變頻技術(shù)在控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)及研究

李 芳，周春臨，張紅健，宮迎輝

LI Fang，ZHOU Chun-lin，ZHANG Hong-jian，GONG Ying-hui

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

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(jì)，變頻控制柜設(shè)計(jì)與制造對(duì)實(shí)際應(yīng)用具體要求，是我們電氣工程師想明確了解的。這里從實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例中總結(jié)一下要點(diǎn)。

1 變頻器的設(shè)置及調(diào)試

1. 根據(jù)實(shí)際及客戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)

在變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)系統(tǒng)還是舊設(shè)備改造系統(tǒng)。對(duì)舊設(shè)備改造，應(yīng)該確切知道如下技術(shù)參數(shù)及要求。

1）電機(jī)具體參數(shù)，出廠日期廠商，電機(jī)的額定電壓額定電流，相數(shù)。

2）電機(jī)的負(fù)載特性類型，電機(jī)起動(dòng)方式。

3）工作環(huán)境。如現(xiàn)場(chǎng)的溫度，防護(hù)等級(jí)，電磁輻射等級(jí)及防爆等級(jí)。

4）配電具體參數(shù)。

對(duì)新變頻系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)電機(jī)機(jī)械負(fù)載特性容量，選用變頻器的類型，容量。目前，機(jī)械負(fù)載與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性有許多種類，我們常用的負(fù)載是風(fēng)機(jī)水泵類。對(duì)于這類負(fù)載，在設(shè)計(jì)變頻控制柜時(shí)，應(yīng)從如下方面入手：電機(jī)應(yīng)選變頻器專用電機(jī)，變頻柜應(yīng)加裝專用冷卻風(fēng)扇，電機(jī)通常選交流電機(jī)。根據(jù)環(huán)境需要，選電機(jī)防護(hù)等級(jí)和方式。大于7.5KW變頻柜應(yīng)加裝通風(fēng)散熱設(shè)施，確定電機(jī)與變頻器容量關(guān)系。圖1為變頻器控制電機(jī)原理示意圖。

1.2 變頻器的安裝設(shè)計(jì)基本要求

1）變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部。

2）變頻器最好安裝在控制柜內(nèi)的中部；變頻器要垂直安裝，正上方和正下方要避免安裝可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大元件。

3）變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部底部或者隔板、或者必須安裝的大元件等的最小間距，應(yīng)該大于300mm。

4）如果特殊用戶在使用中需要取掉鍵盤，則變頻器面板的鍵盤孔，一定要用膠帶嚴(yán)格密封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進(jìn)入變頻器內(nèi)部。

5）對(duì)變頻器要進(jìn)行定期維護(hù)，及時(shí)清理內(nèi)部的粉塵等。

2 原理圖設(shè)計(jì)

1）根據(jù)以上所述的原理規(guī)則，根據(jù)實(shí)際需要，畫出原理圖。電路主路設(shè)計(jì)。按如下順序選擇主回路電器件。

（1）確定機(jī)械負(fù)載特性，功率扭矩轉(zhuǎn)速 。

（2）確定電機(jī)特性，額定電壓，額定功率，額定電流，

（3）根據(jù)以上條件，和實(shí)際客戶的需要，對(duì)下列電器元件取舍

TR-變壓器為可選項(xiàng)，根據(jù)電壓等級(jí)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

圖1 變頻器控制電機(jī)原理示意圖

KM-接觸器，必須要選擇為額定變頻器電流

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，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)。

LBI/LBO 輸入輸出濾波器，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。一般應(yīng)根據(jù)頻率進(jìn)行配置。

R-制動(dòng)電阻 計(jì)算較復(fù)雜，應(yīng)在變頻器柜制造商指導(dǎo)下配置。

2）電路控制回路設(shè)計(jì)。

按電氣工程師經(jīng)驗(yàn)及變頻器要求設(shè)計(jì)。但首先應(yīng)注意輸入/輸出的弱電信號(hào)，與PLC儀表傳感器，一定采取信號(hào)隔離，否則控制系統(tǒng)信號(hào)混亂，系統(tǒng)不正常。其次應(yīng)注意PLC與常規(guī)控制系統(tǒng)接口。控制電源應(yīng)采用隔離變壓器，進(jìn)行電氣隔離。

3）變頻控制柜的工藝設(shè)計(jì)。電氣工程師變頻電路設(shè)計(jì)出來，下一步就是工藝設(shè)計(jì)，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(yuǎn)。一般可以查表格或計(jì)算。

（2）接地配線。

（3）抗干擾布線是非常重要的。一般強(qiáng)電電纜用帶屏蔽電纜抗干擾。

（4）進(jìn)出線的電纜管接頭配置。

3 硬件選型

對(duì)低壓開關(guān)應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)容量、負(fù)荷性質(zhì)、使用場(chǎng)所,從技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的角度出發(fā)，綜合分析比較選用不同類型的低壓電器。低壓電器是具有多檔次多品種的。所謂多檔次是指同類產(chǎn)品有高中低檔次的區(qū)別，以滿足不同行業(yè)的需要,多品種則是為了滿足不同使用環(huán)境不同使用條件的需要。對(duì)于斷路器的選擇上，以配電功能為主的塑殼式斷路器就有價(jià)格較低體積較小、接觸防護(hù)好、安裝緊湊外型美觀等特點(diǎn)。接觸器的選擇可根據(jù)所接電機(jī)的功率，電流來決定。我們?cè)谝酝墓こ淘O(shè)計(jì)中常用的有西門子、施耐德、梅蘭日蘭這些公司生產(chǎn)的低壓電器。均性能良好，外形美觀，符合客戶的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)質(zhì)量較高的變頻控制系統(tǒng)，要求我們?cè)O(shè)計(jì)師從設(shè)計(jì)工藝，制作制造，運(yùn)輸包裝這些方面嚴(yán)格把關(guān)，是實(shí)際要求較高的產(chǎn)品，要求各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量保障，才能作出較高質(zhì)量并且實(shí)際應(yīng)用好的冶金電氣控制系統(tǒng)。

[1]王克勤,同淑榮.產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)分類及知識(shí)供應(yīng)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2008.

[2]西門子（中國(guó)）有限公司技術(shù)支持部.標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)銷售工程師手冊(cè),2004,3.

[3]張燕斌.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.