第3讲变频器应用与维护

48 直流回路的电源指示为什么不装在面板上?

答：表示变频器已经通电的电源指示通过显示屏显示，直流回路的电源指示作用并不在于显示变频器是否通电，而只是表明滤波电容器上是否有电。当变频器切断电源后，由于逆变桥已经停止工作，滤波电容器的放电过程将十分缓慢。因此，当维修人员打开变频器的盖子后，滤波电容器上往往还有较高的直流电压，有可能对维修人员的人身安全构成威胁。所以，直流回路电源指示的作用是向维修人员警示：滤波电容器尚未放电完毕，不能触摸带电部分。

49 电容器均压电阻烧坏的原因是什么?

答：均压电阻烧坏的原因大多数是由于滤波电容器组中有个别电容器变质所致，如图18 所示，假设C1电容器组中一个电容器已经损坏，则C1 电容器组的电容量C1 必小于C2电容器组的电容量C2，即C1约C圆，这将使两个电容器组的电压分配不均衡，且UC1约UC2 结果是导致均压电阻RC1 和RC2中的电流不相等;如果容量和裕量不够大，或者电容器组C1 中损坏的电容器较多的话，RC2 极易首先烧坏。因为电阻烧坏时，电阻值常常锐减，另一个均压电阻RC1也随之烧坏。

50 为什么变频器的输出线有时需要加粗?

答：因为变频器的输出电压是和输出频率一起变化的，当输出频率很低时，输出电压也很低。因此，线路上的电压降所占的比例将增大，使电动机实际得到的电压减小，严重时将不能正常运行。所以，当电动机和变频器之间的距离较远，工作频率又较低的情况下，必须考虑线路电压降的影响，必要时，应适当加粗变频器的输出线。

51 为什么不能用电磁式仪表测量变频器的输出电压?

答：电磁式仪表在制作时，为了减小其取用电流，线圈的圈数很多，故电感量很大。在工频电路中进行测量时，因为各处的频率都相同，线圈的感抗也一样。所以，流经线圈的电流与被侧电压成正比，可以保证足够的测量精度。而电磁式电压表测量变频电压时，因为线圈的感抗和频率成正比，即X=2仔fL，式中，X 为频率等于f时的感抗，单位赘，f为工作频率，单位Hz，L 为线圈的电感，单位H，当工作频率f 改变时，感抗X 也随着改变，在相同的被测电压下，线圈中的电流却是不相等的，从而指针的偏转角也不一样。所以，电磁式仪表不能用来测量变频器的输出电压。

52 为什么不能用数字式仪表测量输出电压?那一般采用什么仪表测量?

答：不能用数字式仪表测量输出电压原因：

1)数字式仪表的测量原理是数字式仪表中并无线圈，其主要测量方法是发出一系列频率固定的采样脉冲，对被测量进行“采样”。每隔一段时间(如50 Hz 的一个周期或半个周期)计算一次采样结果的平均值，得到与被测量成比例的数值，以此作为其测量结果。

2)数字式电压表不能测量变频电压是由于变频器的每个功率单元输出电压是通过改变脉冲占空比来调节其输出电压的，单元串联后输出电压波形为不连续且跳动的波形，所以测量结果存在很大误差。

一般采用整流式仪表测量，所谓整流式仪表是指磁电式仪表，是用磁电式仪表来测量交流电的一种方式。

53 有的变频器的模拟量给定信号中，电压范围是“1～5 V”，电流范围是“4～20 mA”，为什么不从“0”开始?

答：在远距离控制中，给定信号的范围常常用“1耀5 V”或“4耀20 mA”，其“零”信号分别为1 V和4 mA。目的是为了便于区别“零信号”与“无信号”，具体说明如下。

1)零信号即给定信号为“0”。当变频器的输出频率为0 Hz 时，如给定电路内还有1 V或4 mA，说明给定电路是正常的，这时的频率给定信号的确为“0”

2)无信号当变频器的输出频率为0 Hz时，如果给定信号值不是1 V或4 mA而是0 V或0 mA，说明给定电路的工作不正常，应检查传感器或信号传输电路是否发生故障。

54 变频调速技术的由来是什么?

答：根据电机转速公式n=60fs(1-s)/p，式中，n为电机转速;fs 为供电频率;p 为电机的磁极对数;

s 为电机的转差率。改变异步电动机的供电频率fs或电动机的磁极对数以及转差频率均可以调节电机的转速n。相对于其他调速方式，变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是目前应用最为广泛且最有发展潜力的调速方式。交流电动机变频调速系统中使用着各种类型的变频器。目前变频器的主要方式有：交原交变频调速，交原直原交变频调速，同步电动机自控式变频调速，正弦波脉宽调制(SPWM)变频调速，矢量控制变频调速等。变频调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平。随着电力电子技术的发展，特别是可关断晶闸管GTO，电力晶体管GTR，绝缘栅双极性晶体管IGBT，MOS 晶闸管及IGCT 等具有自关断能力的全控型功率器件的发展，再加上控制单元也从分离元件发展到大规模数字集成电路及采用微机控制，从而使变频装置的快速性，可靠性及经济性不断提高，变频调速系统的性能也得到不断完善。

55 变频器节能的原因?

答：变频器的节能原理如下。

1)因电机容量冗余设计而导致“大马拉小车”现象，电机的定速旋转不可调节，这样运行自然浪费很大，而变频调速彻底解决了这一问题;

2)因风门挡板或阀门调节流量导致的大量节流损失，变频后不再存在;

3)某些工况负载需频繁调节，而挡板调节线性度太差，加之跟不上工况变化的速度，故能耗很高，但是变频调速响应极快，基本可与工况变化同步;

4)电网输送功率因数由变频前的0.85左右提高到0.95 以上，减少了线损;

5)高压变频器本身损耗极小，整机效率在98豫以上。

56 负荷增大时，常出现堵转，如何解决?

答：可以考虑的方法如下。

1)加大“转矩提升”(U/f比值) 如果U/f比预置得较小，则可适当增大U/f 比值。

2)预置转差补偿功能在一般情况下，只要预置了转差补偿功能后，电动机的带负载能力就会有所增强。

57 导致变频器欠电压的原因有哪些?一般采取什么措施?

答：1)限流电阻损坏。限流电阻损坏后，滤波电容将不能充电，故变频器判断为欠压。

2)电源缺相。当电源缺相后，三相全波整流电路变成了单相全波整流，其平均值低于正常直流电压。

3)其他设备的干扰。当变频器某一单元出现前两种情况时，一般采取故障旁路处理。对于干扰形成的瞬间欠电压，宏观上不会使直流电压有较大的下降，不应该影响电动机的运行。但由于滤波电容不能很好的吸收瞬间欠电压，而电压检测电路的灵敏度又较高，使得这些瞬间欠电压常常被检测到而导致变频器跳闸，针对这种情形，可以通过预置“重合闸”功能来解决。

58 变频器在减速过程中为什么容易引起过电压跳闸?

答：1)电动机的状态从较高转速降至较低转速的过程称为减速过程，在变频调速系统中，是通过降低变频器的输出频率来实现减速的。假设某4极电动机，减速前在额定转速下运行，旋转磁场的同步转速为1 500 r/min，转子转速为1 440 r/min。当将频率下降为45 Hz，当频率刚下降的瞬间，同步转速立即下降为1 350 r/min，但由于惯性的原因，电动机转子的转速却仍为1 440 r/min。于是，转子的转速超过了同步转速，电动机处于发电机状态。

由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反，能够促使电动机的转速迅速地降下来，故也称为再生制动状态。

2)泵升电压。电动机在再生制动状态发出的电能，将通过和逆变管反并联的二极管全波整流后反馈到直流电路，使直流电路的电压升高，称为泵升电压。

3)过电压跳闸的原因。如果减速时间预置得过短，频率下降得过快，而拖动系统的惯性又较大，则电动机的转速将跟不上同步转速的下降，再生制动过程中产生的电流增大，直流电路中的泵升电压也增大，当直流电压超过设定值时，为了保护电容器免于击穿，变频器将因过电压而跳闸。

59 在变频器内进行电流采样时，应采样输出电流还是输入电流或直流电流?

答：根据采样目的不同而不同。

1)用于测定电动机工况。进线电流和变频器内直流电流的大小都和频率有关，因此，应采样输出电流。

2)用于进行变频器的过电流保护。因为过电流的原因是包括整流电路和滤波电路击穿故障的，所以，应采样输入电流或直流电流。

60 最高频率和基本频率有什么区别?

答：1)基本频率有两种定义方法：

(1)和变频器的最大输出电压对应的频率，称为基本频率;

(2)当变频器的输出电压等于额定电压时的最小输出频率，称为基本频率。基本频率用fBA表示。[!--empirenews.page--]

在绝大多数情况下，基本频率都和电动机的额定频率相等。

2)最高频率是变频器允许输出的最大频率，用fmax 表示。其具体含义因频率给定方式的不同而略有差别：

(1)由键盘进行频率给定时，最高频率意味着能够跳到的最大的频率。

(2)通过外接模拟量进行频率给定时，最高频率通常指与最大的给定信号相对应的频率。在大多数情况下，最高频率与基本频率是相等的。例如，风机和水泵，当运行频率超过基本频率时，负载的阻转矩将增大很大，使电动机过载。所以，必须把最高频率限制在基本频率以内。

61 上限频率和最高频率有什么区别?

答：1)上限频率和下限频率的确定。上限频率和下限频率是根据生产工艺的要求设定的。

以某搅拌机为例，生产工艺要求最高搅拌速度nh臆600 r/min，最低搅拌速度n1逸150 r/min，若传动机构的传动比姿越圆，则电动机的最高转速是nh臆员200 r/min，对应的工作频率便是上限频率fh;电动机的最低转速是nmh逸300 r/min，对应的工作频率便是下限频率fn。

2)上限频率和最高频率的关系：

(1)上限频率不能超过最高频率，即fh臆fmax，如果用户希望增大上限频率，则首先应将最高频率预置得更高一些。

(2)当上限频率与最高频率不相等(fh屹fmax)时，上限频率优于最高频率，变频器的最大输出频率

为上限频率。这是因为，变频调速系统是为生产工艺服务的，生产工艺的要求具有最高优先权。

(3)部分变频器中，上限频率与最高频率并未分开，两者是合二为一的。

62 变频器的容量是如何设计的?

答：高压变频器的容量取决于整流功率器件、逆变功率器件以及移相变压器的容量。而整流功率器件和逆变功率器件的容量均是按照裕量200豫以上设计的。所以高压变频器的容量主要取决于移相变压器的容量。例如对10 kV/400 kW风机变频器配备的变压器容量为500 kV·A;对10 kV/1 150 kW风机变频器配备的变压器容量为1 300 kV·A;对10 kV/2 500 kW风机变频器配备的变压器容量为3 200 kVA。(变压器的容量也即是相应的变频器容量)

63 变频器使用时有哪些注意事项?

答：1)认真阅读产品说明书，正确安装、接线、输入端与输出端绝对不允许接反，否则将引起相间短路而迅速烧坏逆变管。安装时要留有适当的散热空间，设置散热风道。

2)变频器应可靠接地。当变频器和其它设备，或有多台变频器一起接地时，每台设备都应分别接地，不允许将多台设备接地端相连后再接地。

3)变频器与电动机之间不允许再安装非由变频器控制器控制柜控制的接触器、断路器。

4)不要使用主电路电源的通断来控制变频器的启动、停止，应使用变频器控制柜上的启动、停止按钮来控制变频器，否则会造成变频器失控，并可能导致严重后果。

5)变频器的升、降速时间的设置根据实际需要而定，但不宜过短，以免引起过电流和过电压。

64 变频器的运行是否稳定?其使用寿命有多长?

答：变频器的运行稳定取决于四个要素：一是变压器、电力电子器件、控制器件、电缆等硬件的运行稳定，二是控制软件的运行稳定，三是负载本身的运行稳定，四是变频器使用环境是否清洁干净、散热良好。例如，科陆CL2700系列高压变频器的变压器为干式整流变，20 年免维护;电力电子器件，控制器件全部采用进口器件;电缆采用国内优质生产商产品;且全部进行了出厂前的单独测试和最后的整机测试。电机在应用高压变频器后，其运行状况会得到改善，但负载(如风机等)本身的故障不会因为应用高压变频器而改善，同时它会反过来影响变频器的正常运行。变频器使用环境的清洁干净、散热良好是使用高压变频器的首要条件。

变频器的设计使用寿命是在40益环境温度下，满载运行15 年，实际使用寿命在20 年以上。

65 为什么应用变频器的室内环境须保持清洁?

答：变频器室内的清洁能保证变频器的散热。

温度对变频器的使用寿命至关重要，根据Arrhenius定律，变频器周围温度每上升10益，变频器寿命则减半。变频器运行时，周围环境温度不高于45益。预防高温的措施有：配电柜周围空气流通，变频器安装正确，通风路径宽敞;变频器附近无热源，包括光照、热辐射等;安装空调降温;采用强迫通风冷却等措施。但最主要的措施还是保证滤网的清洁，定期清洗滤网。

66 为什么要限制重新启动变频器的间隔时间?

答：如果变频器没有设置“飞车启动”功能，变频器停止之后马上再启动，此时电机可能还在旋转，如果变频器马上启动可能会因过电流而损坏变频器。

67 有一台鼓风机，每当运行在20 Hz 时，振动特别严重，怎么解决?

答：当电动机在某一频率(如本例中之20 Hz)下运行时，其振动频率和机械的固有振荡频率相等或接近时，将发生机械的谐振。遇到这种情况，说明电动机不宜在该频率下运行。该频率属于应该回避的频率，称为回避频率或跳跃频率。意思时把该频率跳过去(回避掉)，如图19(a)所示。一台变频器通常可预置三到五处回避频率，如图19(b)所示。

预置回避频率的方法大致有两种：

1)预置回避的中心频率fr，在本例中，fr =20 Hz。

有的变频器在预置回避中心频率的同时，还需预置回避宽度吟fr越2 Hz。

2)预置每个回避频率的上限频率frh和下限频率fn。在本例中，可预置frh=19 Hz，fn=21 Hz。

68 为什么变频器的电压与频率要成比例的改变?

答：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，即改变频率的同时要控制变频器的输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的发生。这种控制方式称为V/f 控制，多用于风机、水泵类节能型变频器。

69 电动机使用工频电源驱动时，电压下降到一定程度后电流会增加;对于变频器驱动的电动机，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否会增加?

答：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;如转矩也减小(如风机水泵类负载)，则电流也会减小，至于功率，则减小的更多。

70 采用变频器驱动时，电动机的启动电流、启动转矩怎样?

答：用工频电源直接启动时，启动电流为额定电流的6耀7 倍，因此，将对电机产生机械和电气冲击。采用变频器驱动后，随着电机的加速相应提高频率和电压，可以平滑地启动(启动时间变长)。启动电流为额定电流的1.2耀1.5 倍(根据机种不同会略有差异，一般为100豫耀200豫)，启动转矩为70豫耀120豫额定转矩;对于带有转矩自动增强功能的变频器，启动转矩为100豫以上，可带全负载启动。