1 高壓變頻器中，什么是高高方式?什么是高-低-高方式?

答：高高方式高壓變頻器是指變頻器直接使用高壓電源作為輸入，且直接輸出高壓供高壓電機使用(輸入輸出不需要升降壓變壓器)。高高方式主要用在大功率高壓電機變頻調(diào)速節(jié)能場合。

高低高方式變頻器是高壓電源經(jīng)降壓變壓器降壓后，用低壓變頻器進行變頻控制，再用升壓變壓器把電壓升到所需電壓，供高壓電機使用，高低高方式主要用在小功率高壓電機變頻調(diào)速節(jié)能場合。

2 高壓變頻器中，什么是交-直-交方式?什么是交-交方式?

答：無論是電流源型還是電壓源型變頻器，其原理都是將電網(wǎng)交流電經(jīng)全波整流電路整流成直流電。然后又經(jīng)逆變電路“逆變”成頻率和電壓均可調(diào)的三相交流電作為三相異步電動機的變頻電源。可見，在變頻器的輸入和輸出之間，經(jīng)歷了“交流原直流原交流”的過程，故稱為“交原直原交”變頻。

如圖1 所示，交原交方式變頻器主要分為晶閘管交原交變頻器和矩陣式變換器兩種，其特征是將交流電源不經(jīng)過整流環(huán)節(jié)，而是直接通過控制開關(guān)器件的導通和關(guān)斷來獲取頻率可變的交流電壓，中間沒有直流環(huán)節(jié)，所以成為交原交方式。

 

 

3 什么是電壓源型變頻器?什么是電流源型變頻器?各有哪些優(yōu)缺點?

答：根據(jù)直流電路中濾波方式的不同，變頻器被分為電壓源型和電流源型兩種，如圖2 所示。

 

 

1)電壓源型變頻器直流電路采用電容器濾波。在波峰(電壓較高)時，由電容器儲存電能場，在波谷(電壓較低)時，電容器將釋放電場能來進行補充，從而使直流電壓保持平穩(wěn)。直流電路是一個電壓源，故稱為電壓源型。其特點是：

(1)直流側(cè)并聯(lián)大電容，相當于電壓源。直流電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。

(2)由于直流電壓源的箝位作用，交流側(cè)輸出的電壓波形為矩形波，并且與阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出的電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。

(3)當交流側(cè)為阻抗負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時電流要反相，所以開關(guān)器件兩端需要反并聯(lián)二極管。

2)電流源型變頻器直流電路采用電抗器濾波。在波峰(電流較大)時，由電

抗器儲存磁場能，在波谷(電流較小)時，電抗器將釋放磁場能來進行補充，從而使直流電流保持平穩(wěn)。直流電路是一個電流源，故稱為電流源型。其特點是：

(1)直流側(cè)串聯(lián)大電感，相當于電流源。直流電流基本無脈沖，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。

(2)由于開關(guān)器件僅改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流波形為矩形波，并且與阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。

(3)當交流側(cè)為阻抗負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電感起到緩沖無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流并不反相，因此不必像電壓源逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。

4 什么是單元串聯(lián)型高壓變頻器?什么是器件串聯(lián)型高壓變頻器?

答：單元串聯(lián)型高壓變頻器是利用低壓單相變頻器串聯(lián)來彌補功率器件IGBT 的耐壓能力不足。每個功率單元本身即是一個低壓變頻器，結(jié)構(gòu)和性能完全一樣，具有可互換性和批量生產(chǎn)性。

器件串聯(lián)型高壓變頻器如圖猿所示，可以看出，系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓直接經(jīng)高壓斷路器進入變頻器，經(jīng)過高壓二極管全橋整流，直流平波電抗器和電容濾波，再經(jīng)逆變器逆變，加上正弦波濾波器，簡單易行地實現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動機。其主要特點是將IGBT直接串聯(lián)來解決器件耐壓不足的問題，采用二電平電壓源型高壓變頻器已有的成熟技術(shù)，如結(jié)構(gòu)簡單，體積小，效率高，成本低等。

 

 

5 什么是三電平變頻方式?

答：三電平變頻器原理如圖源所示。在PWM電壓源型變頻器中，當輸出電壓較高時，為了避免器件串聯(lián)引起的靜態(tài)和動態(tài)均壓問題，同時降低輸出諧波及dv/dt的影響，逆變器部分可以采用中性點箝位的三電平方式(Neutral Point Clamped，NPC)。逆變器的功率器件可采用高壓絕緣柵雙極型晶體管IGBT或集成門極換流晶閘管IGCT。三電平變頻器采用的箝位電路，解決了兩只功率器件串聯(lián)的問題，并使相電壓輸出具有三個電平。三電平逆變器的主回路結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)少，雖然為電壓源型結(jié)構(gòu)，但易于實現(xiàn)能量回饋。三電平變頻器在國內(nèi)市場遇到的最大難題是輸出電壓問題，其最大輸出電壓達不到6 kV，所以往往需要采用變通的方法，要么改變電動機的電壓(或進行星/三角改接)，要么在輸出側(cè)加升壓變壓器。這一弱點限制了它的廣泛應(yīng)用。目前也有器件串聯(lián)三電平變頻器，或裂相三電平(每相用一個單相三電平變頻器)變頻器，如ABB公司的ACS5000系列。

 

6 為什么單元串聯(lián)型高壓變頻器要采用移相變壓器輸入?

答：這是因為

1)單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻器是利用功率單元串聯(lián)來彌補功率器件IGBT 的耐壓能力不足。隔離變壓器為功率單元提供690 V的電壓輸入。

2)功率單元串聯(lián)之后，每個功率單元電壓大小不會時刻相同，隔離變壓器為功率單元提供足夠的隔離電壓。

3)功率單元輸入端諧波電流很大，采用移相變壓器可以消除諧波，使得諧波電流不流入電網(wǎng)。

7 移相變壓器的原理是什么?

答：以6 kV 變頻器的輸入移相變壓器為例，原邊繞組為6 kV，副邊共18 個三相繞組，每組輸出電壓為630 V。每個繞組為延邊三角形接法，分別有相等的移相角度差，每個繞組接一個功率單元，如圖5 所示。這種移相接法可以有效地消除35次以下的諧波，也就是我們經(jīng)常說的36脈沖整流可以有效地消除35次以下的諧波。因此采用移相隔離變壓器進行隔離降壓，可以保證變頻器系統(tǒng)對電網(wǎng)的諧波干擾在國家標準規(guī)定的限制值以內(nèi)。

 

8 H級絕緣干式變壓器，H級代表什么意義?

答：干式變壓器的耐熱絕緣等級分為B 級、F級、H級及C級等。這些變壓器的出現(xiàn)可以讓用戶有更多的選擇。其材料的耐熱絕緣等級與其最高工作溫度的關(guān)系如表1 所列。

 

 

9 什么是可控整流?

答：整流電路按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。如圖6 所示，整流橋功率器件全由類似IGBT 全控開關(guān)器件組成的整流電路稱為可控整流;若由類似晶閘管半控開關(guān)組成則稱為半控整流;若由類似二極管不可控開關(guān)器件組成則稱為不可控整流。

 

 

10 多級功率單元串聯(lián)高壓變頻器靠什么提高功率因數(shù)?

答：多級功率單元串聯(lián)高壓變頻器可提高功率因數(shù)，這是由二級管整流電路和移相變壓器的特性決定的。變壓器漏感較小且沒有直流平波電感時，二極管整流電路的基波功率因數(shù)很高，通用變頻器里也是一樣。但由于通用變頻器沒有移相變壓器，因此其輸入電流中較高的諧波含量降低了其整體的功率因數(shù)，在直流側(cè)或者交流輸入側(cè)加裝電抗器可以降低諧波含量，但會降低其整體的功率因數(shù)。多級功率單元串聯(lián)高壓變頻器由于裝有移相變壓器，因而消去了輸入電流中的絕大部分諧波，又保留了二極管整流電路的高功率因數(shù)特性，因此具有較高的功率因數(shù)。對于電壓源型變頻器，稱其內(nèi)部安裝的直流母線平波電容具有無功補償作用是不正確的，變頻器內(nèi)安裝的直流電容的容量和變頻器的輸入功率因數(shù)基本沒有什么關(guān)系。

11 為什么單元串聯(lián)型變頻器都采用電解電容作為濾波環(huán)節(jié)?

答：目前，在變頻器設(shè)計領(lǐng)域中，所采用電容有電解電容以及MKK自愈式電力電容器兩種。

高壓變頻器在設(shè)計過程中，充分考慮變頻器發(fā)熱以及電流沖擊對電容器的影響，針對電容器的環(huán)境溫度對電容器的壽命的影響，變頻裝置在設(shè)計過程中為電容器設(shè)計專門的散熱通道，保證電容器運行的環(huán)境溫度不高于45益;通過精確的移相式PWM 算法，確保每個功率單元平均分配負荷，保證電容器不受到電流的沖擊。故電解電容只要正確使用完全能滿足高壓變頻器正常運行的需要，在多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案中，電解電容是最佳的選擇。

MKK 自愈式電力電容器由于受到自身容量的限制，所以其單位容量所承受的電流遠大于電解電容，故溫升更大，影響壽命，而且其價格也比電解電容高。

12 每相6 個單元串聯(lián)的高壓變頻器的相電壓電平數(shù)為多少?線電壓電平數(shù)為多少?整流脈沖數(shù)為多少?

 

 

13 為什么說dv/dt 取決于功率單元二次電壓?

答：dv/dt 即電壓變化率，功率單元IGBT 開關(guān)一次，變頻器輸出的電壓增加或者減少一個功率單元二次側(cè)的直流電壓值，而IGBT的開關(guān)時間很短，為1 滋s左右，故dv /dt 取決于功率單元二次側(cè)電壓，如功率單元二次側(cè)直流電壓為900 V，則可以認為該變頻器的dv/dt為900 V/滋s。

14 為什么功率單元串聯(lián)型高壓變頻器輸出不需要濾波器?

答：功率單元串聯(lián)型變頻裝置輸出符合IEEE519原1992 及中國電力行業(yè)對電壓失真最嚴格的要求，高于國標GB14549原93 對諧波失真的要求。變頻裝置考慮將對電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：

1)移相變壓器;

2)單元串聯(lián)技術(shù);

3)優(yōu)化的PWM 算法;

4)多脈沖整流技術(shù)(36 脈沖整流)，故功率單元串聯(lián)型高壓變頻器的輸出不需要濾波器，就可以拖動普通異步或同步電動機運行。[!--empirenews.page--]

15 什么是變頻器的控制方式?高壓變頻器有哪幾種控制方式?

答：各種電動機在實現(xiàn)調(diào)速時，都必須采取一些輔助手段，以改善電動機的機械特性和調(diào)速性能。以直流電動機為例，在調(diào)速過程中，必須加入電流反饋環(huán)節(jié)(內(nèi)環(huán))和轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)(外環(huán))，才能使它的調(diào)速特性趨于完善。異步電動機的變頻調(diào)速也不例外，為了改善其在調(diào)速過程中的機械特性和調(diào)速性能，也必須采取一些必要的措施。異步電動機在進行變頻調(diào)速時，可采取的方法較多，比較靈活，可以通過功能預置方便地進行選擇。變頻器說明書中所謂的控制方式，就是指在變頻器調(diào)速的情況下，改善異步電動機特性的方式。

一般來說，變頻器主要有以下幾種控制方式。

1)V/f 控制方式即通過調(diào)整變頻器輸出側(cè)的電壓頻率比(U/f比)的方法，來改變電動機在調(diào)速過程中機械特性的控制方式。

2)空間電壓矢量控制方式是一種模擬直流電動機調(diào)速特點的控制方式，效果較好。根據(jù)其有無轉(zhuǎn)速反饋又可分為：

(1)無速度反饋矢量控制方式即不需要轉(zhuǎn)速反饋的控制方式;

(2)有速度反饋矢量控制方式即需要加入轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的控制方式。

3)直接轉(zhuǎn)矩控制方式這是部分變頻器采取的一種控制方式，可以通過直接控制輸出轉(zhuǎn)矩的大小來調(diào)速，其控制結(jié)果與矢量控制類似，但各有其優(yōu)缺點。

4)矩陣式交交控制方式矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而可省去體積大、價格高的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為1，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。

16 什么是PWM?什么是SPWM?

答：PWM 的全稱是Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)，根據(jù)面積等效原理，利用一系列等幅不等寬的矩形脈沖序列等效所需要的波形(含形狀和幅值)。

SPWM即正弦波PWM技術(shù)。在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律變化。當正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則較大。電壓脈沖序列寬度按正弦規(guī)律變化的PWM波形，稱為正弦波脈寬調(diào)制。

SPWM脈沖系列中，各脈沖的寬度以及相互間的間隔寬度是由正弦波(基準波或調(diào)制波)和等腰三角波(載波)的交點來決定的。圖7 為一典型SPWM控制方法。

 

 

17 PWM 和PAM 的不同點是什么?

答：PWM 是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。

PAM 是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖序列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。

18 載波頻率對電動機的運行有什么影響?

答：提高載波頻率的好處如下。

1)改善電流波形適當提高載波頻率，可以改善電流波形，如下圖愿(a)所示。

2)減小電磁噪聲產(chǎn)生電磁噪聲的原因是：與載波頻率相同的諧波電流使定子鐵心的硅鋼片中產(chǎn)生渦流，各硅鋼片的渦流之間產(chǎn)生相互作用力，導致鐵心振動而發(fā)出噪聲，電磁噪聲的頻率與載波頻率相同。如果載波頻率處于人耳的敏感頻率區(qū)，電磁噪聲就比較“大”(人的聽覺上比較敏感)。

適當提高載波頻率，可減小甚至消除噪聲(實際上只是人耳“聽”不到罷了)。

提高載波頻率的缺點如下。

1)變頻器的輸出電壓減小變頻器的逆變橋中，上下兩個逆變管是在不停地交替導通的，其線電壓波形如圖愿(b)所示。為了保證只有在一個逆變管完全截止的情況下，另一個逆變管才開始導通，在交替導通過程中必須有一個死區(qū)吟t(等待時間)，如下圖愿(c)所示。由于死區(qū)實際上不是工作區(qū)，所以，載波頻率越高，則每個周期中死區(qū)的累計值(不工作區(qū))越大，變頻器輸出電壓的平均值越低。在負載轉(zhuǎn)矩相同的情況下，電動機的電流偏大。

 

 

2)使距離較遠的電動機運行不正常當電動機與變頻器之間的距離較遠時，則載波頻率越高，由線路的分布電容和分布電感引起的不良效應(yīng)(如電動機側(cè)電壓升高、電動機振動等)越大。

猿)對其他設(shè)備的干擾增大載波頻率越高，高頻電磁場的輻射能量越大，對其他設(shè)備的干擾就越嚴重。

19 什么是V/f控制?為什么要采取V/f 控制而不是只控制V 或者f?

答：V/f控制方式是保證變頻器輸出電壓和頻率比值一定的控制方式。

 

 

20 為什么變頻器要設(shè)置許多U/f 線供用戶選擇?

答：這是因為負載不同，低速特性不同。不同的負載在低速運行時的阻轉(zhuǎn)矩大小是不一樣的，舉例如下。

員)恒轉(zhuǎn)矩負載特點不論轉(zhuǎn)速高低，負載的阻轉(zhuǎn)矩都不變。例如帶式輸送機，要求低頻時電動機的轉(zhuǎn)矩等于額定轉(zhuǎn)矩。如圖怨(a)所示。這就要求電動機在低頻運行時，也能產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，U/f比應(yīng)該大一些，如圖10 中之B 點所示，當頻率為fxt時，將電壓提升到Ux2。

 

 

圓)分段負載有些負載滿載運行時雖然阻轉(zhuǎn)矩較大，但滿載時的調(diào)速范圍不大。例如離心澆鑄機，必須具有一定轉(zhuǎn)速時，才能把鐵水(或鋼水)灌入，進行澆鑄，負載的阻轉(zhuǎn)矩較大。但重載時的調(diào)速范圍不大，由于低速時沒有鐵水(或鋼水)，處于輕載運行狀態(tài)，如圖怨(b)所示。電動機在低頻運行時，并不需要產(chǎn)生太大的轉(zhuǎn)矩，U/f 比也可以小一些，如圖10 中之A 點所示,當頻率為fx1時，電壓為Ux1就足夠了。

3)二次方律負載以離心式風機為例，負載的機械特性如圖怨(c)所示，低速運行時，負載的阻轉(zhuǎn)矩很小。電動機在低頻運行時，所需轉(zhuǎn)矩很小，U/f比也應(yīng)該更小一些，如圖10 中之C 點所示，當頻率為fx1，應(yīng)把電壓降為Ux3。

上述例子說明，不同的負載在低頻運行時對U/f 比的要求也是不一樣的。為此，各種變頻器都設(shè)置了許多種U/f 線，供用戶根據(jù)負載的具體要求來進行預置。在諸多U/f線中，圖10和圖11(a)中的曲線淤是電壓與頻率成正比地變化的U/f線，稱為基本U/f線。其特點是：UX/fx=const(ku=kf)，如要加大低頻時的帶負載能力，須在基本U/f 線的基礎(chǔ)上加大U/f比，使ku 躍kf ，稱為轉(zhuǎn)矩補償或轉(zhuǎn)矩提升。各種變頻器都設(shè)置了許多條補償程度不同的U/f線，供用戶選擇。大致有以下幾種方式：

 

 

員)全頻補償型從0 Hz 到額定頻率，用戶可完全根據(jù)需要自制U/f曲線。

2)部分補償型考慮到在較高頻率時，一般不需要補償。所以，部分變頻器提供的U/f線可以只補償?shù)皖l段，如圖員員(b)所示。在進行選擇時，須預置以下數(shù)據(jù)：

(1)起點補償量以補償量的UC%表示;

(2)轉(zhuǎn)折頻率ft，即轉(zhuǎn)折點所在位置的頻率。

猿)坐標預置型用戶可直接預置各轉(zhuǎn)折點的坐標，如圖員員(b)所示。

21 什么是接地?接地怎樣分類?

答：將電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備的某一部分經(jīng)接地線連接到接地極稱為“接地”。

“我國配電系統(tǒng)的接地方式已使用IEC 規(guī)定，其分類仍然是以配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的接地組合來分的，一般分為TN、TT、IT系統(tǒng)等。上述字母表示的含義：第一個字母表示電源接地點對地的關(guān)系。其中T表示直接接地;I 表示不接地或通過阻抗接地。第二個字母表示電氣設(shè)備的外露可導電部分與地的關(guān)系。其中T 表示與電源接地點無連接的單獨直接接地;N 表示直接與電源系統(tǒng)接地點或與該點引出的導體連接。根據(jù)中性線與保護線是否合并的情況，TN 系統(tǒng)又分為TN原C、TN原S及TN原C原S 系統(tǒng)。

TN原C系統(tǒng)：保護線與中性線合并為PEN線。

TN原S系統(tǒng)：保護線與中性線分開。

TN原C原S 系統(tǒng)：在靠近電源側(cè)一段的保護線和中性線合并為PEN 線，從某點以后將保護線和中性線分開。

在低壓配電系統(tǒng)中，常將電氣設(shè)備的外露可導電部分接地，進行間接觸電的防護。

22 為什么高壓變頻器的柜體必須嚴格接地?

答：變頻器柜體正確接地一方面是為了確保人身安全;同時也由于接地柜體的屏蔽作用，可提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也是抑制噪音水平的重要手段，變頻器接地端字E(G)接地電阻越小越好，接地導線長度應(yīng)控制在20 m以內(nèi)。