變頻器在數控機床中的應用

李同成，孫志華，張冰

(山東濱州渤海活塞有限公司，山東濱州256602)

1　變頻器的工作原理及應用選型

1.1　變頻器的工作原理

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現在使用的變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流器件、中間直流部分、逆變器件和控制器件4個部分組成。

1.2　變頻器的應用選型需注意以下幾點:

1)采用變頻器的目的;

2)變頻器的負載類型;

3)變頻器與負載的匹配問題;

許多數控機床因在加工過程中需要無級變速，所以主軸采用變頻器控制。例如:主軸電動機功率11KW，根據設備的特性和功率選用了ATV71HD11N4Z383型電動機用變頻器，因其功率較大，我們在選用所配制動電阻的同時一并選用了相應的制動單元以提高其制動能力。根據機床的功能、負載及其匹配選用合理的變頻器不僅達到了機床的設計要求，而且提高了機床的性能，延長了其使用壽命。

2　基本參數的配置與優化

變頻器功能參數有很多，一般都有數十個甚至上百個參數供用戶選擇。在實際應用中，沒必要對每一個參數都進行設置和調試，多數只要采用出廠設定值即可。但有些參數由于和實際使用情況有很大關系，并且有的還相互關聯，因此要根據實際進行設定和調試。由于不同類型變頻器功能有所差異，而相同功能參數的名稱也不一定相同，以我們現用的施耐德變頻器基本參數名稱為例。

2.1　加減速時間

將加減速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘;加減速時間設定要點是:防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。在調試中經常采取按負載和經驗先設定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警;然后將加減速設定時間逐漸縮短，以運轉中不發生報警為原則，重復操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。

2.2　轉矩提升

轉矩提升又叫轉矩補償，是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低，而把低頻率范圍V/F增大的方法。設定為自動時，可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉矩，使電動機加速順利進行。如采用手動補償時，根據負載特性，尤其是負載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉矩負載，如選擇不當會出現低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現象，甚至還會出現電動機帶負載起動時電流大，而轉速上不去的現象。

2.3　電子熱過載保護

為保護電動機過熱而設置，它是變頻器內CPU根據運轉電流值和頻率計算出電動機的溫升，從而進行過熱保護。

2.4　頻率限制

即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設備的一種保護功能。在應用中按實際情況設定即可。此功能還可作限速使用，將車床限制在一定速度內，不會因為速度過高損壞機床和危險事故的發生。

3　運行過程中存在的問題及其對策

3.1　過載

過載是變頻器比較頻繁的故障，平時看到過載現象我們首先應該分析一下到底是電機過載還是變頻器自身過載，由于馬達過載能力較強，只要變頻器參數表的電機參數設置得當，一般不會出現電機過載。而變頻器本身由于過載能力較差很容易出現過載報警。變頻器過載經常是因為加速時間短、直流制動量大或電網電壓太低等原因引起，一般可以通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網電壓等解決。

3.2　過流

過流是變頻器報警最為頻繁的現象。當電流過大時變頻器啟動過流保護，變頻器停止工作。我們首先要排除由于參數問題而導致的故障，可以從外部電器和變頻器本身分析過流原因。

3.3　過壓、欠壓

過電壓報警一般是出現在停機的時候，其主要原因有可能是減速時間太短或制動電阻及制動單元損壞造成的。而欠壓也是我們在使用中經常碰到的問題，主要是因為主回路電壓太低，整流橋某一路損壞或可控硅三路中有工作不正常的都有可能導致欠壓故障的出現，也有可能主回路接觸器損壞導致直流母線電壓損耗，在充電電阻上面有可能導致欠壓。當遇到過壓、欠壓故障時，應先檢查檢測電路是否完好，然后再對外部電源進行檢查。

3.4　過熱

過熱也是一種比較常見的故障，主要原因:周圍溫度過高;風機堵轉;溫度傳感器性能不良;馬達過熱。例如:一臺數控車床主軸采用施耐德變頻器，操作者反映在運行半小時左右報警。由于運行一段時間后才有故障，所以溫度傳感器壞的可能性不大，可能變頻器的溫度確實太高，通電后發現風機轉動緩慢，防護罩里面堵滿了很多灰塵，經打掃后開機運行良好，運行數小時后沒有再報此故障。

4　結束語

在數控機床的使用過程中，會遇到許多關于變頻器的問題，造成變頻器故障的原因也是多種多樣。以上只是本人在實踐中的一點心得，還需要我們不斷學習，總結經驗教訓，更好地利用變頻器服務于生產。

參考文獻:

［1］原魁.變頻器基礎及應用［M］.冶金工業出版社.

［2］韓安榮.通用變頻器及其應用［M］.機械工業出版社.