整机结构设计工艺规范

整机工艺规范

简介

变频器作为一个电力电子产品，它集计算机软件控制，电力电子、结构设计等多方面的知识于一体。结构设计作为实现其预定功能的载体，其设计优良与否，不但决定其能否稳定可靠的工作，而且直接决定其在市场上是否有良好的竞争力。

对于变频器整机设计，通常按以下几个步骤进行。设计需求一一器件选型一一整机设计一一零件设计及图纸绘制一一加工生产。

一、设计需求

设计之先应先通过市场调研搜集相关设计需求。通过市场意见反馈，结合早期产品的缺陷，对整机设计提出设计目标。

1.设计规格

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2□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：

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。

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。

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。

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：

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。