频率,一般按电动机的额定频率设定。例如,对于国产的通用型电动机,基本频率设定为50Hz。

14.如何使工作机械不发生共振?

任何工作机械都有自己的固有振荡频率,变频调速系统在无线变速的过程中,有可能出现在某一转速(频率)下、整个驱动系统发生共振,工作机械激烈振动的现象。为避免上述现象的发生,变频器提供了设定“回避频率”的功能,使驱动系避开共振点。回避频率最多可设定三个,每个回避频率都必须设定两个数据,回避的中心频率f1和回避宽度△fJ,调试时,fJ和△fJ的确定,都是通过实际试验得到的。

15.电动机是否都是从0Hz开始起动?

对于轻载起动的负载,电动机一般是从0Hz开始起动的。但对于惯性较大的负载,起动时须加一点冲击力,才易于起转。这时,可适当设定起动频率。使起动转矩增加,同时也缩短起动时间。

16.降速过快会发生什么现象?

降速时,频率首先下降,旋转磁场的转速将低于转子的转速,使电机处于发电机(再生)状态。电动机的动能转变成了电能,通过逆变桥的续流二极管反馈到直流部分,由制动电阻RB将其消耗掉。

降速过快,制动电阻RB将来不及消耗掉电动机的电能,从而使滤波电容器上的直流电压过高,导致过电压。

17.调试时,怎样确定降速时间?

首先将降速时间设定得长一些,在电动机降速过程中观察直流电压。在直流电压的允许范围内,尽量缩短降速时间。

18.在什么情况下需要外接制动组件?

当工作机械要求快速制动,而在所要求的时间内,变频器内接的制动电阻来不及消耗掉再生电能而使直流部分时,需要加接制动组件,以加快消耗再生产电能的速度。

19.外接制动组件包括哪些部件?

包括两个部分:

(1) 制动电阻,如图中RB。


(2) 放电单元 即提供放电回路的晶体管,如图中之VB。

由于VB与VB的导通时间不可能一致,而RB与RB并联后的阻值较小,先导通的晶体管很容易损坏。因此,在接入外接组件时,应将PB和DB间的连线去掉,使RB不接入电路。

20.如何确定外接制动电阻的阻值?

一般可参照说明书提供的数据进行选择。如需加强制动效果、缩短制动时间,也可以自行试验确定。

试验时,大体应掌握以下原则:

(1) 制动电流IB不得超过变频器的额定电流IN。初选时,应按IB≤(1/3~1/2)IN来确定制动电阻值;

RB≤UDmax/(1/3~1/2)IN……………………(3-1)

式中,UDmax是在电源电压允许波动的范围内,当再生制动开始时,直流电压可能出现的峰值。在电源电压为380V时,UDmax可按695V计算。

(2) 在制动效果得到满足的前提下,RB的值应尽量选大一些。

21.多个外接制动组件并用时需注意些什么?

当只用一个外接制动外件不足于满足所需要的制动效果时,可以使用多个外接组件来加强制动效果。在这种情况下,必须注意:

(1) 各外接制动外件之间是并联的,并联后的总制动电阻值RBE必须满足:RBE≥UDmax/IN

(2) 各制动组件上热继电器的触点之间应该串联。

22.什么是直流制动?

当异步电动机的定子绕组中通入直流电流时,所产生的磁场将是空间位置不变的恒定磁场。

如转子因惯性而继续以转速n旋转时,转子绕组里的感应电流以及转子绕组所受电磁力的方向将形成与n方向相反的制动力矩 。同时,恒定磁场也力图将转子铁心牢牢吸住,进一步促使转子迅速停下来。这种在定子绕组中通入直流电流而使电机迅速制动的方法称为直流制动,也叫能耗制动。

在变频调速系统中,直流制动主要用于消除驱动系统在转速接近于0时的“爬行”现象。

23.为什么要设定U/f比?

电机学的分析表明:异步电动机进行变频调速时,如果其输入电压随频率同步下降的话,电机输出轴上的临界转矩TK也将有所下降。所得到的机械特性曲线族如图4-1所示。这是因为,当电压随频率作同步下降时,定子绕组中的功率损失I12R1并无变化,从而,转换到转子轴上的机械功率所占的份额必然减少的缘故

临界转矩的减小导致电动机带负载能力(输出转矩)的下降,这当然是不受欢迎的。解决的办法是在电压与频率同步调节(U/f=定值,称为基本U/f比)的基础上,适当提高电压,即调整了U/f比。这种方法也叫转矩补偿。

24.变频器怎样实现点动?

在机械调整过程中,以及金属切削机床装上工件后的校整过程中,常常需要“点-动、动-动”,谓之点动,英语是JOG,也有译成微动或寸动的。

实现点动的方式主要有两种:

外接控制 在点动接线端JOG与公共端COM之接入按钮开关即可,大多数变频器都备有点动接线端。键盘控制 部分变频器在面板上专门配置了点动键,进行点动控制。

各类变频器都具有设定点动频率的功能。调试时,点动频率需视机械的具体需要来进行设定。可以先设定得低一些,再酌情增高。

25.为什么要进行多挡频率设定?

在机械的程序控制中,不同的程序段常常需要不同的转速。为此,变频器可以预先设定多种运行频率,以满足用户的需要。

用户在进行变频器的预置设定时,可根据机械的要求,预先设定好若干挡运行频率,供程序控制时选用

26.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,其直流回路滤波石电感。

27.为什么变频器的电压与电流成比例的改变?

异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的,在额定频率下,如果电压一定而只降低频率,那么磁通就过大,磁回路饱和,严重时将烧毁电机。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。

28.电动机使用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对于变频器驱动,如果频率下降时电压也下降,那么电流是否增加?

频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。

29.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6~7倍,因此,将产生机械电气上的冲击。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1.2~1.5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。

30.在说明书上写着变速范围60~6hz,即10:1,那么在6hz以下就没有输出功率吗?

在6hz以下仍可输出功率,但根据电机温升和起动转矩的大小等条件,最低使用频率取6hz左右,此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率(起动频率)根据机种为0.5~3hz.

31.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。

32.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。

33.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%~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)。

34.如果用带有pg的电机,进行反馈后速度精度能提高吗?

具有pg反馈功能的变频器,精度有提高。但速度精度的植取决于pg本身的精度和变频器输出频率的分辨率。

35.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。微信号技成培训,值得关注。

36.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。

同的转速运行,形成一个自动的生产流程。

37.什么情况下需设定“转差补偿”?

大多数机械都希望当电动机在某一转速(频率)下运行的,能够有效“硬”的机械特性。就是说,当负载转矩从0增加到TL时,其“速度降落”△n应尽量地小,如图。对于要求较高的机械,通常需借助于速度反馈来实现上述要求。

38.变频器在什么情况下可能出现过电压?

主要有两种情况:

(1) 电源电压过高 变频器一般允许电源电压向上波动的范围是+10%,超过此范围时,应进行保护。

(2) 降速过快 如果将减速时间设定得太短,在再生制动过程中制动电阻来不及将能量放掉,致使直流回路电压过高,形成过高压。

除此以外,由于线路中有电感的原因,在过渡过程中也可能出现时间极短的瞬间过电压,这种过电压及其保护,不在本文讨论之列。

39.变频器怎样进行过电压保护?

变频器的过电压信号一般是从直流部分取出的。当出现过电压信号时,微机系统将首先判别是否正在减速?如果是,则自动延长减速时间,减缓制动过程:如还不能使过电压信号很快消失时,则“跳闸”,以查明原因。

对于电源过电压,目前市场上的大部分变频器,一般都没有稳压装置,只能“跳闸”。

40.过流、过载和过热的保护对象是什么?

过流,是指变频器过流。即变频器的输出电流或直流回路的电流超过了额定值。对于过流保护,变频器在出厂前已经整定好,用户一般不能自行设定。

过载,指的是电动机的过载。由于相同的变频器所带的电动机容量不一定一样,电动机所带负荷的特点也各不相同,故过载保护是由用户根据电动机及负载的情形来整定的。

过热保护的范围较广,各种变频器所设置的保护内容不尽一样。概括起来,有:大功率晶体管过热、冷却风扇的电机过热以及环境温度过高等。过热保护也是在出厂前整定好的。

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