变频器整机结构设计工艺规范111页Word文件下载.docx
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变频器整机通常以电压等级、功率范围来划分每款整机。
明确设计电压等级,设计功率。
2.外观设计
a.外形尺寸要求
因成本降低,节省安装空间,超越竞争对手等市场需求,对整机外形尺寸要求越来越小。
通过调研应明确设计的目标尺寸。
b.安装形式
通常安装形式有两种,一种是壁挂式安装,一种是柜式安装。
c.外观要求
外观设计应新颖、独特、美观,可通过专业的美工设计对外观进行造型设计。
3.材料选用
通用变频器的整机结构设计通常选用两种材料(见“附一常用材料列表”):
塑胶和钣金。
塑胶材料通常用在15kW(也有设计30kW)及以下功率,钣金常用在18kW及以上功率。
4.进出线方式
目前通用变频器常见的进出线方式有两种:
a.下进下出
较为传统的进线方式,特点是输入输出线均在变频器下端,用户接线方便,对于大功率而言,输入线在内部占据一定空间,且影响整机布局。
b.上进下出
目前设计应用较多,特点是输入线在变频器上端,输出线在下端。
用户接线稍有不便,但整机布局较合理,能节省一定空间。
二、器件选型
在明确设计要求后,由硬件工程师对该款机型用到的所有电气元件进行选型,确定该器件的
品牌、厂家、价格、采用渠道等。
结构工程师收集已确定的元器件的资料。
三、整机设计
在相关资料准备好后即可开始整机设计,整机设计分两条线:
一是PCB板设计,二是结构设计。
两条线同时开展工作。
1.建立模型
对于已确定的采购件,标准件等,先建立其3D或2D模型。
建模遵循以下原则:
a.对于公司标准库已有的模型,应直接调用;
b.对于公司标准库没有的模型,建立其准确的3D或2D模型。
建模完成后应经相关工程师确认,且对该模型给予新的编码并存入标准库。
2.装配图设计
装配图设计应综合考虑各设计需求,经相关计算后分部件设计。
a.装配图设计考虑事项:
①各部件设计应能满足其使用功能;
②整体布局应首先保证功率器件、电容等散热满足整机散热性能要求;
③整机各零部件间走线:
强弱电尽可能分开走线,各零部件排布应尽可能使走线最短,考虑导线在机壳表面行走时固定。
④结构件设计:
装配、拆卸应方便(考虑公司目前使用工具),易损件(主要是电气元件)的便于更换性,考虑各零件的加工工艺性等。
b.底板设计
中小功率机型多是壁挂式安装,该功能主要靠底板完成。
故底板设计时主要考虑两个因素:
一是安装孔设计,二是强度设计。
下表是传统设计安装孔大小及底板板厚。
功率(kW)
1.5~3.7
5.5~15
18~45
55~132
160~280
安装孔直径
5
7
10
12
14
底板厚度(mm)
1.5
2
c.柜式安装形式
柜式安装如需同壁挂式兼容,可设计专门的底座,底座可拆卸,加装即为柜式,拆掉即为壁挂式。
如式直接柜式,可设计为落地式,轻型柜还可加工安装支撑地脚,重型可设计落地安装式底座。
d.散热设计
散热设计是整个结构设计的重点,也是关乎整机性能的关键。
散热形式分为三种:
自冷、风冷、水冷。
①自冷根据散热器及整机功率,自冷又分为两种形式。
小功率自冷常见于0.75kW以下,散热器设计为铝型材或压铸铝。
大功率自冷可不受功率限制,散热器设计为热管形式。
这种方式多用在特殊场合,像防爆变频器设计等,成本高。
②风冷通用变频器设计当中最为常见。
设计简单,成本低。
要求设计要有独立的风道。
风机选型按功率配置。
以下以1.5~280kW某系列为例列出各功率风机配置型号。
功率
5.5~7.5
11~15
18~30
37~45
风机型号
D06K-24TU
D08K-24PU
A2V12C38TBL
A2V15C51TBT-1C
风量(m3/min)
0.63
1.26
2.38
4
6
55~75
93~132
160~200
220~280
18
24
36
对于风冷散热,一般要设计独立的散热风道。
所谓独立风道是指风所经过的通道与整机其他部件相隔离。
风机如安放在进风端就是平时说的吹风方式,如放在出风口就是抽风方式。
两种方式对散热效果影响不大,可按实际情况灵活选用。
③水冷超大功率或特殊场合用,设计相对复杂,设计及维护成本高。
对于散热设计是否合理可以通过两种方式进行验证:
一是软件仿真,二是通过样机测试。
对于样机成本较低者,可以通过制作样机的方式进行验证,以提高准确度及效率。
对于样机成本较高者,可通过软件仿真,仿真后在对设计进行优化。
e.端子设计
对于端子设计主要遵循以下两个原则:
①如有成型的标准品端子,应优先直接选取,以降低成本;
②无适合的标准品端子,可自行设计,设计材料见附表。
f.防护等级设计
通用变频器防护等级一般设计为IP20。
四、零件设计及图纸绘制
整机装配图设计完成之后即可开始零件设计。
因装配图设计时仅是功能性、概念性设计,对零件而言只是提出了功能需求及限制,具体零件设计时在满足上述要求的同时着重应考虑加工工艺、成本等因素。
1.零件设计
a.从装配图中拆分零件,设计零件外形;
b.考虑零件的加工工艺,优先考虑现有的工、夹、治具;
C.尽可能降低成本,从工艺、材料两个方面使零件的成本降到最低。
2.图纸绘制
a.图纸绘制应按照“结构工程师工作规范”进行标准绘图;
b.对设计中出现的一些不合工艺要求的尺寸进行调整,圆整。
3.装配验证
在零件设计时因工艺、成本等要求,使的零件的外形、安装等已与最初装配图中零件不符。
因此在零件图设计完成后必须进行装配验证。
装配验证时,对不能满足装配要求的零件再进行调整,使其满足装配要求。
调整后再进行装配,此过程可反复进行,最后一次装配时没有任何调整,才可进行下一步工作。
五、加工生产
加工生产对整机设计而言,是一个再验证的过程。
因设计考虑不周,设计失误等在所难免,通过实际加工,对设计、工艺进行全面验证,对从在问题进行登记整理,对设计更改升级,再投入生产。
整机设计至此全面结束。
附一常用材料表
名称
用途
特点
备注
A3冷轧钢板
变频器机壳设计主要材料,主要用于18kW及以上功率。
量大,成本低,易于加工,可加工成所需要的各种形状。
表面可做喷塑或电镀处理,但喷塑后使得钣金各零件间导电性不连续,不利于变频器机壳接地。
喷塑颜色可选择需要的各种颜色。
电解板
量大,成本比冷轧板高,加工特性同冷轧板。
表面无需喷塑或电镀,机壳各零件间导电性好,利于机壳接地。
外观面可喷塑以适应外观颜色要求。
镀锌板
变频器机壳设计辅助材料
成本接近电解板,颜色同电解板不同,可用于屏蔽设计等,用于替换电解板。
ABS
变频器机壳设计主要材料,主要用于15kW及以下功率。
塑胶零件采用模具设计,便于外观造型。
整机零件个数较少,但单个零件复杂程度较高。
该材料用量广泛,成本低。
ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度,有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性。
它不透明,一般呈浅象牙色,能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品。
变频器设计通常使用阻燃级材料,阻燃等级为V0级。
ABS塑料的主体是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物,是一种坚韧而有刚性的热塑性塑料
PC/ABS
与单纯的ABS比较,PC/ABS具有两者的共同特性。
如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性。
二者的比率将影响PC/ABS材料的热稳定性。
PC/ABS这种混合材料还显示了优异的流动特性。
PC聚碳酸酯
紫铜板
变频器主回路用主要导电材料。
有优良的导电性能,加工性能。
表面常作电镀处理,镀镍、镀锡等,也有做本色氧化处理。
铝
散热器设计主要用材料
有良好的散热性能,性价比高。
易于加工,适合于模具及机械加工等多种方法加工。
散热器表面粗糙度、平面度要达到一定要求,以适应模块安装需求。
杜邦NOMEX410
主回路母线铜排绝缘用主要材料。
有优异的耐压性能(18~40KV/mm),强度高,韧性好,抗撕裂性及磨蚀性良好,200℃以下电气性能及机械性能所受的影响极小,耐低温性好,阻燃。
灰色PVC
端子材料、铜排支撑固定,绝缘用材料。
成本低廉,易于加工。
可加工成所需要的各种形状。
硬度好,韧性较差。
颜色灰色,外观不美观。
尼龙66
有良好的强度和刚度,易于加工,韧性好。
色泽均匀,一致性好。
成本较PVC高。
电木
端子、工装、绝缘用材料
有良好的机械强度,电绝缘性好,耐热,耐腐蚀。
成本较PVC及尼龙高。
环氧板
绝缘用材料
有良好的机械强度,易于加工,价格低廉,多用于大面积的绝缘需求
玻璃槽钢
有很好的机械强度和刚度,能承受较强的剪切力。
常用于有绝缘要求的支撑部件。
六方钢
支撑用零件
用于空间要求较小的地方,常用于PCB支撑、钣金支撑等。
表面电镀
一变频器定义
通常所指的变频器是指将固定频率、固定电压的工频电源变换为变频、变压电源提供给电动机来改变电