变频技术在控制系统中的设计及研究

李 芳，周春临，张红健，宫迎辉

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

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

众所周知变频器已经广泛应用各行各业。但变频控制系统如何设计，变频控制柜设计与制造对实际应用具体要求，是我们电气工程师想明确了解的。这里从实际设计及应用案例中总结一下要点。

1 变频器的设置及调试

1. 根据实际及客户要求进行设计

在变频控制系统设计前，一定要了解系统配制，工作方式环境，控制方式，客户具体要求。具体系统分新设计系统还是旧设备改造系统。对旧设备改造，应该确切知道如下技术参数及要求。

1）电机具体参数，出厂日期厂商，电机的额定电压额定电流，相数。

2）电机的负载特性类型，电机起动方式。

3）工作环境。如现场的温度，防护等级，电磁辐射等级及防爆等级。

4）配电具体参数。

对新变频系统，应根据电机机械负载特性容量，选用变频器的类型，容量。目前，机械负载与电机转矩特性有许多种类，我们常用的负载是风机水泵类。对于这类负载，在设计变频控制柜时，应从如下方面入手：电机应选变频器专用电机，变频柜应加装专用冷却风扇，电机通常选交流电机。根据环境需要，选电机防护等级和方式。大于7.5KW变频柜应加装通风散热设施，确定电机与变频器容量关系。图1为变频器控制电机原理示意图。

1.2 变频器的安装设计基本要求

1）变频器应该安装在控制柜内部。

2）变频器最好安装在控制柜内的中部；变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。

3）变频器上、下部边缘距离控制柜顶部底部或者隔板、或者必须安装的大元件等的最小间距，应该大于300mm。

4）如果特殊用户在使用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，一定要用胶带严格密封或者采用假面板替换，防止粉尘大量进入变频器内部。

5）对变频器要进行定期维护，及时清理内部的粉尘等。

2 原理图设计

1）根据以上所述的原理规则，根据实际需要，画出原理图。电路主路设计。按如下顺序选择主回路电器件。

（1）确定机械负载特性，功率扭矩转速 。

（2）确定电机特性，额定电压，额定功率，额定电流，

（3）根据以上条件，和实际客户的需要，对下列电器元件取舍

TR-变压器为可选项，根据电压等级标准选配。

FU-熔断丝，一般要选择为2.5-4倍额定变频器电流。注意熔断丝选速熔类。

QA-空开，一般要选择为1.2倍额定变频器电流

图1 变频器控制电机原理示意图

KM-接触器，必须要选择为额定变频器电流

DK-电抗器，电抗器的作用是抑制变频器输入输出电流重高次谐波成份带来的不良影响，一般多大功率变频器配多大电抗器，变频器厂商提供参数。

LBI/LBO 输入输出滤波器，滤波器的作用是抑制由变频器带来的无线电电波干扰即电波噪声。一般应根据频率进行配置。

R-制动电阻 计算较复杂，应在变频器柜制造商指导下配置。

2）电路控制回路设计。

按电气工程师经验及变频器要求设计。但首先应注意输入/输出的弱电信号，与PLC仪表传感器，一定采取信号隔离，否则控制系统信号混乱，系统不正常。其次应注意PLC与常规控制系统接口。控制电源应采用隔离变压器，进行电气隔离。

3）变频控制柜的工艺设计。电气工程师变频电路设计出来，下一步就是工艺设计，包括：

（1）多大功率变频器，配什么类型电缆，多大的线径配多远。一般可以查表格或计算。

（2）接地配线。

（3）抗干扰布线是非常重要的。一般强电电缆用带屏蔽电缆抗干扰。

（4）进出线的电缆管接头配置。

3 硬件选型

对低压开关应结合电网容量、负荷性质、使用场所,从技术经济合理的角度出发，综合分析比较选用不同类型的低压电器。低压电器是具有多档次多品种的。所谓多档次是指同类产品有高中低档次的区别，以满足不同行业的需要,多品种则是为了满足不同使用环境不同使用条件的需要。对于断路器的选择上，以配电功能为主的塑壳式断路器就有价格较低体积较小、接触防护好、安装紧凑外型美观等特点。接触器的选择可根据所接电机的功率，电流来决定。我们在以往的工程设计中常用的有西门子、施耐德、梅兰日兰这些公司生产的低压电器。均性能良好，外形美观，符合客户的要求。

4 结束语

一个质量较高的变频控制系统，要求我们设计师从设计工艺，制作制造，运输包装这些方面严格把关，是实际要求较高的产品，要求各个环节质量保障，才能作出较高质量并且实际应用好的冶金电气控制系统。

[1]王克勤,同淑荣.产品设计知识分类及知识供应研究[J].机械科学与技术,2008.

[2]西门子（中国）有限公司技术支持部.标准驱动销售工程师手册,2004,3.

[3]张燕斌.SPWM变频调速应用技术[M].机械工业出版社，2003.