變頻控制柜設(shè)計(jì)安裝規(guī)范

1、變頻控制柜設(shè)計(jì)安裝規(guī)范摘 要 在變頻調(diào)速技術(shù)日新月異的今天，為了設(shè)計(jì)出安全合格，符合用戶要求的變頻控制柜，做為一個(gè)自動化行業(yè)設(shè)計(jì)者必須了解變頻器控制柜設(shè)計(jì)與安裝規(guī)范。本文將詳細(xì)介紹變頻控制（系統(tǒng)）柜的設(shè)計(jì)要求、器件選用配置的注意事項(xiàng)、一次和二次回路布線、日常維護(hù)與檢修等。關(guān)鍵詞 變頻控制柜 設(shè)計(jì) 安裝 布線0引言 進(jìn)入21世紀(jì)來，國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，促進(jìn)了節(jié)能降耗，極大的提高了我國工業(yè)電氣傳動水平。但隨著變頻器的推廣與應(yīng)用，需要注意和觖決的問題就慢慢浮出水面。例如變頻控制柜如何設(shè)計(jì)、安裝、測試等，面對的一系列問題與要求，是許多變頻器制造商、代理商、電

2、氣工程師、直接用戶想急需了解或做得不夠完善的問題。本章節(jié)我們將重點(diǎn)淺談、分析、處理這些問題。1變頻控制柜設(shè)計(jì)前的要求 變頻控制柜設(shè)計(jì)安裝前，設(shè)計(jì)者不僅要考慮變頻控制柜的正常工作條件，還要考慮可能發(fā)生的故障條件以及隨之引起的故障、可預(yù)見的誤用以及諸如溫度、海拔、污染、濕度、電網(wǎng)電源的過電壓和通信線路的過電壓等外界影響。一定要了解控制柜的配制、工作方式、工作環(huán)境、控制方式、以及客戶要求等。具體要求如下：三相異步電動機(jī)型號：Y180L-4出廠編號053322kw1440r/min42.5A接法380V50HZ防護(hù)等級IP44200kgB級絕緣噪聲LW82 db(A)工作制S1標(biāo)準(zhǔn)編號JB/T9616

3、-19992005/12/01南京電機(jī)控制配套廠表 1-1 電機(jī)基本參數(shù)（1）電機(jī)具體參數(shù)：如電機(jī)參數(shù)表1-1所示：出廠日期、廠商（國產(chǎn)，進(jìn)口）、電機(jī)的額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)數(shù)、相數(shù)、接法等。（2）電機(jī)的負(fù)載特性類型：如a.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、b.平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載、c.恒功率負(fù)載等。（3）電機(jī)啟動方式：如a.三角形啟動、b.星形啟動、c.降壓啟動、d.軟啟動（4）工作環(huán)境。如現(xiàn)場的溫度、防護(hù)等級、電磁輻射等級、防爆等級、配電具體參數(shù)。（5）控制柜安裝位置：如壁掛式和落地式，要合理的考慮變頻控制柜到電機(jī)的距離。（6）控制柜拖動電機(jī)的數(shù)量：如一拖二，一拖三，一拖四等（7）工頻與變頻切換方式：一般為-Y啟動

4、與變頻工作互為備用切換保護(hù)。（8）控制柜的外圍器件的選用：如傳感變送器的選用參數(shù)及采樣地點(diǎn)，具體選用要求請?jiān)斠姷?章“器件的配置”。（9）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)。（10）控制柜的隔離：如強(qiáng)電回路與弱電回路的隔離；采集信號與控制信號的隔離。（11）工作場合的供電質(zhì)量：如防雷，浪涌，電磁輻射。2. 變頻控制柜布局和器件配置下圖1-1便是變頻控制柜的基本布局：圖1-1 變頻控制柜的基本布局變頻控制柜分為壁掛式和落地式兩種，變頻控制柜主要器件的配置與選用介紹如下：（1） TR-變壓器:這個(gè)為可選項(xiàng)，根據(jù)電壓等級標(biāo)準(zhǔn)配置和選用。（2） FU-熔斷絲:一般

5、都需要添加，不要為了節(jié)省成本而省去。選擇為2.54倍額定變頻器電流。注意熔斷絲的選擇要選快熔類。（3） QA-斷路器: 斷路器主要用于電源回路的開閉，且在出現(xiàn)過流或短路事故時(shí)自動斷開電源。斷路器的容量為變頻器額定電流的1.5倍，斷路器的時(shí)間特性要充分考慮變頻器過載保護(hù)的時(shí)間特性。（4） KM-接觸器:接觸器主要用于在工頻電網(wǎng)和變頻器之間的切換，保證變頻器的輸出端不會接到工頻電網(wǎng)上去，以免損壞變頻器。接觸器頻繁的閉合和斷開將引起變頻器故障，所以最高頻率不要超過10次/分鐘。（5） F-風(fēng)扇：主要用于抽取變頻控制柜里的熱量,給變頻控制柜散熱；按供電方式分直流風(fēng)扇和交流風(fēng)扇，根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境選用。（

6、6） LY-防雷浪涌器:最好配置一個(gè)，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。（7） DK-電抗器:選擇合適的電抗器與變頻柜配套使用,既可以抑制諧波電流,降低變頻器系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波總量,提高變頻器的功率因數(shù),又可以抑制來自電網(wǎng)的浪涌電流對變頻器的沖擊,保護(hù)變頻器、降低電動機(jī)噪聲。保證變頻器和電機(jī)的可靠運(yùn)行。（8） EMI-濾波器: 濾波器的作用是為了抑制從導(dǎo)線及金屬管線上傳導(dǎo)無線信號到設(shè)備中去，將來自變頻器的高次諧波分量與電源系統(tǒng)的阻抗分離，或者抑制干擾信號從干擾源設(shè)備通過電源線傳導(dǎo)到外邊去。（9） RB-制動電阻:當(dāng)電容電壓超過設(shè)定置后

7、，就經(jīng)制動電阻消耗回饋的能量。一般小容量變頻器帶有制動電阻，大容量變頻器的制動電阻通常由用戶自己根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)和大小、負(fù)載周期等因素進(jìn)行選配。（10）另外還包括變頻器，PLC/DCS，觸模屏，傳感器，電度表等器件的選用。3. 變頻控制柜布局的注意事項(xiàng)（1） 確?？刂乒裰械乃性O(shè)備接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點(diǎn)或接地母排上。連接到變頻器的任何控制設(shè)備(比如一臺PLC)要與其共地，同樣也要使用短和粗的導(dǎo)線接地。最好采用扁平導(dǎo)體(例如金屬網(wǎng))，因其在高頻時(shí)阻抗較低。如下圖1-2所示：圖 1-2 良好接地（2） 控制柜低壓單元，繼電器，接觸器使用熔斷器加以保護(hù)；當(dāng)變頻器到電機(jī)的連線超過1

8、00M時(shí)，當(dāng)變頻器供電源容量大于600KW/A或供電電源容量大于變頻器容量的10倍時(shí)，建議加進(jìn)輸入輸出電抗器。（3） 確?？刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能，交流接觸器采用R -C 抑制器，直流接觸器采用“飛輪”二極管，裝入繞組中。采用壓敏電阻抑制器也是很有效的。（4） 如果設(shè)備運(yùn)行在一個(gè)對噪聲敏感的環(huán)境中，可以采用EMC 濾波器減小輻射干擾。同時(shí)為了達(dá)到最優(yōu)的效果，確保濾波器與安裝板之間應(yīng)有良好的接觸。（5） 電機(jī)電纜應(yīng)與其它控制電纜分開走線，其最小距離為500mm。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與控制電纜長距離平行走線。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。同時(shí)必須用合適的夾子將電機(jī)電纜和

9、控制電纜的屏蔽層固定到安裝板上。（6） 為了有效的抑制電磁波的輻射和傳導(dǎo)，變頻器的電機(jī)電纜必須采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導(dǎo)必須至少為每相導(dǎo)線芯的電導(dǎo)的1/10。（7）控制柜應(yīng)分別設(shè)置零線排組及保護(hù)地線排組（PE）。接地排組和PE 導(dǎo)電排必須接到橫梁上 (銅排到銅排聯(lián)接) 。它們必須在電纜壓蓋處正對的附近位置。接地排組額外還要通過另外的電纜與保護(hù)電路(接地電排)連接。屏蔽總線用于確保各個(gè)電纜的屏蔽連接可靠，它通過一個(gè)橫梁實(shí)現(xiàn)大面積的金屬到金屬聯(lián)接。如圖1-3所示：圖 1-3 零線排組與保護(hù)接地排組（8） 不能將裝有顯示器的操作面板安裝在靠近電纜和帶有線圈的設(shè)備旁邊，例如電源電纜，接觸器，繼電器，螺

10、線管閥，變壓器等等，因?yàn)樗鼈兛梢援a(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，影響儀器儀表的測量精度。（9） 功率部件 (變壓器，驅(qū)動部件，負(fù)載功率電源等等) 與控制部件 (繼電器控制部分，可編程控制器) 必須要分開安裝。但是并不適用于功率部件與控制部件設(shè)計(jì)為一體的產(chǎn)品，變頻器和濾波器的金屬外殼，都應(yīng)該用低電阻與電柜連接，以減少高頻瞬間電流的沖擊。理想的情況是將模塊安裝到一個(gè)導(dǎo)電良好，黑色的金屬板上，并將金屬板安裝到一個(gè)大的金屬臺面上。（10） 設(shè)計(jì)控制柜體時(shí)要注意EMC的區(qū)域原則，把不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中。每個(gè)區(qū)域?qū)υ肼暤陌l(fā)射和抗干擾度有不同的要求。區(qū)域在空間上最好用金屬殼或在柜體內(nèi)用接地隔離板隔離。并且考慮發(fā)熱量

11、，控制柜的風(fēng)道要設(shè)計(jì)合理，排風(fēng)通暢，避免在柜內(nèi)形成渦流，在固定的位置形成灰塵堆積。風(fēng)扇一般安裝在靠近出風(fēng)口處，進(jìn)風(fēng)風(fēng)扇安裝在下部，出風(fēng)風(fēng)扇安裝在柜體的上部。（11） 根據(jù)控制柜內(nèi)設(shè)備的防護(hù)等級，需要考慮控制柜防塵以及防潮功能，一般使用的設(shè)備主要為：空調(diào)，風(fēng)扇，熱交換器，抗冷凝加熱器。同時(shí)根據(jù)柜體的大小合適的選擇不同功率的設(shè)備。關(guān)于風(fēng)扇的選擇，主要考慮柜內(nèi)正常工作溫度，柜外最高環(huán)境溫度，求得一個(gè)溫差，風(fēng)扇的換氣速率，估算出柜內(nèi)空氣容量。已知三個(gè)數(shù)據(jù)：溫差，換氣速率，空氣容量后，求得柜內(nèi)空氣更換一次的時(shí)間，然后通過溫差計(jì)算求得，實(shí)際需要的換氣速率。從而選擇實(shí)際需要的風(fēng)扇。因?yàn)橐话阋归g，溫度下降，故

12、會產(chǎn)生冷凝水，依附在柜內(nèi)電路板上，所以需要選擇相應(yīng)的抗冷凝加熱器以保持柜內(nèi)溫度。（12）變頻器安裝的基本要求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可能阻擋排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)的大器件。變頻器上、下部邊緣距離，控制柜頂部、底部距離，或者隔板和必須安裝的大器件的最小間距，都應(yīng)該大于150mm。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。4變頻控制柜器件的安裝（1） 控制柜內(nèi)所有器件應(yīng)按照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求進(jìn)行安裝。組裝前首先看清楚圖紙及技術(shù)要求，必須按照圖紙安裝。（2）認(rèn)真整理安裝圖紙中發(fā)現(xiàn)的

13、疑難問題，如平面圖與系統(tǒng)圖不符、管徑與導(dǎo)線截面不符、管線途徑不明等在參加圖紙會審時(shí)及時(shí)向設(shè)計(jì)部門提出，力求將圖中問題解決在安裝以前。（3） 檢查變頻器型號、元器件型號、規(guī)格、數(shù)量等與圖紙是否相符；檢查變頻器、PLC、觸模屏等器件有無損壞。（4） 元器件組裝順序應(yīng)從板前視，由左至右，由上至下。（5）組裝所用緊固件及金屬零部件均應(yīng)有防護(hù)層，對螺釘過孔、邊緣及表面的毛刺、尖鋒應(yīng)打磨平整后再涂敷導(dǎo)電膏。（6）主回路上面的元器件，如濾波器、電抗器，變壓器、PLC、變頻器等需要接地，注意斷路器不需要接地。（7）對于發(fā)熱元件 (例如管形電阻、散熱片等) 的安裝應(yīng)考慮其散熱情況和安裝距離應(yīng)符合規(guī)定。額定功率為

14、75W 及以上的管形電阻器應(yīng)橫裝，不得垂直地面豎向安裝，正確地的安裝方法如圖1-4所示。圖 1-4 外接制動電阻的安裝方式（8）所有電器元件及附件，均應(yīng)固定安裝在支架或底板上，不得懸吊在電器及連線上。（9） 安裝因振動易損壞的元件時(shí)，應(yīng)在元件和安裝板之間加裝橡膠墊減震。（10）接線面每個(gè)元件的附近有標(biāo)牌，標(biāo)注應(yīng)與圖紙相符。除元件本身附有供填寫的標(biāo)識牌外，標(biāo)識牌不得固定在元件本體上。 接線端子和進(jìn)出的電纜、電線每回路應(yīng)有標(biāo)志，標(biāo)號應(yīng)完整、清晰、牢固，標(biāo)號粘貼位置應(yīng)明確、醒目。如圖1-5所示：圖 1-5 標(biāo)號完整、清晰、牢固 安裝于面板、門板上的元件、其標(biāo)號應(yīng)粘貼于面板及門板背面元件下方，如下方無

15、位置時(shí)可貼于左方，但粘貼位置盡可能一致。（11）器件保護(hù)接地連續(xù)性 圖1-6 器件保護(hù)接地連續(xù)性保護(hù)接地連續(xù)性利用有效接線來保證，如圖1-6所示。柜內(nèi)任意兩個(gè)金屬部件通過螺釘連接時(shí)如有絕緣層均應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接地墊圈，而且要注意將墊圈齒面接觸零部件表面，或者破壞絕緣層。門上的接地處要加“抓墊”或“菊花墊“，防止因?yàn)橛推岬膯栴}而接觸不好，而且連接線要盡量短。5變頻控制柜一次回路布線圖 1-7 變頻控制柜一次回路配線（1） 變頻控制柜一次回路配線大多采用絕緣導(dǎo)線，如圖1-7所示；對于一些大功率大電流變頻控制柜應(yīng)盡量選用矩形銅母線。（2） 匯流母線應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選取，主進(jìn)線柜和聯(lián)絡(luò)柜母線按匯流選取，分

16、支母線的選擇應(yīng)以自動空氣開關(guān)的脫扣器額定工作電流為準(zhǔn)，如自動空氣開關(guān)不帶脫扣器，則以其開關(guān)的額定電流值為準(zhǔn)。對自動空氣開關(guān)以下有數(shù)個(gè)分支回路的，如分支回路也裝有自動空氣開關(guān)，仍按上述原則選擇分支母線截面。如沒有自動空氣開關(guān)，比如只有刀開關(guān)、熔斷器、低壓電流互感器等則以低壓電流互感器的一側(cè)額定電流值選取分支母線截面。如果這些都沒有，還可按接觸器額定電流選取，如接觸器也沒有，最后才是按熔斷器熔芯額定電流值選取。（3） 導(dǎo)線載流量選擇需查詢有關(guān)文檔，聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線在線槽中，或?qū)Ь€成束狀走行時(shí)，或防護(hù)等級較高時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮裕量。（4） 導(dǎo)線應(yīng)避開飛弧區(qū)域。當(dāng)交流主電路穿越形成閉合磁路的金屬框架時(shí)，三相

17、導(dǎo)線應(yīng)在同一框孔中穿過；接線不規(guī)范，必須把進(jìn)入線槽的大電纜外層都剝開，把所有導(dǎo)線壓進(jìn)線槽。 （5） 導(dǎo)線線槽彎處的半徑不小于線槽內(nèi)電纜最小允許彎曲半徑，導(dǎo)線最小允許彎曲半徑見下表1-2。電纜最小允許彎曲半徑（D：為電纜外徑）序號電纜種類半徑(D)1無鉛包鋼鎧護(hù)套的橡皮絕緣電力電纜10D2有鋼鎧護(hù)套的橡皮絕緣電力電纜20D3聚氯乙稀絕緣電力電纜10D4交聯(lián)聚氯乙稀絕緣電力電纜15D5多芯控制電纜10D 表 1-2（7） 導(dǎo)線連接在面板和門板上時(shí)，需要加塑料管和安裝線槽；柜體出線部分為防止鋒利的邊緣割傷絕緣層，必須加塑料護(hù)套。電纜與柜體金屬有摩擦?xí)r，需加橡膠墊圈以保護(hù)電纜，如圖1-8所示：圖 1-

18、8 變頻控制柜外加塑料護(hù)套（8） 柜體內(nèi)任意兩個(gè)金屬零部件通過螺釘連接時(shí)如有絕緣層均應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接地墊圈, 并注意將墊圈齒面接觸零件表面，以保證保護(hù)電路的連續(xù)性。（9）導(dǎo)線搭接螺絲應(yīng)外露23扣，螺孔比螺絲大1mm連接面涂電力復(fù)合脂，應(yīng)采用鍍鋅螺栓并有防松裝置，所有的螺栓受力程度應(yīng)一致。（10）提高柜體屏蔽功能，如需要外部接線或出線時(shí)，需加電磁屏蔽襯墊，柜體孔縫要求為求縫長或孔徑小于 / (10100）。如果需要在電柜內(nèi)開通風(fēng)窗口，交錯(cuò)排列的孔或高頻率分布的網(wǎng)格比狹縫好，因?yàn)楠M縫會在電柜中傳導(dǎo)高頻信號。6變頻控制柜二次回路布線（1） 二次線的連接（包括螺栓連接、插接、焊接等）均應(yīng)牢固可靠，線

19、束應(yīng)橫平豎直、配置堅(jiān)牢、層次分明、整齊美觀。同一控制柜的相同器件走線方式應(yīng)一致。如圖1-9所示：圖 1-9 走線層次分明（2） 二次線截面積要求： 單股導(dǎo)線 不小于1.5mm2 多股導(dǎo)線 不小于1.0mm2 弱電回路 不小于0.5mm2 電流回路 不小于2.5mm2 保護(hù)接地線 不小于2.5mm2（3） 所有連接導(dǎo)線中間不應(yīng)有接頭；每個(gè)電器元件的接點(diǎn)最多允許接2根線；每個(gè)端子的接線點(diǎn)一般不宜接二根導(dǎo)線，特殊情況時(shí)如果必須接2根導(dǎo)線，則連接必須可靠。如下圖1-10所示：圖 1-10 二根線接一個(gè)端必須可靠（4） 二次線應(yīng)遠(yuǎn)離飛弧元件，并不得防礙電器的操作；二次線不得從母線相間穿過。（5） 電流表

20、與分流器的連線之間不得經(jīng)過端子，其線長不得超過3 米；電流表與電流互感器之間的連線必須經(jīng)過試驗(yàn)端子。（6） 控制用屏蔽電纜線的連接 擰緊屏蔽線至約15 mm 長為上； 用線鼻子把導(dǎo)線與屏蔽壓在一起； 壓過的線回折在絕緣導(dǎo)線外層上； 用熱縮管固定導(dǎo)線連接的部分。（7） 控制用電纜線連接的注意事項(xiàng) 控制用的電纜線最好使用屏蔽電纜； 模擬信號和數(shù)字信號的傳輸電纜應(yīng)該分別屏蔽和走線； 模擬信號的傳輸線和低壓數(shù)字信號線應(yīng)使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。 信號線最好只從一側(cè)進(jìn)入電柜，信號電纜的屏蔽層雙端接地，在不影響操作和安裝條件下，信號電纜線應(yīng)避免過長； 不要將24VDC 和115/230VAC 信號共用同一條電纜槽。7.變頻控制柜維護(hù)和檢修（1） 檢查變頻控制柜周圍環(huán)境，利用溫度計(jì)，濕度計(jì)，記錄儀檢查周圍溫度-10C+50C，周圍濕度90%以下，而且無灰塵、無金屬粉塵及通風(fēng)良好等。（2） 檢查各部件各系統(tǒng)裝置是否有異常振動和異常聲音。（3） 觀察元件是否有發(fā)熱的跡象，是否有損傷，連接部件是否有松脫。（4） 檢查端子排是否損傷，導(dǎo)體是否歪斜，導(dǎo)線外層是否破損。（5） 檢查電源電壓主回路電壓是否正常。對于絕緣測試，可于使用前，拆下電源和電機(jī)接線，將端子R、 S、T、U、 V