淺談變頻器在數(shù)控機床中的使用

潘雪梅

摘要在數(shù)控機床上，變頻器主要用于交流電動機的控制，它不但起了節(jié)能和調(diào)速的作用，而且它的軟啟動能夠保護(hù)附屬電氣設(shè)備，避免直接啟動給機械設(shè)備造成沖擊，從而引起機械故障。因此變頻器是理想的調(diào)速和控制裝置。本文就變頻器在數(shù)控機床上的應(yīng)用及它在使用和維護(hù)中常見的問題進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞變頻器數(shù)控機床調(diào)速節(jié)能維護(hù)

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1關(guān)于變頻器

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將把電壓、頻率固定不變的交流電變換成電壓、頻率可以改變的交流電的電能控制裝置。作為能夠改變輸出頻率的設(shè)備，變頻器其主電路由整流器件、直流部分和逆變器件（IGBT）三部分組成。基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1：

整流器件作為變頻器與三相交流電相連的部分，把三相交流電變成直流電。直流部分是變頻器的信號控制部分。直流電部分取出所需的電壓，帶動驅(qū)動電路、檢測電路和CPU控制器。驅(qū)動電路用來實現(xiàn)逆變器件的驅(qū)動，檢測電路用來實現(xiàn)對溫度、電流和電壓的檢測，CPU控制器實現(xiàn)判斷和控制功能。而逆變器將直流電變換為所要求頻率的交流電。通過逆變器的驅(qū)動電路實現(xiàn)對逆變器的驅(qū)動，從變頻器輸出的電就變成了電壓為380V，頻率可調(diào)的交流電，從而驅(qū)動電機完成預(yù)想的控制工作。

2變頻器在數(shù)控機床上的應(yīng)用

數(shù)控機床要求主軸調(diào)速范圍寬，能實現(xiàn)無級調(diào)速，在主軸正、反向轉(zhuǎn)動時可進(jìn)行自動加、減速控制，并且加、減速時間要短，要求恒功率范圍寬。變頻器可以通過改變輸出交流電的頻率，達(dá)到對交流電機進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的目的。機床采用變頻器控制，啟動時隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流一般被限制在150%額定電流以下。而采用工頻電源直接起動時，起動電流為額定電流的6至7倍，將對電網(wǎng)及負(fù)載造成很大的沖擊，影響了周邊電器的工作，增加了機械傳動部件的磨損，降低了設(shè)備的壽命。另外電機的轉(zhuǎn)矩會隨速度降低而減小，使用變頻器控制電機后，將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩不足的狀況，在額定頻率下變頻器能進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。變頻器的無級調(diào)速，軟啟動，恒轉(zhuǎn)矩輸出極大地滿足了數(shù)控機床對恒速度，恒轉(zhuǎn)矩，加減速控制等的要求，生產(chǎn)效率更高，使用、維護(hù)更加方便，因此數(shù)控機床廣泛采用變頻器進(jìn)行主傳動控制。

3數(shù)控機床變頻器使用中的常見故障

下面以440系列變頻器的故障代碼及故障原因來分析數(shù)控機床在使用過程中變頻器的常見故障及其處理方法。從故障原因來看，變頻器不能正常工作的原因及解決方式主要有：

3.1過載，包括變頻器過載和電機過載

變頻器的過載經(jīng)常是因為加速時間短、直流制動量過大或電網(wǎng)電壓太低等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等解決故障。而電機過載是由于變頻器功率過小、電機負(fù)載過重而引起的，因此系統(tǒng)要選擇合適的變頻器以適應(yīng)電機。

3.2欠壓、過壓

當(dāng)電壓過小或過大時，變頻器的檢測元件會自動保護(hù)變頻器，變頻器停止工作。欠壓、過壓故障主要是因為外部電源的故障引起的，也有少數(shù)故障是檢測電路損壞引起的。如過壓有可能是因為減速時間太短或制動電阻損壞造成的。遇到欠壓、過壓故障時，先檢查檢測電路是否完好，然后再對外部電源進(jìn)行檢查。

3.3過流

當(dāng)電流過大時變頻器啟動過流保護(hù)，變頻器停止工作。一般可從外部電器和變頻器本身分析過流故障。

3.3.1由外部電器引起的過流故障

（1）電機負(fù)載突然增大，造成沖擊而引起過流。（2）電機和電機電纜相間或相對地的絕緣破壞，造成匝間或相間對地短路，因而導(dǎo)致過流。（3）當(dāng)裝有測速編碼器時，速度反饋信號丟失或非正常時，也會引起過流，這時需要檢查編碼器和其電纜。

3.3.2由變頻器本身引起的過流故障

維修中，遇到過流故障，我們先用電流表測量變頻器輸出的電流。看輸出電流是否平衡，如果輸出不平衡，說明變頻器內(nèi)部器件有問題。

3.4外圍電路故障干擾

變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上需加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主線路分離，采用屏蔽線回路。

數(shù)控機床的變頻器安裝時，由于其集成度高，整體結(jié)構(gòu)緊湊，自身散熱量較大的特點，對安裝環(huán)境的溫度、濕度和粉塵含量以及電網(wǎng)質(zhì)量要求較高，保證變頻器在較低的溫度狀態(tài)下運行是延長變頻器壽命的基本要求。變頻器在使用前應(yīng)對現(xiàn)場的外部條件進(jìn)行檢查，不能滿足要求時應(yīng)采取有效措施加以解決，從而杜絕外部環(huán)境對變頻器的影響。

總之，在數(shù)控機床的使用過程中，我們還會遇到許多關(guān)于變頻器的問題，造成變頻器故障的原因很多，需要我們仔細(xì)分析，不斷地學(xué)習(xí)，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，相信通過不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題，我們的理論水平和實踐技術(shù)能力一定會得到進(jìn)一步的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]李發(fā)海.電機與拖動基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社，2005.

[2]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2009.

[3]吳文龍.數(shù)控機床控制技術(shù)基礎(chǔ)——電氣控制基本常識[M].高等教育出版社.