水冷系统自动投切控制.docx
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水冷系统自动投切控制
课题E水冷系统自动投切控制
一、课程设计目的：
通过电气控制系统的设计，掌握电气控制系统的设计方法、电器元件和电气控制线路的安装过程、设计资料整理和电气绘图。
在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。
二、课题背景：
1、水冷系统
冷水机又称冷冻机、制冷机、冰水机、冻水机、冷却机等。
其性质原理是一个多功能的机器，除去了液体蒸气通过压缩或热吸收式制冷循环。
蒸汽压缩冷水机组包括四个主要组成部分的蒸汽压缩式制冷循环压缩机，蒸发器，冷凝器，部分计量装置的形式从而实现了不同的制冷剂。
吸收式冷水机利用水作为制冷剂，并依靠之间的水和溴化锂溶液，以达到制冷效果很强的目的。
2、水冷系统的自动投切控制
水冷系统用于大功率元器件如晶闸管的散热，其工作的可靠性非常重要。
一旦出现故障停止运行，需散热的大功率元器件将很快烧毁，对生产影响极大，一般采用两面三刀台水泵一台运行，另一台备用，实现自动投切，工作过程如下：
起动一台水泵电机，该水泵运行信号指示灯亮，另一台水泵备用信号指示灯亮，表示可以随时投入运行，当正在运转的水泵电机因过载、缺相、短路等原因停止运行时，备用水泵电机立即起动，自动投入运行（即自动投切）。
3、水冷系统自动投切控制研究的意义。
在通风、吸尘、水泵、油泵、气泵等设备中，一旦电动机出现故障停止运转，就会影响到生产、生活秩序的正常进行，因此，对这些设备采取备用电动机自动投入运行是十分必要的。
通过电气控制系统的设计实践，掌握电气控制系统的设计方法、电器元件和电气控制线路的安装过程、设计资料整理和电气绘图软件的使用方法。
在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。
三、设备工艺要求
1、两台水泵电机型号为Y132S2-2，额定功率为7.5kW。
2、两台电机均为全压起动，单方向旋转。
3、一台电机因过载、缺相、短路等原因停转时，另一台电机立即投入运行，两台电机任意互相备用。
4、运行的电机有运行指示灯显示，备用的电机有备用指示灯显示，有电源电压、电流指示。
5、有总停控制和必要的短路、过载保护。
四、设计思路及工作原理
1、基本设计思路
水冷系统的自动投切控制过程中有两台水泵电动机，一台为主电动机，另一台为备用电动机。
起动一台水泵电机，该水泵运行信号指示灯亮，另一台水泵备用信号指示灯亮，表示可以随时投入运行，当正在运转的水泵电机因过载、缺相、短路等原因停止运行时，备用水泵电机立即起动，自动投入运行（即自动投切）。
通过利用继电器触点的自锁、互锁等方法实现水冷系统的自动投切。
电气原理图，如下。
2、工作原理
1、当M1作为主电机，M2作为备用电机。
把QF1，QF2，QF3合上，电路得电，准备进行起动。
先按住SB2，再按下SA1，松开SB2后按下SA2。
正常工作情况下：
按住开关SB2，再按SA1，松开SB2后按SA2。
线圈KM1得电，KM1的主触点闭合，主电动机M1通电启动，KM1的常开触点闭合，KM1自锁，主电动机M1持续转动。
HL1、HL2同时亮。
同时，由于控制电路中含有电气互锁和机械互锁，在按下SB2时，由于机械互锁的作用，SB2按钮的常闭按钮断开，切断KM2线圈支路，在KM1线圈的通电时，KM1的常闭触点断开，也切断了KM2线圈支路。
在不正常情况下：
由于处在不正常情况下，需要自动投切，当M1在非正常情况下停止转动，使得KM1主触点失电断开，KM1线圈失电，KM1常闭触点重新闭合，KM1常开触点断开，KM2线圈得电，KM2主触点闭合，常开触点闭合，常闭触点断开，HL1灭，HL2继续亮，备用电动机M2开始转动，。
同理，由于控制电路中含有电气互锁和机械互锁，使得KM1线圈支路处于断电状态。
2、当M2作为主电机，M1作为备用电机。
把QF1，QF2，QF3合上，电路得电，准备进行工作。
先按住SB3，再按下SA2，松开SB3后，再按下SA1。
正常工作情况下：
按住开关SB3，再按SA2，松开SB3后按SA1。
线圈KM2得电，KM2的主触点闭合，主电动机M2通电启动，KM2的常开触点闭合，KM2自锁，主电动机M2持续转动。
HL3、HL4同时亮。
同时，由于控制电路中含有电气互锁和机械互锁，在按下SB3时，由于机械互锁的作用，SB3按钮的常闭按钮断开，切断KM1线圈支路，在KM2线圈的通电时，KM2的常闭触点断开，也切断了KM1线圈支路。
在不正常情况下：
由于处在不正常情况下，需要自动投切，当M2在非正常情况下停止转动，使得KM2主触点失电断开，KM2线圈失电，KM2常闭触点重新闭合，KM2常开触点断开，KM1线圈得电，KM1主触点闭合，常开触点闭合，常闭触点断开，HL3灭，HL4继续亮，备用电动机M1开始转动，。
同理，由于控制电路中含有电气互锁和机械互锁，使得KM2线圈支路处于断电状态。
按下SB1电动机停止。
3、指示灯
运行主电机有运行指示灯，备用电机有备用指示灯。
当M1为主电机，M2为备用电机时，HL1为主电机运行指示灯，HL2为备用电机的指示灯。
当M2为主电机M1为备用电机时，HL3为主电机运行指示灯，HL4为备用电机的指示灯。
4、保护环节
熔断器FU1、FU2、FU3和热继电器FR1、FR2对主控制电路的电机进行短路和过载保护保护，还可对电路进行欠压保护和缺相等保护。
FU4、FU5保护变压器。
控制回路和指示灯回路使用熔断器FU6、FU7进行保护。
为提高安全性,控制回路与主回路用变压器隔离,变压器二次侧为控制回路提供110V和12V的交流电源。
五、元器件的选择
1、电动机的选择
为了合理选择电动机的种类，应同时两个方面的问题：
一是电动机的性能，例如机械特性，起动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求。
1）电动机的机械特性，是指电动机的转速n与转矩T的关系，即n=f（T），其中，转矩T是指电磁转矩。
电动机的机械特性决定其稳定运行、起动、制动和转速调节的工作情况。
2）电动机的起动性能，主要是指起动转矩的大小。
一些起动转矩不高的，例如机床、小容量水泵、通风机等，可以选用普通三相笼型异步电动机；但起动和制动频繁而且起动和制动要求比较大的生产机械，就要选用三相绕线转子异步电动机，例如起重机、矿井提升机、大容量水泵、压缩机、皮带运输机、纺织机等。
3）调速性能包括调速范围、调速的平滑性、调速系统的经济型各方面，调速性能要求不高的各种机床、通风机、船用锚机、船用起货机等多选用普通三相笼型一步电动机。
机为两台水泵电机型号为Y132S2-2，额定功率为7.5kW。
三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。
安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。
采用B级绝缘、外壳防护等级为IP44，冷却方式IC411。
额定电压为380V，额定频率为50Hz,3kW及以下为“Y”接法，4kW及以上为“Δ”接法。
应用于一般无特殊要求的机械设备、如农业机械、食品机械、风机、水泵、机床、拌搅机、空气压缩机等。
具体的数据如下：
型号：
Y 132S2-2 功率:
7.5KW 规格：
全铜/国标
电流：
15A 功率因素：
0.88cos
效率：
86.2% 级数：
2极
转速：
2900转 电压：
380V
能效等级：
3极 防护等级：
IP44
绝缘：
B极 工作制：
S1
.2、电源开关
低压断路器QF1、QF2、QF3又称为自动空气开关，除了断开电路的作用外，还具有电流过载、欠压、短路保护的作用。
断路器类型有：
框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式、电动操作式。
选择依据是：
极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。
.
DZ系列塑料外壳式断路器，其额定绝缘电压为交流500V，频率为50Hz或60Hz，额定工作电压为交流380V及以下或直流额定电压220V及以下，其额定电流至1250A。
一般作为配电用，额定电流为200A及以下。
根据脱扣器的额定电流等，通过认真选取，最终选择了型号为DZ20G-100P/3的低压断路器作为QF1，选取型号DZ10-100，脱扣器电流等级为30A的两台断路器作为QF2、QF3。
还有手动转换开关SA1、SA2选择NH9-32
按钮SB1、SB2、SB3为按钮，选择XB4。
SB1选用红色，SB2、SB3选用绿色。
3、熔断器
FU1使用RT14-63，FU2、FU3、FU4、FU5、FU8使用RT14-32，FU6、FU7、使用RT14-20
4、接触器
KM1、KM2使用CJ20J-16交流消声节电型
5、热继电器
FR1、FR2使用TeSys施耐德热继电器LR2D1304C
6、指示灯
选择使用天水二一三XDJ3-22信号灯，选取绿黄颜色各两只，工作电压24V
7、变压器
选择JBK1-100，初级电压为380V次级电压（控制）为110V次级电压（照明）为24V
8、电压表、电流表选择
选择交流电压表：
量程为5~600V，备注：
直接接通，1T1、1C2、1D1型电表尺寸：
160×160mm2
选择交流电流表：
电流测量仪表42L6测量范围:
0-100（A），准确度:
1.5
元件清单
序号
符号
电气设备名称
型号及规格
数量
1
M
三相鼠笼异步电动机
Y132S2-27.5KW380V2900r/min
2
2
QF1
低压熔断器
DZ20G-100P/3脱扣器电流100A
1
3
QF2
低压熔断器
DZ10-100脱扣器电流30A
2
4
SA
手动开关
NH9-32
2
5
SB
按钮开关
XB4红绿
3
6
FU
熔断器
1RT14-635RT14-322RT14-20
8
7
KM
接触器
CJ20J-16
2
8
FR
热继电器
LR2D1304C
3
9
HL
指示灯
XDJ3-22黄绿
4
10
TC
变压器
BK1-100
1
11
A
电流表
42L6
1
12
V
电压表
1T1、1C2、1D1型
1
六、电器元件布置图
主配电盘的电器元件布置图
控制面板的电器元件布置图
七、电气安装接线图
主配电盘的电气安装接线图
控制面板的电气安装接线图
八、操作说明
1、当M1作为主电机，M2作为备用电机。
把QF1，QF2，QF3合上，电路得电，准备进行起动。
先按住SB2，再按下SA1，松开SB2后按下SA2。
2、当M2作为主电机，M1作为备用电机。
把QF1，QF2，QF3合上，电路得电，准备进行工作。
先按住SB3，再按下SA2，松开SB3后，再按下SA1。
3、按下SB1电机停止，系统停止。
九、心得体会
通过这次实训，我重新回顾了这学期学的工厂电气控制设备这本书，对书中所提到的自锁互锁等基本线路有了更深刻的认识。
对一般的电气设计工艺有了更好的了解，基本掌握了设计工艺的工程，另外，通过，一下午的配电盘接线，熟悉了继电器接线的原则以及应该注意的问题，对自己的电工技能有了相当大提高。
在设计电气原理图过程中，遇到了不少问题，例如，对自锁互锁配合使用还不是太熟悉，以及对绘图工具的应用掌握了Microsoftvisio的使用方法。
通过指导老师高老师的指导，解决了遇到的问题，并且对这次实训有了更深刻的认识。
我会继续努力，争取做到最好。
十、参考资料
[1]汤蕴璆，史乃编著《电机学》（第2版），机械工业出版社，2005
[2]李发海，王岩编著《电机与拖动基础》（第3版），清华大学出版社，2005
[3]吴晓君，杨向明编《电气控制与可编程控制器应用》，中国建材出版社，2004
[4]王仁祥编著《常用低压电器原理及其控制技术》，机械工业出版社，2001
[5]《工厂常用电器设备手册》（第2版），中国电力出版社，1998
[6]《正泰电器产品选型手册》
[7]刘介才编著的《工厂供电》
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