變頻技術在控制系統中的設計及研究

李 芳，周春臨，張紅健，宮迎輝

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

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

眾所周知變頻器已經廣泛應用各行各業。但變頻控制系統如何設計，變頻控制柜設計與制造對實際應用具體要求，是我們電氣工程師想明確了解的。這里從實際設計及應用案例中總結一下要點。

1 變頻器的設置及調試

1. 根據實際及客戶要求進行設計

在變頻控制系統設計前，一定要了解系統配制，工作方式環境，控制方式，客戶具體要求。具體系統分新設計系統還是舊設備改造系統。對舊設備改造，應該確切知道如下技術參數及要求。

1）電機具體參數，出廠日期廠商，電機的額定電壓額定電流，相數。

2）電機的負載特性類型，電機起動方式。

3）工作環境。如現場的溫度，防護等級，電磁輻射等級及防爆等級。

4）配電具體參數。

對新變頻系統，應根據電機機械負載特性容量，選用變頻器的類型，容量。目前，機械負載與電機轉矩特性有許多種類，我們常用的負載是風機水泵類。對于這類負載，在設計變頻控制柜時，應從如下方面入手：電機應選變頻器專用電機，變頻柜應加裝專用冷卻風扇，電機通常選交流電機。根據環境需要，選電機防護等級和方式。大于7.5KW變頻柜應加裝通風散熱設施，確定電機與變頻器容量關系。圖1為變頻器控制電機原理示意圖。

1.2 變頻器的安裝設計基本要求

1）變頻器應該安裝在控制柜內部。

2）變頻器最好安裝在控制柜內的中部；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、進風的大元件。

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，一定要用膠帶嚴格密封或者采用假面板替換，防止粉塵大量進入變頻器內部。

5）對變頻器要進行定期維護，及時清理內部的粉塵等。

2 原理圖設計

1）根據以上所述的原理規則，根據實際需要，畫出原理圖。電路主路設計。按如下順序選擇主回路電器件。

（1）確定機械負載特性，功率扭矩轉速 。

（2）確定電機特性，額定電壓，額定功率，額定電流，

（3）根據以上條件，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

圖1 變頻器控制電機原理示意圖

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。

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。一般應根據頻率進行配置。

R-制動電阻 計算較復雜，應在變頻器柜制造商指導下配置。

2）電路控制回路設計。

按電氣工程師經驗及變頻器要求設計。但首先應注意輸入/輸出的弱電信號，與PLC儀表傳感器，一定采取信號隔離，否則控制系統信號混亂，系統不正常。其次應注意PLC與常規控制系統接口。控制電源應采用隔離變壓器，進行電氣隔離。

3）變頻控制柜的工藝設計。電氣工程師變頻電路設計出來，下一步就是工藝設計，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。一般可以查表格或計算。

（2）接地配線。

（3）抗干擾布線是非常重要的。一般強電電纜用帶屏蔽電纜抗干擾。

（4）進出線的電纜管接頭配置。

3 硬件選型

對低壓開關應結合電網容量、負荷性質、使用場所,從技術經濟合理的角度出發，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品有高中低檔次的區別，以滿足不同行業的需要,多品種則是為了滿足不同使用環境不同使用條件的需要。對于斷路器的選擇上，以配電功能為主的塑殼式斷路器就有價格較低體積較小、接觸防護好、安裝緊湊外型美觀等特點。接觸器的選擇可根據所接電機的功率，電流來決定。我們在以往的工程設計中常用的有西門子、施耐德、梅蘭日蘭這些公司生產的低壓電器。均性能良好，外形美觀，符合客戶的要求。

4 結束語

一個質量較高的變頻控制系統，要求我們設計師從設計工藝，制作制造，運輸包裝這些方面嚴格把關，是實際要求較高的產品，要求各個環節質量保障，才能作出較高質量并且實際應用好的冶金電氣控制系統。

[1]王克勤,同淑榮.產品設計知識分類及知識供應研究[J].機械科學與技術,2008.

[2]西門子（中國）有限公司技術支持部.標準驅動銷售工程師手冊,2004,3.

[3]張燕斌.SPWM變頻調速應用技術[M].機械工業出版社，2003.