【正文】 恒值控制，電機的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負載所需轉(zhuǎn)矩相反。我們知道，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為磁通乘以轉(zhuǎn)子電流，所以在驅(qū)動恒功率負載時，為了確保低速高轉(zhuǎn)矩，需要加大磁通量和電機轉(zhuǎn)子電流(當然也要加大電機的定子電流)，這就必須大大增加電機和變頻器的容量。如圖213所示，驅(qū)動恒功率負載時，一般將轉(zhuǎn)速0~（.）之間作為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，（.）以上的范圍作為恒功率區(qū)域。（.）的轉(zhuǎn)速稱之為基頻轉(zhuǎn)速。以基頻轉(zhuǎn)速的m(m1)倍轉(zhuǎn)速進行恒功率運轉(zhuǎn)，稱之為1：m的恒功率運轉(zhuǎn)。如圖213為1：2的恒功率控制時的特性。例如采用矢量控制時，當轉(zhuǎn)差頻率f為一定時，在恒功率區(qū)域，對電動機電壓（變頻器輸出電壓）與轉(zhuǎn)速（變頻器輸出頻率）的比以根號m的比例進行控制，可推算出轉(zhuǎn)矩與（B/f）成正比，（.）點上，轉(zhuǎn)矩有如下關(guān)系：TM ∝（E/f）2 = （1/）2 = 1/m = 1/2即，轉(zhuǎn)矩為基頻轉(zhuǎn)速時的1/2。在圖213a中，若電動機定子繞組產(chǎn)生的電壓降被忽略，可視V≈E，而且，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域（低頻時），為增強轉(zhuǎn)矩而進行的電壓補償也被忽略不計。因此變頻器能輸出的最大輸出電壓與變頻器電源電壓幾乎一樣，最高轉(zhuǎn)速（（.)的點)的輸出電壓為最大輸出電壓．例如變頻器電源電壓為380v，（.)時，電動機電壓為380V。而在基頻轉(zhuǎn)速時的電壓為1/倍，約266V。圖213b表示在上述條件下選擇的變頻器及電動機所能夠輸出的界限。如圖中虛線所示，保持E／f到變頻器的電源電壓為止為一定值，可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩特性。若驅(qū)動圖4—10a那樣的負載，圖213b電機能夠輸出的恒轉(zhuǎn)矩范圍過寬了。圖213c是以基頻轉(zhuǎn)速點為變頻器最大輸出電壓，恒功率區(qū)域電壓固定的輸出特性。由于最高轉(zhuǎn)速時的E／f值是基頻轉(zhuǎn)速以下E／f恒值時的1/2，轉(zhuǎn)矩是恒轉(zhuǎn)矩時的1/4，若按P＝Tmn/975進行計算，功率是恒功率時的1/2。以上是保持轉(zhuǎn)差額率fS為一定的情況，實際V/f控制的變頻器會使fS增大，輸出的是如圖213d的恒功率特性。對于一般的普通異步電動機來說，由于受到電動機機構(gòu)的限制，只能實現(xiàn)1：2最大1：3的恒功率運轉(zhuǎn)。為了使機床主軸驅(qū)動擁有更廣泛的恒功率運轉(zhuǎn)范圍，有的廠家專門設(shè)計了可進行繞組切換的電機，以達到降低基頻轉(zhuǎn)速的目的。當采用矢量控制的變頻器對其驅(qū)動時，恒功率范圍可達1：12以上。213 運用普通電動機驅(qū)動1：2恒功率輸出（a）一 負載要求的轉(zhuǎn)矩特性；（b）一 驅(qū)動a負載時電機的輸出界限；(c) 一以基頻速度為標準（轉(zhuǎn)差頻率恒定時）；（d）一以基頻速度為標準(增大轉(zhuǎn)差頻率時)第3章 變頻器的安裝調(diào)試和維修保養(yǎng) 變頻器的設(shè)置環(huán)境和安裝 變頻器的設(shè)置環(huán)境變頻器是精密的電子裝置，為了保證其正常工作，在設(shè)置安裝方面必須注意周圍的環(huán)境條件。一般說來，在變頻器的設(shè)置環(huán)境方面應(yīng)考慮以下因素。（1） 環(huán)境溫度。對安裝在機殼內(nèi)的變頻器來說，所允許的環(huán)境溫度一般為10~+40℃或45℃。當除去變頻器的殼體時，所允許的環(huán)境溫度有時也為10~+50℃。對環(huán)境溫度的要求主要取決于保證變頻器控制電路中各種IC正常工作所需的條件和保證主電路和電源電路中電解電容的壽命的條件。溫度對電子元器件的壽命和可靠性影響很大，特別是當半導(dǎo)體元器件的結(jié)溫度超過規(guī)定值時，將會直接造成元器件的損壞。因此，在環(huán)境溫度較高的場所使用變頻器時，必須采取安裝冷卻裝置和避免日光直曬等措施，保證環(huán)境溫度在廠家要求的范圍之內(nèi)，從而達到保證變頻器正常工作的目的。此外，在進行定期保養(yǎng)維修時還應(yīng)及時清掃控制柜的空氣過濾器和檢查冷卻風(fēng)扇是否正常工作。（2）環(huán)境濕度。當空氣中的濕度較大時，將會引起金屬腐蝕，使絕緣變差，并由此引起變頻器的故障；變頻器廠家都在變頻器的技術(shù)說明書中給出了對濕度的要求，因此，應(yīng)該按照廠家的要求采取各種必要的措施，尤其是要保證變頻器內(nèi)部不出現(xiàn)結(jié)露的情況。當變頻器長期處于不使用狀態(tài)時，應(yīng)該特別注意變頻器內(nèi)部是否會因為周圍環(huán)境的變化（例如停用了空調(diào)等）而出現(xiàn)結(jié)露狀態(tài)，并采取必要的措施，以保證變頻器在重新使用時仍能正常工作。（3）振動。振動將對變頻器內(nèi)部的電子元器件產(chǎn)生應(yīng)力，并成為故障的原因。因此，應(yīng)該注意產(chǎn)品說明書中給出的要求。對于傳送帶和沖壓機械等振動較大的設(shè)備，在必要時應(yīng)采取安裝防振橡膠等措施，將振動抑制在規(guī)定值以下。而對于由于機械設(shè)備的共振而造成的振動來說，則可以利用變頻器的頻率跳越功能，使機械系統(tǒng)避開這些共振頻率，以達到降低振動的目的。（4）對環(huán)境空氣的要求。變頻器本體應(yīng)該設(shè)置在無腐蝕性氣體和無易燃易爆氣體，沒有油滴或水珠濺到，以及塵埃和鐵粉較少的場所。這是因為，腐蝕性氣體和塵埃除了會使電子元器件生銹，出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象之外，還會吸收水分使絕緣變差，并導(dǎo)致短路。而油滴和水珠以及易燃易爆氣體則更是造成短路和變頻器損壞的直接原因。作為對策，可以對變頻器的殼體進行涂漆處理和采用防塵結(jié)構(gòu)。在某些情況下也可以采用清潔空氣內(nèi)壓式或全封閉結(jié)構(gòu)。此外，對于強制冷卻式的控制柜來說，由于塵埃會造成空氣過濾器的堵塞并使變頻器因冷卻能力降低而出現(xiàn)過熱，更應(yīng)該注意保證環(huán)境空氣的清潔。在變頻器的設(shè)置環(huán)境方面，除了上面講到的內(nèi)容之外，還應(yīng)注意廠家在說明書中給出的對海拔高度和安裝空間的要求。 變頻器的安裝方式前面我們已經(jīng)提到了環(huán)境溫度對變頻器的重要性。為了保證變頻器所處的環(huán)境溫度在廠家要求的范圍之內(nèi)，正確地對變頻器進行柜內(nèi)安裝是至關(guān)重要的。因此下面我們將專門介紹一下這方面的內(nèi)容。圖31 將散熱片留在柜外的方式（必須采取措施使控制柜內(nèi)部的溫度保持在上圖所示范圍內(nèi)需要時應(yīng)安裝內(nèi)部空氣循環(huán)用風(fēng)扇）在將變頻器安裝在全封閉式的控制柜中時，可以采用將變頻器全部安裝在控制柜內(nèi)的方式和如圖31所示的將變頻器本體安裝在控制柜內(nèi)而將散熱片留在柜外的方式。與第一種安裝方式相比，第二種安裝方式可以通過散熱片進行內(nèi)部空氣和外部空氣之間的熱傳導(dǎo)，對柜內(nèi)冷卻能力的要求可以低一些，因此更適合于環(huán)境空氣條件較差的場合。 配 線在完成了變頻器的安裝之后，就要開始進行變頻器主電路和電源，濾波器與電動機之間以及控制電路與PLC和周邊設(shè)備之間的連線。下面介紹一下進行連線時應(yīng)該注意的有關(guān)事項。在對主電路進行配線之前應(yīng)該首先檢查一下電纜的線徑是否符合要求。此外，在進行布線時還應(yīng)注意將主電路和控制電路的配線分開，并分別走不同的路線。在不得不經(jīng)過同一接線口時也應(yīng)該在兩種電纜之間設(shè)置隔離壁，以防止動力線的噪聲侵入控制電路，造成變頻器異常。 接地線配線由于變頻器主電路中的半導(dǎo)體開關(guān)器件在工作過程中將進行高速的開閉動作，變頻器主電路和變頻器單元外殼以及控制柜之間的漏電電流也相對變大。因此，為了防止操作者觸電，必須保證變頻器的接地端可靠接地。在進行接地線的布線時，應(yīng)該注意以下事項。（1）應(yīng)該按照規(guī)定的施工要求進行布線。（2）絕對避免同電焊機)動力機械)變壓器等強電設(shè)備共用接地電纜或接地極。此外，接地電纜布線上也應(yīng)與強電設(shè)備的接地電纜分開。（3）盡可能縮短接地電纜的長度。（4）在存在多臺變頻器時，其接地電纜應(yīng)按照圖32所示要領(lǐng)進行布線。圖32 多臺變頻器時的接地布線要領(lǐng)(a)最好的接地布線方式；(b)正確的接地布線；(c)錯誤的接地布線 控制電路布線在變頻器中，主回路及其直接相連的周邊設(shè)備處理的是強電信號，而控制電路以及與其直接相關(guān)的操作電路和周邊設(shè)備中所處理的信號則為弱電信號。因此，為了達到保證變頻器正常工作的目的，除了應(yīng)該選取各種必要的周邊設(shè)備之外，在控制電路的布線方面也應(yīng)充分注意，并采取各種必要的措施，避免主電路及相關(guān)設(shè)備中的強電信號產(chǎn)生的干擾進入控制電路。一般來說，在控制電路的布線方面應(yīng)該特別注意以下幾點。（1）控制電路的布線應(yīng)和主電路電線以及其他動力線分開。（2）因為變頻器的故障信號和多功能接點輸出信號等有可能同高壓交流繼電器相連，所以應(yīng)該將其連線與控制電路的其他端子和接點分開。（3）為了避免因干擾信號造成的誤動作，在對控制電路進行布線時應(yīng)采用屏蔽線或雙絞線。（4）布線距離應(yīng)以100m為參考基準，當布線距離超過100m時使用信號絕緣器或繼電器對信號進行放大。（5）在連線時充分注意模擬信號線的極性。（6）在檢查控制電路連線時不使用蜂鳴功能。 通電前的檢查 外觀及結(jié)構(gòu)檢查在對變頻器進行安裝之前應(yīng)根據(jù)下面給出的事項對變頻器的外觀和結(jié)構(gòu)方面進行檢查和確認。（1）確認銘牌。應(yīng)確認一下實物的規(guī)格是否和訂單以及系統(tǒng)設(shè)計時的選型一致。（2）確認周邊設(shè)備與實物是否相符。（3）根據(jù)接線圖對各部分連線進行檢查。檢查控制柜內(nèi)的連線和控制柜與柜外的操作盒以及各種檢測器件之間的連線是否正確。（4）對安裝和連線進行確認。確認變頻器的設(shè)置環(huán)境和主電路線徑是否合適，接地線和屏蔽線的處理方式是否正確，接線端子各部分的螺釘有無松動等。（5）控制柜內(nèi)的異物處理。用吸塵器等對控制柜內(nèi)的塵土和碎線頭等進行清掃。 絕緣電阻檢查對主電路和接地端子進行如圖33所示的絕緣電阻檢查。雖然變頻器的絕緣電阻因廠家而異，但在一般情況下，要求在用500V級的兆歐表進行檢測時，絕緣電阻的阻值在5MΩ以上。對控制電路則不需要進行兆歐表檢查。圖33 絕緣電阻檢查 試運行 電動機單獨運行在對變頻器和周邊設(shè)備進行了通電前的各項檢查之后，下一步工作是利用變頻器對電動機進行單獨驅(qū)動運行。電動機的單獨運行指的是將電動機與負載的連接器或皮帶去掉，使電動機進行空載運行。當由于機構(gòu)上的原因，無法將電動機與負載斷開時或者電動機為高頻電動機時，可以將變頻器的輸出線斷開，使變頻器進行單獨運行（空載運行）。電動機的單獨運行通常利用變頻器的數(shù)字操作盒進行。它包括確認電動機的轉(zhuǎn)向，變頻器和電動機是否可以正常加速至額定轉(zhuǎn)速，繼電器的開關(guān)順序是否正確以及PLC的軟件是否可以正常運行等項目。雖然變頻器的操作盒的功能和操作方法因廠家而異，但它們都具有以下幾種基本功能。（1）驅(qū)動模式。在驅(qū)動模式下，可以進行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動等運行操作。（2）編程模式。在編程模式下，可以進行功能選擇和參數(shù)設(shè)定等操作。變頻器的功能和內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定因廠家不同而有較大差異，關(guān)于各種參數(shù)的意義和設(shè)定方法，請分別參照廠家的技術(shù)說明書。（3）檢測功能。檢測功能可以對變頻器的工作狀態(tài)，例如輸出頻率)輸出電壓)輸出電流等進行檢測。（4）顯示異常內(nèi)容。當變頻器出現(xiàn)異常情況時，可以顯示異常的內(nèi)容和發(fā)生順序。此外，在重新接通電源時，將顯示上次的異常內(nèi)容。 負載機械的試運行在進行負載機械的試運行之前，應(yīng)首先確認一下負載機械是否滿足可以開始運行的條件以及如果機械開始運行的話是否存在安全問題。在進行負載機械的運行時，請參考下面給出的運行順序。（1）系統(tǒng)的需要，設(shè)置所需的各個參數(shù)。（2）利用外部的點動運行指令，或者按數(shù)字操作盒上的點動操作鍵，進行點動運行。這樣做不僅可以確認電動機的轉(zhuǎn)動方向，還可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)是否存在因金屬摩擦而產(chǎn)生的異常。當機械設(shè)備尚處于磨合階段，起動摩擦較大時，可以靈活運用變頻器的轉(zhuǎn)矩自動增強功能。（3）逐漸加速，檢查系統(tǒng)是否存在機械的異常（振動和異常聲音等）。（4）當速度增至額定轉(zhuǎn)速的一半左右時，使機械暫停，以確認制動功能是否正常。（5）逐漸加速至額定轉(zhuǎn)速，并在加速過程中注意機械系統(tǒng)是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。（6）將指令設(shè)為額定轉(zhuǎn)速，并在此狀態(tài)下進行運行/停止等各種運行操作。如果在減速過程中出現(xiàn)變頻器防失速功能動作的現(xiàn)象，適當增加減速時間。（7）根據(jù)需要使機械系統(tǒng)以中速或高速進行磨合運行。當變頻器的模擬量檢測端子上接有電流計或頻率計時，參照數(shù)字操作盒的顯示對其進行校準。 檢查與維修保養(yǎng)變頻器內(nèi)部包含有功率晶體管、晶閘管、IC等半導(dǎo)體元器件，以及電容、電阻、冷卻風(fēng)扇和繼電器等其他器件，是一個相當復(fù)雜的精密設(shè)備。雖然在新型變頻器中盡可能使用了壽命較長的元器件，但是這些元器件的壽命畢竟是有限的，而且存在著老化問題。即使是在正常的工作環(huán)境下工作，在超過了使用年限之后，也會出現(xiàn)特性變化和動作異常的情況。而任一元器件的故障都將影響變頻器的正常工作。本節(jié)將討論變頻器的檢查與維修保養(yǎng)問題。 維修保養(yǎng)時應(yīng)遵照的準則因為變頻器既是含有微處理器等半導(dǎo)體芯片的精密電子設(shè)備，又是同時處理著數(shù)千瓦到數(shù)十千瓦的電力動力設(shè)備，所以在進行通電前檢查，試運行，調(diào)整以及維修保養(yǎng)時都必須十分注意，并嚴格遵照下面給出的基本準則。維修保養(yǎng)時應(yīng)遵照的準則為：（1）由于內(nèi)部大電容的作用，在切斷了變頻器的電源之后與充電電容有關(guān)的部分將仍有殘存電壓，在“充電”指示燈熄滅之前不應(yīng)觸摸有關(guān)部分。（2）在出廠之前，廠家都已經(jīng)對變頻器進行過初始設(shè)定。請不要任意改變這些設(shè)定。而在改變了初始設(shè)定后又希望恢復(fù)初始設(shè)定值時，一般需要進行初始化操作。（3）在新型變頻器的控制電路中使用了許多CMOS芯片。用手指直接觸摸電路板時將可能使這些芯片因靜電作用而遭到破壞，所以應(yīng)充分加以注意。（4）在通電狀態(tài)下不允許進行改變接線和拔插連接插頭等操作。（5）在變頻器工作過程中不允許對電路信號進行檢查。這是因為在連接測試儀表時所出現(xiàn)的噪聲以及誤操作有可能帶來變頻器故障。（6）必須保證變頻器的接地端子可靠接地。（7）不允許將變頻器的輸出端子（U、V、W）接在交流電網(wǎng)電源上。（8）不允許進行電壓耐壓實驗。（9）在檢查控制電路連線時，不應(yīng)該利用萬用表的蜂鳴功能。 定期檢查和維修保養(yǎng)為了防止變頻器出現(xiàn)因元器件老化和異常等造成的故障，在變頻器的使用過程中必須定期進行保養(yǎng)維修，并根據(jù)需要更換老化的元器件。表31給出了變頻器的定期檢查項目，而表32則給出了需要定期檢查更換的元器件及參考檢查更換時間。表31 定期檢查項目一覽表檢查位置檢查項目周圍環(huán)境確認環(huán)境溫度、濕度、振動，空氣有無灰塵、氣體、油霧、水滴等周圍有沒有放置工具等異物、危險品電 壓主電路、控制電路電壓是否正常操作盒顯示部分 顯示是否清楚