兩臺37kW三相交流電動機的動力配電柜設計(共21頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上設計說明書目錄1.引言( )2.基本原理( )3.結構設計說明( )4.技術指標分析( )5.結論( )6.參考文獻( )7.致謝( )8.設計圖紙(附頁1)9.其他相關材料(附頁2)第一章 引言低壓電氣柜是由一個或多個開關電器和相關的控制、測量、信號、保護、調節(jié)等單元構成，由制造廠完成所有內部電氣和機械連接，用結構部件完整地組裝在一起的一種組合體。目前，國內實際使用的電控類和低壓配電類電器柜的行業(yè)幾乎包括了國民經濟的全部行業(yè)。據有關資料顯示，我國發(fā)電量及用電量以平均每年10%的速度增長，社會對高低壓配電柜的需求量也逐漸加大。傳統(tǒng)的高低壓成套設備逐步向智能化、自動化方

2、向發(fā)展。這次設計的動力配電柜的控制對象為某鄉(xiāng)工業(yè)用水水廠兩臺三相交流異步電動機，使其能正常工作。使用自扇冷式三相異步電動機，電動機正常運行時的接法為“Y”形。第二章 基本原理三相交流異步電動機工作原理：三相對稱繞組，通入三相對稱交流電，將在空間產生旋轉磁場，此磁場切割轉子導體，將在轉子中產生感應電動勢及感應電流，并且轉速低于同步速并與同步速方向相同旋轉。第三章 結構設計說明(一) 控制方案分析1. 確定啟動方法對于兩臺37kW的三相異步電動機，如果直接啟動，啟動電流將使電網電壓發(fā)生較大的波動而影響其他電動機或電器的正常工作，所以需要采用減壓啟動。三相異步電動機常用的減壓啟動方法有：定子電路串電

3、阻器（或電抗器）減壓啟動法；星形-三角形減壓啟動法；自耦變壓器加壓啟動法等幾種。因電動機的接線方式是星形，所帶負載又為重載，根據各種啟動方法的特點，我選擇自耦變壓器減壓啟動法啟動。2. 電動機的控制原則在電動機的啟動、調速、反向與制動過程中，按不同參數的變化來實現(xiàn)自動控制，稱為電力拖動自動控制原則。各種控制原則及特點見下表。選擇控制原則時，除考慮本身特點外，還應考慮電力控制系統(tǒng)提出的基本要求、安全可靠性、操作維修等因素。電動機控制原則及特點控制原則特點時間原則電路簡單、不受電機參數、電網電壓等參數的影響，任何電動機都適用速度原則電路簡單，控制加速時受電網電壓影響，制動時則無影響電流原則電路聯(lián)鎖

4、較復雜，可靠性差，受各種參數影響大電勢原則較準確反映電動機轉速行程原則電路簡單，不受各種參數影響，只反映運動部件的位置根據各種控制原則的特點，綜合考慮選用時間原則進行控制。3.電氣控制電路的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)和電動機的保護環(huán)節(jié)為了保證電力拖動控制系統(tǒng)中電動機、各種電器和控制電路能正常運行，消除可能出現(xiàn)的危險因素，并在出現(xiàn)電氣故障時，盡可能縮小故障范圍，保障人身和設備的安全，必須對電力拖動控制系統(tǒng)設置各種聯(lián)鎖和保護環(huán)節(jié)。1） 聯(lián)鎖環(huán)節(jié)在控制電路中，常用的聯(lián)鎖有自鎖環(huán)節(jié)、互鎖環(huán)節(jié)、順序動作環(huán)節(jié)和機械聯(lián)鎖等，以保證生產工藝要求的實現(xiàn)與電路安全可靠的工作。2） 電動機的保護環(huán)節(jié)電動機常用的保護環(huán)節(jié)有短路保護、過

5、電流保護、熱保護、零電壓和欠電壓保護、弱磁保護及超速保護等。電力拖動系統(tǒng)中，根據不同的工作情況，對電動機設置一種或幾種保護措施。此設計中要求有過載、缺相、短路等保護，確定保護元件如下：斷路器、熱繼電器和熔斷器。(二)原理圖設計1.主電路設計在設計主電路時除要考慮有關保護外，對主電路中的電流大小還應有指示。根據以上的方案以及設計要求，設計兩臺電動機控制線路的主電路，如下圖：3. 控制電路設計根據控制要求和主電路的設計方案設計控制電路。設計時應注意：在啟動過程中應保證KM3、KM6不能得電；啟動結束后應將自耦變壓器T1、T2切除。所設計的控制電路如圖：(二) 控制電路原理分析鑒于兩臺電動機控制電路

6、的原理相同，現(xiàn)選取其中一臺電動機（M1）進行分析。合上主電路中的QS1、QF1HL5、HL6亮（通電指示）1. 電動機啟動按下SB3或SB4KM1得電自鎖KM2得電，KT1得電且延時HL5、HL6熄滅；HL3、HL4亮電動機啟動KT1延時時間到KA1得電自鎖KM1失電；HL3、HL4熄滅KM3得電；KT1、KM2失電電動機正常運行，HL1、HL2亮2. 電動機停止按下SB1或SB2后，KM3失電，電動機停止。3. 控制電路的互鎖保護KM1得電時，其串在KM3線圈支路上的常閉觸頭斷開，保證了KM3不能得電；KM3得電的前提是KA1得電，KA1的常閉觸頭又會將KM1切斷，保證電動機在全壓運行時，K

7、M1、KM2線圈處于斷電狀態(tài)，因而將自耦變壓器T1切除。另外，改控制電路中，點劃線框中的元件，設在異地控制箱內。第四章 技術指標分析（一）元器件的選擇1.自耦變壓器的選擇選擇自耦變壓器主要是選擇其型號與功率。對于啟動用自耦變壓器型號主要有QZB1和ZOB1O兩種，在此我選用QZB1系列的自耦變壓器；對于功率，原則上應與所控制的電動機的功率相同，但由于市場上沒有37kW這個功率等級的自耦變壓器出售，所以我選用40kW，即外形尺寸為380mm×138mm×297mm。2.接觸器的選擇該控制線路中共使用了三只交流接觸器，因控制電路的電壓未交流380V，故三只接觸器的線圈額定電壓均

8、為380V。又因控制的是三相籠型異步電動機的啟動與停止，故選用的類型均為AC-3。由于電路電壓為380V，故所選接觸器的額定電壓應不小于380V。因三個接觸器KM1、KM2、KM3在工作時流過主觸頭的電流大小不一樣，所以應該分別加以選擇。因接觸器KM3是在電動機正常運行時踩工作，流過主觸頭的電流為電動機的額定電流71.2A，根據接觸器的選擇原則，可選額定電流為100A的CJ20-100型接觸器。改電動機雖采用減壓啟動，但啟動時流過KM2的電流仍會遠遠超過主電路的額定電流。又由于KM2的工作時間較短，因此所選接觸器的額定電流可以適當小于實際變壓器的“Y”點接頭，不但工作的時間較短，且流過的電流也

9、較平穩(wěn)，所以可以選擇CJ20-63型接觸器，此接觸器的額定電流為63A。3.低壓斷路器的選擇根據低壓斷路器的選擇原則，所選斷路器的額定工作電壓必須不小于電路額定電壓380V；額定電流必須不小于主電路的額定電流71.2A；額定短路通能力應不小于電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流，經計算最大短路電流約為16kA。斷路器欠電壓脫扣器額定電壓應等于電路額定電壓380V；作為電動機保護的斷路器，其瞬時整定電流應815倍的電動機額定電流。根據以上要求我選用DZ20Y-100/3300型塑料外殼式低壓斷路器。4. 刀開關的選擇因電路電壓為流380V，電動機的工作電流為71.2A，再考慮控制電路中各電器線圈的工作電

10、流，可選額定電壓為流380V，額定電流為200A的HD13系列3級刀開關，型號為HD13BX-200/31。5.熱繼電器的選擇為保護電動機不會因缺相而燒壞，所選熱繼電器除具有過載保護作用外，還應具有缺相保護的功能。所以我選用JR16系列的熱繼電器。6.電流互感器與電流表的選擇因電動機的額定電流為71.2A，電流互感器一次側的額定電流值應不小于71.2A，而二次側的電流為標準的5A，故可選用LMZ3-0.66-150/5型電流互感器，改互感器額定電壓為660V，一次側額定電流為150A，二次側額定電流為5A。電流表的選擇，只要選用讀書范圍與電流互感器一次側的額定電流值配套的交流電表即可，確定選用

11、42L6-A150型電流表。7.時間繼電器的選擇該控制電路的電壓未380V，所以KT1的線圈電壓也應為380V。在此電路中對觸頭的要求是：得電延時的常開觸頭需有一對。根據以上要求，查閱有關手冊，選用ST3PA-B型超級時間繼電器。8.中間繼電器的選擇選擇中間繼電器的主要參數有：中間繼電器的額定電壓；常開常閉觸頭數量；線圈額定電壓。因控制電路電壓未交流380V，常開常閉觸頭的數目是2常開2常閉，可選用JZ7-44型中間繼電器。其額定電壓未380V，線圈額定電壓也為380V，觸頭數量為4常開4常閉，觸頭額定電流為5A。9.熔斷器的選擇熔斷器作為控制電路的短路保護，選擇時主要從額定電壓、額定電流和額

12、定分斷能力等三方面考慮。1） 熔斷器的額定電壓必須不小于熔斷器工作點的電壓（380V）。2） 熔斷器的額定分斷能力應大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流（16kA）。3） 熔斷器的額定電流應根據被保護的電路（支路）及設備的額定負載電流選擇。改控制電路在工作時，最多有兩個線圈同時吸合以及兩個指示燈同時工作，估算其最大負載電流為10A，故所選熔斷器應大于此值。另外為方便安裝，所選熔斷器應能插在安裝端子的導軌槽中，所以我選用RT18-32型熔斷器。熔體的額定電流為16A。10.指示燈的選擇該控制電路中共用了6只指示燈，選擇指示燈，主要是根據其工作電壓以及使用場合來確定其型號和顏色。據此我選用AD11系列

13、的指示燈，其型號為AD11-22/41-5G，額定電壓為380V。各指示燈的顏色，根據國家標準規(guī)定，選定為HL1、HL2為綠色；HL3、HL4為黃色；HL5、HL6為紅色。11.按鈕的選擇該控制電路中共用了4只按鈕。按鈕選擇的主要參數有按鈕的型號、觸頭數量、額定電壓與顏色等。大部分按鈕額定電流達到5A就能滿足要求。根據控制電路電壓，按鈕觸頭數，選定個各按鈕型號為LA18-22(即有2對常開，2對常閉，型式為一般式，額定電壓未交流380V)。各按鈕的顏色，根據國標的規(guī)定確定為：停止按鈕SB1、SB2為紅色，啟動按鈕SB3、SB4為綠色。12.導線的選擇導線主要分為兩個部分：連接主電路用導線和連接

14、控制電流用導線。電控裝置中控制電路的導線截面，應按規(guī)定的截流量選擇，但考慮到機械強度的需要，對于低壓電控設備的輔助線路，應選用截面不小于0.75m的單芯銅絕緣線，或不小于0.5m的多芯銅絕緣線。導線的額定絕緣電壓應與電路的額定工作電壓相適應。故選用絕緣電壓為交流380V的BV銅芯塑料硬線作為控制電路的連接線，截面積為1.5 m。該線在環(huán)境溫度為40時允許載流量為19A，考慮導線成捆或在線槽中布線時按1/2允許截流量作為實際截流量計算，也達到9A，遠超出實際負荷電流。主電路中導線一般截面較大，不考慮機械強度而只按允許截流量選擇。在這里主電路中電流按電動機達最大功率時滿載電流來選擇，選用絕緣電壓為

15、380V的BVR銅芯塑料軟線作為主電路的連接線，截面積為35 m。該線在環(huán)境溫度為40時允許載流量達134A，肯定能滿足要求。對于主電路中電流表回路的連接線，由于電流最大為5A，所以可選用截面為2.5 m的BVR銅芯塑料絕緣軟線作為連接線。13.母線排的選擇母線的選擇主要考慮以下幾個方面：母線的材料、截面形狀、排列方式和支撐件的間距；母線在短路時的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。母線的材料主要有銅和鋁，一般用銅材料較多。母線截面形狀的選擇應考慮集膚效應、鄰近效應、電磁波滲透深度等因素的影響，并要求散熱良好、機械強度高、安裝簡單和連接方便。成套開關設備用母線一般選用矩形，再根據母線的載流量，查閱資料，選用截

16、面為30mm×3mm（寬度×厚度）的銅線作為母線。14.接線端子的選擇接線端子分為主電路接線端子與控制電路接線端子。由于主電路的導線截面較大、自耦變壓器上自帶接線柱，所以無需再選擇接線端子。對于主電路中電流表回路的接線，根據其連接導線的截面，選用JF5-2.5型端子。同樣，控制電路的接線端子，可選用JF5-2.5型，此端子連接導線的最大截面為1.5 m。（二）元件明細表序號元件符號元件名稱型號規(guī)格備注1KM1 KM4交流接觸器CJ20-63 380V2KM2 KM3 KM5 KM6交流接觸器CJ20-100 380V3QF1 QF2低壓短路器DZ20Y-100/33004Q

17、S1 QS2刀開關HD13BX-200/315TA1 TA2電流互感器LMZ3-0.66-150/56A1 A2 A3 A4電流表42L6-A150A7T1 T2自耦變壓器QZB1-408FR1 FR2熱繼電器JR16B-150-3D 380V9FU1 FU2熔斷器RT18-3216A11SB1 SB2 SB5 SB6按鈕LA18-22紅色12SB3 SB4 SB7 SB8LA18-22綠色13HL1 HL2指示燈AD11-22/41-5G綠色14HL3 HL4AD11-22/41-5G黃色15HL5 HL6AD11-22/41-5G紅色16KA1 KA2中間繼電器JZ7-44 380V17K

18、T1 KT2時間繼電器ST3PA-B 380V18接線端子JF5-1.5控制電路19接線端子JF5-2.5電流表回路（三）柜體設計柜體設計應滿足以下三個方面的要求：1. 尺寸要求機柜為電氣元器件和各種附件提供必需的安裝空間，因而首先遇到的是尺寸問題。由于工程設計和機柜本身配套的需要，對機柜的外形尺寸、安裝尺寸和某些互換性尺寸必須作出一些規(guī)定，一般都以標準的形式加以規(guī)范。設計時可以參照GB7267-87“電力系統(tǒng)二次揮了揮控制，保護屏及柜基本尺寸系列”標準。在前面我選用的自耦變壓器的外形尺寸為380mm×138mm×297mm，所以設計的柜體必須放得下兩個這樣的自耦變壓器。2

19、. 功能要求機柜的功能要求包括產品的功能要求和機柜結構的功能要求這兩個方面。歸納起來大致有電氣元器件及其附件的安裝要求；外殼防護要求；屏蔽和接地要求；通風散熱要求；人機學要求；布線要求；機柜的強度和剛性要求等。3.機柜的工藝性要求機柜的工藝性要求是指在滿足使用功能要求的前提下，對機柜的總體及零件、部件制造的可行性喝經濟性的要求，以及機柜滿足電氣設備裝配的工藝性和可維修性要求。在設計一般的配電、控制柜時，柜體都可選用標準系列柜。對于非標準柜，可根據以上設計原則進行設計。為縮短設計時間、減少工作量、降低成本，在此我們選用標準柜。根據要求我選用標準柜GGD柜，產品代號TGGD2 08，主要尺寸為長8

20、00mm，寬600mm，高2200mm。此柜的柜門采用鍍鋅轉軸式鉸鏈與構架相連，安裝、拆卸方便。柜體前后、頂面及兩端側的防護等級達到IP30，也可根據用戶的需要在IP20-IP40之間選擇。在柜體的下部、后上部和頂部均有通風散熱孔，使柜體在運行中形成自然通風道，有較好的散熱性能。柜體的頂蓋可在需要時拆除，便于現(xiàn)場主母線的裝配和調整。柜頂的四角裝有吊環(huán)，便于起吊、裝運。另外GGD柜的價格也比較適中可以滿足我的要求。（四）電器布置圖的設計1.低壓電器電控制設備的布置原則在進行布置時應考慮到監(jiān)視、操作、連線及維修的方便，并應力求整齊美觀。設計要符合GB4720電氣傳動控制設備 第一部分：低壓電器電控

21、設備中技術條件的規(guī)定。（1）接觸器、繼電器的布置 控制柜/屏上繼電器、接觸器均應符合本身的安裝要求。噴弧距離較長的接觸器應布置在屏、柜的最上部，并保證噴弧的距離，以免引起事故，有必要時，可增設阻隔電弧的設施。但應注意構架的機械強度及振動的影響。大型元件可裝在屏、柜的下部。在屏、柜的整個區(qū)域內均可布置中小型接觸器和繼電器，而手動復位繼電器則應該布置在便于操作的部位，推薦布置在距地面700mm-1700mm的區(qū)域內。對噴弧區(qū)較大的電器，建議布置在距地面1.7以上的區(qū)域。元器件的空間距離應符合GB4720電氣傳動控制設備 第一部分；低壓電器電控設備的規(guī)定，即安裝在設備上的電器元件與另一個電器元件的導

22、電部件之間；一個導電部件與另一個導電部件之間的爬電距離和電氣間隙如下表：額定絕緣電壓（V）電氣間隙（mm）爬電距離(mm)300610300-660814660-8001020800-15001428布置元器件時，應留有布線、接線、維修和調整操作的空間間距，板前接線式元器件應大于板后接線式元器件的空間間距。（2）操縱器件的布置 操縱器件包括：低壓斷路器操作手柄、按鈕、按鍵開關、轉換開關等?？刂乒竦膬x表板上只能安裝小型操縱器件，且一般布置在儀表板的下部。其他操縱部件布置在柜、屏距地面700-1700mm的區(qū)域。布置時應按照操作順序由左到右、由上至下布置。按鈕的排列：停止按鈕可放在一端或中間位置，在這個控制線路中按鈕的排列如下圖：向上噴弧的低壓斷路器，應留有足夠的噴弧距離或增設阻隔電弧的設施，以免損壞其他元器件。（3）其他器件的布置1）接線座 用于相鄰柜、屏間的連線時，宜布置在柜、屏的兩側；用于外部接線的接線座，宜布置在柜、屏下部。接線座布置在屏下時，不宜低于300mm，柜內布置時不應低于200mm。周圍需留有足夠的空間，以便于外部電纜的引入。2）母線 母線應涂色表示相序、正極、負極及中性線。除安全接線需全長標色外，其他允許在母線的醒目處標示一段。主電路相序排列和顏色，以屏、柜的正視方向為準，應符合下表的規(guī)定：相 序垂直排列水平排列前后排列色 標A上左遠黃B中中中綠C下右近紅中性