常用低壓變頻控制柜的設(shè)計(jì)
問(wèn)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(xiě)出拙見(jiàn)，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。
1.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。
2.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。
關(guān)系系數(shù) 國(guó)外變頻器容量 國(guó)產(chǎn)變頻器容量
國(guó)外電機(jī)容量 相等相當(dāng)電機(jī)容量 1.3-1.5電機(jī)容量
國(guó)產(chǎn)電機(jī) 1.2電機(jī)容量 1.5-2電機(jī)容量
3.恒功率負(fù)載。如卷?yè)P(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(guò)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(huà)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(kāi)，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(lái)的不良影響，而濾波器的作用
是抑制由變頻器帶來(lái)的無(wú)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(lái)，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。
濕度：
震動(dòng)：
氣體：有無(wú)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。
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(xiě)出拙見(jiàn)，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。
1.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。
2.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。
關(guān)系系數(shù) 國(guó)外變頻器容量 國(guó)產(chǎn)變頻器容量
國(guó)外電機(jī)容量 相等相當(dāng)電機(jī)容量 1.3-1.5電機(jī)容量
國(guó)產(chǎn)電機(jī) 1.2電機(jī)容量 1.5-2電機(jī)容量
3.恒功率負(fù)載。如卷?yè)P(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(guò)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(huà)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(kāi)，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(lái)的不良影響，而濾波器的作用
是抑制由變頻器帶來(lái)的無(wú)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(lái)，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。
濕度：
震動(dòng)：
氣體：有無(wú)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。
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