【正文】 恒值控制，電機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩相反。我們知道，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為磁通乘以轉(zhuǎn)子電流，所以在驅(qū)動(dòng)恒功率負(fù)載時(shí)，為了確保低速高轉(zhuǎn)矩，需要加大磁通量和電機(jī)轉(zhuǎn)子電流(當(dāng)然也要加大電機(jī)的定子電流)，這就必須大大增加電機(jī)和變頻器的容量。如圖213所示，驅(qū)動(dòng)恒功率負(fù)載時(shí)，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(jìn)行恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，稱之為1：m的恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖213為1：2的恒功率控制時(shí)的特性。例如采用矢量控制時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率f為一定時(shí)，在恒功率區(qū)域，對電動(dòng)機(jī)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(hào)m的比例進(jìn)行控制，可推算出轉(zhuǎn)矩與（B/f）成正比，（.）點(diǎn)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(shí)的1/2。在圖213a中，若電動(dòng)機(jī)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(shí)），為增強(qiáng)轉(zhuǎn)矩而進(jìn)行的電壓補(bǔ)償也被忽略不計(jì)。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(diǎn))的輸出電壓為最大輸出電壓．例如變頻器電源電壓為380v，（.)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電壓為380V。而在基頻轉(zhuǎn)速時(shí)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(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩特性。若驅(qū)動(dòng)圖4—10a那樣的負(fù)載，圖213b電機(jī)能夠輸出的恒轉(zhuǎn)矩范圍過寬了。圖213c是以基頻轉(zhuǎn)速點(diǎn)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(shí)的E／f值是基頻轉(zhuǎn)速以下E／f恒值時(shí)的1/2，轉(zhuǎn)矩是恒轉(zhuǎn)矩時(shí)的1/4，若按P＝Tmn/975進(jìn)行計(jì)算，功率是恒功率時(shí)的1/2。以上是保持轉(zhuǎn)差額率fS為一定的情況，實(shí)際V/f控制的變頻器會(huì)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(dòng)機(jī)來說，由于受到電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)的限制，只能實(shí)現(xiàn)1：2最大1：3的恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。為了使機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)擁有更廣泛的恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)范圍，有的廠家專門設(shè)計(jì)了可進(jìn)行繞組切換的電機(jī)，以達(dá)到降低基頻轉(zhuǎn)速的目的。當(dāng)采用矢量控制的變頻器對其驅(qū)動(dòng)時(shí)，恒功率范圍可達(dá)1：12以上。213 運(yùn)用普通電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)1：2恒功率輸出（a）一 負(fù)載要求的轉(zhuǎn)矩特性；（b）一 驅(qū)動(dòng)a負(fù)載時(shí)電機(jī)的輸出界限；(c) 一以基頻速度為標(biāo)準(zhǔn)（轉(zhuǎn)差頻率恒定時(shí)）；（d）一以基頻速度為標(biāo)準(zhǔn)(增大轉(zhuǎn)差頻率時(shí))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(jī)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(dāng)除去變頻器的殼體時(shí)，所允許的環(huán)境溫度有時(shí)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(dāng)半導(dǎo)體元器件的結(jié)溫度超過規(guī)定值時(shí)，將會(huì)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(shí)，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(dá)到保證變頻器正常工作的目的。此外，在進(jìn)行定期保養(yǎng)維修時(shí)還應(yīng)及時(shí)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(dāng)空氣中的濕度較大時(shí)，將會(huì)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(dāng)變頻器長期處于不使用狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該特別注意變頻器內(nèi)部是否會(huì)因?yàn)橹車h(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(shí)仍能正常工作。（3）振動(dòng)。振動(dòng)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(jī)械等振動(dòng)較大的設(shè)備，在必要時(shí)應(yīng)采取安裝防振橡膠等措施，將振動(dòng)抑制在規(guī)定值以下。而對于由于機(jī)械設(shè)備的共振而造成的振動(dòng)來說，則可以利用變頻器的頻率跳越功能，使機(jī)械系統(tǒng)避開這些共振頻率，以達(dá)到降低振動(dòng)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?yàn)?，腐蝕性氣體和塵埃除了會(huì)使電子元器件生銹，出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象之外，還會(huì)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(jìn)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(qiáng)制冷卻式的控制柜來說，由于塵埃會(huì)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(jìn)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(shí)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(shí)，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(jìn)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(jìn)行變頻器主電路和電源，濾波器與電動(dòng)機(jī)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(jìn)行連線時(shí)應(yīng)該注意的有關(guān)事項(xiàng)。在對主電路進(jìn)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(jìn)行布線時(shí)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(shí)也應(yīng)該在兩種電纜之間設(shè)置隔離壁，以防止動(dòng)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(jìn)行高速的開閉動(dòng)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(jìn)行接地線的布線時(shí)，應(yīng)該注意以下事項(xiàng)。（1）應(yīng)該按照規(guī)定的施工要求進(jìn)行布線。（2）絕對避免同電焊機(jī))動(dòng)力機(jī)械)變壓器等強(qiáng)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(qiáng)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(tái)變頻器時(shí)，其接地電纜應(yīng)按照圖32所示要領(lǐng)進(jìn)行布線。圖32 多臺(tái)變頻器時(shí)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(cuò)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(qiáng)電信號(hào)，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(hào)則為弱電信號(hào)。因此，為了達(dá)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(qiáng)電信號(hào)產(chǎn)生的干擾進(jìn)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(diǎn)。（1）控制電路的布線應(yīng)和主電路電線以及其他動(dòng)力線分開。（2）因?yàn)樽冾l器的故障信號(hào)和多功能接點(diǎn)輸出信號(hào)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(diǎn)分開。（3）為了避免因干擾信號(hào)造成的誤動(dòng)作，在對控制電路進(jìn)行布線時(shí)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(zhǔn)，當(dāng)布線距離超過100m時(shí)使用信號(hào)絕緣器或繼電器對信號(hào)進(jìn)行放大。（5）在連線時(shí)充分注意模擬信號(hào)線的極性。（6）在檢查控制電路連線時(shí)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(jìn)行安裝之前應(yīng)根據(jù)下面給出的事項(xiàng)對變頻器的外觀和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行檢查和確認(rèn)。（1）確認(rèn)銘牌。應(yīng)確認(rèn)一下實(shí)物的規(guī)格是否和訂單以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的選型一致。（2）確認(rèn)周邊設(shè)備與實(shí)物是否相符。（3）根據(jù)接線圖對各部分連線進(jìn)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(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)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(dòng)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(jìn)行清掃。 絕緣電阻檢查對主電路和接地端子進(jìn)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(jí)的兆歐表進(jìn)行檢測時(shí)，絕緣電阻的阻值在5MΩ以上。對控制電路則不需要進(jìn)行兆歐表檢查。圖33 絕緣電阻檢查 試運(yùn)行 電動(dòng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行在對變頻器和周邊設(shè)備進(jìn)行了通電前的各項(xiàng)檢查之后，下一步工作是利用變頻器對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的單獨(dú)運(yùn)行指的是將電動(dòng)機(jī)與負(fù)載的連接器或皮帶去掉，使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行空載運(yùn)行。當(dāng)由于機(jī)構(gòu)上的原因，無法將電動(dòng)機(jī)與負(fù)載斷開時(shí)或者電動(dòng)機(jī)為高頻電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以將變頻器的輸出線斷開，使變頻器進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行（空載運(yùn)行）。電動(dòng)機(jī)的單獨(dú)運(yùn)行通常利用變頻器的數(shù)字操作盒進(jìn)行。它包括確認(rèn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，變頻器和電動(dòng)機(jī)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(yùn)行等項(xiàng)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(dòng)模式。在驅(qū)動(dòng)模式下，可以進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)等運(yùn)行操作。（2）編程模式。在編程模式下，可以進(jìn)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(jìn)行檢測。（4）顯示異常內(nèi)容。當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常情況時(shí)，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(shí)，將顯示上次的異常內(nèi)容。 負(fù)載機(jī)械的試運(yùn)行在進(jìn)行負(fù)載機(jī)械的試運(yùn)行之前，應(yīng)首先確認(rèn)一下負(fù)載機(jī)械是否滿足可以開始運(yùn)行的條件以及如果機(jī)械開始運(yùn)行的話是否存在安全問題。在進(jìn)行負(fù)載機(jī)械的運(yùn)行時(shí)，請參考下面給出的運(yùn)行順序。（1）系統(tǒng)的需要，設(shè)置所需的各個(gè)參數(shù)。（2）利用外部的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行指令，或者按數(shù)字操作盒上的點(diǎn)動(dòng)操作鍵，進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。這樣做不僅可以確認(rèn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)機(jī)械設(shè)備尚處于磨合階段，起動(dòng)摩擦較大時(shí)，可以靈活運(yùn)用變頻器的轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能。（3）逐漸加速，檢查系統(tǒng)是否存在機(jī)械的異常（振動(dòng)和異常聲音等）。（4）當(dāng)速度增至額定轉(zhuǎn)速的一半左右時(shí)，使機(jī)械暫停，以確認(rèn)制動(dòng)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(jī)械系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象。（6）將指令設(shè)為額定轉(zhuǎn)速，并在此狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行/停止等各種運(yùn)行操作。如果在減速過程中出現(xiàn)變頻器防失速功能動(dòng)作的現(xiàn)象，適當(dāng)增加減速時(shí)間。（7）根據(jù)需要使機(jī)械系統(tǒng)以中速或高速進(jìn)行磨合運(yùn)行。當(dāng)變頻器的模擬量檢測端子上接有電流計(jì)或頻率計(jì)時(shí)，參照數(shù)字操作盒的顯示對其進(jìn)行校準(zhǔn)。 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(gè)相當(dāng)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(huì)出現(xiàn)特性變化和動(dòng)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(shí)應(yīng)遵照的準(zhǔn)則因?yàn)樽冾l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(shí)處理著數(shù)千瓦到數(shù)十千瓦的電力動(dòng)力設(shè)備，所以在進(jìn)行通電前檢查，試運(yùn)行，調(diào)整以及維修保養(yǎng)時(shí)都必須十分注意，并嚴(yán)格遵照下面給出的基本準(zhǔn)則。維修保養(yǎng)時(shí)應(yīng)遵照的準(zhǔn)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(jìn)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(shí)，一般需要進(jìn)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(shí)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(jìn)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(hào)進(jìn)行檢查。這是因?yàn)樵谶B接測試儀表時(shí)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(jìn)行電壓耐壓實(shí)驗(yàn)。（9）在檢查控制電路連線時(shí)，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(jìn)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(xiàng)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(shí)間。表31 定期檢查項(xiàng)目一覽表檢查位置檢查項(xiàng)目周圍環(huán)境確認(rèn)環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)，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(xiǎn)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