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 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 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-1

C

A2V15C51TBT-

1C

A2V15C51TBT-

1C

A2V15C51TBT-

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；