电机控制常见面面试问题（十九）

一.变频器滤波

一、变频器无功滤波的必要性
变频器在整流过程中会产生大量谐波电流（如5th、7th、11th次谐波），其中包含无功成分。无功会导致以下问题：

​电网电压畸变：谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压，影响其他设备。
​功率因数低下：无功电流占用电网容量，降低系统效率（如变频器输入侧功率因数可能低至0.6~0.8）。
​设备过热：谐波导致变压器、电缆等设备额外发热，缩短寿命。
​二、变频器滤除无功的常见方法
​1. 无源滤波器（Passive Filter）​
​原理：通过电容（Cx）和电感（Lx）组成的LC滤波电路，对特定频率的谐波进行衰减。
​关键参数：
​截止频率：决定滤波器对高频谐波的抑制能力（如100kHz）。
​插入损耗：滤波器对目标谐波的衰减程度（如≥30dB@5th谐波）。
​应用场景：
​低成本场景​（如工业风机、水泵）。
​谐波频率明确​（如针对5th、7th次谐波设计）。
​缺点：
需针对不同谐波频率定制滤波器组。
无法动态补偿无功，效率有限。
​2. 有源滤波器（Active Filter）​
​原理：通过IGBT等功率器件实时检测并抵消谐波电流，实现动态无功补偿。
​关键特性：
​宽频带响应：覆盖50Hz~1MHz谐波。
​高精度补偿：谐波电流抑制率可达95%以上。
​应用场景：
​高精度场景​（如数据中心、医疗设备）。
​动态负载变化​（如变频器频繁启停）。
​缺点：
成本较高（约为无源滤波器的3~5倍）。
需额外供电和控制电路。
​3. 功率因数校正电路（PFC）​
​原理：在变频器输入端加入升压斩波电路（Boost Converter），强制输入电流与电压同相位。
​关键指标：
​功率因数：可提升至0.99以上。
​THD（总谐波畸变率）​：降低至5%以下。
​应用场景：
​高功率场景​（如大型变频器驱动水泵、压缩机）。
​电网质量要求严格​（如欧盟CE认证）。
​缺点：
电路复杂，需额外半导体器件（如MOSFET、二极管）。
效率略低于无源滤波器。
​4. 共模滤波器（Common Mode Filter）​
​原理：抑制变频器高频开关噪声（如100kHz~1MHz），减少电磁干扰（EMI）。
​关键特性：
​高频衰减：对共模噪声衰减≥40dB。
​插入损耗低：通常≤1dB。
​应用场景：
​精密设备​（如半导体制造设备）。
​EMC合规场景​（如通过EN 61800-3标准）。

二.电机制动

1.​能量转换型制动
​反接制动：通过改变电源相序产生反向转矩（适用于小功率电机，制动转矩大但存在冲击）
​能耗制动：切断电源后接入电阻消耗动能（精度高，适用于精密控制场景）
​再生制动：将制动能量回馈电网（新能源车辆领域的关键技术，节能效率可达30%-50%）

2.​机械摩擦型制动
​电磁抱闸：直流电磁铁吸合闸瓦实现制动（响应时间<0.1s，防爆等级可达EXd IIIBT4）
​液压制动：通过油压推动制动蹄片（重型机械常用，制动力矩可达10^6 N·m级别）
​磁流变制动：利用磁场变化调控磁流变液粘度（毫秒级响应，制动力矩线性可调，适用于航空航天）

三.过压保护及其设计流程

四.电流保护

电流保护详解
电流保护是一种通过监测和管理电路中电流状态，防止电气设备过载、短路或其他故障引发的安全措施。其核心目标是确保电路安全运行，减少财产损失和人身伤害。以下从原理、类型、装置、应用及发展趋势等方面进行全面阐述：

​一、电流保护的基本原理
电流保护基于电流特性进行设计，主要关注以下几点：

​正常工作电流：设备在额定负载下的稳定电流。
​过载电流：超过额定值但未达短路的电流（如设备过载运行）。
​短路电流：线路直接短接产生的极大瞬态电流（可达数千安培）。
​漏电流：绝缘失效导致的微小电流泄漏至地（通常≤30mA）。
保护装置通过检测电流是否超出安全阈值，触发脱扣或报警机制，切断故障电路。

​二、主流电流保护类型

1. ​过载保护
   ​原理：当电流持续超过设备额定值一段时间后动作。
   ​典型装置：热磁式断路器（双金属片受热弯曲）、电子式过载保护器（NTC电阻感知温度）。
   ​特点：具有延时特性，允许短时过载（如电机启动电流），避免误跳闸。
2. ​短路保护
   ​原理：检测到瞬间大电流（如短路）时快速切断电路。
   ​典型装置：熔断器（熔体熔化）、瞬时动作断路器（Icu≥短路电流）。
   ​特点：无延时，需与过载保护配合使用（如分级保护）。
3. ​漏电保护（RCD, Residual Current Device）​
   ​原理：检测线路电流与中性线电流的差值（漏电流），当差值＞30mA时切断。
   ​应用：家庭、医疗设备、潮湿环境（如浴室）。
   ​优势：有效防护触电和火灾，灵敏度高。
4. ​差动保护
   ​原理：比较设备进/出端电流差，内部故障时差流异常增大。
   ​应用：变压器、母线、发电机等关键设备。
   ​优势：高灵敏度，可区分内部/外部故障。

应用场景与案例分析
​家庭用电

​案例：厨房插座安装漏保+短路保护断路器。若微波炉短路，断路器0.1秒内切断；若洗衣机漏电（＞30mA），漏保立即跳闸。
​工业电机

​方案：电子式电机综合保护器，集成过载、缺相、堵转、不平衡电流保护。例如，当电机卡顿时，堵转电流达额定值的5-7倍，保护器在2-10秒内脱扣。
​电力系统

​层级保护：
​初级保护：馈线熔断器（快速切除近端故障）。
​次级保护：断路器+过流继电器（延时切除中段故障）。
​主保护：差动保护（变压器内部故障毫秒级切断）。