常用低壓變頻控制柜的設計

問題提出

眾所周知，變頻器已經廣泛應用各行各業。但變頻控制系統如何設計，變頻控制柜設計與制造對實際應用具體要求，是許多電氣工程師及制造商，客戶想明確了解的。本章從實際設計及應用案例中，總結設計要點，寫出拙見，供同行參考。

根據實際及客戶要求進行設計

在變頻控制系統設計前，一定要了解系統配制，工作方式，環境，控制方式，客戶具體要求。

具體系統分新設計系統還是就設備改造系統。

對舊設備改造，電氣工程師應該確切知道如下技術參數及要求。

1. 電機具體參數， 出廠日期， 廠商（國產， 進口）,電機的額定電壓， 額定電流， 相數。

2. 電機的負載特性類型， 工作制式。 電機起動方式。

3. 工作環境。如現場的溫度， 防護等級， 電磁輻射等級， 防爆等級。

4. 配電具體參數。

變頻柜安裝位置到電機位置實際距離。（變頻柜到電機距離是非常重要的參數）

變頻柜拖動電機的數量及方式。

變頻柜與舊的電氣系統的切換關系。一般為Δ-Y啟動與變頻工作互為備用，切換保護。

變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數及采樣地點。

變頻控制柜的控制方式，如手動/自動，本地/遠程，控制信號的量程。是否通訊組網。

強電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號的隔離。

工作場合的供電質量，如防雷，浪涌，電磁輻射。

對新變頻系統，電氣工程師應該與機械工程師對傳動機械負載特性，深入了解，才能確電機類型，容量。根據電機機械負載特性，容量，選用變頻器的類型，容量。

目前，機械負載與電機轉矩特性有許多種類，常用有三種。

一. 恒轉矩負載。如傳送帶， 升降機等

用公式表式為 P=T*N/975 P-電機的功率 T-電機轉矩 N-電機轉速

對恒轉矩，系統設計應注意：

（1） 電機應選變頻器專用電機

（2） 變頻柜應加裝專用冷卻風扇

（3） 增大電機容量

（4） 降低負載特性

（5） 增大變頻器的容量

（6） 變頻器的容量與電機的容量關系應根據品牌， 一般為1.1~1.5電機的容量。

二. 平方轉矩負載。如風機，水泵類

用公式表式為 T=K1*N2 ，P=K2*N3 P-電機的功率 T-電機轉矩 N-電機轉速

一般，風機，水泵，采用變頻節能，理論與實際證明節能為40~50%左右，此類應用占變頻器應用30~40%左右。

對平方轉矩負載，系統設計應注意：

（1） 電機通常選異步交流電機。根據環境需要，選電機防護等級和方式。

（2） 大于7.5KW變頻柜,應加裝通風散熱設施

（3） 電機，變頻器容量關系。

三. 恒功率負載。如卷揚機，機床主軸。

公式：P=T*N/975=CONT。

一般達到特定速度段時，按恒轉矩，超過特定速度時，按恒功率運轉。

恒功率機械特性較復雜。

對于每個變頻控制柜，設計是整個系統重點，最能體現產品質量關鍵環節。對于變頻控制柜，

電氣設計工程師應在如下設計方面入手。

1. 變頻控制系統的原理圖設計

2. 電路主路設計。

3. 電路控制路設計。包括常規控制電路， PLC控制接口電路， 變頻器聯網等。

4. 變頻控制柜的工藝設計。包括電氣工藝設計， 柜體板金工藝設計。

原理圖設計

根據以上所述的原理規則，參照變頻控制柜的原理圖，根據實際需要，畫出原理圖。

電路主路設計。按如下順序選擇主回路電器件。

（1） 確定機械負載特性，功率， 扭矩，轉速

（2） 確定電機特性， 額定電壓， 額定功率， 額定電流，

（3） 根據以上條件， 和實際客戶的需要， 對下列電器元件取舍

TR-變壓器為可選項，根據電壓等級標準，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，特別雷暴多發區，以及交流電源尖峰浪涌多發場合，保護變頻系統免遭意外破壞。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。

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

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，一般應根據頻率進行配置

R-制動電阻 計算較復雜，應在變頻器柜制造商指導下配置。

電路控制回路設計，按電氣工程師知識及變頻器要求設計。但應注意

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

（2） 與PLC，常規控制系統接口，一定加裝浪涌吸收器。

（3） 控制電源應采用隔離變壓器，進行電氣隔離。

變頻控制柜的工藝設計。

電氣工藝設計

電氣工程師變頻電路設計出來，下一步就是電氣工藝設計，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。一般可以查表格或計算。

2. 接地配線。

3. 抗干擾布線。是非常重要的。一般強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， 抗干擾。

4. 進出線的電纜管接頭配置。

柜體板金工藝設計

應根據以下原則設計

1. 變頻器的環境

溫度：變頻器環境溫度為-10度-50度，一定要考慮通風散熱。

氣體：有無暴炸，腐蝕性氣體

2. 柜體承載重量。

3.運輸方便性。加裝吊裝掛鉤， 搬運安全。

4.柜體的銘牌, 制造商的CI標識。

結論：

一個質量較高的變頻控制柜，從設計，工藝，制作制造，運輸，包裝，是實際要求較高的產品，要求各個環節質量保障，才能作出較高質量和水平的控制柜。