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常用低壓變頻控制柜的設(shè)計事項
2016-05-03 22:06:53 來源：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，變頻控制柜設(shè)計與制造對實際應(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。本章從實際設(shè)計及應(yīng)用案例中，總結(jié)設(shè)計要點，寫出拙見，供同行參考。
根據(jù)實際及客戶要求進(jìn)行設(shè)計
在變頻控制系統(tǒng)設(shè)計前，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)計系統(tǒng)還是就設(shè)備改造系統(tǒng)。
對舊設(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．電機具體參數(shù)，
2．出廠日期，
3．廠商（國產(chǎn)，進(jìn)口）
5．電機的額定電壓，
6．額定電流，
7．相數(shù)。
8．電機的負(fù)載特性類型，
9．工作制式。
10．電機起動方式。
11．工作環(huán)境。如現(xiàn)場的溫度，
12．防護(hù)等級，
13．電磁輻射等級，
14．防爆等級。
15．配電具體參數(shù)。
16．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(shù)）
17．變頻柜拖動電機的數(shù)量及方式。
18．變頻柜與舊的電氣系統(tǒng)的切換關(guān)系。一般為Δ-Y啟動與變頻工作互為備用，切換保護(hù)。
19.變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點。
20.變頻控制柜的控制方式，如手動/自動，本地/遠(yuǎn)程，控制信號的量程。是否通訊組網(wǎng)。
21.強電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號的隔離。
22．工作場合的供電質(zhì)量，如防雷，浪涌，電磁輻射。
對新變頻系統(tǒng)，電氣工程師應(yīng)該與機械工程師對傳動機械負(fù)載特性，深入了解，才能確電機類型，容量。根據(jù)電機機械負(fù)載特性，容量，選用變頻器的類型，容量。
目前，機械負(fù)載與電機轉(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，升降機等
用公式表式為P=T*N/975P-電機的功率T-電機轉(zhuǎn)矩N-電機轉(zhuǎn)速
對恒轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意：
（1）電機應(yīng)選變頻器專用電機
（2）變頻柜應(yīng)加裝專用冷卻風(fēng)扇
（3）增大電機容量，
（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的容量關(guān)系應(yīng)根據(jù)品牌，
（7）一般為1.1~1.5電機的容量。
2．平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如風(fēng)機，水泵類
用公式表式為T=K1*N2，P=K2*N3P-電機的功率T-電機轉(zhuǎn)矩N-電機轉(zhuǎn)速
一般，風(fēng)機，水泵，采用變頻節(jié)能，理論與實際證明節(jié)能為40~50%左右，此類應(yīng)用占變頻
器應(yīng)用30~40%左右。
對平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意：
（1）電機通常選異步交流電機。
（2）根據(jù)環(huán)境需要，選電機防護(hù)等級和方式。
（3）大于7.5KW變頻柜,應(yīng)加裝通風(fēng)散熱設(shè)施
（4）電機，變頻器容量關(guān)系。
關(guān)系系數(shù)國外變頻器容量國產(chǎn)變頻器容量
國外電機相等相當(dāng)電機容量1.3-1.5電機容量
國產(chǎn)電機1.2電機容量1.5-2電機容量
3．恒功率負(fù)載。如卷揚機，機床主軸。
公式：P=T*N/975=CONT。
一般達(dá)到特定速度段時，按恒轉(zhuǎn)矩，超過特定速度時，按恒功率運轉(zhuǎn)。
恒功率機械特性較復(fù)雜。
對于每個變頻控制柜，設(shè)計是整個系統(tǒng)重點，*能體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于變頻控制柜，
電氣設(shè)計工程師應(yīng)在如下設(shè)計方面入手。
1.變頻控制系統(tǒng)的原理圖設(shè)計
2.電路主路設(shè)計。
3.電路控制路設(shè)計。包括常規(guī)控制電路，
4.PLC控制接口電路，
5.變頻器聯(lián)網(wǎng)等。
6.變頻控制柜的工藝設(shè)計。包括電氣工藝設(shè)計，
7.柜體板金工藝設(shè)計。
原理圖設(shè)計
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)實際需要，畫出原理圖。
電路主路設(shè)計。按如下順序選擇主回路電器件。
（1）確定機械負(fù)載特性，（2）功率，（3）扭矩，（4）轉(zhuǎn)速
（5）確定電機特性，（6）額定電壓，（7）額定功率，（8）額定電流，（9）
（10）根據(jù)以上條件，（11）和實際客戶的需要，（12）對下列電器元件取舍（13）
TR-變壓器為可選項，根據(jù)電壓等級標(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，*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)，可由下面公式計算
L=(2%~5%)V/6.18*F*I
V-額定電壓V
I-額定電流A
F-*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-制動電阻計算較復(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，按電氣工程師知識及變頻器要求設(shè)計。但應(yīng)注意
（1）輸入/輸出的弱電信號，（2）與PLC，（3）儀表，（4）傳感變送器，（5）一定采取信號隔離，（6）否則，（7）控制系統(tǒng)信號混亂，（8）系統(tǒng)不（9）正常。
（10）與PLC，（11）常規(guī)控制系統(tǒng)接口，（12）一定加裝浪涌吸收器。
（13）控制電源應(yīng)采用隔離變壓器，（14）進(jìn)行電氣隔離。
變頻控制柜的工藝設(shè)計。
（1）電氣工藝設(shè)計
電氣工程師變頻電路設(shè)計出來，下一步就是電氣工藝設(shè)計，包括：
1.多大功率變頻器，2.配什么類型電纜，3.多大的線徑，4.配多遠(yuǎn)。一般可以查表格或計算。
5.接地配線。
6.抗干擾布線。是非常重要的。一般強電電纜用帶屏蔽電纜，7.電纜及屏蔽層用金屬卡固定安裝底板上，8.也有的加裝屏蔽金屬環(huán)，9.抗干擾。
10.進(jìn)出線的電纜管接頭配置。
柜體板金工藝設(shè)計
應(yīng)根據(jù)以下原則設(shè)計
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：
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，4．搬運安全。
5．柜體的銘牌，6．制造商的CI標(biāo)識。
結(jié)論：一個質(zhì)量較高的變頻控制柜，從設(shè)計，工藝，制作制造，運輸，包裝，是實際要求較高的產(chǎn)品，要求各個環(huán)節(jié)質(zhì)量保障，才能作出較高質(zhì)量和水平的控制柜。
２.諧波對供電線路的影響
變頻器屬于非線性負(fù)荷，它從電網(wǎng)吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓畸變，它既是一個諧波源，又是一個諧波接收者。作為諧波源，它對各種電氣設(shè)備，自動裝置、計算機、計量儀器以及通信系統(tǒng)均有不同程度的影響。對于供電線路來說，由于諧波的作用，惡化了電網(wǎng)質(zhì)量指標(biāo)，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)損失，縮短了電氣設(shè)備的壽命。其產(chǎn)生的主要危害有：
(1)增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能性，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故的危險性。
(2)增加附加損耗，輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。
(3)使電氣設(shè)備(旋轉(zhuǎn)電機、電容器、變壓器等)運行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。
(4)使測量和計量儀器、儀表、自動裝置、計算機系統(tǒng)，以及許多用電設(shè)備運轉(zhuǎn)不正常或者不能正常動作或操作。
(5)干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。
(6)某些情況下，它不僅產(chǎn)生諧波，而且還引起供電電壓波動和閃變，甚至引起三相電壓不平衡，會危及電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行，并影響電氣設(shè)備的正常用電和周邊用戶。
要降低諧波的影響程度，可以采取各種措施，但對于變頻器來說，主要是在其回路中加裝交流電抗器。
３.接近開關(guān)工作原理
電感式接近開關(guān)工作原理
電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。
電容式接近開關(guān)系列
電容式接近開關(guān)亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測較低介電常數(shù)ε的物體時，可以順時針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn的位置動作。
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