任夢羽 寧傳麗 鄭亞平

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中常見的問題進行闡述。

關(guān)鍵詞：變頻器；數(shù)控機床；調(diào)速；節(jié)能；維護

1、引言

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。[1]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三部分組成?；窘Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

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、變頻器特性及參數(shù)設(shè)置

2.1 變頻器的主要特性

變頻器通常通過控制面板的參數(shù)設(shè)定和選取，使其能夠在電控系統(tǒng)中實現(xiàn)復(fù)雜的控制，在數(shù)控機床的電控系統(tǒng)中變頻器的主要特點是：啟動和停止時較平穩(wěn)，可實現(xiàn)無級調(diào)速，同時在調(diào)速時應(yīng)用范圍較廣。在工作時可實現(xiàn)長期穩(wěn)定的運行，且操作簡單方便，在輸出時可以滿足數(shù)控機床電動機的性能要求[2]。

2.2 變頻器的參數(shù)設(shè)置

變頻器的參數(shù)對于變頻器的控制非常關(guān)鍵，是保證功能運行的前提。其電動機的額定電流、工作電壓、電機容量等參數(shù)的設(shè)置可以根據(jù)銘牌所給定的進行設(shè)置。另外，在使用狀態(tài)顯示板時，應(yīng)注意其參數(shù)在使用時不可改變。只可以按事先設(shè)定好的參數(shù)進行運行，當我們想讓電動機啟動或停止或進行正反轉(zhuǎn)時，可以在模擬輸入信號的控制下由開關(guān)量來實現(xiàn)。

3、變頻器在數(shù)控機床上的應(yīng)用

自變頻技術(shù)在數(shù)控機床中的廣泛運用開始，數(shù)控機床自身的科技技術(shù)含量便飛速提高，其智能化、數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化的特點也與我國當下的數(shù)字機床應(yīng)有的相關(guān)要求相符，所以對其進行相關(guān)研究就顯得很有現(xiàn)實意義。

3.1數(shù)控機床中變頻器的容量

在具體的數(shù)控機床中的變頻器選擇中，相關(guān)技術(shù)人員需要考慮數(shù)控機床電動機的容量，以此進行不同容量變頻器的選擇。這里需要注意的是一旦變頻器的容量相較于數(shù)控機床電動機容量來說較小的話，就很容易出現(xiàn)對數(shù)控機床的正常運行造成影響，甚至造成數(shù)控機床的損毀，而當變頻器容量相關(guān)于數(shù)控機床電動機容量來說較大的話則會使數(shù)控機床的諧波分量變大，造成資金浪費的情況發(fā)生，所以在對數(shù)控機床使用的變頻器選擇中，相關(guān)技術(shù)人員必須嚴格按照以下規(guī)定進行具體的選擇決策即通過對數(shù)控機床負載性質(zhì)的變化規(guī)律計算出負載電流大小[3]；通過負載電流計算結(jié)果，預(yù)選數(shù)控機床所使用的變頻器容量；對選擇的預(yù)選變頻器的過載能力與起動能力進行檢驗。

3.2變頻技術(shù)與數(shù)控機床的電力驅(qū)動

在我國當下數(shù)控機床中主要存在三種電力驅(qū)動的類型，非別是進給飼服系統(tǒng)驅(qū)動、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、電動機裝式高速交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)[4]。

進給飼服系統(tǒng)驅(qū)動，是指數(shù)控車床中相關(guān)驅(qū)動通過滾珠絲杠帶動刀架運動實現(xiàn)刀具工件加工的一種數(shù)控機床驅(qū)動系統(tǒng)，經(jīng)過多年發(fā)展現(xiàn)已取代了直流伺服裝置。由于進給飼服系統(tǒng)驅(qū)動的特點，在對其進行相關(guān)變頻技術(shù)的運用中，最好采用交流變頻矢量控制技術(shù)，以此實現(xiàn)進給飼服系統(tǒng)驅(qū)動的變頻調(diào)節(jié)，并實現(xiàn)其再生制動。

主軸驅(qū)動系統(tǒng)，是一種速度與精度都較高的數(shù)控機床驅(qū)動技術(shù)，其運行速度能夠達到15000-20000r/mm，而在我國當下的主軸驅(qū)動系統(tǒng)的變頻技術(shù)應(yīng)用中，其一般采用工“日T功率器件進行自身的變頻調(diào)節(jié)，其能夠使主軸驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)四象限運行，能夠有效的起到數(shù)控機床節(jié)電與性能保持的目的[5]。

電動機裝式高速交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)，是我國現(xiàn)階段數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，在我國現(xiàn)階段的數(shù)控機床中運用的較為廣泛。電動機裝式高速交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有機床主軸與電動機轉(zhuǎn)子合二為一的特點，這就使得其本身的轉(zhuǎn)數(shù)與精度較高，能夠適應(yīng)多種不同的加工需求。

4、變頻器在數(shù)控機床中故障與維修分析

在利用變頻器對數(shù)控機床進行控制時，變頻器在使用中需要與控制裝置相互配合，一起完成相關(guān)的控制程序。而機床出現(xiàn)故障時，及時地分析故障原因并進行維修為機床的保養(yǎng)非常重要，常見的變頻器故障現(xiàn)象如下。

4.1 變頻器過載

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。

4.2 欠壓、過壓

當電壓過小或過大時，變頻器的檢測元件會自動保護變頻器，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行檢查。

4.3 過流

當電流過大時變頻器啟動過流保護，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。由外部電器引起的過流故障如下：電機負載突然增大，造成沖擊而引起過流；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；當裝有測速編碼器時，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。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?？摧敵鲭娏魇欠衿胶猓绻敵霾黄胶猓f明變頻器內(nèi)部器件有問題。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。

5、總結(jié)

隨著變頻器不斷的改善和技術(shù)的不斷提高，使得其在數(shù)控機床上的應(yīng)用越來越廣泛。變頻器的使用在一定程度上不僅節(jié)約了大量的開關(guān)元件和相關(guān)的電器元件。同時對機床加工時的精度保障和加工工件時的生產(chǎn)效率有了極大的提高。另一方面變頻器也可以改變機床的控制和驅(qū)動方式，適應(yīng)了多種多樣的工件的生產(chǎn)，大大提高了工作效率，減少了數(shù)控機床的維修工作。

參考文獻：

[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.

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

[5] 王愛玲，白恩遠.現(xiàn)代數(shù)控機床[M].北京：國防工業(yè)出版社，2003.