高压变频器相关知识100问(修改稿)终

高压变频器相关知识100问第一章 高压变频器原理11、高压变频器中，什么是高高方式？什么是高低高方式？12、高压变频器中，什么是交直交方式？什么是交交方式？13、什么是电压源型变频器？什么是电流源型变频器？各有哪些优缺点？14、什么是单元串联型高压变频器？什么是器件串联型高压变频器？25、什么是三电平变频方式？26、为什么单元串联型高压变频器要采用移相变压器输入？37、移相变压器的原理是什么？38、H级绝缘干式变压器，H级代表什么意义？39、什么是可控整流？410、多级功率单元串联高压变频器靠什么提高功率因数？411、为什么单元串联型变频器都采用电解电容作为滤波环节？412、每相6个单元串联的高压变频器的相电压电平数为多少？线电压电平数为多少？整流脉冲数为多少？413、为什么说dv/dt取决于功率单元二次电压？514、为什么功率单元串联型高压变频器输出不需要滤波器？515、什么是变频器的控制方式？高压变频器有哪几种控制方式？516、什么是PWM？什么是SPWM？517、PWM和PAM的不同点是什么？618、载波频率对电动机的运行有些什么影响？619、什么是V/F控制？为什么要采取V/F控制而不是只控制V或者F？720、为什么变频器要设置许多U/F线供用户选择？721、科陆公司高压变频器的内部主电路是怎样构成的？822、科陆公司高压变频器内部控制电路的结构是怎样的？923、什么是接地？接地怎样分类？1024、为什么高压变频器的柜体必须严格接地？10第二章高压变频器性能1125、过电流保护与过载保护有什么区别？1126、过载保护的对象是什么？在那些情况下电动机的过载是允许的？1127、变频器在哪些情况下发生过电流可以不跳闸？1128、 什么是“飞车启动”？为什么变频器可以自如地从变频切换到工频却不能从工频切换到变频？1129、什么是转差补偿？1230、故障单元的机械式旁路与电子式旁路相比有何优势？1231、什么是谐波？谐波的危害有哪些？1332、高压变频器中谐波是怎样产生的？如何减小谐波对电网的污染？1333、高压变频器为什么会产生共模电压？共模电压有哪些危害？1434、dv/dt代表什么意义？1435、什么是差动保护？变频器为什么不采用差动保护？1436、什么是UPS？1537、IGBT的原意是什么？如何检测IGBT功率模块的好坏？1538、IGBT的驱动电路有什么特点？1639、以IGBT为逆变管的变频器有什么特点？1740、电解电容器的寿命有多长？1741、频率精度和频率分辨率有什么区别？1742、和滤波电容器并联的电阻起什么作用？1843、失速防止功能是什么意思？1844、什么是再生制动？如何能得到更大的制动力？1945、高压变频器输出电压波形与低压变频器输出电压波形有何区别？1946、为什么变频器的输入电流总是小于输出电流？1947、为什么变频器上电时会有冲击电流？1948、为什么变频启动能减小启动电流？1949、变频启动和软启动器启动有什么区别？2050、决定加、减速时间的主要依据是什么？20第三章 变频器应用与维护2151、直流回路的电源指示为什么不装在面板上？2152、电容器均压电阻烧坏的原因是什么？2153、为什么变频器的输出线有时需要加粗？2154、为什么不能用电磁式仪表测量输出电压？2155、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？2256、有的变频器的模拟量给定信号中，电压范围是“15V”，电流范围是“420”为什么不从“0”开始？2257、变频调速技术的由来是什么？2258、变频器节能的原理是什么？2359、负荷增大时，常出现堵转，如何解决？2360、导致变频器欠电压的原因有哪些？一般采取什么措施？2361、变频器在减速过程中为什么容易引起过电压跳闸？2362、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？2463、最高频率和基本频率有什么区别？2464、上限频率和最高频率有什么区别？2465、变频器的容量是如何设计的？2566、变频器使用时有哪些注意事项？2567、变频器的运行是否稳定？使用寿命多长？2568、为什么变频器室内须保持清洁？2569、为什么要限制重新启动变频器的间隔时间？2570、有一台鼓风机，每当运行在20Hz时，振动特别严重，怎么解决？2571、为什么变频器的电压与频率要成比例的改变？2672、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？2673、采用变频器驱动时，电动机的启动电流、启动转矩怎样？26第四章 科陆高压变频器2774、科陆高压变频器有什么优势？2775、科陆高压变频器使用的设计标准是什么？2876、科陆高压变频器的IGBT是何品牌，电流有哪些等级？2877、科陆高压变频器的整流桥是何品牌？2978、科陆高压变频器的电解电容是何品牌的？其寿命多长？2979、科陆高压变频器的移相变压器选用哪个厂家的？2980、科陆高压变频器的交货期多长？2981、科陆高压变频器的质保期多长？2982、科陆高压变频器的平均无故障时间是多少小时？2983、科陆高压变频器售后服务内容有哪些？2984、科陆高压变频器的使用环境有哪些要求？2985、科陆高压变频器的功率单元数有几个？2986、科陆高压变频器的柜体尺寸是多少？3087、科陆高压变频器和用户DCS的接口信号有哪些？3088、科陆高压变频器的控制方式有哪些？3289、科陆高压变频器与其它变频器相比有哪些特点？3290、科陆高压变频器的调试需要多长时间？3391、变频器能否完全满足生产需要而不用任何系统改动？3392、变频器故障之后如果采用真空接触器切换到工频需要多长时间？33第五章变频器市场3493、国内外高压变频企业在技术上分几类，分别有什么特点？3494、国内与国外企业生产的变频器在技术上有什么差异？3595、国内高压变频企业在技术上应走什么道路来加强企业竞争力？3696、国内高压变频器市场竞争激烈，后发企业如何有效进入市场？3797、国内高压变频技术有同质化现象，企业如何在技术上寻找特色竞争？3798、高压变频技术发展方向是什么？38第六章变频改造节能计算方法4099、 变频改造前需要了解风机、水泵的哪些设备参数和运行参数？40100、 变频改造前后风机、水泵流量调节的特点是什么？42101、 如何计算风机水泵的轴功率？43102、 什么是风机水泵的相似定律？45103、 如何进行风机的节能计算？45104、 如何进行水泵的节能计算？47IV第一章 高压变频器原理1、 高压变频器中，什么是高高方式？什么是高低高方式？答：高高方式高压变频器是指变频器直接使用高压电源作为输入，且直接输出高压供高压电动机使用（输入输出不需要升降压变压器）。高高方式主要用在大功率高压电动机变频调速节能场合。高低高方式变频器是高压电源经降压变压器降压后，用低压变频器进行变频控制，再用升压变压器把电压升到所需电压，供高压电动机使用，高低高方式主要用在小功率高压电动机变频调速节能场合。2、 高压变频器中，什么是交直交方式？什么是交交方式？答：无论是电流源型(CSI)还是电压源型(VSI)变频器，其原理都是将电网交流电经全波整流电路整流成直流电。然后又经逆变电路“逆变”成频率和电压均可调的三相交流电作为三相异步电动机的变频电源。可见，在变频器的输入和输出之间，经历了“交流直流交流”的过程，故称为“交直交”变频。如下图所示，交交方式变频器主要分为晶闸管交交变频器和矩阵式变换器两种，其特征是将交流电源不经过整流环节，而是直接通过控制开关器件的导通和关断来获取频率可变的交流电压，中间没有直流环节，所以称为交交方式。 晶闸管交交变频电路 矩阵式变频电路3、 什么是电压源型变频器（VSI）？什么是电流源型变频器（CSI）？各有哪些优缺点？答：变频器根据直流电路中滤波方式的不同，分为电压源型和电流源型两种。a) 电压源型变频器：直流电路采用电容器滤波。在波峰（电压较高）时，由电容器储存电能场，在波谷（电压较低）时，电容器将释放电场能来进行补充，从而使直流电压保持平稳。直流电路是一个电压源，故称为电压源型。其特点是：（1）直流侧并联大电容，相当于电压源。直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。（2）由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。（3）当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时电流要反相，所以开关器件两端需要反并联二极管。b) 电流源型变频器：直流电路采用电抗器滤波。在波峰（电流较大）时，由电抗器储存磁场能，在波谷（电流较小）时，电抗器将释放磁场能来进行补充，从而使直流电流保持平稳。直流电路是一个电流源，故称为电流源型。其特点是：（1）直流侧串联大电感，相当于电流源。直流电流基本无脉冲，直流回路呈现高阻抗。（2）由于开关器件仅改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流波形为矩形波，并且与阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。（3）当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电感起到缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反相，因此不必象电压源逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。4、 什么是单元串联型高压变频器？什么是器件串联型高压变频器？答：单元串联型高压变频器是利用低压单相变频器串联来弥补功率器件IGBT的耐压能力不足。每个功率单元本身即是一个低压变频器，结构和性能完全一样，具有可互换性和批量生产性，其主电路如下：图3 H桥单个功率单元内部电路原理图 图4 串联H桥高压变频调速系统功率电路（9串/相）原理图器件串联型高压变频器，由下图可以看出，系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流，直流平波电抗器和电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。其主要特点是将IGBT直接串联来解决器件耐压不足的问题，采用二电平电压源型高压变频器已有的成熟技术，结构简单，体积小，效率高，成本低。5、 什么是三电平变频方式？答：其电路图如下，在PWM电压源型变频器中，当输出电压较高时，为了避免器件串联引起的静态和动态均压问题，同时降低输出谐波及dv/dt的影响，逆变器部分可以采用中性点钳位的三电平方式（Neutral point clamped NPC）。逆变器的功率器件可采用高压绝缘栅双极型晶体管IGBT或集成门极换流晶闸管IGCT。三电平变频器采用的钳位电路，解决了两只功率器件串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。三电平逆变器的主回路结构环节少，虽然为电压源型结构，但易于实现能量回馈。三电平变频器在国内市场遇到的最大难题是输出电压问题，其最大输出电压达不到6kV，所以往往需要采用变通的方法，要么改变电动机的电压（或进行星/三角改接），要么在输出侧加升压变压器。这一弱点限制了它的广泛应用。目前也有器件串联三电平变频器，或裂相三电平（每相用一个单相三电平变频器）变频器，如ABB公司的ACS5000系列。 6、 为什么单元串联型高压变频器要采用移相变压器输入？答：1）单元串联多重化电压源型高压变频器是利用功率单元串联来弥补功率器件IGBT的耐压能力不足。隔离变压器为功率单元提供690Vac电压输入。2）功率单元串联之后，每个功率单元电压大小不再时刻相同，隔离变压器为功率单元提供足够的隔离电压。3）功率单元输入端谐波电流很大，采用移相变压器可以消除谐波，使得谐波电流不流入电网。7、 移相变压器的原理是什么？答：以6kV变频器的输入移相变压器为例，原边绕组为6kV，副边共18个三相绕组，每组输出电压为630V。每个绕组为延边三角形接法，分别有相等的移相角度差，每个绕组接到一个功率单元。这种移相接法可以有效地消除35次以下的谐波，也就是我们经常说的36脉冲整流可以有效地消除35次以下的谐波。因此采用移相隔离变压器进行隔离降压，可以保证本变频器系统对电网的谐波干扰在国家标准规定的限制值以内。8、 H级绝缘干式变压器，H级代表什么意义？答：干式变压器的耐热绝缘等级分为B级、F级、H级及C级等。这些变压器的出现可以让用户有更多的选择。其材料的耐热绝缘等级与其最高工作温度的关系如下表所示。材料的耐热绝缘等级与其最高工作温度的关系耐热绝缘等级AEBFHNC最高工作温度（摄氏度）1051201301551802002209、 什么是可控整流？答：整流电路按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。如下图所示，整流桥功率器件全由类似IGBT全控开关器件组成的整流电路称为可控整流；若由类似晶闸管半控开关组成则称为半控整流；若由类似二极管不可控开关器件组成则称为不可控整流。10、 多级功率单元串联高压变频器靠什么提高功率因数？答：多级功率单元串联高压变频器可提高功率因数是二级管整流电路和移相变压器的特性决定的。变压器漏感较小且没有直流平波电感时，二极管整流电路的基波功率因数很高，通用变频器里也是一样。但由于通用变频器没有移相变压器，因此其输入电流中较高的谐波含量降低了其整体的功率因数，在直流侧或者交流输入侧加装电抗器可以降低谐波含量，但会降低其整体的功率因数。多级功率单元串联高压变频器由于装有移相变压器，因而消去了输入电流中的绝大部分谐波，又保留了二极管整流电路的高功率因数特性，因此具有较高的功率因数。对于电压源型变频器，称其内部安装的直流母线平波电容具有无功补偿作用是不正确的，变频器内安装的直流电容的容量和变频器的输入功率因数基本没有什么关系。11、 为什么单元串联型变频器都采用电解电容作为滤波环节？答：目前变频器设计领域中，电容有电解电容以及MKK自愈式电力电容器两种。高压变频器在设计过程中，充分考虑变频器发热以及电流冲击对电容器的影响，针对电容器的环境温度对电容器的寿命的影响，变频装置在设计过程中为电容设计专门的散热通道，保证电容器运行的环境温度不高于45度；通过精确的移相式PWM算法，确保每个功率单元平均分配负荷，保证电容器不受到电流的冲击。故电解电容只要正确使用完全能满足高压变频器正常运行的需要，在多电平串联倍压的技术方案中，电解电容是最佳的选择。MKK自愈式电力电容器由于受到其容量的限制，其单位容量所承受的电流远大于电解电容，故其温升更大，影响其寿命，而且其价格也比电解电容高。12、 每相6个单元串联的高压变频器的相电压电平数为多少？线电压电平数为多少？整流脉冲数为多少？答：每相6个单元串联的高压变频器的相电压电平数为13电平（6，5，4，3，2，1，0），线电压电平数为25电平（12，11，10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，0），整流脉冲数则为每相36脉冲整流。13、 什么是dv/dt？为什么说dv/dt取决于功率单元二次电压？答：dv/dt表示电压的变化率，在高压变频中，由于输出电压为一系列等幅不等宽矩形脉冲，脉冲的幅度越大，上升延或下降延时间越短，dv/dt越大。现阶段高压变频器普遍采用PWM载波移相控制方式，度存在dv/dt的问题。dv/dt的大小对变频器的性能和可靠性影响较大：1）dv/dt越大，变频器功率器件承受的冲击电流就大，极有可能导致功率器件损坏。2）dv/dt越大，对变频器的绝缘材料损伤就越大，使得绝缘材料易老化，缩短了变频器的使用寿命。3）dv/dt大，会使一些电子开关器件误导通而造成事故。功率单元中的IGBT每开关一次，变频器的输出电压就增加或者减少一个功率单元二次侧的直流电压值，而IGBT的开关时间很短，约为1微秒左右，故dv/dt取决于功率单元二次侧电压。如：功率单元二次侧直流电压为900Vdc，则我们可以认为该变频器的dv/dt为900V/uS。14、什么是变频器的共模电压？共模电压产生的危害是什么？如何减少其影响？答：在各类变频器中，由于其功率开关器件的动作相位存在差异，其输出的三相电压瞬时值总是不对称的，这就必然会产生零序电压（即共模电压）。如果零序电压为工频电压，则由于中性点对地绝缘，而不会形成零序电流。但由PWM调制产生的零序电压是与功率器件开关频率有关的高频电压，变频器输入和输出的中性点是通过寄生电容（电缆的寄生电容）接地的，因此就会产生高频零序电流。且回路的零序电压按容抗的大小分配在输入变压器和电动机的阻抗上。一般而言，变压器绕组的分布电容远小于电动机绕组对地的分布电容，因此零序电压主要由变压器承担，所以应加强变压器绕组的对地绝缘。当输入侧的电缆过长时，由于其寄生电容过大，使产生的充放电电流幅值增大，这一电流可分流经过电动机的轴承而产生轴电流，对其形成电腐蚀，这是应当尽量避免的。共模电压产生的危害是：a) 变频器产生的高频共模电压，会在电动机转轴上感应出高幅值轴电压，并形成轴承电流，使电动机的轴承在短期内损坏，缩短电动机使用寿命。b) 产生EMI，并且高次谐波电流在线路阻抗上形成谐波压降，产生有功和无功损耗，影响供电电网电能质量，影响电网上的其它电子设备的正常运行。采取如下措施可减少其影响：将输出LC滤波器的三相电容器构成的中性点接地，使聚积在中性点上的电荷通过电容对地放电，从而保护电动机少受零序电流的影响；另外，当输入侧电缆过长时（例如超过100米），可在直流母线回路加装共模电抗器。据测量当输入电缆长度为300米时，加装共模电抗器后，可将零序电流的峰值降低到原先的20。15、为什么变频器的直流母排上要装共模电抗器？其结构和连接方式如何？答：由上所述可见变频器本身就是一个共模电压源。由输入变压器和输入侧电缆的分布电容组成的滤波器，通过吸收逆变器开关器件产生的谐波电流来削弱共模电压。为了增强吸收效果，需加大共模回路的电抗值（即零序电抗），共模电抗器就是为此而设置的。直流共模电抗器为三卷式铁心电抗器，其中两卷分别串入正负极直流母线回路，第三卷则经过电阻短路，其连接方式如下图所示。它有效地将一组电阻和电抗的并联电路串入共模电压源，可使电压的瞬态扰动和尖峰被抑制在安全的范围内。16、为什么功率单元串联型高压变频器输出不需要滤波器？答：功率单元串联型变频装置输出符合IEEE5191992及中国电力行业对电压失真最严格的要求，高于国标GB1454993对谐波失真的要求。变频装置考虑将对电网谐波影响减至最小的措施包括：1）移相变压器；2）单元串联技术；3）优化的PWM算法；4）多脉冲整流技术（36脉冲整流），故功率单元串联型高压变频器的输出不需要滤波器，就可以拖动普通异步或同步电动机运行。17、什么是变频器的控制方式？高压变频器有哪几种控制方式？答：各种电动机在实现调速时，都必须采取一些辅助手段，以改善电动机的机械特性和调速性能。以直流电动机为例，再调速过程中，必须加入电流反馈环节（内环）和转速反馈环节（外环），才能使它的调速特性趋于完善。异步电动机的变频调速也不例外，为了改善其在调速过程中的机械特性和调速性能，也必须采取一些必要的措施。异步电动机在进行变频调速时，可采取的方法较多，比较灵活，可以通过功能预置方便地进行选择。变频器说明书中所谓的控制方式，就是指在变频器调速的情况下，改善异步电动机特性的方式。一般来说，变频器主要有以下几种控制方式：1) V/F控制方式。即通过调整变频器输出测的电压频率比（U/f比）的方法，来改变电动机在调速过程中机械特性的控制方式。2) 空间电压矢量控制方式。是一种模拟直流电动机调速特点的控制方式，效果较好。根据其有无转速反馈又可分为：（1）无速度反馈矢量控制方式即不需要转速反馈的控制方式；（2）有速度反馈矢量控制方式即需要加入转速反馈环节的控制方式。3) 直接转矩控制方式。这是部分变频器采取的一种控制方式，可以通过直接控制输出转矩的大小来调速，其控制结果与矢量控制类似，但各有其优缺点。4) 矩阵式交交控制方式。矩阵式交交变频省去了中间直流环节，从而可省去体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为1，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。18、什么是PWM？什么是SPWM？答：PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），根据面积等效原理，利用一系列等幅不等宽的矩形脉冲序列等效所需要的波形（含形状和幅值）。SPWM即正弦波PWM技术。在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律变化。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则较大。电压脉冲序列宽度按正弦规律变化的PWM波形，称为正弦波脉宽调制。SPWM脉冲系列中，各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波（基准波或调制波）和等腰三角波（载波）的交点来决定的。下图为一典型SPWM控制方法。19、PWM和PAM的不同点是什么？答：PWM是英文Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。PAM是英文Pulse samplealtitude Modulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲序列的脉冲幅度，以调节出量值和波形的一种调制方式。20、载波频率对电动机的运行有些什么影响？答：1）提高载波频率的好处：a. 改善电流波形。适当提高载波频率，可以改善电流波形，如下图a所示。b. 减小电磁噪声。产生电磁噪声的原因是：与载波频率相同的谐波电流使定子铁心的硅钢片中产生涡流，各硅钢片的涡流之间产生相互作用力，导致铁心振动而发出噪声，电磁噪声的频率与载波频率相同。如果载波频率处于人耳的敏感频率区，电磁噪声就比较“大”（人的听觉上比较敏感）。适当提高载波频率，可减小甚至消除噪声（实际上只是人耳“听”不到罢了）。2) 提高载波频率的缺点：a. 变频器的输出电压减小。变频器的逆变桥中，上下两个逆变管是在不停地交替导通的，其线电压波形如下图b所示。为了保证只有在一个逆变管完全截止的情况下，另一个逆变管才开始导通，在交替导通过程中必须有一个死区t（等待时间），如下图c所示。由于死区实际上不是工作区，所以，载波频率越高，则每个周期中死区的累计值（不工作区）越大，变频器输出电压的平均值越低。在负载转矩相同的情况下，电动机的电流偏大。b. 使距离较远的电动机运行不正常。当电动机与变频器之间的距离较远时，则载波频率越高，由线路的分布电容和分布电感引起的不良效应（如电动机侧电压升高、电动机振动等）越大。c. 对其他设备的干扰增大。载波频率越高，高频电磁场的辐射能量越大，对其他设备的干扰就越严重。a）输出电流波形 b）线电压波形 c）逆变工况21、什么是V/F控制？为什么要采取V/F控制而不是只控制V或者F？答：V/F控制方式是保证变频器输出电压和频率比值一定的控制方式。对于交流异步电动机，变频器输出电压与频率以及气隙磁通存在一定的对应关系。，式中，为定子每相绕组串联匝数；为基波绕组系数；为电机气隙中每极合成磁通。当电机磁通饱和时，电机电流明显增大，严重时将烧坏电机；当电机气隙磁通外于弱磁时，将浪费电动机容量资源。由上述公式得为保证磁通恒定，只需要保证其比值恒定，即所谓的V/F控制。这种控制方式多用于风机、水泵类负载的变频器。22、为什么变频器要设置许多U/F线供用户选择？答：1）原因：负载不同，低速特性不同。不同的负载在低速运行时的阻转矩大小是不一样的，举例如下：A. 恒转矩负载特点。不论转速高低，负载的阻转矩都不变。例如带式输送机，要求低频时电动机的转矩等于额定转矩。如下图A所示。这就要求电动机在低频运行时，也能产生较大的转矩，U/F比应该大一些，如下图b中之B点所示：当频率为时，把电压提升到。 图a a）恒转矩特性b）低速轻载c）二次方律特性 图b 不同负载的UIJ比B. 分段负载，有些负载满载运行时虽然阻转矩较大，但满载时的调速范围不大。例如离心浇铸机，必须具有一定转速时，才能把铁水（或钢水）灌入，进行浇铸，负载的阻转矩较大。但重载时的调速范围不大，由于低速时没有铁水（或钢水），处于轻载运行状态，如图A中之b所示。电动机在低频运行时，并不需要产生太大的转矩，U/F比也可以小一些，如图b中之A点所示：当频率为时，把电压为就足够了。C. 二次方律负载。以离心式风机为例，负载的机械特性如图A中之c所示，低速运行时，负载的阻转矩很小。电动机在低频运行时，所需转矩很小，U/f比也应该更小一些，如图b中之C点所示；当频率为，应把电压降为2）变频器为用户提供的U/F线。上述例子说明，不同的负载在低频运行时对U/F比的要求也是不一样的。为此，各种变频器都设置了许多种U/F线，供用户根据负载的具体要求来进行预置。在诸多U/F线中，图B和图C中的曲线（1）是电压与频率成正比地变化的U/F线，称为基本U/F线。其特点是：,如要加大低频时的带负载能力，须在基本U/F线的基础上加大U/F比，使，称为转矩补偿或转矩提升。各种变频器都设置了许多条补偿程度不同的U/F线，供用户选择。大致有以下几种方式：A. 全频补偿型。从到额定频率，用户可完全根据需要自制U/F曲线。B. 部分补偿型。考虑到在较高频率时，一般不需要补偿。所以，部分变频器提供的U/F线可以只补偿低频段，如图所示。在进行选择时，须预置以下数据：（1）起点补偿量。以补偿量的百分数UC%表示；（2）转折频率ft。即转折点所在位置的频率。C. 坐标预置型。用户可直接预置各转折点的坐标，如图D中之b所示。 图C 直线型U/F特性 图D a）部分有偿型 b）坐标预置型23、什么是接地？接地怎样分类？答：将电力系统或电气设备的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。“我国配电系统的接地方式已使用IEC规定，其分类仍然是以配电系统和电气设备的接地组合来分的，一般分为TN、TT、IT系统等。上述字母表示的含义：第一个字母表示电源接地点对地的关系。其中T表示直接接地；I表示不接地或通过阻抗接地。第二个字母表示电气设备的外露可导电部分与地的关系。其中T 表示与电源接地点无连接的单独直接接地；N表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体连接。根据中性线与保护线是否合并的情况，TN系统又分为TNC、TNS及TNCS系统。TNC系统：保护线与中性线合并为PEN线。TNS系统：保护线与中性线分开。TNCS系统：在靠近电源侧一段的保护线和中性线合并为PEN线，从某点以后将保护线和中性线分开。在低压配电系统中，常将电气设备的外露可导电部分接地，进行间接触电的防护。24、为什么高压变频器的柜体必须严格接地？答：变频器柜体正确接地一方面是为了确保人身安全；同时也由于接地柜体的屏蔽作用，可提高控制系统的稳定性，也是抑制噪音水平的重要手段，变频器接地端字E（G）接地电阻越小越好，接地导线长度应控制在20m以内。第二章 高压变频器性能25、过电流保护与过载保护有什么区别？答：1）电流保护的界限不同。过电流保护对象是变频器本身，因此，基本特征是工作电流超过了变频器的额定电流：.2）增加了检测位置。由于过电流产生的原因，除了输出侧不正常工作外，也有可能是因为变频器内部的不正常引起的。所以，判断过电流的依据除了输出电流外还必须检测输入电流。3）变频器的处理方法不同。过载保护按反时限特性进行保护（过载电流越大，允许运行的时间越短）；过电流保护则根据不同的情况分别进行处理：（1）如在升速或减速过程中出现过电流，但未超过变频器的过载能力，则可以通过“防止跳闸功能”进行自处理。（2）当电流超过了变频器的过载能力时，则必须立即跳闸。26、过载保护的对象是什么？在那些情况下电动机的过载是允许的？答：变频器的过载保护功能是用来保护电动机的。所谓过载即负载转矩（折算值）超过了电动机的额定转矩。在变频调速系统中，过载可以通过变频器的输出电流反映出来。电动机根据其发热情况，短时间的过载是允许的，电动机所谓的短时间过载，一般都在数分钟以上，且按反时限规律设置。而变频器所能允许的过载能力通常只有1分钟（120），它只在电动机的启动过程才有意义。而对于电动机在运行过程中的过载来说，实际上并不起作用。因此，电动机的过载电流应该在变频器的额定电流范围内。27、变频器在哪些情况下发生过电流可以不跳闸？答：因为变频器每次跳闸都会给生产带来不便和损失。所以，对于某些由于非故障原因引起的过电流，变频器应尽量采取一些自行消除过电流的措施，以免跳闸，此功能也称为“防失速功能”。1. 加速过程防止跳闸功能。当变频器在加速过程中输出电流超过变频器的额定电流（或用户自定义的电流值）时，变频器就自动延长加速时间或暂停加速，待加速电流减小到额定电流以内后，再恢复原来的加速时间，如此反复，直到加速到给定额率为止。2. 运行中防止跳闸功能。在运行的过程中，由于某种原因，运行电流超过了变频器的额定电流，则变频器可自行降低运行频率，这种情况在平方转矩负载中尤为有用。28、什么是“飞车启动”？为什么变频器可以自如地从变频切换到工频却不能从工频切换到变频？ 答：一般地说，变频器驱动电机均为零速启动，即电机转子静止时启动。“飞车启动”是指当电机转子旋转时，将变频器输出的某一定大小、一定频率的电压加在电动机上启动的过程。“飞车启动”需要解决的技术问题是当变频器输出电压加在电动机上时，由于电动机的反电动势和变频器输出电压多数情况不同步（相位和大小不等），使变频器和电机承受着冲击电流，一般为额定电流的23倍。如何使得变频器输出和电机反电动势同步，消除冲击电流是“飞车启动”的技术关键。当从变频切换到工频时，冲击电流不通过变频器，所以可以实现。当从工频切换到变频时，冲击电流通过变频器，使变频器各部分器件有烧坏的危险，所以必须采用“飞车启动”技术。29、什么是转差补偿？答：如下图所示。(1) 转差补偿的目的。当负载从轻载（）增大到重载（）的过程中，使电动机的转速基本不变，得到较硬的机械特性。(2) 转差补偿的方法。当负载增加时，电动机的转速必有所下降，转差增大。通过适当提高变频器的输出频率，可以使电动机降低了的转速得到补偿。例如，当负载转矩为时，转差为，通过预置“转差补偿”，适当提高变频器的输出频率，使电动机的同步转速从上升至，而拖动系统的工作点则从上升至。使拖动系统的转速与原来给定同步转速基本相等。如负载转矩又增加为，通过“转差补偿”，变频器的输出频率又提高一些，使电动机的同步转速上升至”，而拖动系统的工作点则从上升至，拖动系统的转速仍与同步转速基本相等。由于用户的给定频率并未改变，因此，宏观地从转速给定的角度看，电动机的机械特性变“硬”了，如下图中曲线所示。30、故障单元的机械式旁路与电子式旁路相比有何优势？答：电子式旁路如下图所示，相对于机械式旁路，其存在以下问题：1）当逆变桥的功率模块开始输出导通时，由于起始晶闸管两端电压为零，功率单元的直流电压会直接加在晶闸管的阴阳两极，使得晶闸管承受了超过其耐受的dv/dt，易导致其误导通，引发功率单元的短路故障。2）因为电子式旁路装置常与逆变单元装置一体化，如当过压将逆变单元烧损时，电子旁路装置也难幸免。而采用机械式旁路却可以解决上述问题。31、什么是谐波？谐波的危害有哪些？答：电力系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。其危害包括以下几个方面：1）谐波使公用电网中的电气设备产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。2） 谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。3） 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述1）和2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。4） 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。5） 谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致数据丢失，使通信系统无法正常工作。32、高压变频器中谐波是怎样产生的？如何减小谐波对电网的污染？答：产生原因：由于大量使用IGBT等非线性电力电子功率器件，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉冲的断续方式向电网索取电流，这种脉冲电流和电网的沿路阻抗共同形成脉冲电压降叠加在电网的电压上，使电压发生变化，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。如何减小对电网的污染：抑制谐波的方法其基本思路由三：其一是装设谐波补偿装置来补偿谐波，其二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，其三是在市电网络中采用适当的措施来抑制谐波，具体方法有以下几种：a) 采用多相脉冲整流在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下，可采用多相整流的方法。12相脉冲整流THDV大约为10%-15%，18相脉冲整流的THDV约为3%-8%，满足国际标准的要求。需要专用的移相变压器，这也是现阶段高压变频器普遍采用的方法。b) 安装适当的电抗器变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC-DC 变换电路系统，可利用并联功率因数校正DC电抗器组，电源侧串联AC电抗器的方法，使进线电流的THDV大约降低30%-50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。c) 装设有源电力滤波器 除传统的LC滤波器目前还在应用外，目前谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等，方向相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，因而倍受关注，在日本等国已获得广泛应用。33、什么是差动保护？变频器为什么不采用差动保护？答：差动保护是比较被保护设备输入和输出端口电流的大小或相位的继电保护。如下图所示，流入保护装置的电力差动电流，当被保护设备在正常运行或外部短路以及系统振荡时，由于和大小相等，方向相反，差动电流为零，保护不会误动作；当被保护设备本身发生内部短路时，差动电流将不为零，当值大于某一整定值时，保护将灵敏动作。此类保护称为差动保护。由于变频器中间的直流环节采用电容器，使得变频器在工作的时候其内部含有有源设备，正因为有源设备的存在，变频器即使正常工作时输入输出两端电流在某一时刻不满足平衡，与差动保护机理相违背，所以变频器一般不采用差动保护。34、什么是UPS？答：UPS的英语Uninterruptible Power Supply的缩写，译为不间断电源。其基本功能是：市电中断供电时，能不间断供电；始终向负载提供高质量的交流电源，达到稳压、稳频、抑制浪涌、尖峰、电噪音、补偿电压下陷、长期低压等因素干扰。现阶段常用的UPS根据供电方式可分为在线式（ONLINE），后备式（或称离线式，OFFLINE/BACKUP）及线上交互式（LINEINTERACTIVE）三类。在线式UPS电源的定义是：当市电输入，负载和UPS本身都正常工作时，UPS电源将输入的交流市电先通过整流器变成直流电，然后通过逆变器将直流电逆变成交流电，输出标准的稳定的正弦波电压，也即在一切都正常的情况下，负载得到的是由逆变器输出的高质量的正弦波电压。后备式UPS电源的定义是：当市电输入，负载及UPS本身都正常工作时，UPS仅仅是将市电做简单的升压，降压和滤波处理，然后直接输出给负载使用，只有当输入电源不符合要求时，UPS才将蓄电池的直流逆变成交流电，输出给负载使用。也即在大部分时间，负载使用的是输入电源本身或经过简单处理的输入电源。线上交互式UPS电源的定义是：当市电电源在约150264伏范围内，它向用户提供铁磁谐振稳压器或经变压器抽头调压处理的一般市电电源（这就意味着：来自一般市电电网的频率波动，由谐波污染而形成的高波形畸变度及从电网串入的干扰等所困扰的低质量电源就是用户实际使用的交流电源）对于这种UPS来说，仅仅当市电电源电压低于150伏或高于264伏左右时，它才有可能向用户提供真正的“UPS逆变器高质量的正弦波”电源。35、IGBT的原意是什么？如何检测IGBT功率模块的好坏？答：IGBT全称是Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管，是由BIT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动型电力电子器件，本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个P型层。功率模块的好坏判断主要是对功率模块内的续流二极管的判断。对于IGBT模块我们还需判断在有触发电压的情况下能否正常导通和关断。逆变器IGBT模块检测：将数字万用表拨到二极管测试档，测试IGBT模块clel、c2e2之间以及栅极G与el、e2之间正反向二极管特性来判断IGBT模块是否完好。以某一功率单元模块为例。将负载侧U、V，万用表显示数值为最大；将表笔反过来，黑表笔接P（集电极cl），黑表笔依次侧U、V相与其他器件连接的导线拆除，使用二级管测试档，红表笔接P（集电极cl），黑表笔一次侧U、V，万用表显示数值为最大；将表笔反过来，黑表笔接P，红表笔侧U、V，万用表显示数值为400左右。再将红表笔接N（发射极e2），黑表笔侧U、V，万用表显示数值为400左右；黑表笔接P，红表笔侧U、V，万用表显示数值为最大。各相之间的正反向特性应相同，若出现差别，则说明IGBT模块性能变差，应予更换。IGBT模块损坏时，只有击穿短路情况出现。红、黑两表笔分别测栅极G与发射极E之间的正反向特性，万用表两次所测的数值都为最大，这时可判定IGBT模块门极正常。如果有数值显示，则门极性能变差，此模块应更换。当正反向测试结果为零时，说明所检测的一相门极已被击穿短路。门极损坏时电路板保护门极的稳压管也将击穿损坏。36、IGBT的驱动电路有什么特点？答：驱动电路的作用是将微处理器输出的脉冲进行功率放大，以驱动IGBT。保证IGBT的可靠工作，驱动电路起着至关重要的作用，IGBT驱动电路有以下基本特点：a) 提供适当的正向和反向输出电压，是IGBT可靠的开通和关断。b) 提供足够大的瞬态功率或瞬时电流，使IGBT能迅速建立栅控电场而导通。c) 尽可能小的输入输出延迟时间，以提高工作效率。d) 足够高的输入输出电气隔离性能，使信号电路与栅极驱动电路绝缘。e) 具有灵敏的过流保护能力。以下以EXB841为例说明：其电路图如下：工作原理：当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过Ius以后IGBT正常开通，Vce下降至3V左右，6脚电压被钳制在8V左右，由于Vsl稳压值是13V，所以不会被击穿，V3不导通，E点的电位约为20V，二极管VD，截止，不影响V4和V5正常工作。当14脚和15脚无电流流过，则V1和V2导通，V2的导通使V4截止、V5导通，IGBT栅极电荷通过V5迅速放电，引脚3电位下降至0V，使IGBT栅一射间承受5V左右的负偏压，IGBT可靠关断，同时Vce的迅速上升使引脚6“悬空”。C2的放电使得B点电位为0V，则Vsl仍然不导通，后续电路不动作，IGBT正常关断。如有过流发生，IGBT的Vce过大使得VD2截止，VD1击穿，V3导通，C4通过R7放电，D点电位下降，从而使IGBT的栅一射间的电压Uge降低，完成慢关断，实现对IGBT的保护。由EXB841实现过流保护的过程可知，EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电压，6脚的电压不仅与Vce有关，还和二极管VD2的导通电压Vd有关。37、以IGBT为逆变管的变频器有什么特点？答：以IGBT为逆变管的变频器的逆变电路与GTR等其他逆变电路基本相同，但IGBT逆变电路具有以下特点：f) 载波频率高。大多数变频器的载波频率可在（315kHz）的范围内任意可调。载波频率越高，电流的谐波成分越小。g) 功耗减小。由于IGBT的驱动电路取用电流极小，几乎不消耗功率。而GTR基极回路取用电流常常是安倍级的，消耗功率不可小视。38、电解电容器的寿命有多长？答：电解电容的使用寿命与环境温度有关，据日本安川公司电容器的寿命与环境温度的关系如下图。如图知，如果周围温度在30以下，电解电容的使用寿命可长达10年以上；而当周围温度为50时，使用寿命只有2.5年。 电解电容器的寿命39、频率精度和频率分辨率有什么区别？ 答：频率精度是指变频器输出频率的准确程度，即变频器的实际输出频率与给定频率之间的误差。通常用最高频率（由用户设定）的百分数来表示。例如，频率精度为0.01%，用户设定的最高频率是50Hz。则：输出频率的误差f为：f500.01%0.005Hz，假设给定频率为40Hz，则实际输出频率在39.99540.005Hz之间。而频率分辨率则是指频率变化的步长，如0.01Hz，它与频率控制器的精度有关。如频率控制器的寄存器的字长为10位，最高频率为50Hz，则频率分辨率为0.05Hz，如频率控制器的寄存器的字长为14位，最高频率为50Hz，则频率分辨率为0.003Hz。40、和滤波电容器并联的电阻起什么作用？ 变频器的滤波电路答：迄今为止，电解电容器耐压只能做到450V。而三相380V的电源电压经全波整流后，直流电压的峰值为537V，平均值也有513V。因此，滤波电容器只能由2个（或2组）电解电容串联而成。为了增大电容量，改善滤波效果，变频器内总是先将若干个电解电容器并联成一组，然后再将2组或3组电容器串联起来，如图所示。由于每个电容器的电容量不可能绝对相同，尤其是电解电容器，其电容量的离散性比较大，若干个并联以后，几组电容器的电容量之间的差异是比较明显的。那么串联以后，2个电容器组上的电压分配将是不均衡的，这将导致两组电容器使用寿命的不一致，解决电压不均衡的方法，便是在两个电容器组的两端分别并联电阻值相等的均压电阻和，如图所示。原理如下：假设,则，这将导致。式中、分别是两个电容器组的电容量；、分别是两个电容器组两端的电压（V）；、分别是两个电容器组的充电电流（A）；也即是说，上的充电电流较大，从而使有所提高，使、趋于均衡。由于电阻的阻值容易做得比较准确，从而保证了均压的效果。41、失速防止功能是什么意思？答：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或停止加速。减速时也是如此。两者结合起来就是失速防止功能。42、什么是再生制动？如何能得到更大的制动力？答：变频器驱动的电动机在运转过程中，当需要减速运行时，则需要降低指令频率，气隙磁场旋转速度将降低，而电动机转子由于惯性，速度变化不大，异步电动机将由电动状态变为发电状态，气隙磁场具有制动作用，转子动能将反馈给变频器，这就叫作再生（电气）制动。从电机再生出来的能量积在变频器的滤波电容器中，提高电容器的容量和耐压水平可以取得更大的制动力。或整流部件采用可控整流，使得回馈能量能够反馈到电网。43、高压变频器输出电压波形与低压变频器输出电压波形有何区别？答：高压变频器由多个功率单元串联而成，每个功率单元输出的是脉冲波形，通过载波移相控制，使得功率单元串联后的波形为多电平，非常接近正弦波，低压变频器的输出波形是和单个功率单元波形相近的脉冲波（每个功率单元相当于一个低压单相变频器）。44、为什么变频器的输入电流总是小于输出电流？答：1）变频器输入电压为额定电压，变频器的输出电压一般小于额定电压；2）变频器的功率因素一般大于0.95，而电机的功率因素一般小于0.85。所以使得变频器的输入电流总是小于输出电流45、为什么变频器上电时会有冲击电流？答：1）隔离变压器在上电的时候会有一个冲击电流。2）变频器功率单元电解电容在上电的时候也有一个冲击电流。因为电容器上的电压不能突变，所以电流必然突变。所以变频器若较长时间不用，第一次上电时，最好缓慢升压上电或通过限流电阻上电。46、为什么变频启动能减小启动电流？答：电动机从较低转速升至较高转速的过程称为加速过程，加速过程的极限状态便是电动机的启动。（1）工频启动的特点所谓工频启动，是指电动机直接接上工频电源时的直接启动。众所周知，工频启动存在的主要问题有：1.1 启动电流大：因为电动机直接接上工频电源，旋转磁场即以额定同步转速旋转，而电动机转子尚处于静止状态，转子绕组与旋转磁场的相对速度很高，故感应电动势和感应电流都很大，其定子电流可达额定电流的47倍。当电动机的容量较大时，其启动电流将对电网产生巨大的冲击。1.2 启动过程冲击大：由于电机一直由工频拖动，拖动系统的加速过程将很快，对生产机械的冲击也很大，会使生产机械的使用寿命受到影响。(2) 变频启动的特点采用变频调速的启动过程的特点有： 启动电流小：因为频率是从最低频率起按预置的加速时间逐渐上升的，在启动瞬间，变频器的输出频率很低，旋转磁场的转速以及转子绕组与旋转磁场的相对速度也都很低，故