龙门铣床电气控制系统故障分析

龙门铣床电气控制系统故障分析

卢文旭王翔徐全金王希斌

中国石油集团济柴动力总厂山东济南250000

摘要：近年来，龙门铣床电气控制系统的故障问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了主回路常见故障问题，并结合相关实践经验，分别从主回路典型故障、控制回路故障与冷却系统以及外部的电磁感应干扰等多个角度与方面对该课题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：龙门铣床；电气控制；系统；故障

1前言

作为一项实际要求较高的实践性工作，龙门铣床电气控制系统故障的处理有着其自身的特殊性。该项课题的研究，将会更好地提升对龙门铣床电气控制系统的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。

2概述

随着时代的进步和社会的发展，现代切削加工技术的发展步伐也在不断的加快，而铣削作为加工技术中一个具有较高效率和质量的方法，对于机械加工和机械设备加工具有非常广泛的应用。

龙门铣床由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析尤为重要。影响数控龙门铣床利用率的主要故障模式是电气系统的主轴电机故障，其次是机械系统的横梁制动器故障，再次是制冷系统和附件。

3主回路常见故障分析

主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定，在回路设计时已经选定了电容器的型号，所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命，一般温度每上升10℃，寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度，另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流，从而延长电解电容器的寿命。在电容器维护时，通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况，当静电容量低于额定值的80%，绝缘阻抗在5欧姆以下时，应考虑更换电解电容器。

4主回路典型故障分析

故障现象:变频器在加速、减速或正常运行时出现过电流跳闸。首先应区分是由于负载原因，还是变频器的原因引起的。如果是变频器的故障，可通过历史记录查询在跳闸时的电流，超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否有过载或突变，如电机堵转等。在负载惯性较大时，可适当延长加速时间，此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流，在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内，可判断是IPM模块或相关部分发生故障。首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、V、W，分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻，来判断IPM模块是否损坏。如模块未损坏，则是驱动电路出了故障。

5控制回路故障与冷却系统分析

电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和表面操作显示板以及风扇等提供电源，这些电源一般都是从主电路输出的直流电压，通过开关电源再分别整流而得到的。因此，某一路电源短路，除了本路的整流电路受损外，还可能影响其他部分的电源，如由于误操作而使控制电源与公共接地短接，致使电源电路板上开关电源部分损坏，风扇电源的短路导致其他电源断电等。一般通过观察电源电路板就比较容易发现。逻辑控制电路板是变频器的核心，它集中了CPU、MPU、ＲAM、EEPＲOM等大规模集成电路，具有很高的可靠性，本身出现故障的概率很小，但有时会因开机而使全部控制端子同时闭合，导致变频器出现EEPＲOM故障，这只要对EEPＲOM重新复位就可以了。IPM电路板包含驱动和缓冲电路，以及过电压、缺相等保护电路。从逻辑控制板来的PWM信号，通过光耦合将电压驱动信号输入IPM模块，因而在检测模快的同时，还应测量IPM模块上的光耦。冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短，临近使用寿命时，风扇产生震动，噪声增大最后停转，变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受陷于轴承，大约为10000～35000h。当变频器连续运转时，需要2～3年更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命，一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。

6外部的电磁感应干扰

如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有:变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上，加装防止冲击电压的吸收装置，如ＲC浪涌吸收器，其接线不能超过20cm;尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主回路分离;变频器控制回路配线绞合节距离应在15mm以上，与主回路保持10cm以上的间距;变频器距离电动机很远时(超过100m)，这时一方面可加大导线截面面积，保证线路压降在2%以内，同时应加装变频器输出电抗器，用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。

7电源异常

电源异常大致分以下3种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混合形式。这些异常现象的主要原因，多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些电网或自行发电的单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。如果附近有直接启动的电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，其电源应和变频器的电源分离，减小相互影响。

对于要求瞬时停电后仍能继续运行的设备，除选择合适价格的变频器外，还应预先考虑电机负载的降速比例。当变频器和外部控制回路都采用瞬间停电补偿方式时，失压回复后，通过测速电机测速来防止在加速中的过电流。

对于要求必须连续运行的设备，应对变频器加装自动切换的不停电电源装置。像带有二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态，但也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大，及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。

8结束语

综上所述，加强对龙门铣床电气控制系统故障问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的龙门铣床电气控制系统故障处理过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献

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