變頻柜設(shè)計規(guī)范

1、 河南格瑞特科技有限公司河南格瑞特科技有限公司 20112011年年0303月月 變頻、低壓電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與講解變頻、低壓電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與講解主講人：吳長波主講人：吳長波 目錄目錄u概述u變頻控制系統(tǒng)設(shè)計流程u變頻控制系統(tǒng)調(diào)試u低壓電氣控制系統(tǒng)設(shè)計與選型u總結(jié)概述概述 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。 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

2、改造系統(tǒng)。 最終出發(fā)點：根據(jù)實際及客戶要求進行設(shè)計最終出發(fā)點：根據(jù)實際及客戶要求進行設(shè)計對舊設(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：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： l1 電機具體參數(shù)l2 出廠日期，l3 廠商（國產(chǎn)， 進口） l4 電機的額定電壓，l5 額定電流，l6 相數(shù)。 l7 電機的負(fù)載特性類型，l8 工作制式。 l9 電機起動方式。 l10 工作環(huán)境。如現(xiàn)場的溫度，濕度l11 防護等級，l12 電磁輻射等級，l13 防爆等級。 l14 配電具體參數(shù)。 l15 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)） l16 變頻柜拖動

3、電機的數(shù)量及方式。 l17 變頻柜與舊的電氣系統(tǒng)的切換關(guān)系。一般為-Y啟動與變頻工作互為備用，切換保護。 l18.變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點。 l19.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)。l20.強電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號的隔離。 l21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，才能確定電機類型，容量。根據(jù)電機機械負(fù)載特性，容量，選用變頻了解，才能確定電機類型，容量。根據(jù)電機機械負(fù)載特性

4、，容量，選用變頻器的類型，容量。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。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： 電機應(yīng)選變頻器專用電機 變頻柜應(yīng)加裝專用冷卻風(fēng)扇 增大電機容量， 降低負(fù)載特性 增大變頻器的容量 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1.11.5電機的容量。 2 平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如風(fēng)機，平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。如風(fēng)機， 水泵類水泵類 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-

5、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4050%左右，此類應(yīng)用占變頻器應(yīng)用3040%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，恒功率負(fù)載。如卷揚機， 機床主軸。機床主軸。 公式：P=T*N/975 一般達到特定速度段時，按恒轉(zhuǎn)矩，超過特定速度時，

6、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，最能體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 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。 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 一.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。 二.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)載特性確定機械負(fù)載特性

7、（2） 功率功率（3） 扭矩扭矩（4） 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 （5） 確定電機特性確定電機特性（6） 額定電壓額定電壓（7） 額定功率額定功率（8） 額定電流額定電流 根據(jù)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(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，最好要，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

8、諧波成份帶來的不良影響， 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-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。 三三.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)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)注意注意 輸入輸入/輸出的弱電信號輸出的弱電信

9、號 與與PLC， 儀表，傳感變送器，儀表，傳感變送器， 一定采取信一定采取信號隔離，否則控制系統(tǒng)信號混亂，系統(tǒng)不正常。與號隔離，否則控制系統(tǒng)信號混亂，系統(tǒng)不正常。與PLC常規(guī)控制系統(tǒng)接常規(guī)控制系統(tǒng)接口一定加裝浪涌吸收器。口一定加裝浪涌吸收器。 控制電源應(yīng)采用隔離變壓器，進行電氣隔離?？刂齐娫磻?yīng)采用隔離變壓器，進行電氣隔離。 四四.變頻控制柜的工藝設(shè)計。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控制圖設(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

10、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在安裝底板上，也有的加裝屏蔽金 屬環(huán) 8. 抗干擾。 9. 進出線的電纜管接頭配置。 五五.柜體板金工藝設(shè)計柜體板金工藝設(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：小于95%RH,無水珠凝結(jié) 震動：小于5.9米/秒2 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。 六、諧波對供電線路的影響六、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

11、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

12、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。 變頻器基本參數(shù)的調(diào)試變頻器基本參數(shù)的調(diào)試l 變頻器功能參數(shù)很多，一般都有數(shù)十甚至上百個參數(shù)供用戶選擇。實際應(yīng)用中，沒必要對每一參數(shù)都進行設(shè)置和調(diào)試，多數(shù)只要采用出廠設(shè)定值即可。但有些參數(shù)由于和實際使用情況有很大關(guān)系，且有的還相互關(guān)聯(lián)，因此要根據(jù)實際進行設(shè)定和

13、調(diào)試。 因各類型變頻器功能有差異，而相同功能參數(shù)的名稱也不一致，為敘述方便，本文以富士變頻器基本參數(shù)名稱為例。由于基本參數(shù)是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。 l一 加減速時間 加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。通常用頻率設(shè)定信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。 加速時間設(shè)定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時間設(shè)定要點是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時間可根據(jù)負(fù)載計算出來，但

14、在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗先設(shè)定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設(shè)定時間逐漸縮短，以運轉(zhuǎn)中不發(fā)生報警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。 二 轉(zhuǎn)矩提升 又叫轉(zhuǎn)矩補償，是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍f/V增大的方法。設(shè)定為自動時，可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉(zhuǎn)矩，使電動機加速順利進行。如采用手動補償時，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如選擇不當(dāng)會出現(xiàn)低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)電動機帶負(fù)載起動時電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。 l三 電子熱

15、過載保護 本功能為保護電動機過熱而設(shè)置，它是變頻器內(nèi)CPU根據(jù)運轉(zhuǎn)電流值和頻率計算出電動機的溫升，從而進行過熱保護。本功能只適用于“一拖一”場合，而在“一拖多”時，則應(yīng)在各臺電動機上加裝熱繼電器。 電子熱保護設(shè)定值(%)=電動機額定電流(A)/變頻器額定輸出電流(A)100%。 四 頻率限制 即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設(shè)備的一種保護功能。在應(yīng)用中按實際情況設(shè)定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機，由于輸送物料不太多，為減少機械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅(qū)動，并將變頻器上限頻率設(shè)定為某一頻率值，這

16、樣就可使皮帶輸送機運行在一個固定、較低的工作速度上。 l五 偏置頻率 有的又叫偏差頻率或頻率偏差設(shè)定。其用途是當(dāng)頻率由外部模擬信號(電壓或電流)進行設(shè)定時，可用此功能調(diào)整頻率設(shè)定信號最低時輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號為0%時，偏差值可作用在0fmax范圍內(nèi)，有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對偏置極性進行設(shè)定。如在調(diào)試中當(dāng)頻率設(shè)定信號為0%時，變頻器輸出頻率不為0Hz，而為xHz，則此時將偏置頻率設(shè)定為負(fù)的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。 六 頻率設(shè)定信號增益 此功能僅在用外部模擬信號設(shè)定頻率時才有效。它是用來彌補外部設(shè)定信號電壓與變頻器內(nèi)電壓(+10v)的不一致問題；同

17、時方便模擬設(shè)定信號電壓的選擇，設(shè)定時，當(dāng)模擬輸入信號為最大時(如10v、5v或20mA)，求出可輸出f/V圖形的頻率百分?jǐn)?shù)并以此為參數(shù)進行設(shè)定即可；如外部設(shè)定信號為05v時，若變頻器輸出頻率為050Hz，則將增益信號設(shè)定為200%即可。 七 轉(zhuǎn)矩限制 可分為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩限制和制動轉(zhuǎn)矩限制兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值，經(jīng)CPU進行轉(zhuǎn)矩計算，其可對加減速和恒速運行時的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實現(xiàn)自動加速和減速控制。假設(shè)加減速時間小于負(fù)載慣量時間時，也能保證電動機按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動加速和減速。 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩功能提供了強大的起動轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動機轉(zhuǎn)差，而將電動機

18、轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時，甚至在加速時間設(shè)定過短時，也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設(shè)定過短時，電動機轉(zhuǎn)矩也不會超過最大設(shè)定值。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大對起動有利，以設(shè)置為80100%較妥。 制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小，其制動力越大，適合急加減速的場合，如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過大會出現(xiàn)過壓報警現(xiàn)象。如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動機在減速時，不使用制動電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會跳閘。但在有的負(fù)載上，如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%時，減速時會出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成變頻器反復(fù)起動，電流大幅度波動，嚴(yán)重時會使變頻器跳閘，應(yīng)引起注意。 八 加減速模式選擇 又叫加減速曲線選擇。一

19、般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如風(fēng)機等；S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其加減速變化較為緩慢。設(shè)定時可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，選擇相應(yīng)曲線，但也有例外，筆者在調(diào)試一臺鍋爐引風(fēng)機的變頻器時，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動運轉(zhuǎn)變頻器就跳閘，調(diào)整改變許多參數(shù)無效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動前引風(fēng)機由于煙道煙氣流動而自行轉(zhuǎn)動，且反轉(zhuǎn)而成為負(fù)向負(fù)載，這樣選取了S曲線，使剛起動時的頻率上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當(dāng)然這是針對沒有起動直流制動功能的變頻器所采用的方法。 九 轉(zhuǎn)矩矢量控制 矢量控制是基于理論上認(rèn)為：異步電動機與直流電動機具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場電流和轉(zhuǎn)矩電流，分別進行控制，同時將兩者合成后的定子電流輸出給電動機。因此，從原理上可得到與直流電動機相同的控制性能。采用轉(zhuǎn)矩矢量控制功能，電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩，尤其是電動機在低速運行區(qū)域。 現(xiàn)在的變頻器幾