郭長(zhǎng)帥

摘 要：變頻器是電力系統(tǒng)中對(duì)主軸速度具有調(diào)控功能的一種關(guān)鍵元器件，它是改善控制器特性的一種措施。為此，本章以電力管理系統(tǒng)中的變頻器概述為開端，著重研究其工作機(jī)理和具體使用，希望給有關(guān)工作人員帶來(lái)必要的借鑒和幫助，提高相應(yīng)的配置和維修技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：電氣控制系統(tǒng);變頻器;應(yīng)用

引言：在常規(guī)的直流輸出傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于在直流輸出電動(dòng)機(jī)中機(jī)械式回轉(zhuǎn)器存在著很大的局限，致使在具體使用中產(chǎn)生了許多缺陷。而在近年來(lái)，隨著變頻器技術(shù)的進(jìn)展和完善，開始大規(guī)模運(yùn)用在直接轉(zhuǎn)矩控制以及矢量控制等技術(shù)當(dāng)中，其調(diào)速特性和傳統(tǒng)直流傳動(dòng)的工作模式雖無(wú)明顯區(qū)別，但局限性也較少，因此變頻器逐步被應(yīng)用在各種智能化裝置當(dāng)中。

一、電氣控制系統(tǒng)中的變頻器概述

變頻器一般又可分成直接變頻轉(zhuǎn)換器和間接變頻轉(zhuǎn)換器，但二者變頻器配置方式及所形成的電源變化方式都存在著根本不同。這兩類變頻轉(zhuǎn)換器中的中間集成電路、逆變器、調(diào)節(jié)集成電路、放大設(shè)備等的基本構(gòu)成，均能將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并完成直流存儲(chǔ)、控制信息傳遞等基本功能。其中，整流電路還可形成直流電壓脈動(dòng)，主要包括了可控、不可控二個(gè)種類，它們所通過(guò)的都是與單相和三相交流電源串聯(lián)。簡(jiǎn)要而言逆變器便是利用逆變電壓，把已進(jìn)行過(guò)的直流電，再轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡瑸楹罄^變換打下了基石。電機(jī)反饋信號(hào)回路是監(jiān)控集成電路的功能，而監(jiān)控集成電路則一般包含了對(duì)電流電壓檢測(cè)、保護(hù)逆變器和整流器、計(jì)算電流等功能，它們以電網(wǎng)的反饋信號(hào)為主要技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流和工作頻率實(shí)施管理，使其維持在正常、可靠的工作范圍內(nèi)。

二、電氣控制系統(tǒng)中的變頻器應(yīng)用

1.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的特點(diǎn)

在目前的實(shí)際機(jī)床系統(tǒng)中，高性能、高效率等是變頻器運(yùn)用在電氣控制系統(tǒng)中的主要優(yōu)點(diǎn)，其核心功能就是對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速、變頻。另一方面，由于變頻器大多運(yùn)用在機(jī)床或籠型的異步電動(dòng)機(jī)中，可調(diào)節(jié)范圍廣泛，但扭矩差很大，其節(jié)電性好，而且即使是在實(shí)際工作環(huán)境條件特別嚴(yán)酷、危險(xiǎn)性的狀況下，也能有效完成對(duì)電機(jī)的調(diào)速、變頻。但是，由于恒功率調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速均可利用變頻轉(zhuǎn)換器進(jìn)行，即前者可直接使用頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速，而后者則可利用電動(dòng)機(jī)頻率進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。所以，若從電機(jī)負(fù)荷能力方面加以考察，則可以將其分成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒輸出功率兩種。

2.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的原理

根據(jù)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式可得，發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化和調(diào)整電動(dòng)機(jī)地球磁極對(duì)數(shù)、頻次存在著很大關(guān)系。不過(guò)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)地球磁極對(duì)數(shù)并沒(méi)有一個(gè)持續(xù)遞增的數(shù)值，所以很容易出現(xiàn)在采用調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的地球磁極對(duì)數(shù)來(lái)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速變化反而不明顯的問(wèn)題?；诖?，調(diào)整用電頻次是比較切實(shí)可行的方法，加之在汽車制造業(yè)中用電頻次一般是比較穩(wěn)定，所以透過(guò)使用變頻器調(diào)整用電頻次，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速，是比較好的一個(gè)對(duì)電動(dòng)動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。也應(yīng)該說(shuō)，變頻器的基本原理便是使用其內(nèi)置整流器將原來(lái)頻譜可不控的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，而后再使直流電轉(zhuǎn)化為原來(lái)頻譜可控的交換電，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速、變頻的效果。

3.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的設(shè)計(jì)安裝

當(dāng)在電氣系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的電機(jī)變頻器時(shí)，不但要設(shè)計(jì)、配置變頻控制器，而且還要設(shè)計(jì)、添加適當(dāng)?shù)淖冾l電控箱。為了電氣工程師對(duì)于即將配置的自動(dòng)變頻器實(shí)際使用條件有更清楚了解，要在自動(dòng)化電氣控制箱處較為中間的地方，進(jìn)行垂直設(shè)置自動(dòng)變頻器，以確保其安放方位適當(dāng)，且并沒(méi)有遮擋在其正上方和正下方的排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)等部件。同時(shí)，所有必要大部件間的距離;電氣控制系統(tǒng)柜頂和隔板之間的距離;變頻器上、下邊緣之間的距離等，均須至少保證在30cm以上。

4.電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的具體內(nèi)容

以某廠的給水熱處理泵房結(jié)構(gòu)施工為例，在該工程施工項(xiàng)目中所涉及的自動(dòng)化電氣控制裝置還有測(cè)溫測(cè)速制動(dòng)柜、自動(dòng)元件、備品配件;以及水輪機(jī)的自動(dòng)元件、備品配件等。工程項(xiàng)目主要包含了工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、測(cè)試、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際工地所處的地理環(huán)境、工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)等多方位條件，還需要安裝各種可以采用變頻器裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)控的水泵，從而能夠根據(jù)水泵電流頻率、水泵速度、流量等技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)控。另一方面，在使用變頻器實(shí)現(xiàn)變速調(diào)控的過(guò)程中，還必須著重考察水泵轉(zhuǎn)速下降幅度。且應(yīng)最大限度避免運(yùn)行動(dòng)力機(jī)發(fā)生超載，從而規(guī)避機(jī)組震動(dòng)、設(shè)備損壞等問(wèn)題的發(fā)生。另外，變頻器的轉(zhuǎn)速調(diào)整系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)也有著良好的輔助調(diào)節(jié)功能。這主要是因?yàn)橛捎谵D(zhuǎn)速每一個(gè)出現(xiàn)調(diào)整后，水流速也相應(yīng)發(fā)生變化，所以就必須增加或減小水泵速度，以保障工程建設(shè)中的用水需要，對(duì)于泵站設(shè)備而言，也具有良好的調(diào)節(jié)效益。同時(shí)，在各級(jí)泵站中使用變頻器時(shí)，不但能夠?qū)Ω魈菁?jí)提水流量實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易的管理，而且還能減少棄水、斷流等事件的出現(xiàn)，且對(duì)于工程節(jié)水減排、降低成本等方面也產(chǎn)生了一定的輔助效應(yīng)，為整個(gè)工程運(yùn)轉(zhuǎn)的安全、穩(wěn)定性等方面提供了一定保證。

三、變頻器在數(shù)控機(jī)床中的故障與維修

數(shù)控機(jī)床主軸通過(guò)變頻器來(lái)控制時(shí)，變頻器就必須和控制設(shè)備協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)主軸的控制變化。另外，一旦故障出現(xiàn)在變頻器工作過(guò)程中，就能夠通過(guò)工作等的滅與明進(jìn)行判別，也就可以直接通過(guò)明與熄滅時(shí)間判別了，但最重要的判別方法還是針對(duì)機(jī)械上的報(bào)警信號(hào)判斷，所以一旦有需要的話，在發(fā)現(xiàn)并排除故障時(shí)就可以直接按照說(shuō)明說(shuō)進(jìn)行。接下來(lái)我們將以一個(gè)例子，對(duì)其進(jìn)行全面剖析。

如變頻器表示面板接通了卻無(wú)顯示器數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：當(dāng)機(jī)械接電后，軸線不轉(zhuǎn)，顯示器面板也不能自動(dòng)顯現(xiàn)。診斷分析：（1）要仔細(xì)檢查一下伺服驅(qū)動(dòng)單元與傳動(dòng)軸線中間的線路、數(shù)控機(jī)床的設(shè)備，只要無(wú)問(wèn)題。（2）測(cè)試變頻器和進(jìn)口電源設(shè)備。（3）一旦測(cè)試供電設(shè)備無(wú)問(wèn)題，就可以判斷出現(xiàn)故障原因來(lái)自變頻器。

檢測(cè)方式分析：針對(duì)智能變頻器來(lái)說(shuō)，則首先必須對(duì)內(nèi)部的整流模塊進(jìn)行仔細(xì)檢測(cè)，看其有無(wú)嚴(yán)重破損，在斷電狀態(tài)下，可以通過(guò)萬(wàn)用表進(jìn)行外部電阻的檢測(cè)，其重點(diǎn)檢測(cè)對(duì)象是整個(gè)智能變頻器的直流輸出端、三相入口、出口端外部電阻，如果所檢測(cè)的外部電阻為七，則說(shuō)明內(nèi)部整流模塊并無(wú)問(wèn)題，然后檢測(cè)整個(gè)智能變頻器，可以看見(jiàn)內(nèi)部整流的二極管有嚴(yán)重?fù)舸┣闆r，這就會(huì)造成電源不能使用，甚至顯示器面板上無(wú)數(shù)據(jù)的問(wèn)題。

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