摘要：本文以一款小型变频器为例，利用PRO/E软件对其进行结构建模，并且利用PRO/CABLING模块进行三维线缆设计，从而阐述了小型电子设备建模与布线的基本方法，为三维布线在其它设备中的应用做了示范。
关键词：变频器；三维布线；PRO/CABLING

一、引言

1、速度调节的意义

节能是我国经济和社会发展的一项长远的战略方针，也是当前极为紧迫的一项任务。而为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的余量，当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成了电能的浪费，所以在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。

当电机转速从 N1 变到 N2时，其电机轴功率 （P）的变化关系如下： ，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。

、速度调节的方式

电动机的同步转速n0、工作频率f和电机极对数p之间的关系如公式所示：n0=60f/p 可见，通过改变极对数p或频率f，都可以改变电机转速n0。极对数的改变相对比较困难，而改变频率f相对容易，并且电流频率f连续可调时，电动机的同步转速n0也连续可调。变频器正是通过改变电流频率从而实现调节电机转速的目的的设备。

3、变频器工作原理

变频器是利用半导体器件的通断作用来实现电能频率变化的电子控制装置，即将固定的（通常为工频50Hz）的交流电（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0～400Hz）的三相交流电源的设备。

二、小功率变频器的结构建模

本文基于PRO/E软件对小型变频器进行结构建模，该变频器的主要结构包括：电路部分、上壳体、散热器等。因为小功率变频器发热量较低，采用塑料件即可满足要求，但由于塑料零件一般采用开模方式加工，模具造价一般较高，使得塑料件的设计本身比钣金件更具难度。本设计完成的三维模型如下图1示：

图1 变频器模型图

三、系统的三维布线

1、 三维布线的意义

三维布线在工程中应用广泛，如通讯、电力电子、IT制造业（如电脑制造业）、家电等行业都可以应用该模块。现在各式机柜/机箱设计得越来越紧凑，如果机柜中有了三维线缆，机柜内能否容纳所需的电缆，机柜内元器件的布置能否满足线缆的折弯要求，线缆在机柜内如何固定等问题，都可以考虑得更清楚。本文采用PRO/E软件中的PRO/CABLING模块进行三维布线设计。

2、应用PRO/CABLING模块进行线缆设计

实际产品中应用到的线缆主要有3种：单根导线、多芯线缆以及扁平线缆。它们各自的建模方式不尽相同，但都是按照基本顺序进行。下面以相对复杂的扁平线缆建模为例：

1）定义接插件：建立好的接插件模型，在被引用为连接线缆的元件之前，必须要对其设定坐标系。如下图示，在扁平线缆的首尾两点处建立坐标系，为了保证线缆垂直插入元器件中，各坐标系的Z轴应设定为轴线方向，并且Z向指向上方。同时，为了保证线缆展平，上述两个坐标系的Y轴应沿线缆展平方向，并且指向向对。如下图2示：

图2 设定接插件的坐标系

2）设计线缆

线缆设计的步骤包括：导线、电缆线、特征、元件以及规定路径5个步骤，其中以电缆线设计为重点步骤。

电缆线设计，对整体线缆而言，需要设定以下几个参数：MIN_BEND_RADIUS（虽小折弯半径）、THICKNESS（线径）、NUM_CONDUCTORS（线缆芯数）、COLOR（颜色）等。导线设计，对整条缆进行设计后，还要对每根导线分别进行设计，需要设定COLOR、MIN_BEND_RADIUS以及THICKNESS等3个参数。并且，由于扁平线缆具有方向性，所以将其首根线设为红色（ptc_painted_red），其他为灰色（ptc_cerimic）。设定如下图3所示：

图3 电缆线参数设定

如上设计完成后，将定义好的元件指定给线缆，并规定线缆路径。如下图4示

图4 扁平线缆设计

3）线缆设计结果

与上述类似，分别设计各条线缆，设计后的模型如下图5示。

图5 线缆设计结果图

四、小结

本文只是就本设备所用到的布线方式进行阐述，三维布线模块PRO/CABLING的功能还有很多，其应用方式还有待于进一步研究和学习。

五、参考文献
1、《构建数字化样机--ProENGINEER Wildfire钣金设计与三维布线》。人民邮电出版社。黄国振。2006.07
2、proe天空论坛，网址http://www.proesky.com
3、《变频器原理及应用指南》。中国电力出版社。吴忠智、吴加林等。2007.9