变频器基础知识

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 2 PWM 和 PAM 的不同点是什麽 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种调值方式 PAM 是英文 Pulse Amplitude Modulation 脉冲幅度调制 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麽不同 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 4 为什麽变频器的电压与电流成比例的改变 非同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 那麽磁通就过大 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 这种控制方式多用於风机 泵类节能型变频 器 5 电动机使用工频电源驱动时 电压下降则电流增加 对於变频器驱动 如果频率下降时电压 也下降 那麽电流是否增加 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 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 随著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 对於带有转矩自动增强 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 模式是什麽意思 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 那麽由於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 在说明书上写著变速范围 60 6Hz 即 10 1 那麽在 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 6 Hz 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 10 对於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 11 所谓开环是什麽意思 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 12 实际转速对於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 对於要求调速精度比较高 即使负载变动也要求在近於给定速度下运 转的场合 可采用具有 PG 反馈功能的变频器 选用件 13 如果用带有 PG 的电机 进行反馈後速度精度能提高吗 具有 反馈功能的变频器 精度有提高 但速度精度的植取决於 本身的精度和变频 器输出频率的解析度 14 失速防止功能是什麽意思 14 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 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 什麽意义 加减速可以分别给定的机种 对於短时间加速 缓慢减速场合 或者对於小型机床需要严 格给定生产节拍时间的场合是适宜的 但对於风机传动等场合 加减速时间都较长 加速 时间和减速时间可以共同给定 16 什麽是再生制动 电动机在运转中如果降低指令频率 则电动机变为非同步发电机状态运行 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 由於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 转矩提升问题 自控系统的设定信号可通过变频器灵活自如地指挥频率变化 控制工艺指标 如在烟草行 业的糖料 香料工序 可由皮带称的流量信号来控制变频器频率 使泵的转速随流量信号 自动变化 调节加料量 均匀地加入香精 糖料 也可利用生产线起停信号通过正 反端 子控制变频器的起 停及正 反转 成为自动流水线的一部分 此外在流水生产线上 当 前方设备有故障时後方设备应自动停机 变频器的紧急停止端可以实现这一功能 在 SAN KEN MF FUT 和 FVT 系列变频器中可以预先设定三四个甚至多达七个频率 在有些设 备上可据此设置自动生产流程 设定好工作频率及时间後 变频器可使电机按顺序在不同 的时间以不同的转速运行 形成一个自动的生产流程 1 信号线及控制线应选用屏蔽线 这样对防止干扰有利 当线路较长时 例如距离跃 100 m 导线截面应放大些 信号线及控制线不要与动力线放置在同一电缆沟或桥架中 以免 相互干扰 最好穿管放置 这样更合适 2 传输信号以选用电流信号为主 因电流信号不容易衰减 亦不容易受干扰 实际应用 中传感器输出的信号是电压信号 可以通过变换器将电压信号变换成电流信号 3 变频器闭环控制一般都是正作用的 即输入信号大 输出量亦大 例如中央空调制冷 工作时及一般压力 流量 温度等控制时 但亦有反作用的 即输入信号大 输出量反 小 例如中央空调在制热工作时以及供热站的取暖热水泵 闭环控制如图 1 所示 4 在闭环控制时能选用压力信号的 就不要选用流量信号 这是因为压力信号传感器价 格低 安装容易 工作量小 调试方便 但工艺过程有流量配比要求的 且要求精确时 那就必须选用流量控制器 并根据实际的压力 流量 温度 介质 速度等来选用合适的 流量计 例如电磁式 靶式 涡街式 孔板式等 5 变频器内置的 PLC PID 功能适合用于信号变动量较小 较稳定的系统 但由于内置 的 PLC PID 功能在工作时只调时间常数 所以难以得到较为满意的过度过程要求 而且 调试比较费时 另外这种调节不是智能的 故一般不经常采用 而是选用外置的智能化的 PID 调节器 例 如日本富士 PXD 系列 厦门安东等 十分方便 使用时只要设置 SV 上限值 工作时 有 PV 运行值 指示 又是智能化 保证具有最佳的过渡过程条件 使用较为理想 关 于 PLC 可按控制量的性质 点数 数字量 模拟量 信号处理等要求 选用外置 PLC 的各种品牌 例如西门子的 S7 400 S7 300 S7 200 等 6 信号变换器在变频器外围电路中亦被经常用到 一般由霍尔元件加电子线路组成 按 信号变换和处理方式可分为电压变电流 电流变电压 直流变交流 交流变直流 电压变 频率 电流变频率 一进多出 多进一出 信号叠加 信号分路等各种变换器 例如深圳 的圣斯尔 CE T 系列电量隔离传感器 变送器 应用十分方便 国内类似产品不少 用户可 按需要自行选择应用 7 变频器在应用时往往要配外围电路 其方式常有 1 由自制继电器等控制元件组成的逻辑功能电路 2 买现成的单元外置电路 例如日本三菱公司的 3 选用简易可编程控制器 LOGO 国外 国内都有此产品 4 使用变频器不同功能时 可选用功能卡 例如日本三垦变频器 5 选用中小型可编程序控制器 8 多台水泵并联恒压供水 例如城市自来水厂的清水泵 中大型水泵站 供热水中心站 等 的变频技术改造方案常见的有以下两种 按使用经验 方案 1 节省初投资 但节能效果差 起动时先起动变频器至 50 Hz 后 再起动工频 后转入节能控制 供水系统中只有采用变频器拖动的水泵 压力略小些 系 统存在湍流现象 有损耗 方案 2 投资较大 但比方案 1 多节能 20 猿台泵压力一致 无湍流损耗 效果更 佳 9 多台水泵并联恒压供水时采用信号串联方式只用一个传感器 其优点如下 1 节省成本 只要一套传感器及 PID 如图 4 所示 2 因只有一个控制信号 所以输出频率一致 即同频率 这样压力亦一致 不存在湍 流损耗 3 恒压供水时 当流量变化 泵的开动台数通过 PLC 控制随之变化 最少时 1 台 中等量时 2 台 较大量时 3 台 当变频器不工作停机时 电路 电流 信号是通路的 有 信号流入 无输出电压 频率 4 更有利的是 因为系统只有一个控制信号 即使 3 台泵投入不同 但工作频率却相 同 即同步 压力亦一致 这样湍流损耗为零 亦即损耗最小 所以节电效果最佳 10 减小基底 基本频率 是提高起动转矩最有效的方式 原理分析如下 2 为什么减小基底频率提高起动转矩是最有效的呢 具体如表 1 所列 由表 1 知 由于起动转矩大幅度提高 所以一些难以起动的设备 例如挤出机 清洗机 甩干机 混料机 涂料机 混合机 大型风机 水泵 罗茨鼓风机等均能顺利起动了 这 比通常提高起动频率进行起动效果明显 使用此法再配合由重载变轻载措施 提高电流保 护到最大值 几乎一切设备都能起动了 因此说采用减小基底频率来提高起动转矩是最有 效的 亦是最方便的办法 3 在应用此条件时基底频率减小不一定非要一下降至 30 Hz 可采用每 5 Hz 逐步进行 下降 下降到达的频率只要能起动系统就行 4 基底频率下限不要低于 30 Hz 从转矩看 下限越低转矩越大 但亦要考虑 电压 上升过快 动态 du dt 过大时对 IGBT 有损伤 实际使用结果是 在 50 Hz 下降到 30 Hz 的范围时可安全放心地使用此提升转矩的措施 5 有人担心 例如下降基底频率为 30 Hz 时电压已达 380 V 那么当正常工作有可能 需要达到 50 Hz 时 是否输出电压跃 380 V 这样电动机受不了 回答是这样的现象是 不会发生的 6 有人担心如下降基底为 30 Hz 时 电压已达 380 V 那么正常工作有可能需要达 5 0 Hz 时输出频率是否可达额定频率 50 Hz 回答是输出频率当然可以达到 50 Hz 7 以上 5 6 两条由软件编写过程决定 使用过程已证实了 这两点尽可放心 11 动压 静压 全压三者间关系如下 1 静压是水泵出水口压力直至最高点时所需压力 扬程 一般每 10 m 高水柱是 1 k g 水压 圆 动压是水流动过程中 液体与管壁 阀门 调节阀 制回阀 减压阀等 同一断 面不同层存在的流速差所引起的阻力所造成的压力降 这部分计算很困难 按实际经验 动压臆 20 最大时 静压值 猿 全压越 静压 动压 臆 1 2 静压 源 水泵一定要设定下限频率约在 30 Hz 否则易把封闭管内水抽空 因大量空气溶入 水中 待起动水泵时 易产生气室 形成高压危险 12 经验值与经济值介绍如下 应用变频器对各种设备来说实现节电是可行的 这已有很多现实成功案例证实 1 经验值是较保守的 而且有较大富裕度 不是最经济的 有潜力可挖 使用经验值 时按现场实际布置 使用工况参数 要有一定的变动 以不影响正常使用为下限条件 这 是有可能实现节能的前提 圆 经济值是以满足系统下限条件为原则 把经验值适度下降 挖掘潜力来实现节能功 效 若使用工况参数不变 节能从何说起 况且变频器本身不是能源的发生器械 发电机 蓄电池 太阳能 其自身效率很高 在 97 豫耀 98 但总还存在损耗 为 2 豫耀 3 豫 仪器仪表故障诊断有如下十种方法 1 观察法 利用视觉 嗅觉 触觉 某些时 候 损坏了的元件会变色 起泡或出现烧焦的斑点 烧坏的器件会产生一些特殊的气味 短 路的芯片会发烫 用肉眼也能观察到虚焊或脱焊处 2 敲击手压法 经常会遇到仪 器运行时好时坏的现象 这种现象绝大多数是由于接触不良或虚焊造成的 对于这种情况 可以采用敲击与手压法 所谓的 敲击 就是对可能产生故障的部位 通过小橡皮鎯头 或其他敲击物轻轻敲打插件板或部件 看看是否会引起出错或停机故障 所谓 手压 就是 在故障出现时 关上电源后对插的部件和插头和座重新用手压牢 再开机试试是否会消除 故障 如果发现敲打一下机壳正常 再敲打又不正常时 最好先将所有接头重插牢再试 若伤脑筋不成功 只好另想办法了 3 排除法 所谓的排除法是通过拔插机内一 些插件板 器件来判断故障原因的方法 当拔除某一插件板或器件后仪表恢复正常 就说 明故障发生在那里 4 替换法 要求有两台同型号的仪器或有足够的备件 将一 个好的备品与故障机上的同一元器件进行替换 看故障是否消除 5 对比法 要 求有两台同型号的仪表 并有一台是正常运行的 使用这种方法还要具备必要的设备 例 如 万用表 示波器等 按比较的性质分有 电压比较 波形比较 静态阻抗比较 输出 结果比较 电流比较等 具体方法是 让有故障的仪表和正常仪表在相同情况下运行 而后检测一些点的信号再比较所测的两组信号 若有不同 则可以断定故障出在这里 这种方法要求维修人员具有相当的知识和技能 6 升降温法 有时 仪表工作较 长时间 或在夏季工作环境温度较高时就会出现故障 关机检查正常 停一段时间再开机 又正常 过一会儿又出现故障