模块化装配的电机变频控制柜的制作方法

1.本发明属于电机控制柜领域，具体涉及一种模块化装配的电机控制柜。


背景技术：

2.电机变频控制是一种通过变频技术与微电子技术，改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机转速的电力电子技术。电机变频控制装置可以是通用变频器，或者专门设计的变频功率单元。电机变频控制装置通常由整流单元（交流变直流）、滤波单元、逆变单元（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等主要单元组成。电机变频控制装置靠内部电路中的功率开关（例如igbt）的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机系统的实际需要来改变电机转速，进而达到节能、调速的目的；此外，电机变频控制装置还配有很多保护功能，如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，电机变频控制装置也得到了非常广泛的应用。
3.现有技术中，为了统一布线、安装、管理、维护，通常采用电机变频控制柜，其上设有若干个变频器单元，可广泛应用于冶金、化工、石油、供水、矿山、建材、电机行业等行业中。
4.目前，具体来看，在多泵或风机系统中，电机变频控制柜大都采用一台或多台通用变频器，固定安装在一个标准的工业电控柜中，形成电机变频控制柜；其控制器由plc实现，通过专用的通信电缆与每台变频器连接，来传送电机转速指令和更新控制参数。但是，由于不同厂家的通用变频器的安装尺寸和方式存在很大差异，没有统一的标准，导致供货商的电机变频控制柜需要根据客户们的不同需求进行单独设计和加工，尽管在功能上是相同的，但是在设计和装配过程中上没有统一标准和流程，对产品成本和质量的管控水平低。
5.此外，对于终端用户，常规电控柜的维护不方便，变频器单元更换不仅工序复杂，而且时间长，在应用现场很难进行功率单元的维护、替换、升级；在特殊应用中，无法在电机变频控制柜上电运行时更换故障的变频器单元。
6.因此，基于以上现有技术中存在的问题，本技术提出电机变频控制柜模块化的设计方案，以实现用户应用的标准化。


技术实现要素：

7.针对以上现有技术中的不足，本发明提供了一种电机变频控制柜模块化电机变频单元结构设计和组合方法，不仅适用于只有一台变频单元的系统，而且可扩展到多台电机变频控制的应用中。该发明统一了变频控制单元的尺寸与装配方式，采用模块化的安装方法；同时，应用特殊设计的多组触头联动开关实现机械装配和电气通断的双重功能，操作简易、方便。更重要地是，采用该方法设计的变频单元可以实现在同一机柜中其他电机变频单元正常通电运行的情况下，更换待维护或者故障变频控制单元，实现热插拔安装。
8.本发明通过下述技术方案得以解决。
9.模块化装配的电机变频控制柜，包括柜体，所述柜体中设有规则排列的若干个用
于安装变频控制单元的安装位；所述柜体中设有系统控制器，该系统控制器可以包括专用的控制板，或包括通用的可编程逻辑控制器（plc），或类似功能的通用自动化控制设备；该系统控制器上设有与变频控制单元上的接线口一一对应的第二接线口，且两者之间通过可插拔的排线连接，也可通过带有屏蔽层的通讯信号电缆连接；所述变频控制单元包括与安装位的大小相匹配的壳体，所述变频控制单元的前端盖板上设有接线口、空气开关操作手柄、触头联动开关操作手柄；所述变频控制单元的内部设有功率单元、连杆、导电端子；所述连杆与触头联动开关操作手柄联动，所述连杆上设有导电片，所述连杆的后端设有定位件，连杆运动过程中可实现导电片与导电端子的接通或断开；同时，可通过定位件的卡入与脱出，实现变频控制单元安装定位中锁紧与解锁功能；所述接线口通过排线或屏蔽电缆连接在功率单元的对应插口上，所述功率单元、空气开关、导电端子之间导电连通。
10.本技术中的电机变频控制柜，采用了模块化可扩展的结构，具体体现在：柜体为其上的安装位为统一的通用结构，匹配的安装变频控制单元可以快速的安装和拆卸，可以根据需要在柜体上装配一定数量的安装变频控制单元，实现模块化安装；安装变频控制单元与安装位匹配，大小形状统一，为模块化单元，实现模块化安装。
11.本技术中的多组触头联动开关，采用机械联动结构，通过可移动连杆的平行往复式位移，或者旋转往复式位移，带动多组电气导电片作机械往复式移动，使每组导电片按照预定的两个不同位置，分别对应导电片卡入和脱出两个状态。连杆与操作手柄机械联动发生位移，实现导电片与对应的一对导电端子的电气接通或断开。
12.本技术中的多组触头联动开关，采用机械联动结构，通过可移动连杆的平行往复式位移，或者旋转往复式位移，带动定位件的卡入与脱出，实现变频控制单元安装定位、锁紧与解锁、安装状态指示的功能。
13.一种优选的实施方式中，多组触头联动开关可以设置有旋转操作往复式连杆、面板操作手柄、多组导电片和触头、定位件等。面板操作手柄只有两个工作位置：水平位置和垂直位置。面板操作手柄在水平位置时每组导电片处于脱出对应触头状态；面板操作手柄在垂直位置时每组导电片处于卡入对应触头状态。变频控制单元在安装前，面板操作手柄处于水平位置，即解锁状态。顺时针旋转面板操作手柄90度，手柄联动连杆顺时针转动90度，多组导电片固定在连杆上，连同操作手柄一起顺时针转动90度，实现每组导电片与对应的一对导电端子的电气接通；变频控制单元在安装完成后，面板操作手柄处于垂直位置，即锁紧状态，逆时针旋转面板操作手柄90度，手柄联动连杆逆时针转动90度，多组导电片固定在连杆上，连同操作手柄一起逆时针转动90度，实现每组导电片与对应的一对导电端子的电气断开，同时也实现解锁，可以取出变频控制单元。
14.一种优选的实施方式中，面板操作手柄带动往复式连杆，定位件固定在复式连杆上与其联动旋转。面板操作手柄处于水平位置时，变频控制单元处于解锁状态，可以安装或者拆卸；面板操作手柄处于垂直位置时，变频控制单元处于锁紧状态，可以上电和运行。面板操作手柄在水平位置时，定位件处于自由移动状态。顺时针旋转面板操作手柄90度，手柄联动连杆顺时针转动90度，定位件连同操作手柄一起顺时针转动90度，旋入机械固定和锁紧工位，变频控制单元安装工序结束；逆时针旋转面板操作手柄90度，手柄联动连杆逆时针转动90度，定位件连同操作手柄一起逆时针转动90度，旋出机械固定和锁紧工位，然后取出变频控制单元，取出工序结束。变频控制单元的安装与取出，在断电状态下对应定位件的脱
出状态，变频控制单元即能够在不影响其他单元工作的情况下，独立的拆下、装配变频控制单元，实现热插拔操作；在通电状态下对应定位件的卡入状态，此时变频控制单元不能被拔出，安全性高。
15.一种优选的实施方式中，所述柜体上设有端子排，所述端子排上设置有总空气开关和接触器，对柜体上的电器元件进行供电控制。
16.一种优选的实施方式中，所述柜体上的若干位安装位为上下两排设置，所述系统控制器设于上下两排安装位之间，结构紧凑，且方便上下两排安装位上的变频控制单元上的接线口与第二接线口的连接操作。
17.一种优选的实施方式中，每排设有1~4个安装位。
18.一种优选的实施方式中，所述变频控制单元中设有装配板，所述功率单元安装于该装配板上，结构稳定。
19.一种优选的实施方式中，所述连杆的一端穿过壳体后固定在外侧的触头联动开关操作手柄上，另一端穿过装配板设置有定位件；所述壳体上设有供该定位件穿出的通孔，所述安装位上设有供该定位件插入的卡槽。该结构中，连杆的定位、支撑稳定性，旋转操作方便，结构紧凑。
20.一种优选的实施方式中，所述连杆上设有六个导电片，所述导电端子包括三组进线端子与三组出线端子，分别与导电片一一对应，分别对应三相电源输入连线和三相电机输出连线。
21.一种优选的实施方式中，所述导电端子置于导电片转动位置的上下侧或左右侧，且导电片三个为一组通过基板连接。
22.一种优选的实施方式中，所述变频控制单元的外侧面上设有安装手柄，方便手提，方便安装和拆卸。
23.一种优选的实施方式中，所述变频控制单元的后端面板上设有风扇和相应的散热通风孔，用于散热，相应的，柜体的背板上设有通气孔。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种模块化装配的电机变频控制柜，统一了每个变频控制单元的尺寸与装配方式，采用了模块化的安装方式；同时采用了多组触头联动开关来进行电气通断、隔离和机械装配，操作方便，可以实现电机变频控制柜正常通电和运行情况下变频控制单元的安装与拆卸。
附图说明
25.图1为本发明中的一种实施方式中的电机变频控制柜的立体图。
26.图2为本发明中的另一种实施方式中的电机变频控制柜的立体图。
27.图3为部分安装位空余的电机变频控制柜的立体图。
28.图4为本发明中的变频控制单元的立体图。
29.图5为本发明中的变频控制单元的内部示意图。
30.图6为本发明中的变频控制单元安装在安装位中的剖视图。
31.图7为变频控制单元与安装位的装配结构处的示意图一。
32.图8为变频控制单元与安装位的装配结构处的示意图二。
33.图9为通电状态的导电片结构处的示意图。
34.图10为断电状态的导电片结构处的示意图。
35.图11为一种实施方式中的导电片与导电端子的放大示意图。
36.图12为另一种实施方式中的导电片与导电端子的放大示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
38.以下实施方式中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的原件，以下通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.本发明的描述中，需要理解的是，术语：中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外、顺时针、逆时针等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语：第一、第二等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所示技术特征的数量。本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语：安装、相连、连接等应做广义理解，本领域的普通技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本实用性中的具体含义。
40.参照图1至图12，本技术中涉及的模块化装配的电机变频控制柜，包括柜体5，所述柜体5上设有规则排列的若干个用于安装变频控制单元1的安装位55；所述柜体5上设有系统控制器51，该系统控制器51上设有与变频控制单元1上的接线口13一一对应的第二接线口53，且两者之间通过可插拔的排线或电缆连接，连接后系统控制器51可以对该变频控制单元1进行控制；所述变频控制单元1包括与安装位55大小匹配的壳体，所述变频控制单元1的前端面板上设有接线口13、空气开关11、触头联动开关操作手柄14；所述变频控制单元1的内部设有一个功率单元2、连杆141、导电端子32；所述连杆141与触头联动开关操作手柄14联动，所述连杆141上安装有导电片31，该导电片31可以是铜片或者铝片，具有足够的刚度或强度。所述连杆141的后端设有定位件142，连杆141转动过程中可带动导电片31与导电端子32的接通或断开，也可带动定位件142的卡入与脱出；所述接线口13通过排线或电缆136连接在功率单元2的对应插口上，所述功率单元2、空气开关11、导电端子32之间电气连接。
41.具体的，从附图1至3可以看出，本技术中，所述柜体5上设有用于输入和输出的端子排52，一般在柜体下方区间，所述端子排52上设置有总空气开关521和接触器522，并联连接到每个安装位55，通过触头为变频控制单元1提供电源。此外，所述柜体5上的若干位安装位55为上下两排设置，所述系统控制器51设于上下两排安装位55之间，结构紧凑，且方便上下两排安装位55上的变频控制单元1上的接线口13与第二接线口53的连接操作，每排设有1~4个安装位55。安装位55中可以设置滑轨结构，便于变频控制单元1的推进与拉出。
42.具体的，从附图4至7可以看出，本技术中，所述变频控制单元1的外侧面上设有安装手柄12，方便手提，方便安装和拆卸。所述变频控制单元1上设有风扇15，位置可以高于功率单元2，用于散热，相应的，还设有散热通风孔155，确保有效地协助功率单元2散热。
43.所述变频控制单元1中设有装配板21，所述功率单元2安装于该装配板21上，具体的，装配板21为竖直设置，功率单元2垂直安装在该装配板21上，其功率输入和输出通过连
杆141上的导电片31和导电端子32分别与供电电网和所驱动的电机连接。
44.所述连杆141的一端穿过壳体后固定在外侧的触头联动开关操作手柄14上，另一端穿过装配板21设置有定位件142；所述壳体上设有供该定位件142穿出的通孔，所述安装位55上设有供该定位件142插入的底板41上的卡槽411，定位件142可进入到该卡槽411中实现锁紧，防止变频控制单元1滑出安装位55，定位件142可以为一个或多个。该结构中，连杆141的定位、支撑稳定性，旋转操作方便，结构紧凑。
45.本技术中，所述连杆141上安装有六个导电片31，所述导电端子32包括三组进线端子与三组出线端子，分别与导电片31一一对应，分别对应三相电源输入连线和三相电机输出连线。所述导电端子32置于导电片31转动位置的上下侧或左右侧。导电端子32每组有两极，其中一极位于变频控制单元1中绝缘基板321，另一极位于对应的安装位55基板支架上的绝缘基板321，导电片31可通过机械位移连通每组导电端子32。
46.具体的，以上结构中的导电端子32可以连接电机变频控制柜的三相或者单相电源输入端子；当需要在输入电源接通的情况下更换变频控制单元1时，该变频控制单元1中的功率单元2可以经由一个三相或单相空气断路器与导电端子32的电气连接；首先，断开该断路器，然后，通过操作手柄14断开导电端子32，切断变频控制单元1的供电电源。本实施方式中，导电端子32具有两套，一套安装在变频控制单元1中，另一套安装在底板41中，变频控制单元1中安装到到安装位55中之后，转动连杆141，可以带动其上的导电片31与两套导电端子32电气连通。
47.图7至图12为连杆141上导电结构处的示意图。导电端子32为上下侧设置，当变频控制单元1插入到安装位55中之后，可以通过转动触头联动开关操作手柄14进行连通域断开。触头联动开关操作手柄14为条形手握件，当触头联动开关操作手柄14转动至竖直状态时，连杆141上的导电片31与导电端子32贴合，实现导电，当触头联动开关操作手柄14转动至水平状态时，两者分离，断电状态。图11所示为一种实施方式中的导电结构处的示意图，图12所示为另一种实施方式中的导电结构处的示意图，该结构中，每个导电端子32的一侧均设有卡片323，导电端子32与卡片323之间具有凹槽，供导电片31进入，实现更稳定性的导电接触。
48.本技术中，变频控制单元1的壳体具有前端盖板、后端盖板、顶板和左右侧板，实际装配过程中，可以根据安装位置，省掉左右侧板和顶板，也有利于散热。进一步的，用于冷却的风扇15的状态信号可以连接到系统控制器，实施监测并报警，变频控制单元1也可以设置温度传感器，用于温度监测并可报警。
49.以上描述可以看出，本技术中的电机变频控制柜，采用了模块化可扩展的结构，具体体现在：柜体5为其上的安装位55为统一的通用结构，匹配的安装变频控制单元1可以快速的安装和拆卸，可以根据需要在柜体5上装配一定数量的安装变频控制单元1，实现模块化安装；安装变频控制单元1与安装位55匹配，大小形状统一，为模块化单元，实现模块化安装。
50.此外，本技术中的连杆141在转动过程中，既可以实现导电片31与导电端子32的接通或断开，起到电气隔离开关的功能，也可以实现定位件142的卡入与脱出，起到变频控制单元1的机械锁定和解锁功能。在断电状态下，对应定位件142的脱出状态，可以取出变频控制单元1，即能够在其他变频控制单元1上电工作的情况下，可以取出该断电的变频控制单
元1，实现热插拔操作。通电状态下对应定位件142的卡入状态，为锁紧状态，此时变频控制单元1不能被拔出，安全性高。
51.此外，进一步的，本技术中，可以在供电线路中安装电压和电流传感器，然后将电压和电流检测信号经测量电缆连接到系统控制器电路板，实施供电电网电压、电流和总输入功率的监测。变频控制单元1与系统控制器51之间的连接电缆可以具有连接状态识别功能，当连接电缆与变频控制单元1断开时，系统控制器能检测到断开状态，可以选择地实施对该变频控制单元进行旁路，通过专用的接触器驱动对应的电机工频运行。
52.具体的，本技术中的电机变频控制柜具有以下有益效果：1）变频控制单元实现模块化设计和加工，易于降低成本和质量管控；2）变频控制单元中的功率单元可以选用通用变频器，对于不同厂家和性能的通用变频器，可以根据客户的需求灵活选型，但依然能够保持产品设计和维护上的标准化；3）电机变频控制柜的维护非常方便，维护人员不需要掌握复杂的变频控制单元中的功率单元维护技能，也无须了解不同厂家通用变频器产品的使用手册，只需简单培训，即可上岗；4）在应用现场，变频控制单元更换时间短（例如10分钟以内），极大减少了客户停机检修时间；5）容易实现变频控制单元的升级改造和对不同厂家的通用变频器产品的进行互换和替代。
53.以上所述，本发明提供了一种模块化装配的电机变频控制柜，统一了每个变频控制单元的尺寸与装配方式，采用了模块化的安装方式；同时采用了多组触头联动开关来进行电气通断和隔离，操作方便，而且可以实现电机变频控制柜上电运行的工况下变频控制单元热插拔安装与拆卸。
54.本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。