變頻柜設(shè)計規(guī)范ppt課件

1、 河南格瑞特科技有限公司 2019年03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)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)章從實際設(shè)計及應(yīng)用案例中，總結(jié)設(shè)計要點

2、，寫出拙見，供同行參考。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，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?？刂品绞?，客戶具體要求。 具體系具體系統(tǒng)分新設(shè)計系統(tǒng)還是就設(shè)備改造系統(tǒng)分新設(shè)計系統(tǒng)還是就設(shè)備改造系統(tǒng)。統(tǒng)。 最終出發(fā)點：根據(jù)實際及客戶最終出發(fā)點：根據(jù)實際及客戶要求進行設(shè)計要求進行設(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： 1 電機具體參數(shù)電機具體參數(shù)2 出廠日期，出廠日期，3 廠商國產(chǎn)，廠商國產(chǎn)， 進口）進口） 4 電機的額

3、定電壓，電機的額定電壓，5 額定電流，額定電流，6 相數(shù)。相數(shù)。 7 電機的負載特性類型，電機的負載特性類型，8 工作制式。工作制式。 9 電機起動方式。電機起動方式。 10 工作環(huán)境。如現(xiàn)場的溫度，濕度工作環(huán)境。如現(xiàn)場的溫度，濕度11 防護等級，防護等級，12 電磁輻射等級，電磁輻射等級，13 防爆等級。防爆等級。 14 配電具體參數(shù)。配電具體參數(shù)。 15 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)）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)） 16 變頻柜拖動電機的數(shù)量及方式。變頻柜拖動電機的數(shù)量及方式。 17 變頻柜與舊的電氣系統(tǒng)的切換

4、關(guān)系。一般為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。啟動與變頻工作互為備用，切換保護。 18.變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點。變頻柜的外圍傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點。 19.變頻控制柜的控制方式，如手動變頻控制柜的控制方式，如手動/自動，本地自動，本地/遠程，控制信號的量程，是否通訊組網(wǎng)。遠程，控制信號的量程，是否通訊組網(wǎng)。20.強電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號的隔離。強電回路與弱電回路的隔離。采集及控制信號的隔離。 21工作場合的供電質(zhì)量，如防雷，浪涌，電磁輻射。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

5、應(yīng)該與機械工程師對傳動機械負載特性，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(zhuǎn)矩特性有許多種類，常用有三種。 1 恒轉(zhuǎn)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(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)加裝專用冷卻風扇 增大電機容量， 降低負載特性 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)矩負載。如風機，平方轉(zhuǎn)矩負載。如風機， 水泵類水泵類 用公式表式為用公式表式為 T=K1*N2

6、 ，P=K2*N3 P-電機的功率電機的功率 T-電機轉(zhuǎn)矩電機轉(zhuǎn)矩 N-電機轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)速 普通，風機，水泵，采用變頻節(jié)能，理論與實際證明節(jié)能為普通，風機，水泵，采用變頻節(jié)能，理論與實際證明節(jié)能為4050%左左右，此類應(yīng)用占變頻器應(yīng)用右，此類應(yīng)用占變頻器應(yīng)用3040%左右。左右。 對平方轉(zhuǎn)矩負載，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意：對平方轉(zhuǎn)矩負載，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意： （1） 電機通常選異步交流電機。電機通常選異步交流電機。（2根據(jù)環(huán)境需要，根據(jù)環(huán)境需要， 選電機防護等級和方式。選電機防護等級和方式。 （3） 大于大于7.5KW變頻柜變頻柜,應(yīng)加裝通風散熱設(shè)施應(yīng)加裝通風散熱設(shè)施 。（4） 電機，電機， 變頻器容量關(guān)系。

7、變頻器容量關(guān)系。 關(guān)系系數(shù)關(guān)系系數(shù) 國外變頻器容量國外變頻器容量 國產(chǎn)變頻器容量國產(chǎn)變頻器容量 國外電機國外電機 相等相當電機容量相等相當電機容量 1.3-1.5電機容量電機容量 國產(chǎn)電機國產(chǎn)電機 1.2電機容量電機容量 1.5-2電機容量電機容量 3 恒功率負載。如卷揚機，恒功率負載。如卷揚機， 機床主軸。機床主軸。 公式：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，按恒功率運轉(zhuǎn)。一般達到特定速度段時，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。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，最對于每個變頻控制柜，設(shè)計是整個系

8、統(tǒng)重點，最能體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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） 確定機械負載特性（2） 功率（3） 扭矩（4） 轉(zhuǎn)速 （5） 確定電機特性（6）

9、 額定電壓（7） 額定功率（8） 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(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，

10、有的場合也可不裝電抗器。普通，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號 與與PLC， 儀表，傳感變送器，儀表，傳感變送器， 一定采一定采取信號隔離，否則控制系統(tǒng)信號混亂，系統(tǒng)不正常

11、。與取信號隔離，否則控制系統(tǒng)信號混亂，系統(tǒng)不正常。與PLC常規(guī)常規(guī)控制系統(tǒng)接口一定加裝浪涌吸收器?？刂葡到y(tǒng)接口一定加裝浪涌吸收器。 控制電源應(yīng)采用隔離變壓控制電源應(yīng)采用隔離變壓器，進行電氣隔離。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：工藝設(shè)計，包括： 1. 多大功率變頻器多大功率變頻器 2. 配什么類型電纜，配什么類型電纜， 3. 多大的線徑，多大的線徑， 4. 配多遠。一般可以查表格或計算。配多遠。一般可以查表格或計

12、算。 5. 接地配線。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， 7. 電纜及屏蔽層用金屬卡固定在安裝底板上，也有的加電纜及屏蔽層用金屬卡固定在安裝底板上，也有的加裝屏蔽金裝屏蔽金 屬環(huán)屬環(huán) 8. 抗干擾。抗干擾。 9. 進出線的電纜管接頭配置。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)計應(yīng)根據(jù)以下原則設(shè)計 1 變頻器的環(huán)境變頻器的環(huán)境 溫度：變頻器環(huán)境溫度為溫度：變頻器環(huán)境溫度為-10度度-50度，一定要考慮通度，一定要考慮通風散熱。風散熱。 濕度：小于濕度：小于95%RH

13、,無水珠凝結(jié)無水珠凝結(jié) 震動：小于震動：小于5.9米米/秒秒2 氣體：有無暴炸，腐蝕性氣體氣體：有無暴炸，腐蝕性氣體 2 柜體承載重量。柜體承載重量。 3 運輸方便性。加裝吊裝掛鉤，運輸方便性。加裝吊裝掛鉤， 4 搬運安全。搬運安全。 5 柜體的銘牌，柜體的銘牌， 6 制造商的制造商的CI標識。標識。 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荷，它從電網(wǎng)吸收非正弦電流，變頻器屬于非線性負荷，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、接收者。作

14、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。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，降低了電網(wǎng)的可靠性，增加了電網(wǎng)損失，縮短了指標，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：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。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

15、效率和設(shè)備利用率。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)備使電氣設(shè)備(旋轉(zhuǎn)電機、電容器、變壓器等旋轉(zhuǎn)電機、電容器、變壓器等)運行不正運行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。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)，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。以及許多用電設(shè)備運轉(zhuǎn)不正?；蛘卟荒苷幼骰虿僮?。 (5)干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正干擾通信系統(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。常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備

16、。 (6)某些情況下，它不僅產(chǎn)生諧波，而且還引起供電電壓某些情況下，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。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。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

17、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，

18、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)負載計算出來，但在調(diào)試中常采取按負載和經(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)負載特性，尤其是負載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉(zhuǎn)

19、矩負載，如選擇不當會出現(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)電動機帶負載起動時電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。 l三 電子熱過載保護 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“一拖一場所，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

20、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)定為負的xHz即可使變頻器輸出頻率為0Hz。 六

21、 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；同時方便模擬設(shè)定信號電壓的選擇，設(shè)定時，當模擬輸入信號為最大時(如10v、5v或20mA)，求出可輸出f/V圖形的頻率百分數(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)加減速時間小于負載慣量時間時

22、，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，而將電動機轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當負載轉(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。但在有的負載上，如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%時，減速時會

23、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)矩負載，如風機等；S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負載，其加減速變化較為緩慢。設(shè)定時可根據(jù)負載轉(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：起動前引風機由于煙道煙氣流動而自行轉(zhuǎn)動，且反轉(zhuǎn)而成為負向負載，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