浅谈变频器在数控机床中的使用

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摘要　在数控机床上，变频器主要用于交流电动机的控制，它不但起了节能和调速的作用，而且它的软启动能够保护附属电气设备，避免直接启动给机械设备造成冲击，从而引起机械故障。因此变频器是理想的调速和控制装置。本文就变频器在数控机床上的应用及它在使用和维护中常见的问题进行阐述。

关键词　变频器　数控机床　调速　节能　维护

中图分类号：TG659 文献标识码：A

1　关于变频器

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将把电压、频率固定不变的交流电变换成电压、频率可以改变的交流电的电能控制装置。作为能够改变输出频率的设备，变频器其主电路由整流器件、直流部分和逆变器件（IGBT）三部分组成。基本结构示意图如图1：

整流器件作为变频器与三相交流电相连的部分，把三相交流电变成直流电。直流部分是变频器的信号控制部分。直流电部分取出所需的电压，带动驱动电路、检测电路和CPU控制器。驱动电路用来实现逆变器件的驱动，检测电路用来实现对温度、电流和电压的检测，CPU控制器实现判断和控制功能。而逆变器将直流电变换为所要求频率的交流电。通过逆变器的驱动电路实现对逆变器的驱动，从变频器输出的电就变成了电压为380V，频率可调的交流电，从而驱动电机完成预想的控制工作。

2　变频器在数控机床上的应用

数控机床要求主轴调速范围宽，能实现无级调速，在主轴正、反向转动时可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短，要求恒功率范围宽。变频器可以通过改变输出交流电的频率，达到对交流电机进行速度调节的目的。机床采用变频器控制，启动时随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流一般被限制在150%额定电流以下。而采用工频电源直接起动时，起动电流为额定电流的6至7倍，将对电网及负载造成很大的冲击，影响了周边电器的工作，增加了机械传动部件的磨损，降低了设备的寿命。另外电机的转矩会随速度降低而减小，使用变频器控制电机后，将改善电机低速时转矩不足的状况，在额定频率下变频器能进行恒转矩调速。变频器的无级调速，软启动，恒转矩输出极大地满足了数控机床对恒速度，恒转矩，加减速控制等的要求，生产效率更高，使用、维护更加方便，因此数控机床广泛采用变频器进行主传动控制。

3　数控机床变频器使用中的常见故障

下面以440系列变频器的故障代码及故障原因来分析数控机床在使用过程中变频器的常见故障及其处理方法。从故障原因来看，变频器不能正常工作的原因及解决方式主要有：

3.1　过载，包括变频器过载和电机过载

变频器的过载经常是因为加速时间短、直流制动量过大或电网电压太低等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等解决故障。而电机过载是由于变频器功率过小、电机负载过重而引起的，因此系统要选择合适的变频器以适应电机。

3.2　欠压、过压

当电压过小或过大时，变频器的检测元件会自动保护变频器，变频器停止工作。欠压、过压故障主要是因为外部电源的故障引起的，也有少数故障是检测电路损坏引起的。如过压有可能是因为减速时间太短或制动电阻损坏造成的。遇到欠压、过压故障时，先检查检测电路是否完好，然后再对外部电源进行检查。

3.3　过流

当电流过大时变频器启动过流保护，变频器停止工作。一般可从外部电器和变频器本身分析过流故障。

3.3.1　由外部电器引起的过流故障

（1）电机负载突然增大，造成冲击而引起过流。（2）电机和电机电缆相间或相对地的绝缘破坏，造成匝间或相间对地短路，因而导致过流。（3）当装有测速编码器时，速度反馈信号丢失或非正常时，也会引起过流，这时需要检查编码器和其电缆。

3.3.2　由变频器本身引起的过流故障

维修中，遇到过流故障，我们先用电流表测量变频器输出的电流。看输出电流是否平衡，如果输出不平衡，说明变频器内部器件有问题。

3.4　电路故障干扰

变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离，采用屏蔽线回路。

数控机床的变频器安装时，由于其集成度高，整体结构紧凑，自身散热量较大的特点，对安装环境的温度、湿度和粉尘含量以及电网质量要求较高，保证变频器在较低的温度状态下运行是延长变频器寿命的基本要求。变频器在使用前应对现场的外部条件进行检查，不能满足要求时应采取有效措施加以解决，从而杜绝外部环境对变频器的影响。

总之，在数控机床的使用过程中，我们还会遇到许多关于变频器的问题，造成变频器故障的原因很多，需要我们仔细分析，不断地学习，总结经验教训，相信通过不断发现问题解决问题，我们的理论水平和实践技术能力一定会得到进一步的提高。

参考文献

[1]　李发海.电机与拖动基础[M].清华大学出版社，2005.

[2]　韩安荣.通用变频器及其应用[M].机械工业出版社，2009.

[3]　吴文龙.数控机床控制技术基础——电气控制基本常识[M].高等教育出版社.