1 變頻器的主電路
問題1 一般情況下，變頻器的內(nèi)部主電路是怎樣構(gòu)成的？
1）基本結(jié)構(gòu)低壓中、小容量的變頻器都采用“交原直原交”變換方式，其基本電路由整流和逆變兩大部分組成，如圖1 所示。
問題2 在電路中和濾波電容器并聯(lián)的電阻起什么作用？
迄今為止，電解電容器的耐壓只能做到500 V。而三相380 V的電源電壓經(jīng)全波整流后，直流電壓的峰值為537 V，平均值也有513 V。因此，濾波電容器只能由兩個（或兩組）電解電容器串聯(lián)而成。為了增大電容量，改善濾波效果，變頻器內(nèi)總是先將若干個電解電容器并聯(lián)成一組，然后再將兩組電容器（CF1 和CF2）串聯(lián)起來，電路如圖2所示。
由于每個電容器的電容量不可能絕對相同，尤其是電解電容器，其電容量的離散性較大，若干個并聯(lián)以后，兩組電容器的電容量之間的差異是比較明顯的。串聯(lián)以后，兩個電容器組上的電壓分配將是不均衡的。這將導(dǎo)致兩組電容器使用壽命的不一致。
解決電壓不均衡的方法，便是在兩個電容器組的兩端分別并聯(lián)電阻值相等的均壓電阻RC1 和RC2，如圖2所示。其原理如下。
由于電阻的阻值容易做得比較準(zhǔn)確，從而保證了均壓的效果。
問題3 在整流橋和電容器之間為什么要接電阻和開關(guān)器件的并聯(lián)電路？
就整流和濾波的基本過程而言，低壓和高壓是相同的。
問題的關(guān)鍵是，合上電源前，電容器上是沒有電荷的，電壓為0 V，而電容器兩端的電壓又是不能突變的。就是說，在合閘瞬間，整流橋兩端（P、N之間）相當(dāng)于短路。因此，在合上電源時，就出現(xiàn)了兩個問題：
第一個問題是，有很大的沖擊電流，如圖3中的曲線淤，這有可能損壞整流管。
第二個問題是，進(jìn)線處的電壓在瞬間會下降到0 V，如圖3中的曲線于所示。
這兩個特點，在高、低壓整流電路中完全一樣。但低壓整流電路是要通過變壓器來降壓的。變壓器的繞組是一個大電感，它猶如一個屏障，能對合閘時的沖擊電流起到限制作用，如圖3 中的曲線淤。而在變頻器的整流電路中，就沒有這樣的屏障，故沖擊電流就要嚴(yán)重得多，如圖3 中的曲線榆所示。
至于進(jìn)線側(cè)的電壓波形，在低壓整流電路中，變壓器的二次側(cè)電壓，一定會瞬間降到0 V，如圖3（a）中的曲線于。但反映到變壓器的一次側(cè)，這樣的瞬間降壓就被緩沖了，如圖3（a）中的曲線盂，所以對同一網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備不構(gòu)成干擾。而變頻器整流電路中沒有變壓器的緩沖，它的進(jìn)線電壓就是電網(wǎng)電壓。所以，在合閘瞬間，電網(wǎng)電壓要降到0 V，如圖猿（b）中的曲線虞，這將影響同一網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常工作，通常稱之為干擾。
所以，在整流橋和濾波電容之間，就需要接入一個限流電阻RL。一方面減小了通電時的沖擊電流，如圖猿（c）中的曲線愚。另一方面，瞬間的電壓降，也都降到限流電阻上了，二次側(cè)的電壓波形也解決了。等到電容器上的電壓上升到一定程度時，再把限流電阻短路掉，這就是限流電阻并聯(lián)開關(guān)器件的原因。
問題4 直流回路的電源指示為什么不裝在面板上？
表示變頻器已經(jīng)通電的電源指示由顯示屏進(jìn)行顯示。
直流回路的電源指示如圖4所示，其作用并不在于顯示變頻器是否通電，而是指示濾波電容器上是否有電。
當(dāng)變頻器切斷電源后，由于逆變橋已經(jīng)停止工作，濾波電容器的放電過程將十分緩慢。因此，當(dāng)維修人員打開變頻器的蓋子后，濾波電容器上往往還有較高的直流電壓，有可能對維修人員的人身安全構(gòu)成威脅。
所以，直流回路電源指示的作用是向維修人員警示：濾波電容器尚未放電完畢，不能觸摸帶電部分。
問題5 每個逆變管旁邊，為什么都要反并聯(lián)二極管？
在逆變橋中的每個逆變管旁邊，都要反并聯(lián)一個二極管，如圖1中之VD7耀VD12 所示。它的主要作用是為定子繞組的電感反饋能量提供回路。
異步電動機的定子等效電路是一個電阻電感電路，如圖5 所示，其電流的變化（曲線于）將滯后于電壓的變化（曲線淤）。
在0耀t1 段：電流蚤與電壓u 的方向相反，是繞組的自感電動勢（即反電動勢）克服電源電壓在作功（磁場作功）。這時的電流將通過反并聯(lián)二極管流向直流回路，給濾波電容器充電；
在t1耀t2 段：電流蚤與電壓u 的方向相同，是電源電壓克服繞組的自感電動勢在作功（電源作功）。這時的電流是濾波電容器通過逆變管流向電動機而進(jìn)行的放電。
如果沒有反并聯(lián)二極管，則因為逆變管只能單方向?qū)ǎ@組的磁場無法與電源交換能量，電動機的電流波形將發(fā)生畸變。
問題6 變頻器的主電路有哪些接線端子？
1 變頻器的主電路
問題1 一般情況下，變頻器的內(nèi)部主電路是怎樣構(gòu)成的？
1）基本結(jié)構(gòu)低壓中、小容量的變頻器都采用“交原直原交”變換方式，其基本電路由整流和逆變兩大部分組成，如圖1 所示。
問題2 在電路中和濾波電容器并聯(lián)的電阻起什么作用？
迄今為止，電解電容器的耐壓只能做到500 V。而三相380 V的電源電壓經(jīng)全波整流后，直流電壓的峰值為537 V，平均值也有513 V。因此，濾波電容器只能由兩個（或兩組）電解電容器串聯(lián)而成。為了增大電容量，改善濾波效果，變頻器內(nèi)總是先將若干個電解電容器并聯(lián)成一組，然后再將兩組電容器（CF1 和CF2）串聯(lián)起來，電路如圖2所示。
由于每個電容器的電容量不可能絕對相同，尤其是電解電容器，其電容量的離散性較大，若干個并聯(lián)以后，兩組電容器的電容量之間的差異是比較明顯的。串聯(lián)以后，兩個電容器組上的電壓分配將是不均衡的。這將導(dǎo)致兩組電容器使用壽命的不一致。
解決電壓不均衡的方法，便是在兩個電容器組的兩端分別并聯(lián)電阻值相等的均壓電阻RC1 和RC2，如圖2所示。其原理如下。
由于電阻的阻值容易做得比較準(zhǔn)確，從而保證了均壓的效果。
問題3 在整流橋和電容器之間為什么要接電阻和開關(guān)器件的并聯(lián)電路？
就整流和濾波的基本過程而言，低壓和高壓是相同的。
問題的關(guān)鍵是，合上電源前，電容器上是沒有電荷的，電壓為0 V，而電容器兩端的電壓又是不能突變的。就是說，在合閘瞬間，整流橋兩端（P、N之間）相當(dāng)于短路。因此，在合上電源時，就出現(xiàn)了兩個問題：
第一個問題是，有很大的沖擊電流，如圖3中的曲線淤，這有可能損壞整流管。
第二個問題是，進(jìn)線處的電壓在瞬間會下降到0 V，如圖3中的曲線于所示。
這兩個特點，在高、低壓整流電路中完全一樣。但低壓整流電路是要通過變壓器來降壓的。變壓器的繞組是一個大電感，它猶如一個屏障，能對合閘時的沖擊電流起到限制作用，如圖3 中的曲線淤。而在變頻器的整流電路中，就沒有這樣的屏障，故沖擊電流就要嚴(yán)重得多，如圖3 中的曲線榆所示。
至于進(jìn)線側(cè)的電壓波形，在低壓整流電路中，變壓器的二次側(cè)電壓，一定會瞬間降到0 V，如圖3（a）中的曲線于。但反映到變壓器的一次側(cè)，這樣的瞬間降壓就被緩沖了，如圖3（a）中的曲線盂，所以對同一網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備不構(gòu)成干擾。而變頻器整流電路中沒有變壓器的緩沖，它的進(jìn)線電壓就是電網(wǎng)電壓。所以，在合閘瞬間，電網(wǎng)電壓要降到0 V，如圖猿（b）中的曲線虞，這將影響同一網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常工作，通常稱之為干擾。
所以，在整流橋和濾波電容之間，就需要接入一個限流電阻RL。一方面減小了通電時的沖擊電流，如圖猿（c）中的曲線愚。另一方面，瞬間的電壓降，也都降到限流電阻上了，二次側(cè)的電壓波形也解決了。等到電容器上的電壓上升到一定程度時，再把限流電阻短路掉，這就是限流電阻并聯(lián)開關(guān)器件的原因。
問題4 直流回路的電源指示為什么不裝在面板上？
表示變頻器已經(jīng)通電的電源指示由顯示屏進(jìn)行顯示。
直流回路的電源指示如圖4所示，其作用并不在于顯示變頻器是否通電，而是指示濾波電容器上是否有電。
當(dāng)變頻器切斷電源后，由于逆變橋已經(jīng)停止工作，濾波電容器的放電過程將十分緩慢。因此，當(dāng)維修人員打開變頻器的蓋子后，濾波電容器上往往還有較高的直流電壓，有可能對維修人員的人身安全構(gòu)成威脅。
所以，直流回路電源指示的作用是向維修人員警示：濾波電容器尚未放電完畢，不能觸摸帶電部分。
問題5 每個逆變管旁邊，為什么都要反并聯(lián)二極管？
在逆變橋中的每個逆變管旁邊，都要反并聯(lián)一個二極管，如圖1中之VD7耀VD12 所示。它的主要作用是為定子繞組的電感反饋能量提供回路。
異步電動機的定子等效電路是一個電阻電感電路，如圖5 所示，其電流的變化（曲線于）將滯后于電壓的變化（曲線淤）。
在0耀t1 段：電流蚤與電壓u 的方向相反，是繞組的自感電動勢（即反電動勢）克服電源電壓在作功（磁場作功）。這時的電流將通過反并聯(lián)二極管流向直流回路，給濾波電容器充電；
在t1耀t2 段：電流蚤與電壓u 的方向相同，是電源電壓克服繞組的自感電動勢在作功（電源作功）。這時的電流是濾波電容器通過逆變管流向電動機而進(jìn)行的放電。
如果沒有反并聯(lián)二極管，則因為逆變管只能單方向?qū)ǎ@組的磁場無法與電源交換能量，電動機的電流波形將發(fā)生畸變。
問題6 變頻器的主電路有哪些接線端子？
主電路接線端子的排列大致如圖6所示。
說明如下：
1）R、S、T 變頻器的輸入端子，接至電源；
2）U、V、W 變頻器的輸出端子，接至電動機；
3）P、N 濾波后直流電路的垣、原端子；
4）P1 整流橋輸出的垣端，出廠時P1 端與P端之間用一銅片短接，在需要接入直流電抗器DL時，拆去銅片，將DL接在P1 和P之間；
5）PE 接地端。
圖6（b）所示的是接入直流電抗器和制動單元、制動電阻的情形。
2 變頻器的外接主電路與器件選擇問題7 怎樣選擇空氣斷路器的容量？
1）必須考慮的因素因為空氣斷路器具有過電流保護(hù)功能，為了避免變頻器接通電源時引起空氣斷路器的誤動作，在進(jìn)行選擇時，必須考慮以下因素（如圖7 所示）：
（1）變頻器在剛接通電源的瞬間，對電容器的充電電流可高達(dá)額定電流的（2耀3）倍（在有限流電阻的情況下）；
（2）變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流，高次諧波成分極多，當(dāng)基波電流達(dá)到額定值時，實際電流的有效值要比額定電流大；
（3）變頻器本身具有一定的過載能力，通常為150豫，1 min。
2）選擇方法為了避免誤動作，空氣斷路器應(yīng)選
問題8 變頻器前面一定要加接觸器嗎？
一般說來，在空氣斷路器和變頻器之間，應(yīng)該接“輸入接觸器”。其主要作用如圖8 所示。
1）控制方便可通過按鈕開關(guān)方便地控制變頻器的通電與斷電；
2）發(fā)生故障時可自動切斷變頻器電源這包括兩個方面：
（1）變頻器自身發(fā)生故障，報警輸出端子動作（圖中的B原C 端之間斷開）時，可迅速切斷變頻器的電源；
（2）當(dāng)控制系統(tǒng)中有其他故障信號（如圖中的AL觸點斷開）時，也可迅速切斷變頻器的電源。
問題9 變頻器與電動機之間要不要接輸出接觸器？
1）一臺變頻器控制一臺電動機且不需要切換當(dāng)一臺變頻器只控制一臺電動機，且并不要求和工頻電源進(jìn)行切換時，變頻器與電動機之間不要接輸出接觸器。主要原因是：如果接入了輸出接觸器，則有可能在變頻器的輸出頻率較高的情況下直接起動電動機，產(chǎn)生較大的起動電流，導(dǎo)致變頻器跳閘。
2）必須接輸出接觸器的場合必須接輸出接觸器的情況主要有兩種：
（1）一臺變頻器接多臺電動機這時，每臺電動機必須有單獨控制的接觸器，如圖9（a）所示；
（2）變頻和工頻需要切換這種情況下，當(dāng)電動機接至工頻電源時，必須切斷和變頻器之間的聯(lián)系。因此，電動機和變頻器之間的接觸器是必須的，如圖9(b）所示。
問題10 變頻器與電動機之間是否需要接熱繼電器？
和輸出接觸器類似，當(dāng)一臺變頻器只控制一臺電動機，且并不要求和工頻進(jìn)行切換時，由于變頻器本身具有熱保護(hù)功能，所以沒有必要接熱繼電器；當(dāng)一臺變頻器接多臺電動機時，由于每臺電動機的容量比變頻器小得多，變頻器不可能對每臺電動機進(jìn)行熱保護(hù)。則每臺電動機只能分別由各自的熱繼電器進(jìn)行保護(hù)；當(dāng)電動機需要在變頻和工頻之間進(jìn)行切換控制的情況下，因為在工頻運行時，變頻器不可能對電動機進(jìn)行熱保護(hù)，故熱繼電器也是必須的。
問題11 熱繼電器在變頻器輸出電路中容易誤動作，何故？
變頻器的輸出電流盡管已經(jīng)和正弦波十分地接近了，但它畢竟還有和載波頻率相同的高次諧波成分。因此，在電動機的輸出功率相同的情況下，其每相電流的有效值大于工頻運行時的相電流。這就是當(dāng)電動機在額定狀態(tài)下運行時，熱繼電器容易誤動作的原因。解決的方法有：
1）加大熱繼電器的動作電流一般說來，熱繼電器的動作電流應(yīng)增加10%左右。
2）接入旁路電容在熱繼電器的發(fā)熱元件旁邊，并聯(lián)一個旁路電容器，使高次諧波電流不流經(jīng)熱繼電器的發(fā)熱元件，如圖10 所示。
問題12 為什么變頻器的輸出線有時需要加粗？
因為變頻器的輸出電壓是和輸出頻率一起變化的，當(dāng)輸出頻率很低時，輸出電壓也很低。因此，線路上的電壓降所占的比例將增大，使電動機實際得到的電壓減小，嚴(yán)重時將不能正常運行。一般將電動機和變頻器之間的線路電壓降規(guī)定為
因此，當(dāng)電動機和變頻器之間的距離較遠(yuǎn)，工作頻率又較低的情況下，必須考慮線路電壓降的影響，如圖11所示。必要時，應(yīng)適當(dāng)加粗變頻器的輸出線。
問題13 電動機和變頻器之間的距離較遠(yuǎn)時應(yīng)采取哪些措施？
由于變頻器輸出電壓是高頻脈沖電壓，當(dāng)電動機和變頻器之間的距離較遠(yuǎn)時，線間的分布電容和電動機的漏磁電感之間有可能因接近于諧振點而導(dǎo)致電動機的輸入電壓偏高，從而使電動機的槽絕緣容易損壞，或運行時發(fā)生振動。
解決的辦法，是在變頻器的輸出側(cè)接入輸出電抗器。
如電動機的容量較小，與變頻器的距離又并不很遠(yuǎn)時，則將變頻器的三根輸出線按同方向一起繞制在高頻磁心上就可以了，如圖12所示。
