最新两台37kW三相交流电动机的动力配电柜设计.docx
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最新两台37kW三相交流电动机的动力配电柜设计
两台37kW三相交流电动机的动力配电柜设计
设计说明书目录
1.引言………………………………………（）
2.基本原理…………………………………（）
3.结构设计说明……………………………（）
4.技术指标分析……………………………（）
5.结论………………………………………（）
6.参考文献…………………………………（）
7.致谢………………………………………（）
8.设计图纸…………………………………（附页1）
9.其他相关材料……………………………（附页2）
第一章引言
低压电气柜是由一个或多个开关电器和相关的控制、测量、信号、保护、调节等单元构成，由制造厂完成所有内部电气和机械连接，用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。
目前，国内实际使用的电控类和低压配电类电器柜的行业几乎包括了国民经济的全部行业。
据有关资料显示，我国发电量及用电量以平均每年10%的速度增长，社会对高低压配电柜的需求量也逐渐加大。
传统的高低压成套设备逐步向智能化、自动化方向发展。
这次设计的动力配电柜的控制对象为某乡工业用水水厂两台三相交流异步电动机，使其能正常工作。
使用自扇冷式三相异步电动机，电动机正常运行时的接法为“Y”形。
第二章基本原理
三相交流异步电动机工作原理：
三相对称绕组，通入三相对称交流电，将在空间产生旋转磁场，此磁场切割转子导体，将在转子中产生感应电动势及感应电流，并且转速低于同步速并与同步速方向相同旋转。
第三章结构设计说明
（一）控制方案分析
1.确定启动方法
对于两台37kW的三相异步电动机，如果直接启动，启动电流将使电网电压发生较大的波动而影响其他电动机或电器的正常工作，所以需要采用减压启动。
三相异步电动机常用的减压启动方法有：
定子电路串电阻器（或电抗器）减压启动法；星形-三角形减压启动法；自耦变压器加压启动法等几种。
因电动机的接线方式是星形，所带负载又为重载，根据各种启动方法的特点，我选择自耦变压器减压启动法启动。
2.电动机的控制原则
在电动机的启动、调速、反向与制动过程中，按不同参数的变化来实现自动控制，称为电力拖动自动控制原则。
各种控制原则及特点见下表。
选择控制原则时，除考虑本身特点外，还应考虑电力控制系统提出的基本要求、安全可靠性、操作维修等因素。
电动机控制原则及特点
控制原则
特点
时间原则
电路简单、不受电机参数、电网电压等参数的影响，任何电动机都适用
速度原则
电路简单，控制加速时受电网电压影响，制动时则无影响
电流原则
电路联锁较复杂，可靠性差，受各种参数影响大
电势原则
较准确反映电动机转速
行程原则
电路简单，不受各种参数影响，只反映运动部件的位置
根据各种控制原则的特点，综合考虑选用时间原则进行控制。
3.电气控制电路的联锁环节和电动机的保护环节
为了保证电力拖动控制系统中电动机、各种电器和控制电路能正常运行，消除可能出现的危险因素，并在出现电气故障时，尽可能缩小故障范围，保障人身和设备的安全，必须对电力拖动控制系统设置各种联锁和保护环节。
1）联锁环节
在控制电路中，常用的联锁有自锁环节、互锁环节、顺序动作环节和机械联锁等，以保证生产工艺要求的实现与电路安全可靠的工作。
2）电动机的保护环节
电动机常用的保护环节有短路保护、过电流保护、热保护、零电压和欠电压保护、弱磁保护及超速保护等。
电力拖动系统中，根据不同的工作情况，对电动机设置一种或几种保护措施。
此设计中要求有过载、缺相、短路等保护，确定保护元件如下：
断路器、热继电器和熔断器。
（二）原理图设计
1.主电路设计
在设计主电路时除要考虑有关保护外，对主电路中的电流大小还应有指示。
根据以上的方案以及设计要求，设计两台电动机控制线路的主电路，如下图：
3.控制电路设计
根据控制要求和主电路的设计方案设计控制电路。
设计时应注意：
①在启动过程中应保证KM3、KM6不能得电；②启动结束后应将自耦变压器T1、T2切除。
所设计的控制电路如图：
（二）控制电路原理分析
鉴于两台电动机控制电路的原理相同，现选取其中一台电动机（M1）进行分析。
合上主电路中的QS1、QF1→HL5、HL6亮（通电指示）
1.电动机启动
按下SB3或SB4→KM1得电自锁→{KM2得电，KT1得电且延时}→{HL5、HL6熄灭；HL3、HL4亮}→电动机启动→KT1延时时间到→KA1得电自锁→{KM1失电；HL3、HL4熄灭}→{KM3得电；KT1、KM2失电}→{电动机正常运行，HL1、HL2亮}
2.电动机停止
按下SB1或SB2后，KM3失电，电动机停止。
3.控制电路的互锁保护
KM1得电时，其串在KM3线圈支路上的常闭触头断开，保证了KM3不能得电；KM3得电的前提是KA1得电，KA1的常闭触头又会将KM1切断，保证电动机在全压运行时，KM1、KM2线圈处于断电状态，因而将自耦变压器T1切除。
另外，改控制电路中，点划线框中的元件，设在异地控制箱内。
第四章技术指标分析
（一）元器件的选择
1.自耦变压器的选择
选择自耦变压器主要是选择其型号与功率。
对于启动用自耦变压器型号主要有QZB1和ZOB1O两种，在此我选用QZB1系列的自耦变压器；对于功率，原则上应与所控制的电动机的功率相同，但由于市场上没有37kW这个功率等级的自耦变压器出售，所以我选用40kW，即外形尺寸为380mm×138mm×297mm。
2.接触器的选择
该控制线路中共使用了三只交流接触器，因控制电路的电压未交流380V，故三只接触器的线圈额定电压均为380V。
又因控制的是三相笼型异步电动机的启动与停止，故选用的类型均为AC-3。
由于电路电压为380V，故所选接触器的额定电压应不小于380V。
因三个接触器KM1、KM2、KM3在工作时流过主触头的电流大小不一样，所以应该分别加以选择。
因接触器KM3是在电动机正常运行时踩工作，流过主触头的电流为电动机的额定电流71.2A，根据接触器的选择原则，可选额定电流为100A的CJ20-100型接触器。
改电动机虽采用减压启动，但启动时流过KM2的电流仍会远远超过主电路的额定电流。
又由于KM2的工作时间较短，因此所选接触器的额定电流可以适当小于实际变压器的“Y”点接头，不但工作的时间较短，且流过的电流也较平稳，所以可以选择CJ20-63型接触器，此接触器的额定电流为63A。
3.低压断路器的选择
根据低压断路器的选择原则，所选断路器的额定工作电压必须不小于电路额定电压380V；额定电流必须不小于主电路的额定电流71.2A；额定短路通能力应不小于电路中可能出现的最大短路电流，经计算最大短路电流约为16kA。
断路器欠电压脱扣器额定电压应等于电路额定电压380V；作为电动机保护的断路器，其瞬时整定电流应8—15倍的电动机额定电流。
根据以上要求我选用DZ20Y-100/3300型塑料外壳式低压断路器。
4.刀开关的选择
因电路电压为流380V，电动机的工作电流为71.2A，再考虑控制电路中各电器线圈的工作电流，可选额定电压为流380V，额定电流为200A的HD13系列3级刀开关，型号为HD13BX-200/31。
5.热继电器的选择
为保护电动机不会因缺相而烧坏，所选热继电器除具有过载保护作用外，还应具有缺相保护的功能。
所以我选用JR16系列的热继电器。
6.电流互感器与电流表的选择
因电动机的额定电流为71.2A，电流互感器一次侧的额定电流值应不小于71.2A，而二次侧的电流为标准的5A，故可选用LMZ3-0.66-150/5型电流互感器，改互感器额定电压为660V，一次侧额定电流为150A，二次侧额定电流为5A。
电流表的选择，只要选用读书范围与电流互感器一次侧的额定电流值配套的交流电表即可，确定选用42L6-A150型电流表。
7.时间继电器的选择
该控制电路的电压未380V，所以KT1的线圈电压也应为380V。
在此电路中对触头的要求是：
得电延时的常开触头需有一对。
根据以上要求，查阅有关手册，选用ST3PA-B型超级时间继电器。
8.中间继电器的选择
选择中间继电器的主要参数有：
①中间继电器的额定电压；②常开常闭触头数量；③线圈额定电压。
因控制电路电压未交流380V，常开常闭触头的数目是2常开2常闭，可选用JZ7-44型中间继电器。
其额定电压未380V，线圈额定电压也为380V，触头数量为4常开4常闭，触头额定电流为5A。
9.熔断器的选择
熔断器作为控制电路的短路保护，选择时主要从额定电压、额定电流和额定分断能力等三方面考虑。
1）熔断器的额定电压必须不小于熔断器工作点的电压（380V）。
2）熔断器的额定分断能力应大于线路中可能出现的最大短路电流（16kA）。
3）熔断器的额定电流应根据被保护的电路（支路）及设备的额定负载电流选择。
改控制电路在工作时，最多有两个线圈同时吸合以及两个指示灯同时工作，估算其最大负载电流为10A，故所选熔断器应大于此值。
另外为方便安装，所选熔断器应能插在安装端子的导轨槽中，所以我选用RT18-32型熔断器。
熔体的额定电流为16A。
10.指示灯的选择
该控制电路中共用了6只指示灯，选择指示灯，主要是根据其工作电压以及使用场合来确定其型号和颜色。
据此我选用AD11系列的指示灯，其型号为AD11-22/41-5G，额定电压为380V。
各指示灯的颜色，根据国家标准规定，选定为HL1、HL2为绿色；HL3、HL4为黄色；HL5、HL6为红色。
11.按钮的选择
该控制电路中共用了4只按钮。
按钮选择的主要参数有按钮的型号、触头数量、额定电压与颜色等。
大部分按钮额定电流达到5A就能满足要求。
根据控制电路电压，按钮触头数，选定个各按钮型号为LA18-22（即有2对常开，2对常闭，型式为一般式，额定电压未交流380V）。
各按钮的颜色，根据国标的规定确定为：
停止按钮SB1、SB2为红色，启动按钮SB3、SB4为绿色。
12.导线的选择
导线主要分为两个部分：
连接主电路用导线和连接控制电流用导线。
电控装置中控制电路的导线截面，应按规定的截流量选择，但考虑到机械强度的需要，对于低压电控设备的辅助线路，应选用截面不小于0.75m㎡的单芯铜绝缘线，或不小于0.5m㎡的多芯铜绝缘线。
导线的额定绝缘电压应与电路的额定工作电压相适应。
故选用绝缘电压为交流380V的BV铜芯塑料硬线作为控制电路的连接线，截面积为1.5m㎡。
该线在环境温度为40℃时允许载流量为19A，考虑导线成捆或在线槽中布线时按1/2允许截流量作为实际截流量计算，也达到9A，远超出实际负荷电流。
主电路中导线一般截面较大，不考虑机械强度而只按允许截流量选择。
在这里主电路中电流按电动机达最大功率时满载电流来选择，选用绝缘电压为380V的BVR铜芯塑料软线作为主电路的连接线，截面积为35m㎡。
该线在环境温度为40℃时允许载流量达134A，肯定能满足要求。
对于主电路中电流表回路的连接线，由于电流最大为5A，所以可选用截面为2.5m㎡的BVR铜芯塑料绝缘软线作为连接线。
13.母线排的选择
母线的选择主要考虑以下几个方面：
母线的材料、截面形状、排列方式和支撑件的间距；母线在短路时的热稳定性和动稳定性。
母线的材料主要有铜和铝，一般用铜材料较多。
母线截面形状的选择应考虑集肤效应、邻近效应、电磁波渗透深度等因素的影响，并要求散热良好、机械强度高、安装简单和连接方便。
成套开关设备用母线一般选用矩形，再根据母线的载流量，查阅资料，选用截面为30mm×3mm（宽度×厚度）的铜线作为母线。
14.接线端子的选择
接线端子分为主电路接线端子与控制电路接线端子。
由于主电路的导线截面较大、自耦变压器上自带接线柱，所以无需再选择接线端子。
对于主电路中电流表回路的接线，根据其连接导线的截面，选用JF5-2.5型端子。
同样，控制电路的接线端子，可选用JF5-2.5型，此端子连接导线的最大截面为1.5m㎡。
（二）元件明细表
序号
元件符号
元件名称
型号规格
备注
1
KM1KM4
交流接触器
CJ20-63
~380V
2
KM2KM3KM5KM6
交流接触器
CJ20-100
~380V
3
QF1QF2
低压短路器
DZ20Y-100/3300
4
QS1QS2
刀开关
HD13BX-200/31
5
TA1TA2
电流互感器
LMZ3-0.66-150/5
6
A1A2A3A4
电流表
42L6-A150A
7
T1T2
自耦变压器
QZB1-40
8
FR1FR2
热继电器
JR16B-150-3D
~380V
9
FU1FU2
熔断器
RT18-32
16A
11
SB1SB2SB5SB6
按钮
LA18-22
红色
12
SB3SB4SB7SB8
LA18-22
绿色
13
HL1HL2
指示灯
AD11-22/41-5G
绿色
14
HL3HL4
AD11-22/41-5G
黄色
15
HL5HL6
AD11-22/41-5G
红色
16
KA1KA2
中间继电器
JZ7-44
~380V
17
KT1KT2
时间继电器
ST3PA-B
~380V
18
Ⅰ
接线端子
JF5-1.5
控制电路
19
Ⅱ
接线端子
JF5-2.5
电流表回路
（三）柜体设计
柜体设计应满足以下三个方面的要求：
1.尺寸要求
机柜为电气元器件和各种附件提供必需的安装空间，因而首先遇到的是尺寸问题。
由于工程设计和机柜本身配套的需要，对机柜的外形尺寸、安装尺寸和某些互换性尺寸必须作出一些规定，一般都以标准的形式加以规范。
设计时可以参照GB7267-87“电力系统二次挥了挥控制，保护屏及柜基本尺寸系列”标准。
在前面我选用的自耦变压器的外形尺寸为380mm×138mm×297mm，所以设计的柜体必须放得下两个这样的自耦变压器。
2.功能要求
机柜的功能要求包括产品的功能要求和机柜结构的功能要求这两个方面。
归纳起来大致有①电气元器件及其附件的安装要求；②外壳防护要求；③屏蔽和接地要求；④通风散热要求；⑤人机学要求；⑥布线要求；⑦机柜的强度和刚性要求等。
3.机柜的工艺性要求
机柜的工艺性要求是指在满足使用功能要求的前提下，对机柜的总体及零件、部件制造的可行性喝经济性的要求，以及机柜满足电气设备装配的工艺性和可维修性要求。
在设计一般的配电、控制柜时，柜体都可选用标准系列柜。
对于非标准柜，可根据以上设计原则进行设计。
为缩短设计时间、减少工作量、降低成本，在此我们选用标准柜。
根据要求我选用标准柜GGD柜，产品代号TGGD208，主要尺寸为长800mm，宽600mm，高2200mm。
此柜的柜门采用镀锌转轴式铰链与构架相连，安装、拆卸方便。
柜体前后、顶面及两端侧的防护等级达到IP30，也可根据用户的需要在IP20-IP40之间选择。
在柜体的下部、后上部和顶部均有通风散热孔，使柜体在运行中形成自然通风道，有较好的散热性能。
柜体的顶盖可在需要时拆除，便于现场主母线的装配和调整。
柜顶的四角装有吊环，便于起吊、装运。
另外GGD柜的价格也比较适中可以满足我的要求。
（四）电器布置图的设计
1.低压电器电控制设备的布置原则
在进行布置时应考虑到监视、操作、连线及维修的方便，并应力求整齐美观。
设计要符合GB4720《电气传动控制设备第一部分：
低压电器电控设备》中技术条件的规定。
（1）接触器、继电器的布置控制柜/屏上继电器、接触器均应符合本身的安装要求。
喷弧距离较长的接触器应布置在屏、柜的最上部，并保证喷弧的距离，以免引起事故，有必要时，可增设阻隔电弧的设施。
但应注意构架的机械强度及振动的影响。
大型元件可装在屏、柜的下部。
在屏、柜的整个区域内均可布置中小型接触器和继电器，而手动复位继电器则应该布置在便于操作的部位，推荐布置在距地面700mm-1700mm的区域内。
对喷弧区较大的电器，建议布置在距地面1.7以上的区域。
元器件的空间距离应符合GB4720《电气传动控制设备第一部分；低压电器电控设备》的规定，即安装在设备上的电器元件与另一个电器元件的导电部件之间；一个导电部件与另一个导电部件之间的爬电距离和电气间隙如下表：
额定绝缘电压（V）
电气间隙（mm）
爬电距离（mm）
≤300
6
10
300-660
8
14
660-800
10
20
800-1500
14
28
布置元器件时，应留有布线、接线、维修和调整操作的空间间距，板前接线式元器件应大于板后接线式元器件的空间间距。
（2）操纵器件的布置操纵器件包括：
低压断路器操作手柄、按钮、按键开关、转换开关等。
控制柜的仪表板上只能安装小型操纵器件，且一般布置在仪表板的下部。
其他操纵部件布置在柜、屏距地面700-1700mm的区域。
布置时应按照操作顺序由左到右、由上至下布置。
按钮的排列：
停止按钮可放在一端或中间位置，在这个控制线路中按钮的排列如下图：
向上喷弧的低压断路器，应留有足够的喷弧距离或增设阻隔电弧的设施，以免损坏其他元器件。
（3）其他器件的布置
1）接线座用于相邻柜、屏间的连线时，宜布置在柜、屏的两侧；用于外部接线的接线座，宜布置在柜、屏下部。
接线座布置在屏下时，不宜低于300mm，柜内布置时不应低于200mm。
周围需留有足够的空间，以便于外部电缆的引入。
2）母线母线应涂色表示相序、正极、负极及中性线。
除安全接线需全长标色外，其他允许在母线的醒目处标示一段。
主电路相序排列和颜色，以屏、柜的正视方向为准，应符合下表的规定：
相序
垂直排列
水平排列
前后排列
色标
A
上
左
远
黄
B
中
中
中
绿
C
下
右
近
红
中性线
最下
最右
最近
淡蓝
中性保护线
最下
最右
最近
黄绿相间
第五章结论
随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。
经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。
在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
通过这次毕业设计，使我掌握了低压配电柜的一般设计方法，在设计过程中，我进一步熟悉了有关电器标准和掌握信息资料检索的能力，再有就是我学会了使用成套电器CAD软件，进行配电柜的辅助设计。
第六章参考文献
[1]张华.电类专业毕业设计指导.2001年4月
[2]王邦林.工厂供电技术.2006年8月
[3]刘上椿.电机工程手册.2002年5月
[4]秦大同.电气传动自动化手册.2005年10月
[5]朱平.工厂配电设计手册.1983年11月
[6]许建安.继电保护技术.2004年6月
第七章致谢
我从本课题的选择、制定毕业设计计划、收集资料到最后论文定稿及重复修改等都得到了张勃老师的细心指导与教育，感谢张老师多次的为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨，热忱鼓励。
他实事求是的教学态度，孜孜不倦的教诲，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染并鼓舞着我，真可谓是为人之师的典范。
在此，谨向张勃老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
此外，还要感谢和我一同设计的同学及在设计过程中帮助我、关心我的人们，谢谢你们！
最后，我还要感谢百忙之中审阅我论文的老师们，感谢老师们对我的教诲与鼓励！
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