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——器件选型——整机设计——零件设计及图纸绘制——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 2 2 2c.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 1.5~3.7 5.5~7.511~1518~3037~45风机型号D06K-24TU D06K-24TU D08K-24PU A2V12C38TBL A2V15C51T BT-1C风量(m3/min) 0.63 1.26 2.38 4 6 功率55~7593~132 160~200 220~280风机型号A2V15C51TBT-1CA2V15C51TBT-1CA2V15C51TBT-1CA2V15C51TBT-1C风量(m3/min)12 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：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。

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变频器机壳设计主要材料，主要用于15kW及以下功率。

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。

变频器设计通常使用阻燃级材料，阻燃等级为V0级。

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端子材料、铜排支撑固定，绝缘用材料。

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绝缘用材料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。