变频器控制柜设计注意事项.doc

[原创]常用低压变频控制柜的设计事项上 1 问题提出 众所周知，变频器已经广泛应用各行各业。但变频控制系统如何设计，变频控制柜设计与制造对实际应用具体要求，是许多电气工程师及制造商，客户想明确了解的。本章从实际设计及应用案例中，总结设计要点，写出拙见，供同行参考。 根据实际及客户要求进行设计 在变频控制系统设计前，一定要了解系统配制，工作方式，环境，控制方式，客户具体要求。 具体系统分新设计系统还是就设备改造系统。 对旧设备改造，电气工程师应该确切知道如下技术参数及要求。 1． 电机具体参数，2． 出厂日期，3． 厂商（国产，4． 进口） 5． 电机的额定电压，6． 额定电流，7． 相数。 8． 电机的负载特性类型，9． 工作制式。 10． 电机起动方式。 11． 工作环境。如现场的温度，12． 防护等级，13． 电磁辐射等级，14． 防爆等级。 15． 配电具体参数。 16． 变频柜安装位置到电机位置实际距离。（变频柜到电机距离是非常重要的参数） 17． 变频柜拖动电机的数量及方式。 18． 变频柜与旧的电气系统的切19． 换关系。一般为Δ-Y启动与变频工作互为备20． 用，21． 切22． 换保护。 10.变频柜的外围传感变送器的选用参数及采样地点。 10.变频控制柜的控制方式，如手动/自动，本地/远程，控制信号的量程。是否通讯组网。 11.强电回路与弱电回路的隔离。采集及控制信号的隔离。 12．工作场合的供电质量，如防雷，浪涌，电磁辐射。 对新变频系统，电气工程师应该与机械工程师对传动机械负载特性，深入了解，才能确电机类型，容量。根据电机机械负载特性，容量，选用变频器的类型，容量。 目前，机械负载与电机转矩特性有许多种类，常用有三种。 1． 恒转矩负载。如传送带，2． 升降机等 用公式表式为 PT*N/975 P-电机的功率 T-电机转矩 N-电机转速 对恒转矩，系统设计应注意 （1） 电机应选变频器专用电机 （2） 变频柜应加装专用冷却风扇 （3） 增大电机容量，（4） 降低负载特性 （5） 增大变频器的容量 （6） 变频器的容量与电机的容量关系应根据品牌，（7） 一般为1.11.5电机的容量。 3． 平方转矩负载。如风机，4． 水泵类 用公式表式为 TK1*N2 ，PK2*N3 P-电机的功率 T-电机转矩 N-电机转速 一般，风机，水泵，采用变频节能，理论与实际证明节能为4050左右，此类应用占变频器应用3040左右。 对平方转矩负载，系统设计应注意 （1） 电机通常选异步交流电机。根据环境需要，（2） 选电机防护等级和方式。 （3） 大于7.5KW变频柜,应加装通风散热设施 （4） 电机，（5） 变频器容量关系。 关系系数 国外变频器容量 国产变频器容量 国外电机容量 相等相当电机容量 1.3-1.5电机容量 国产电机 1.2电机容量 1.5-2电机容量 5． 恒功率负载。如卷扬机，6． 机床主轴。 公式PT*N/975CONT。 一般达到特定速度段时，按恒转矩，超过特定速度时，按恒功率运转。 恒功率机械特性较复杂。 对于每个变频控制柜，设计是整个系统重点，最能体现产品质量关键环节。对于变频控制柜， 电气设计工程师应在如下设计方面入手。 1. 变频控制系统的原理图设计 2. 电路主路设计。 3. 电路控制路设计。包括常规控制电路，4. PLC控制接口电路，5. 变频器联网等。 6. 变频控制柜的工艺设计。包括电气工艺设计，7. 柜体板金工艺设计。 原理图设计 根据以上所述的原理规则，参照变频控制柜的原理图，根据实际需要，画出原理图。 电路主路设计。按如下顺序选择主回路电器件。 （1） 确定机械负载特性，（2） 功率，（3） 扭矩，（4） 转速 （5） 确定电机特性，（6） 额定电压，（7） 额定功率，（8） 额定电流，（9） （10） 根据以上条件，（11） 和实际客户的需要，（12） 对下列电器元件取舍（13） TR-变压器为可选项，根据电压等级标准，选配。 FU-熔断丝，一般要，选择为2.5-4倍额定变频器电流。注意熔断丝选速熔类。 QA-空开，一般要，选择为1.2倍额定变频器电流 KM-接触器，必须要，选择为额定变频器电流 LY-防雷浪涌器，最好要，特别雷暴多发区，以及交流电源尖峰浪涌多发场合，保护变频系统免遭意外破坏。一般配40KVA浪涌器。 DK-电抗器 电抗器的作用是抑制变频器输入输出电流重高次谐波成份带来的不良影响，而滤波器的作用 是抑制由变频器带来的无线电电波干扰，即电波噪声。 有的变频器内置电抗器，有的场合也可不装电抗器。一般，多大功率变频器配多大电抗器，变频器厂商提供参数。选择电抗器的参数，可由下面公式计算 L25V/6.18*F*I V-额定电压 V I-额定电流 A F-最大频率 HZ LBI/ LBO 输入输出滤波器，一般应根据频率进行配置 R-制动电阻 计算较复杂，应在变频器柜制造商指导下配置。 电路控制回路设计，按电气工程师知识及变频器要求设计。但应注意 （1） 输入/输出的弱电信号，（2） 与PLC，（3） 仪表，（4） 传感变送器，（5） 一定采取信号隔离，（6） 否则，（7） 控制系统信号混乱，（8） 系统不（9） 正常。 （10） 与PLC，（11） 常规控制系统接口，（12） 一定加装浪涌吸收器。 （13） 控制电源应采用隔离变压器，（14） 进行电气隔离。 变频控制柜的工艺设计。 （1） 电气工艺设计 电气工程师变频电路设计出来，下一步就是电气工艺设计，包括 1. 多大功率变频器，2. 配什么类型电缆，3. 多大的线径，4. 配多远。一般可以查表格或计算。 5. 接地配线。 6. 抗干扰布线。是非常重要的。一般强电电缆用带屏蔽电缆，7. 电缆及屏蔽层用金属卡固定安装底板上，8. 也有的加装屏蔽金属环，9. 抗干扰。 10. 进出线的电缆管接头配置。 柜体板金工艺设计 应根据以下原则设计 1． 变频器的环境 温度变频器环境温度为-10度-50度，一定要考虑通风散热。 湿度 震动 气体有无暴炸，腐蚀性气体 2． 柜体承载重量。 3． 运输方便性。加装吊装挂钩，4． 搬运安全。 5． 柜体的铭牌，6． 制造商的CI标7． 识。 结论一个质量较高的变频控制柜，从设计，工艺，制作制造，运输，包装，是实际要求较高的产品，要求各个环节质量保障，才能作出较高质量和水平的控制柜。 ２. 谐波对供电线路的影响 变频器属于非线性负荷，它从电网吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，它既是一个谐波源，又是一个谐波接收者。作为谐波源，它对各种电气设备，自动装置、计算机、计量仪器以及通信系统均有不同程度的影响。对于供电线路来说，由于谐波的作用，恶化了电网质量指标，降低了电网的可*性，增加了电网损失，缩短了电气设备的寿命。其产生的主要危害有 1增加了电网中发生谐振的可能性，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。 2增加附加损耗，输电及用电设备的效率和设备利用率。 3使电气设备旋转电机、电容器、变压器等运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。 4使测量和计量仪器、仪表、自动装置、计算机系统，以及许多用电设备运转不正常或者不能正常动作或*作。 5干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。 6某些情况下，它不仅产生谐波，而且还引起供电电压波动和闪变，甚至引起三相电压不平衡，会危及电网安全经济运行，并影响电气设备的正常用电和周边用户。 要降低谐波的影响程度，可以采取各种措施，但对于变频器来说，主要是在其回路中加装交流电抗器。 ３.接近开关工作原理 电感式接近开关工作原理 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。 电容式接近开关系列 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。 霍尔开关工作原理 原理简介 当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 UKIB/d 其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。 由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。 我厂生产的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易*作和可*性的要求。 霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。