变频器及其控制技术 教学课件 ppt 作者 肖朋生 电子教案 第6章成套变频调速电气控制柜的设计

1、6.1 概述 6.2 电气原理图 6.3 安装接线图 6.4 外部接线图 6.5 PLC控制程序,第6章 成套变频调速电气控制柜的设计,6.1 概述 如果你是一位电气工程师，从事变频调速控制系统的设计工作，那么你除了掌握变频器的基本知识外，还必须掌握成套控制系统设计的一些基本知识，才能设计出用户满意的变频调速电气控制柜；如果你是变频调速系统的用户，从事调速系统的安装、调试或维修工作，你必须能够看懂电气图纸，了解设计者的设计思路，才能正确的布线、接线、调试或维修；即使你是变频调速电控柜生产厂家的一位接线工，你至少应该看懂接线图才能正确的接线。如果你能看懂电气原理图，参考原理图和接线图接线，不仅能加快接线速度，提高生产效率，而且接线差错率会大大降低。,因此，只要你从事的工作与变频调速有关，就应该了解成套变频调速电气控制柜的设计知识，至少对于正确分析电气图纸大有帮助。 要设计出成套变频调速电气控制柜的图纸，必须掌握以下基本知识： （1）变频器 掌握所使用变频器的各种性能、接线端子、设置菜单等。 （2）可编程控制器（PLC） 现在，多数变频器由PLC控制，因此必须掌握所使用PLC的各种性能、接

2、线端子、编程知识等。 （3）同步方式 对于需要同步运行的调速系统，必须确定用什么反馈元件，采用何种同步方式等。,（4）低压电器 任何控制线路，都离不开各种低压电器，如空气开关、熔断器、交流接触器、热继电器、按钮、信号灯、变压器等。不仅需要知道这些低压电器的作用和相应的控制线路，而且相应了解不同型号的低压电器的外形尺寸、安装尺寸、质量、价格等方面的差别，以便于合理选用。 （5）了解工艺 不需要对这个工艺原理全部了解，至少应该大致了解工艺流程，精确知道与电气有关的各种细节，例如，有多少电机拖动，用什么电机，各电机的功率是多大，用什么拖动方式，有无联锁要求等。还要了解附属的电气控制环节，例如，有没有安全电压照明，有几个外部停车按钮，是否有联系信号，等等。,一套完整的变频调速电气控制柜的图纸，应该包括以下内容： （1）电气原理图； （2）安装接线图； （3）外部接线图； （4）柜体设计图。 本章以后各节均以改型的LMH631180显色皂洗机为例，说明各种图纸的画法，主要为读者介绍设计思路，为正确识图打下良好的基础。 改型的LMH631180显色皂洗机电气方面的要求如下： （1）主传动用交流电机

3、，电机的额定电压为AV380V（线电压），额定频率为50Hz，额定转速为1450转/min。,15个交流电机全部用施耐德Altivar31变频器驱动，按从车头到车尾排列，各电机的标牌名称及功率为： 1）二辊轧车 3kW； 2）显色蒸箱 2.2kW； 3）1#轧车 2.2kW； 4）2#轧车 2.2kW； 5）3#轧车 2.2kW； 6）皂蒸箱 2.2kW； 7）4#轧车 2.2kW； 8）5#轧车 2.2kW； 9）6#轧车 2.2kW； 10）7#轧车 2.2kW； 11）8#轧车 2.2kW； 12）三辊轧车 5.5kW 主令电机； 13）1#烘燥 2.2kW； 14）2#烘燥 2.2kW； 15）落布 1.1kW。,（2）有两组力矩电机，力矩电机用单相调压器调节。如果用三相调压器调节，调节效果会更好，但成本较高。力矩电机允许长期堵转或者缺相运行，可以使用单相调压器调节，在实际中，大多数使用单相调压器。 1）显色蒸箱力矩：6个5kgcm的力矩电机，蒸箱左右两侧各3个； 2）皂蒸箱力矩：12个5kgcm的力矩电机，蒸箱左右两侧各6个。 标准的LMH631180皂洗机还有3组力矩电机，

4、偶合透风力矩、1#氧化透风力矩和2#氧化透风力矩。为了简化设计，本章设计不考虑。,（3）蒸箱和烘房用AC24V安全电压照明 1）显色蒸箱照明：4个AC24V 60W照明灯，蒸箱左右两侧各2个； 2）皂蒸箱照明：4个AC24V 60W照明灯，蒸箱左右两侧各2个； 3）烘房照明：4个AC24V 60W照明灯，烘房左右两侧各2个。 （4）车头和车尾各有一个信号铃，作为开车联系用。 （5）车尾有一个联系信号按钮，作为开车联系用。由于操纵台安装在车头位置，操纵台上有联系信号按钮，故车头不需要另装联系信号按钮。 （6）车尾有一个停车按钮，作为故障时紧急停车用。设备的中间部位也可以加装紧急停车按钮。,（7）车头和主令电机之后各装两个电动吸边器，电动吸边器由用户自备，应由控制柜通过AC220V电源。 电气原理图所用元器件的图形符号和文字符号都应符号国家标准的规定。文字符号可以横向标注，也可以纵向标注，与图6.2.1所示的线号标注规则相同。 图纸幅面应符合国家标准的规定，有A4、A3、A2、A1、A0幅面等，画不开时还可以加长，但加长的尺寸应符合国家标准的规定。现在多数采用计算机制图，一般采用A4和A3

5、幅面的图纸。 图纸应画出边框，边框尺寸也应符合国家标准的规定。A4和A3图纸边框距离图纸左边25mm，便于装订，距离图纸其它三边5mm。大于A3幅面的图纸，左边距仍为25mm，其它边距为10mm。采用计算机制图时，如果边距太小无法打印时，可适当加大页边距。,每一张图纸，都应有标题栏，标题栏画在图纸的右下方，尺寸符合有关标准规定，由于用计算机制图一般使用的图幅较小，可以使用简单的标题栏。标题栏一般包括图纸名称、图纸编号、设计或制作单位名称和设计、审核、标准化、工艺、制图、批准等有关人员的签名。有的标题栏还应包括图纸更改标记。 不管多大的图纸，一般折叠成A4幅面大小装订。 由于本书幅面所限，本章所画各种图纸均小于A4幅面，并且没有画出图形边框和标题栏，特此说明，请读者鉴谅。,6.2 电气原理图 电气原理图包括主电路、控制电路和所有附属电路的原理图，还应包括所用元器件明细表。电气原理图是最主要的图纸，是设备生产、安装、调试、维修的依据。 6.2.1 控制方案的确定 LMH631180显色皂洗机对于电气部分的基本要求上节已经介绍，要想画出电气原理图，还必须和用户或机械工程师协商确定具体的控制方

6、案。 1、控制电路的控制方式 控制电路可以用低压电器控制，也可以用PLC控制中间继电器（或交流接触器）的线圈，再用中间继电器（或交流接触器）的触点控制变频器，多数电路采用此控制方式。由于电机数量较多，很少用PLC直接控制变频器的运行。,在我们所设计的电路中，PLC的数字量的输入点需要24个，输出点需要17个，若采用施耐德型号为TWDLCAA40DRF的PLC，数字量继电器输入点正好24个，满足要求，但其数字量继电器输出点只有14个（共16个输出点，其中有2个晶体管输出点），尚缺3个继电器输出点，加继电器输出扩展模块TWDDRA8RT（有8个继电器输出点）就可以满足要求。 在下面所画的电路图中，PLC的基本单元用0表示，扩展单元用1表示。例如I0.3表示基本单元的I3输入点，Q0.2表示基本单元的Q2输出点，Q1.2表示扩展单元的Q2输出点，COM0.1表示基本单元的COM1公共点，COM1.1表示扩展单元的COM1公共点。当然基本单元和扩展单元也可以分开画出，这样就不需要加0和1，直接标I1、Q1、COM1就行了。,2、同步方式的确定 在第3章中我们介绍了多种同步方式，如直接利用变频器

7、的求和功能、直接利用变频器的PI调节功能、自行设计同步控制电路、使用同步控制器等。 在该系统中，共有15个电机，我们采用2个JGD280同步控制器（JGD同步控制器有JGD240和 JGD280两种，JGD240能控制4个单元，JGD280能控制8个单元）进行同步调节。反馈元件为线绕电位器，电位器和松紧架限位开关装在一个小盒内，受松紧架位置控制。 3、力矩电机的控制方式 力矩电机一般不需要变频器驱动，用交流接触器控制即可，可以用单相或三相调压器调节。交流接触器的线圈可以用旋钮式按钮开关控制，需要时人工投入，也可以主电机运行时自动投入。,在该系统中，我们采用自动投入的控制方式。即显色蒸箱运行时，显色蒸箱力矩自动投入；皂蒸箱运行时，皂蒸箱力矩自动投入。 6.2.2 图形幅面 手工画图时，可以将整个原理图画在一张图纸上，根据绘图的内容确定图纸幅面的大小。如果原理图内容较多，也可以画在不同的图纸上。采用计算机画图，通常受打印机的限制，一般采用A4幅面或A3幅面的图纸，将电气原理图画在多张图纸上。 若图形较小，画不满整张图纸，应画在图纸的中央。 6.2.3 通路标号 通路标号也就是线号，电气原理

8、图必须有线号，否则无法绘制接线图。线号可以使用字母，也可以使用数字，还可以字母和数字混合使用。如图6.2.1中的N、V1、23等都是线号。,线号尽量按一定的规律编制，以便于接线和维修。通常主电路第一单元以数字1开头，第二单元以数字2开头，然后再加字母，如1U1、2U1、3U1、2V等。控制电路一般使用数字，可以只使用奇数或只使用偶数，一旦漏掉某一线号时，便于插入。如使用奇数编制时，漏掉线号可插入偶数。,线号一般标注在横线的上方或纵线的左侧，尽量不要上下左右同时标注，否则在图线密集时容易引起混淆。 线号通常横向标注，如图6.2.1（a）所示。图线密集时可以纵向标注，纵向标注时字体的方向如图6.2.1（b）所示，不允许图6.2.1（c）所示的方向。 特别注意，线号是一个电气通路的标号，相同线号的线应接在一起，并非一根导线一个线号。例如图6.2.2所示控制电路线号17的标注就存在明显的错误。因为17、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60本来就是一个电气通路，用17就足够了，不应再加其它线号了。图中N线的标注就不存在错误，只标注了一个N，HL6、1HL10HL是信号

9、灯的文字符号，不是线号。,6.2.3 识图坐标 成套设备电气单元比较多，画出的图纸较大，或者有多张电气原理图。一个继电器或交流接触器的不同触点和线圈画在图中不同区域，甚至画在多张图纸上，经常找到线圈，长时间找不到其触点，给原理图的分析增加了难度。为此，比较复杂的原理图最好加识图坐标。,识图坐标分单坐标和双坐标两种。 1、单坐标 单坐标就是只有横坐标，没有纵坐标。坐标线通常画在原理图的下方，坐标一般用数字表示。在接触器或继电器线圈下方标出该接触器或继电器所用触点的数量和坐标，如图6.2.3所示。从图6.2.3可以看出，交流接触器1KM共使用了3个常开触点，没有使用常闭触点，3个常开触点的位置分别在82、83、84（没画出，下同）；交流接触器2KM也只使用了3个常开主触点， 3个常开主触点的位置分别在90、91、92；中间继电器KA1使用了2个常开触点和1个常闭触点，常开触点的位置在112、172，常闭触点的位置在172，其中在112的触点就是图6.2.3中的KA1（31，33）自锁触点；中间继电器KA2使用了3个常开触点其位置在153、175、185。,2、双坐标 双坐标就是既有横坐标，又有纵坐标。坐标线通常画在图纸边框内，横坐标一般用数字表示，纵坐标一般用字母表示，在接触器或继电器线圈下方标出该接触器或继电器所用触点的数量和坐标，如图6.2.4所示。 从图6.2.4可以看出，交流接触器1KM只使用了3个常开触点，其位置分别在82B、83B、84B；交流接触器2KM也只使用了3个常开触点， 3个常开触点的位置分别在90B、91B、92B；中间继电器KA1使用了2个常开触点和1个常闭触点，常开触点的位置在112C、15F，常闭触点的位置在17E，其中在112C的触点就是图6.2.4中的 KA1（31，33）自锁触点，112C就是横坐标112与纵坐标C的交叉位置；中间继电器KA2使用了3个常开触点其位置在15B、17C、18F。,根据以上要求，我们可以画出电气原理图，实际画图时，每一图形可占用一张A4图纸，并加上标题栏。 根据电气原理图可以列出所用材料明细表。明细表应包括序号、器件代号、器件名称、规格型号、数量、备注等内容。读者可根据已经学过的低压电器选用规

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