【文章內(nèi)容簡介】 、材質(zhì)、容積，結(jié)構(gòu)等均有特殊的要求。 變頻器的外殼的各隔爆結(jié)合面，間隙、長度、表面粗糙度的設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格按照GB — 2022 的相關(guān)規(guī)定進行；隔爆外殼應(yīng)能承受 GB — 2022[3]規(guī)定的相關(guān)實驗；變頻器外殼不應(yīng)有尖銳的棱角。外邊應(yīng)涂有能耐受煤礦井下溫度與濕度的 CO442醇酸磁漆。里邊應(yīng)涂有 1321耐弧漆，且漆層表面美觀，附著牢固。變頻器所選用的原材料，標(biāo)準(zhǔn)緊固件，外購元器件應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。變頻器的觀察窗應(yīng)符合 GB — 2022的規(guī)定。透明件應(yīng)有抗沖壓性能，能承受 GB — 2022[4]規(guī)定的沖擊能量的沖擊，觀察窗透明件應(yīng)具有抗溫度急劇變化的能力，應(yīng)符 GB — 2022的熱巨變規(guī)定。變頻器應(yīng)設(shè)有專門的內(nèi)接地螺栓，所有螺栓螺母都具有自動放松措施。 第 3 章 變頻器的工作原理 變頻器簡介 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電源變中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源 [2]。 現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 — 直 — 交方式（ VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機 [5]。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元、微處理單元等組成的。 變頻器可分為通用型和專用型，一般的機械負(fù)載和要求高過載情況，選擇通用型變頻器。專用型變頻器又可分為風(fēng)泵專用型、電梯專用型、張力控制專用型等。根據(jù)自身應(yīng)用環(huán)境加以選擇。 圖 交 — 直 — 交變頻器主回 路圖 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。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 (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?；蛘卟荒苷幼骰虿僮鳌? (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。 在交流電機調(diào)試方式中，變頻器調(diào)速既能實現(xiàn)無極調(diào)速又能節(jié)能，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。然而變頻器常處在一個比較復(fù)雜的環(huán)境中，本身輸入則是一個非線性的整流電路，外接電源含有諧波，還有別的設(shè)備的高次諧波等等。因此，盡管選擇性能優(yōu)良的變頻器，但組建的系統(tǒng)中變頻器運行效果不是令人滿意的。大量工程實踐證明，為了防止電網(wǎng)和其他干擾源對變頻器的干擾，同時減少變頻器對其他設(shè)備的和電網(wǎng)的影響，常在變頻器的輸入、輸出端配置濾波器、交流電抗器等抗干擾設(shè)備。濾波器的作用 是抑制由變頻器帶來的無線電電波干擾。 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/*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。 第 4 章 變頻柜設(shè)計時應(yīng)注意的問題 機械負(fù)載與電機轉(zhuǎn)矩特性種類 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，客中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 戶具體要求具體系統(tǒng)分新設(shè)計系統(tǒng)還是舊設(shè)備改造系統(tǒng)。 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/975 P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，降低負(fù)載特性 （ 4） 增大變頻器的容量 （ 5） 變頻器的容量與電機的容量關(guān)系應(yīng)根據(jù)品牌，一般為 ~ 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*N3 P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，選電機防護等級和方式。 （ 3） 大于 變頻柜 ,應(yīng)加裝通風(fēng)散熱設(shè)施 （ 4） 電機與變頻器容量關(guān)系。 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。 電氣設(shè)計工程師的設(shè)計 對于每個變頻控制柜，設(shè)計是整個系統(tǒng)重點，最能體現(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 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 2. 電路主路設(shè)計。 3. 電路控制路設(shè)計。 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。 8. 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） 確定電機特性 : （ 3） 根據(jù)以上條件和實際客戶的需要，對下列電器元件取舍 : ，根據(jù)電壓等級標(biāo)準(zhǔn)，選配。 ，一般要，選擇為 頻器電流。注意熔斷絲選速熔類。 ，一般要選擇為 。 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： a. 多大功率變頻器 b. 配什么類型電纜 c. 多大的線徑 d. 配多遠(yuǎn)。一般可以查表格或計算。 e. 接地配線。 f. 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(huán)，抗干擾。 g. 進出線的電纜管接頭配置。 柜體鈑金工藝設(shè)計 應(yīng)根據(jù)以下原則設(shè)計 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 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。 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。 第 5 章 防爆柜設(shè)計的技術(shù)要求 1. 投標(biāo)產(chǎn)品（包括所選用的器件）必須符合中國電工產(chǎn)品認(rèn)證委員會的安全認(rèn)證要求，其電氣設(shè)備上應(yīng)帶有安全認(rèn)證保證；必須符 合國家現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[12]，并應(yīng)提供合格證書等。 2. 柜內(nèi)主要器件采用 ABB[7]或者施耐得產(chǎn)品（具體見元器件的技術(shù)要求）。 3. 本次投標(biāo)產(chǎn)品所選用的元器件必須保證是正品、新品。每天工作時間是 24h，全年連續(xù)工作。 4. 箱體（柜體）的鋼板厚度不應(yīng)小于 的冷軋板；箱體的尺寸要求 180（高） *75（寬） *65（厚），盡可能要求規(guī)格尺寸設(shè)計，若該尺寸不滿足設(shè)計要求，柜體的尺寸可以相應(yīng)的改動，并報出箱體的實際尺寸，但安裝的固定支架必須嚴(yán)格安裝提供的尺寸設(shè)計，并提供安裝示意 圖。 5. 箱體采用噴塑，箱體顏色采用銀白色，采用相應(yīng)的防腐蝕措施。 6. 變頻控制柜必須有銘牌。 7. 變頻控制柜的內(nèi)部布置結(jié)構(gòu)必須嚴(yán)格按系統(tǒng)圖，國家標(biāo)準(zhǔn)以及地方規(guī)范執(zhí)行；內(nèi)部接線應(yīng)排列整齊，清晰和美觀，綁扎成束或敷于專用塑料槽內(nèi)卡在安裝架上；配線應(yīng)考慮足夠的余量。所選用的導(dǎo)線、尼龍扎帶塑料線槽等都為阻燃性。 8. 電箱柜門內(nèi)側(cè)必須貼有電氣系統(tǒng)圖，采用透明膠布防水密封。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 9. 中性線母排和接地母排的電流容量必須經(jīng)過計算并且足夠大；箱內(nèi)電器元件的上方必須標(biāo)有元件符號， 各電路的導(dǎo)線端頭也應(yīng)標(biāo)志相應(yīng)的文字符號。 第 6 章 變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 柜體的布局和器件配置 傳統(tǒng)的布局設(shè)計方法是以經(jīng)驗總結(jié)為基礎(chǔ)，通過長期設(shè)計實踐而形成的設(shè)計依 據(jù)。傳統(tǒng)的布局設(shè)計很大程度上是憑借設(shè)計人員的直接的或間接的經(jīng)驗，同時擬訂幾種布局設(shè)計方案 。然后進行計算、繪圖、比較、返工 。最終獲得設(shè)計方案。本文采用計算機輔助設(shè)計的方法，利用 Solidworks 軟件生成元器件并布局，建立模型。 (l) 明確設(shè)計要求。了解設(shè)計任務(wù)，應(yīng)用的環(huán)境、性能指標(biāo)以及相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范； (2) 根據(jù) 經(jīng)驗設(shè)計多種方案； (3) 根據(jù)所設(shè)計的方案繪出圖紙； (4) 看所繪出圖紙是否符合 GB12668中國調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)等國家標(biāo)準(zhǔn)； (5) 是否滿足散熱、排風(fēng)要求，器件有沒有擋住散熱通道； (6) 結(jié)構(gòu)設(shè)計的緊湊與否，器件之間間隙要合理不要過大； (7) 導(dǎo)線布置。要考慮在一個平面內(nèi)的導(dǎo)線布局更要兼顧整個箱體的布局，使主電 路、控制電路以及信號線之間的干擾降低，減小電磁干擾； (8) 確定方案并制作。 變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻柜設(shè)計 在變頻柜設(shè)計時主要考慮電磁兼容、在柜子內(nèi)部電容組和散熱片擺放、布 線、通風(fēng)散熱等，再利用 501記 works把各個器件裝配到一起時要考慮電氣間隙和爬電距離。 電磁干擾主要有電源產(chǎn)生的干擾，如開關(guān)動作時的沖擊電流、電路邏輯狀態(tài)變換時的電流變化和電壓變化、溫度變化時的雷電浪涌、直流脈動、接通或斷開較大負(fù)載時線路中產(chǎn)生的沖擊浪涌等 。公共配線上的阻抗干擾 。接地線線干擾 。靜電放電中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 對集成電路器件的干擾 。電纜導(dǎo)線較長距離的平行配線產(chǎn)生的串聯(lián)干擾等等。為抑制上述各種干擾，一般應(yīng)在設(shè)計階段就注意輸入輸出線路的隔離和配線方式，注意器件的選擇和布局、地線的敷設(shè)方式等問題。對于電源，應(yīng)該力 求穩(wěn)定可靠，并裝設(shè)線路濾波器、隔離變壓器和自動電壓調(diào)節(jié)器等。還要仔細(xì)研究和處理各部分的接地，包括電線電纜的屏蔽層接地。此外，還應(yīng)該考慮采用某些軟件抗干擾手段，如輸入數(shù)據(jù)濾波處理軟件和防止失控等。 變頻柜設(shè)計完成后就要安裝配線。在配線配線之前必須檢查各種電纜的線徑，看是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)。要將主電路和控制電路的配線分開，而且要走不同的線路，不能長距離平行走線。盡量避免交叉走線，在不能避免交叉時，可以交叉但絕對不要相互并行走線。動力電纜、電源電纜、信號電纜、數(shù)據(jù)電纜要分別排線。按照標(biāo)準(zhǔn)在柜體內(nèi)的最短距離為 20mm，如有必要應(yīng)采用接地的隔離開關(guān)或接