常用低壓變頻控制柜的設(shè)計(jì)

問題提出

眾所周知，變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用各行各業(yè)。但變頻控制系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)，變頻控制柜設(shè)計(jì)與制造對(duì)實(shí)際應(yīng)用具體要求，是許多電氣工程師及制造商，客戶想明確了解的。本章從實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例中，總結(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，寫出拙見，供同行參考。

根據(jù)實(shí)際及客戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)

在變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，一定要了解系統(tǒng)配制，工作方式，環(huán)境，控制方式，客戶具體要求。

具體系統(tǒng)分新設(shè)計(jì)系統(tǒng)還是就設(shè)備改造系統(tǒng)。

對(duì)舊設(shè)備改造，電氣工程師應(yīng)該確切知道如下技術(shù)參數(shù)及要求。

1. 電機(jī)具體參數(shù)， 出廠日期， 廠商（國(guó)產(chǎn)， 進(jìn)口）,電機(jī)的額定電壓， 額定電流， 相數(shù)。

2. 電機(jī)的負(fù)載特性類型， 工作制式。 電機(jī)起動(dòng)方式。

3. 工作環(huán)境。如現(xiàn)場(chǎng)的溫度， 防護(hù)等級(jí)， 電磁輻射等級(jí)， 防爆等級(jí)。

4. 配電具體參數(shù)。

變頻柜安裝位置到電機(jī)位置實(shí)際距離。（變頻柜到電機(jī)距離是非常重要的參數(shù)）

變頻柜拖動(dòng)電機(jī)的數(shù)量及方式。

變頻柜與舊的電氣系統(tǒng)的切換關(guān)系。一般為Δ-Y啟動(dòng)與變頻工作互為備用，切換保護(hù)。

變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點(diǎn)。

變頻控制柜的控制方式，如手動(dòng)/自動(dòng)，本地/遠(yuǎn)程，控制信號(hào)的量程。是否通訊組網(wǎng)。

強(qiáng)電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號(hào)的隔離。

工作場(chǎng)合的供電質(zhì)量，如防雷，浪涌，電磁輻射。

對(duì)新變頻系統(tǒng)，電氣工程師應(yīng)該與機(jī)械工程師對(duì)傳動(dòng)機(jī)械負(fù)載特性，深入了解，才能確電機(jī)類型，容量。根據(jù)電機(jī)機(jī)械負(fù)載特性，容量，選用變頻器的類型，容量。

目前，機(jī)械負(fù)載與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性有許多種類，常用有三種。

一. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如傳送帶， 升降機(jī)等

用公式表式為 P=T*N/975 P-電機(jī)的功率 T-電機(jī)轉(zhuǎn)矩 N-電機(jī)轉(zhuǎn)速

對(duì)恒轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：

（1） 電機(jī)應(yīng)選變頻器專用電機(jī)

（2） 變頻柜應(yīng)加裝專用冷卻風(fēng)扇

（3） 增大電機(jī)容量

（4） 降低負(fù)載特性

（5） 增大變頻器的容量

（6） 變頻器的容量與電機(jī)的容量關(guān)系應(yīng)根據(jù)品牌， 一般為1.1~1.5電機(jī)的容量。

二. 平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如風(fēng)機(jī)，水泵類

用公式表式為 T=K1*N2 ，P=K2*N3 P-電機(jī)的功率 T-電機(jī)轉(zhuǎn)矩 N-電機(jī)轉(zhuǎn)速

一般，風(fēng)機(jī)，水泵，采用變頻節(jié)能，理論與實(shí)際證明節(jié)能為40~50%左右，此類應(yīng)用占變頻器應(yīng)用30~40%左右。

對(duì)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意：

（1） 電機(jī)通常選異步交流電機(jī)。根據(jù)環(huán)境需要，選電機(jī)防護(hù)等級(jí)和方式。

（2） 大于7.5KW變頻柜,應(yīng)加裝通風(fēng)散熱設(shè)施

（3） 電機(jī)，變頻器容量關(guān)系。

三. 恒功率負(fù)載。如卷揚(yáng)機(jī)，機(jī)床主軸。

公式：P=T*N/975=CONT。

一般達(dá)到特定速度段時(shí)，按恒轉(zhuǎn)矩，超過特定速度時(shí)，按恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。

恒功率機(jī)械特性較復(fù)雜。

對(duì)于每個(gè)變頻控制柜，設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)重點(diǎn)，最能體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于變頻控制柜，

電氣設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在如下設(shè)計(jì)方面入手。

1. 變頻控制系統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)

2. 電路主路設(shè)計(jì)。

3. 電路控制路設(shè)計(jì)。包括常規(guī)控制電路， PLC控制接口電路， 變頻器聯(lián)網(wǎng)等。

4. 變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。包括電氣工藝設(shè)計(jì)， 柜體板金工藝設(shè)計(jì)。

原理圖設(shè)計(jì)

根據(jù)以上所述的原理規(guī)則，參照變頻控制柜的原理圖，根據(jù)實(shí)際需要，畫出原理圖。

電路主路設(shè)計(jì)。按如下順序選擇主回路電器件。

（1） 確定機(jī)械負(fù)載特性，功率， 扭矩，轉(zhuǎn)速

（2） 確定電機(jī)特性， 額定電壓， 額定功率， 額定電流，

（3） 根據(jù)以上條件， 和實(shí)際客戶的需要， 對(duì)下列電器元件取舍

TR-變壓器為可選項(xiàng)，根據(jù)電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，選配。

FU-熔斷絲，一般要，選擇為2.5-4倍額定變頻器電流。注意熔斷絲選速熔類。

QA-空開，一般要，選擇為1.2倍額定變頻器電流

KM-接觸器，必須要，選擇為額定變頻器電流

LY-防雷浪涌器，最好要，特別雷暴多發(fā)區(qū)，以及交流電源尖峰浪涌多發(fā)場(chǎng)合，保護(hù)變頻系統(tǒng)免遭意外破壞。一般配40KVA浪涌器。

DK-電抗器

電抗器的作用是抑制變頻器輸入輸出電流重高次諧波成份帶來的不良影響，而濾波器的作用

是抑制由變頻器帶來的無線電電波干擾，即電波噪聲。

有的變頻器內(nèi)置電抗器，有的場(chǎng)合也可不裝電抗器。一般，多大功率變頻器配多大電抗器，變頻器廠商提供參數(shù)。選擇電抗器的參數(shù)，可由下面公式計(jì)算

L=(2%~5%)V/6.18*F*I

V-額定電壓 V

I-額定電流 A

F-最大頻率 HZ

LBI/ LBO 輸入輸出濾波器，一般應(yīng)根據(jù)頻率進(jìn)行配置

R-制動(dòng)電阻 計(jì)算較復(fù)雜，應(yīng)在變頻器柜制造商指導(dǎo)下配置。

電路控制回路設(shè)計(jì)，按電氣工程師知識(shí)及變頻器要求設(shè)計(jì)。但應(yīng)注意

（1） 輸入/輸出的弱電信號(hào)，與PLC、儀表、傳感變送器，一定采取信號(hào)隔離， 否則控制系統(tǒng)信號(hào)混亂， 系統(tǒng)不正常。

（2） 與PLC，常規(guī)控制系統(tǒng)接口，一定加裝浪涌吸收器。

（3） 控制電源應(yīng)采用隔離變壓器，進(jìn)行電氣隔離。

變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。

電氣工藝設(shè)計(jì)

電氣工程師變頻電路設(shè)計(jì)出來，下一步就是電氣工藝設(shè)計(jì)，包括：

1. 多大功率變頻器，配什么類型電纜，多大的線徑，配多遠(yuǎn)。一般可以查表格或計(jì)算。

2. 接地配線。

3. 抗干擾布線。是非常重要的。一般強(qiáng)電電纜用帶屏蔽電纜，電纜及屏蔽層用金屬卡固定安裝底板上， 也有的加裝屏蔽金屬環(huán)， 抗干擾。

4. 進(jìn)出線的電纜管接頭配置。

柜體板金工藝設(shè)計(jì)

應(yīng)根據(jù)以下原則設(shè)計(jì)

1. 變頻器的環(huán)境

溫度：變頻器環(huán)境溫度為-10度-50度，一定要考慮通風(fēng)散熱。

氣體：有無暴炸，腐蝕性氣體

2. 柜體承載重量。

3.運(yùn)輸方便性。加裝吊裝掛鉤， 搬運(yùn)安全。

4.柜體的銘牌, 制造商的CI標(biāo)識(shí)。

結(jié)論：

一個(gè)質(zhì)量較高的變頻控制柜，從設(shè)計(jì)，工藝，制作制造，運(yùn)輸，包裝，是實(shí)際要求較高的產(chǎn)品，要求各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量保障，才能作出較高質(zhì)量和水平的控制柜。