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上海贊國自動化科技有限公司
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引言
隨著變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的日益普及，變頻器作為一種調(diào)速節(jié)能的產(chǎn)品，已日益受到工礦企業(yè)的重視，成為工業(yè)生產(chǎn)及生活中不可或缺的工具。在石油、化工、建材、電力、礦山、塑料、冶金、水利等關(guān)系國計民生的各行業(yè)，變頻器正發(fā)揮著強大的作用。據(jù)統(tǒng)計，在當(dāng)前及今后的幾年，變頻器將以10%～15%的銷售速度增長，即每年大約為500～900萬kw，各種功率等級、各種性能、各種用途的變頻器都將為用戶使用。所以如何讓用戶用好變頻器，真正發(fā)揮變頻器在調(diào)速方便、節(jié)能及提高生產(chǎn)工藝方面的優(yōu)勢，作為變頻器的生產(chǎn)廠家，是首先應(yīng)考慮的問題。
本文以風(fēng)光牌變頻器在用戶當(dāng)中的使用為例，結(jié)合筆者在用戶安裝調(diào)試過程中所遇到的一些問題，粗略的談一下變頻器的安裝與調(diào)試問題，以供廣大的變頻器用戶在使用時參考。
2 變頻器的安裝及使用條件
正象其他的電器設(shè)備或裝置一樣，變頻器作為一種電力電子設(shè)備，同樣有其嚴(yán)格的使用條件和應(yīng)用場合，任何違反產(chǎn)品使用規(guī)范的安裝及使用，都將是非法的，不可避免的會帶來設(shè)備及人、財、物的損失。
2.1 變頻器的使用環(huán)境及注意事項
2.1.1 變頻器要求的工作環(huán)境
(1)工作環(huán)境溫度－10℃～ 40℃，工作環(huán)境的變化應(yīng)不大于?5℃／h。
(2)相對濕度:空氣的最大相對濕度不超過90%，每小時相對濕度的變化率不超過5%且不得出現(xiàn)凝露。
(3)運行地點無導(dǎo)電或塵埃，無腐蝕金屬或破壞絕緣的氣體或蒸汽。
(4)變頻器安裝地點所允許的振動條件:
振動頻率10～150hz，振動加速度不大于5m/s2，當(dāng)變頻器由于安裝臺基振動可能產(chǎn)生共振時，應(yīng)對變頻器采取減振措施，以避開共振頻率。
(5)交流輸入電源
電壓持續(xù)波動不超過?20%。
頻率波動不超過?2%，頻率變化每秒不超過?1%。
三相電壓的不平衡度:負(fù)序分量不超過正序分量的5%;
電源諧波成分:電壓相對諧波含量的均方根值不超過10%。
(6)海拔高度:不超過1000m。
2.1.2 注意事項
(1)非專業(yè)人員不可開蓋開柜門使用或檢測;
(2)變頻器出廠前已作過耐壓試驗，用戶不可也沒有必要再對變頻器進行耐壓試驗;
(3)電動機上不可并接改善功率因數(shù)用的大電容;
(4)外殼可靠接地;
(5)不可將三相輸入改成兩相輸入，否則會出現(xiàn)缺相保護;
(6)低頻運行時要考慮電動機自帶風(fēng)扇效果，潤滑效果情況，高頻運行時要考慮軸承的承受能力。
這些闡述了變頻器安裝的最基本的規(guī)則。要深刻理解和熟悉這些規(guī)則。
2.2 安裝前的準(zhǔn)備工作
要安裝好一臺變頻器，使它能正常的運行，達(dá)到技術(shù)及工藝要求，除了滿足上述基本規(guī)則外，還應(yīng)注意以下幾點:
(1)安裝前首先要熟悉和掌握生產(chǎn)工藝及技術(shù)要求，弄清楚其負(fù)載狀況，了解變頻器在系統(tǒng)中的作用和地位，是要求節(jié)能，還是改進生產(chǎn)工藝，還是二者兼之。某些場合并沒有節(jié)能空間，而硬要求變頻器節(jié)能，這是不妥當(dāng)?shù)摹?br />
(2)變頻器帶的負(fù)載從電氣方面而言首先是電機，因此安裝前首先要對現(xiàn)場的電機有比較清楚的理解，包括額定電壓、額定電流、電機極數(shù)、額定功率等，安裝的變頻器必須與之相匹配，有些特殊場合，如負(fù)荷較重、海拔超過1000m(即超過標(biāo)準(zhǔn)海拔高度)、煤礦提升機變頻器等，變頻器要比負(fù)載電機高出一個甚至兩個功率等級，一般不允許變頻器比負(fù)載電機功率等級低，以免變頻器超負(fù)荷運行而帶不動或經(jīng)常過載保護，造成不必要的麻煩。
(3)電機的電氣絕緣安裝前必須進行檢測。絕緣不好的電機不能安裝變頻器。因為變頻器雖然設(shè)有短路保護，但瞬間的接地也可能造成某些變頻器的損壞。
(4)安裝前應(yīng)仔細(xì)閱讀變頻器的使用說明書，結(jié)合現(xiàn)場工藝要設(shè)置哪幾個參數(shù)，參數(shù)的設(shè)置方法等，要熟練掌握。
(5)對于某些場合，特別是要求自動控制的而需要附屬配件的，如供水用的壓力表、傳感器、壓力變送器及一些配套設(shè)施，如pid調(diào)節(jié)儀、溫控儀、定時鐘等，有些還需要遠(yuǎn)控裝置，也要熟練掌握。以期能快速的安裝、調(diào)試到位。
(6)要嚴(yán)格按照變頻器的使用說明書進行配線，包括主線和控制線，某些情況只能高于說明書要求的規(guī)格而不能低于。需要壓接接線鼻的地方，要嚴(yán)格按要求壓接，規(guī)格和工藝要符合標(biāo)準(zhǔn)。
(7)在現(xiàn)代工業(yè)控制比較復(fù)雜的情況下，還要考慮電磁兼容性問題，要考慮變頻器的干擾與抗干擾，必要時加裝電磁濾波裝置。有些場合電機距離變頻器可能較遠(yuǎn)，要考慮加裝輸出電抗器及濾波器。
(8)對于位能負(fù)載，如煤礦主井絞車、提升機、電梯類，由于存在再生發(fā)電狀態(tài)，要考慮加裝制動單元和配套的制動電阻，防止變頻器過壓保護或損壞。
以上這些問題都是我們在安裝變頻器之前要了解和掌握的，不熟悉這些內(nèi)容，就可能造成變頻器的安裝或調(diào)試不順利或根本不成功，造成設(shè)備損壞或不能正常使用，這是我們要切記的。
3 中壓變頻器的安裝與調(diào)試
這里所說的中壓變頻器，是指電壓等級從750v～2300v的變頻器，分為兩個電壓級別，1140v和2300v兩種類型的變頻器。這種類型的變頻器負(fù)載一般都是油田上用的潛油電泵，1140v的還有用于抽油機的。我們簡要說一下安裝調(diào)試方法。
3.1 安裝步驟
(1)接控制線
確認(rèn)原工頻工作時的工作狀態(tài),首先要了解潛油電泵的工作過程。
潛油電泵是一種深置于井下1000m—3000m的電泵，由于電纜線較長，地面上的供電設(shè)備要能補償這部分電纜損耗，因此原工頻裝置要提供比電機額定電壓高出100—300v的供電電壓。
電泵及電纜都是高溫、高壓的設(shè)備，在安裝前都要進行絕緣測試。用2500v的兆歐表測試，絕緣電阻不應(yīng)低于50mω。
要檢測原來的工頻供電的電壓及工作電流，以便調(diào)試時參考。
由于油田上潛油電泵下泵的深度不同，潛油電泵供電的電壓就有所不同。因此對應(yīng)于同一電壓等級的變頻器而言，就有不同的電壓輸入，變頻器的控制電壓就有所不同。為了解決這一問題，筆者在變頻器內(nèi)部安裝了一個變壓器，對應(yīng)于不同的電壓輸入，電壓輸出都是一樣的。對于這類變頻器，其輸出都只有220v、110v、380v三組電壓。220v是給控制電路供電的，110v是給電機保護儀供電的，380v是給電壓表供電的。其控制接線如圖2示。
圖1 控制原理圖
圖2 變壓器抽頭圖
因此要根據(jù)原來的供電電壓選擇合適的控制電源接線端子，將原出廠時空出的兩根接線或接在電壓最高端(出廠時按最高電壓試驗)的兩根線接在原電壓等級的端子上，因有兩個變壓器，都要進行改接。如圖3示。
圖3 控制端子接線圖
(2)接主線
按配線規(guī)格，將電源線接在變頻器的三相輸入(或標(biāo)記r、ｓ、ｔ)端子上，電機線接在變頻器的三相輸出(或標(biāo)記u、v、w)端子上，地線接在變頻器上標(biāo)有“⊥”的端子上。并將相應(yīng)的羅栓擰緊。
3.2 調(diào)試
(1)將柜門上的隔離開關(guān)拉下，并將柜門上的“變頻啟動”按扭旋開，使其呈斷開狀態(tài)。提示送電后，用mf—47型或500型萬用表的高壓擋“2500v”檔測量三相輸入電壓(一定注意安全)，應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)，并三相相互平衡，若不正確，應(yīng)停電檢查供電電源。
(2)電源正常后，合上隔離開關(guān)閘刀，用萬用表檢測控制電源的220v電壓(測量里面的接線插盒即可)是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，按其?20%的波動，應(yīng)在220v?20v范圍內(nèi)，若超出此范圍，應(yīng)拉下高壓隔離開關(guān)的閘刀，調(diào)整控制變壓器的接頭，直至滿足要求為止。
(3)用一個單相插頭取一根線接在控制端子排的“c”端子上，另一頭的兩相插在接線盒上(老機型一根線接在“c”上，另一根線接在“d”上)，合上隔離開關(guān)閘刀，變頻器應(yīng)能送上控制電，面板上顯示“43.21”過幾秒鐘“pro”燈亮(新機型)，或只有“pro”燈亮(老機型)，若不顯示可將插頭反過來重新插一下即可。
(4)面板顯示正常后，可檢查變頻器的控制功能是否正常。用萬用表檢測延時可控硅兩端的電壓(即延時電阻上的電壓)，應(yīng)在1.00ｖ左右。將變頻器的“開／停機”開關(guān)打在“開機”位置，變頻器應(yīng)能開機，調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”旋扭，變頻器頻率應(yīng)從“2.00”升至“50.00”。用萬用表測量變頻器的三相輸出端子(這時應(yīng)從變頻器一側(cè)測量，因柜子并沒有接通主電，變頻器的主接觸器沒有吸合)，三相電壓應(yīng)相互平衡，對中線也應(yīng)相互平衡。電壓大致是2300v等級的三相電壓為15v左右，對中線為10v左右;1140v等級的三相電壓為9v左右，對中線為5v左右。若不平衡，應(yīng)檢查柜子在運輸過程中有無掉線或其他問題，直至電壓完全平衡為止。
(5)運行參數(shù)的設(shè)定。這包括變頻器參數(shù)和電機保護儀參數(shù)的設(shè)定兩步。
變頻器參數(shù)的設(shè)定。因變頻器出廠時一般是按2300v/125kw或1140v/75kw而設(shè)計的，因此應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場負(fù)載的要求重新設(shè)定，包括額定電流、過載保護電流，其他參數(shù)一般不需要修改。
電機保護儀的參數(shù)設(shè)定。電機保護儀的參數(shù)包括欠載電流、過載電流、欠壓設(shè)定、過壓設(shè)定等。這里說明一下。因潛油電泵是深置于油井下油層里的電泵，在運行中靠油的循環(huán)來散熱。一旦井供液不足，電機將脫離油層運轉(zhuǎn)，電機將干轉(zhuǎn)，這樣就很容易燒毀電泵。因此應(yīng)設(shè)定欠載保護，當(dāng)運行電流低于額定電流的80%時，就停止電機的運行，起到保護電機的作用。
參數(shù)的設(shè)定方法可參照相應(yīng)的說明書進行，主要有兩種，bk-3型和bk—j1型。
bk—3型的方法是:在顯示器顯示“ｐ”(剛送電或按四次“上檔”鍵)時，可對參數(shù)值進行修改。根據(jù)需要的數(shù)值，按相應(yīng)的數(shù)字鍵，再按“上檔”或“下檔”鍵，最后按相應(yīng)的功能鍵，即可完成參數(shù)值的修改。
bk—ji形的方法是:在就緒畫面(剛送電或按四次“上檔”鍵)狀態(tài)下，按一次“上檔”鍵，再按一次“整定值”鍵，屏幕顯示整定值操作畫面。畫面上有光標(biāo)閃爍，在光標(biāo)閃爍位置可輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)。按“移動”鍵，光標(biāo)可上下移動，屏幕右上角的箭頭(“↑”或“↓”)指出當(dāng)前的移動方向。按“上檔”、“方向”鍵可以改變箭頭的方向。輸入完畢后，應(yīng)按四次“上擋”鍵保存修改結(jié)果。如圖４、5所示。
圖4 就緒畫面
圖5 整定值操作界面
有些井可能本身供液不足，需要降低頻率運行，因此可根據(jù)具體情況，在泵運行起來后，再根據(jù)實際運行電流重新設(shè)定參數(shù)。
(6)帶載運行
參數(shù)設(shè)定好后，就可將插盒上的插頭拔下，并將外接的“ｃ”(或者“c”、“d”兩點)點上的線拆掉，就可以帶載運行了。
圖6 單臺變頻器的安裝
(a)柜外冷卻方式 (b)柜內(nèi)冷卻方式
圖7 單臺變頻器的柜式安裝
正常運行后，可根據(jù)運行電流對電機保護儀的參數(shù)重新調(diào)整一下，以達(dá)到可靠保護又能正常運行的狀態(tài)。
對電機的正反轉(zhuǎn)要確認(rèn)。根據(jù)經(jīng)驗，一般情況下，正轉(zhuǎn)比反轉(zhuǎn)電流大，井口的壓力指示高。反轉(zhuǎn)一般壓力表指針不起。有的井上油慢，要等一段時間才能確定。
由于本變頻柜還設(shè)有工頻備用，以便在變頻出問題時能臨時投入工頻，不耽誤生產(chǎn)的進行，因此變頻正常后還應(yīng)試一下工頻運行，其正反轉(zhuǎn)也應(yīng)調(diào)試正常。正反轉(zhuǎn)調(diào)整時，變頻調(diào)輸出，工頻調(diào)輸入，即可使工變頻都正常運行。
調(diào)整完后，用變頻運行，正常后，啟動電機保護儀，保護儀顯示正常后，旋開“變頻啟動”旋扭(投入電機保護儀保護，不旋開不起作用)，柜子上的各種儀表指示都正常，調(diào)試即完畢。
4 低壓變頻器的安裝調(diào)試
低壓變頻器由于所帶的負(fù)載種類繁多，類型千差萬別。因此安裝調(diào)試相應(yīng)的也有較大的區(qū)別。
低壓負(fù)載從使用變頻器的角度來說大體可分為有慣量和無慣量兩種，有慣量負(fù)載最顯著的特征就是在快速停機時存在發(fā)電狀態(tài)，如何處理這部分能量將是關(guān)乎變頻器是否正常運行的關(guān)鍵。
4.1 安裝
變頻器初次安裝或長期放置后使用，應(yīng)先對其進行全面的檢查。方法如下:
(1)外觀檢查，檢查有無碰傷損壞，金屬部分有無銹蝕，有無結(jié)霜凝露。若有結(jié)霜凝露，則應(yīng)烘干4小時(60℃)，或在室溫下通風(fēng)放置24小時。
(2)對于小功率變頻器，輕輕翻動機箱，注意機箱內(nèi)有無異常聲音，若有異常聲音，則應(yīng)打開機箱，尋找并排除其中的異物。
(3)功率比較大的變頻器，則應(yīng)打開外殼，檢查一下在運輸或儲存過程中有無掉下的線頭或顛簸松動的螺栓，若有應(yīng)重新焊接或緊固。
這里要注意幾點:
變頻器的安裝應(yīng)符合前面要求的工作環(huán)境。
變頻器有壁掛式的，有柜式的，一定要安裝穩(wěn)固，保證工作過程中的安全性。為了通風(fēng)散熱的需要，變頻器一定要垂直安裝。如圖6、7所示。
對于柜式結(jié)構(gòu)，為了工作人員便于操作和散熱的要求，周邊要留有足夠的空間:前面間距不小于1.5m，后面和側(cè)面不小于1m。
對于壁掛式的，變頻器周圍也應(yīng)留有足夠的散熱空間，變頻器的上部距離房間頂部至少1m，下部距地面也至少要1m的距離，才能使變頻器通風(fēng)順暢，保證可靠的運行。
有的房間密封比較嚴(yán)，要配合用戶安裝排風(fēng)扇或空調(diào)。有些場合環(huán)境比較臟、潮濕，要注意采取隔離措施，防塵、防潮。
當(dāng)一臺控制柜內(nèi)裝有兩臺或兩臺以上變頻器時，應(yīng)盡量并排安裝(橫向排列)。如必須采用縱向排列時，則應(yīng)在兩臺變頻器間加一塊擱板，以避免下面變頻器出來的熱風(fēng)進入到上面的變頻器內(nèi)。如圖8所示。
(a)橫向排列 ( b)縱向排列
圖8 兩臺變頻器的柜式安裝
4.1.1 主電路的接線
4.1.1.1 基本接線
主線的安裝比較簡單。將電源線接在變頻器的輸入(或標(biāo)記有ｒ、ｓ、ｔ的)端子上，將電機線接在變頻器的輸出(或標(biāo)記有ｕ、ｖ、ｗ的)端子上，并將變頻器的接地端子通過地線可靠接地。如圖9所示。
圖9 主電路的基本接線
注意:
(1)變頻器的輸入端和輸出端絕對不允許接錯。萬一將電源進線錯誤的接到了輸出端上，則不論哪個逆變管導(dǎo)通，都將引起兩相間的短路而將逆變管迅速燒壞。如圖10所示。
圖10 電源接錯的后果
(2)前面的斷路器一般是需要安裝的，主要是分?jǐn)嚯娐酚谩．?dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，尤其是整流電路或主電路損壞時，大電流能及時使斷路器跳閘，與網(wǎng)電的其他電路脫開，避免影響其他電路。
(3)線頭壓接要可靠。一般使用容量相當(dāng)?shù)慕泳€鼻壓接。一定要壓緊，避免大電流長期運行出現(xiàn)過熱而燒毀接線或端子。
4.1.1.2 線徑的選擇
一般按電動機的接線要求的線徑選擇，特殊場合要選大一規(guī)格的，尤其是電機距離變頻器較遠(yuǎn)的，本著宜大不宜小的原則選配。
4.1.1.3 接地
每臺變頻器都有一個專門的接地端子“e”或“⊥”，用戶應(yīng)將此端子與大地可靠連接。
當(dāng)變頻器和其他設(shè)備，或有多臺變頻器一起接地時，每臺設(shè)備都必須分別和地線相接，不允許將一臺設(shè)備的接地端與另一臺設(shè)備的接地端相接后再接地。如圖11所示。
(a) 正確接法 (b) 錯誤接法
圖11 變頻器和其他設(shè)備的接地
4.1.2 控制電路的接線
變頻器主接線完成后，變頻器可以運行。但一般情況下，由于控制及監(jiān)測的方便，都需要將變頻器的操作及顯示部分引到方便的地方。有的是現(xiàn)場環(huán)境較差，變頻器不宜安裝，而安裝于環(huán)境較好的配電室內(nèi)，而將控制部分引到現(xiàn)場。有的如提升機變頻器，控制部分需要與原系統(tǒng)對接，也需要將控制線引出。
控制線分模擬量和數(shù)字量。
4.1.2.1 模擬量
主要包括:輸入側(cè)的給定信號線和反饋信號線;輸出側(cè)的頻率信號線和電流信號線。
模擬量信號線的抗干擾能力差，必須使用屏蔽線。屏蔽層的靠近變頻器的一端，應(yīng)接控制電路的公共端，但不要接到變頻器的地端(e)或大地，屏蔽層的另一端應(yīng)該懸空，如圖12所示。
布線的原則應(yīng)當(dāng)遵守:
(1)盡量遠(yuǎn)離主電路100mm以上。
(2)盡量不和主電路交叉。必須交叉時，應(yīng)采取垂直交叉的方式。
4.1.2.2 開關(guān)量。
如啟停、點動、多檔轉(zhuǎn)速控制等的控制線，都是開關(guān)量控制線。
一般說來，模擬量控制線的接線原則也都適用于開關(guān)量控制線。但開關(guān)量的抗干擾能力強，故在距離不很遠(yuǎn)時，允許使用非屏蔽線，但同一信號的兩根線必須互相絞在一起。
4.2 調(diào)試
變頻器的調(diào)試并沒有固定的模式，大體上可分為“先空載，繼輕載，再重載”幾個步驟。
4.2.1 空載檢查及參數(shù)預(yù)置
風(fēng)光變頻器可以在不接通主電源，而只接控制電源的情況下，檢查變頻器。而其他類變頻器則沒有這個方便。
小功率變頻器可以把主接線端子排上的短路片去掉，給三相輸入送380v的電源，大功率變頻器一般都有控制電壓輸入端子，可從這兒用一兩芯電纜接人380v單相電源檢查變頻器(注意:接之前應(yīng)將兩端子上與三相輸入相連的兩根線去掉)，參照說明書，熟悉各個鍵盤的使用及參數(shù)的設(shè)置方法。
熟悉完后，變頻器開機，頻率升至50hz,用萬用表(最好用指針式)測量三相輸出，電壓應(yīng)該完全平衡。
檢查完后，停電，小功率的將拆下的短路片上回原處(注意上之前主回路上短路片的兩個端子要放電)。大功率的應(yīng)將控制端子的兩根外接線去掉，并將原來的接線恢復(fù)。
變頻器的三相輸出先不接電機線，給變頻器的三相輸入通入380v的電源，觀察變頻器空載運行情況。其他類變頻器也可按這個步驟進行。
(1)熟悉鍵盤，即了解鍵盤上各鍵的功能，進行試操作，并觀察顯示的變化情況。
(2)按說明書要求進行“啟動”、“停止”等基本操作，觀察變頻器的工作情況是否正常，同時進一步熟悉鍵盤的操作。
(3)進行參數(shù)予置。按照說明書介紹的方法對主要參數(shù)進行予置。就幾個較易觀察的項目如升速和降速時間、點動頻率、多檔轉(zhuǎn)速時的各檔頻率等檢查變頻器的執(zhí)行情況是否與予置的相符合。
(4)將外接輸入控制線接好，逐項檢查各外接控制功能的執(zhí)行情況。
(5)用萬用表(最好是指針式)檢查三相輸出電壓是否完全平衡。
4.2.2 帶載運行
經(jīng)以上測試，證明變頻器是正常的，即可以帶負(fù)載運行了。變頻器的負(fù)載運行包括輕載試運行和重載運行，即正常運行。若有條件，還可以先帶空電機試運轉(zhuǎn)，但一般情況都是直接帶載運行。
圖12 屏蔽線的接法
試運行前一般都應(yīng)檢測一下電機的絕緣。對于低壓380—660v的電機，用1500v的兆歐表測試，絕緣電阻一般不能低于50兆歐。水泵類負(fù)載絕緣可能低一些，但也不能低于2兆歐。
還要了解一下負(fù)載的運行情況，以作到心中有數(shù)。低壓負(fù)載種類繁多，如風(fēng)機、水泵、攪拌機、拉絲機、塑料機械、提升機、空壓機、皮帶輸送機、化纖機、機床機械等許多許多。不同的負(fù)載其工作狀態(tài)也有很大的不同，因此要根據(jù)不同的情況區(qū)別對待。有些特殊的機械，必須采用某類專用變頻器。如提升機，屬于位能負(fù)載，具有再生電能的處理問題，必須采用提升機專用變頻器。還有化纖及機床類，有的也要采用專用變頻器。這類變頻器都在硬件，特別是軟件上針對特殊負(fù)載作了特殊的處理，從而保證了變頻器的可靠運行。離心類負(fù)載，如離心風(fēng)機、離心機等，運行慣性比較大，其升速和降速時間較長，若設(shè)置短了，變頻器升速時會過電流，降速時會過電壓，甚至可能會損壞。因此在不要求快速停機的情況下，可將時間適當(dāng)放長，一般與設(shè)備的自由停機時間相當(dāng)（根據(jù)經(jīng)驗，一般在300s）。若要求快速停機，則應(yīng)加制動回路。
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