变频控制柜的设计

变频控制柜的设计
常州市致远通用控制技术公司
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。本文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。
第一部分：深入了解控制对象:
（一）、变频控制柜要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， 进口）
4． 电机的额定电压，
5． 额定电流，
6． 相数。
7． 电机的负载特性类型，
8． 工作制式。
9． 电机起动方式。
10． 工作环境。如现场的温度，
11． 防护等级，
12． 电磁辐射等级，
13． 防爆等级。
14． 配电具体参数。
15． 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）
16． 变频柜拖动电机的数量及方式。
17． 变频柜与旧的电气系统的切换关系。一般为Δ-Y启动与变频工作互为备用， 切换保护。
18.变频柜的外围传感变送器的选用参数及采样地点。
19.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。
20.强电回路与弱电回路的隔离。采集及控制信号的隔离。
21．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。
（二）、不同转矩特性对象的设计
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，升降机等。 （用公式表式为 P=T*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1.1~1.5电机的容量。
2． 平方转矩负载。如风机， 水泵类 。（用公式表式为 T=K1*N2 ，P=K2*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40~50%左右，此类应用占变频器应用30~40%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。
（2）根据环境需要， 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，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 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
3． 恒功率负载。如卷扬机， 机床主轴。 （公式：P=T*N/975=CONT）
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。
第二部分：电气设计
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。
一.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。
二.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） 和实际客户的需要，
（10） 对电器元件取舍
（11） 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
L=(2%~5%)V/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。
三.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） 控制系统信号混乱，
（7） 常规控制系统接口，
（8） 一定加装浪涌吸收器。
（9） 控制电源应采用隔离变压器，
（10） 进行电气隔离。
四.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。
五.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。