电气控制技术小型冷库.docx
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电气控制技术小型冷库
长沙学院
课程设计说明书
题目
小型冷库的电气控制
系（部）
电子信息与电气工程系
专业（班级）
电气工程及其自动化01班
姓名
学号
指导教师
起止日期
2014/12/01-2014/12/12
电气控制技术课程设计任务书
系（部）：
电子信息与电气工程系专业：
电气工程及其自动化指导教师：
张丹
课题名称
小型冷库的电气控制
设计内容及要求
某小型冷库配有22KW压缩式制冷机一台，采用水冷式冷凝器，相应配有冷却水泵一台和玻璃钢冷却塔一座。
水泵电动机功率为4KW，冷却塔风机电动机功率为1.1KW。
三台电动机单向连续运转；冷库内温度应在要求的上限与下限之间变化；应有温度指示；三台电动机停止与运行有指示装置；具有完善的联锁和保护、报警装置。
设计工作量
1、设计电气原理图。
2、选择电气元件，制订元件目录表。
3、设计电控柜安装布置图和控制台面板布置图。
4、设计电控柜安装接线图和控制台面板安装接线图。
5、列出参考资料目录。
6、编写设计说明和使用说明书，写出设计小结。
进度安排
起止日期（或时间量）
设计内容（或预期目标）
备注
第1~2天
收集材料，方案论证
第3~4天
电气原理图的设计，元器件选型和计算，制订元件目录表
第5~6天
设计电控柜安装布置图和控制台面板布置图
第7~8天
设计电控柜安装接线图和控制台面板安装接线图
第9~10天
编写设计说明和使用说明书
教研室
意见
年月日
系（部）主管领导意见
年月日
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
学号
专业
电气
班级
01班
设计题目
小型冷库的电气控制
指导教师
张丹
指导教师意见：
评定等级：
教师签名：
日期：
答辩小组意见：
评定等级：
答辩小组长签名：
日期：
教研室意见：
教研室主任签名：
日期：
系（部）意见：
系主任签名：
日期：
说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五类；
摘要
本次小型冷库电气控制部分的设计为先启动冷水泵、水塔风机，然后启动压缩机。
这个设计采用三相电380V实行电力驱动，利用接触器、继电器、按钮开关等电气元件进行控制，可自动控制。
三台电动机分别由三个接触器控制，分别用三个热继电器进行保护，同时前面共用一个断路器和熔断器。
控制电路与指示灯部分如图2.2所示，采用互锁来控制开机顺序，每台电机都有独立的停止开关，并且另外还设有急停开关，信号灯部分采用变压器降压来作为电源。
关键词：
电气控制，小型冷库，压缩机，冷凝器
目录
1.前言6
1.1小型冷库的产生6
1.2小型冷库的技术发展6
1.3小型冷库电气控制的设计要求6
2.小型冷库的电气控制的设计6
2.1小型冷库的工作原理6
2.2小型冷库的电气控制原理7
2.3小型冷库的元器件选择8
2.3.1电动机8
2.3.2断路器8
2.3.3继电器8
2.3.4接触器9
2.3.5熔断器9
2.3.6按钮开关9
2.3.7其它元器件9
2.4小型冷库电气控制的安装布置9
2.5小型冷库电气控制的安装接线10
3.小型冷库电气控制部分的仿真11
小结12
参考文献13
1.前言
1.1小型冷库的产生
随着社会的进步，人们生活水平的提高，在生产和生活中有越来越多的物品需要低温保存，因此冰箱等冷藏设备就应运而生。
为了能够存储更大量的物品，也就有了冷库。
冷库运用在生活和生产的方方面面，例如食品、冷饮、花卉、药品、化工原料、电子仪表仪器等。
而其中小型冷库由于造价较低，使用以及维护方便，深受对于低温储藏的物品较少的企业和个人的欢迎。
1.2小型冷库的技术发展
随着制冷技术在人们生活中的应用越来越普遍，其中小型冷库在商品流通和储存中起到了重要作用。
一直以来，冷库在制冷系统方面的变化并不大，但在控制技术方面却取得了很大的进步，已由传统的继电器控制像程序化，数字化方向发展。
以电气控制为核心的小型冷库，较好地把制冷技术与先进控制技术结合起来，电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。
电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。
1.3小型冷库电气控制的设计要求
●22KW压缩式制冷机一台，采用水冷式冷凝器；
●冷却水泵一台和玻璃钢冷却塔一座；
●水泵电动机功率为4KW，冷却塔风机电动机功率为1.1KW；
●三台电动机单向连续运转；冷库内温度应在要求的上限与下限之间变化；
●三台电动机停止与运行有指示装置；具有完善的联锁和保护、报警装置。
2.小型冷库的电气控制的设计
2.1小型冷库的工作原理
小型冷库由制冷机制冷，利用气化温度很低的液体（氨或氟里昂）作为冷却剂，冷却剂通过水冷冷凝器时，使其在低压和机械控制的条件下蒸发，吸收冷凝器中的水的热量，降低水温，然后将冷却了的水通过水泵泵到冷库中，从而达到冷却降温的目的。
水液以此循环。
已经蒸发了的冷却剂再次循环到压缩机中被压缩液化，然后泵到冷凝器中蒸发降温，以此循环。
2.2小型冷库的电气控制原理
本小型冷库电气控制设计中需先明确各电机启动顺序，先启动冷水泵、水塔风机，然后启动压缩机。
这个设计采用三相电380V实行电力驱动，利用接触器、继电器、按钮开关等电气元件进行控制，可自动控制。
主电路如图2.1所示，三台电动机分别由三个接触器控制，分别用三个热继电器进行保护，同时前面共用一个断路器和熔断器。
控制电路与指示灯部分如图2.2所示，采用互锁来控制开机顺序，每台电机都有独立的停止开关，并且另外还设有急停开关，信号灯部分采用变压器降压来作为电源。
图2.1小型冷库的主电路原理图
图2.2小型冷库的控制电路及指示灯原理图
在电路控制图中合上断路器开关QF，送进三相电，按下SB2，KM1线圈得电，常开触头KM1闭合，实现KM1自锁，KM1主触头闭合，冷却塔风机M1得电开始运转。
同时KA1线圈得电，为压缩机M3启动做好准备。
信号灯部分，由于KA1常开触头闭合，冷却塔风机M1监测绿色信号灯HG1变亮，表示M1已正常运行。
按下SB4，KM2线圈得电，常开触头KM2闭合，实现KM2自锁，KM2主触头闭合，冷却水泵M2得电开始运转。
同时KA2线圈得电，为压缩机M3启动做好准备。
信号灯部分，由于KA2常开触头闭合，冷却水泵M2监测绿色信号灯HG2变亮，表示M2已正常运行。
当温度控制器检测到温度达到上限时，温度控制器的高与中之间的继电器触头闭合从而KA3线圈得电，KA3常开触头闭合，KA3实现自锁，从而控制KM3的KA3常开触头闭合，继而KM3线圈得电，KM3主触头闭合，压缩机M3得电开始运转，开始制冷。
当温度下降到下限值时，温度控制器的中与低之间的继电器触头闭合从而KA4线圈得电，其常开触头KA4断开，从而KA3线圈失电，控制KA3的常开触头断开，继而KM3线圈失电，KM3主触头断开，压缩机M3停止运行，停止制冷，从而实现了温度在上限与下限之间的自动控制。
2.3小型冷库的元器件选择
2.3.1电动机
根据设计的要求以及题目中的已知有P1=1.1KW,P2=4KW,P3=22KW,P1为冷却塔风机，P2为冷却水泵，P3为压缩机。
图中的三相电动机均走在三根火线上，故电压选取380V。
选取P1型号为Y802-2，选取P2型号为Y112M-4级,选取P3型号为Y200L2-6。
所选电机型号的功率及转速都符合要求。
2.3.2断路器
断路器的主要技术参数有：
额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型及其整定电流范围、分断能力、动作时间等。
在此电路原理图中，断路器用来起保护电路，防止其他元器件因电流过高而烧坏。
电流过大。
断路器就会自动断开，起到保护电路的作用。
在这里选择DZ15-40/3910。
其额定电流能够同时保护到三个电机，同时该型号级数为3级，完全符合要求。
2.3.3继电器
（1）中间继电器的选择
根据实际所需要的负载性质、负载量值的大小，选用合适的继电器产品尤为重要。
在小型控制系统中，由于机械作用，如振动、冲击、碰撞等应力作用要素；激励线圈输入参量，如电磁干扰等；触点输出（换接电路）参量，如电机负载、接触器线圈负载、阻性负载等等因素的影响，宜选用平衡衔铁机构的小型中间继电器。
其次还需根据所需辅助触头的数量，故在此选用JZ7-41。
电路中最多只需要3个常开触头与1个常闭触头，因此该型号能够实现。
（2）热继电器的选择
热继电器选型应等于或大于电动机的额定电流，一般电动机都应考虑过载保护。
热继电器有两相式、三相式及三相带断相保护等形式。
在重要场合或容量较大的电动机，可选用半导体温度继电器来进行过载保护。
其次我们所需三个电动机功率不一样，根据电机的额定功率和满载电流，我们为压缩机选用型号为JR16-40/3D的热继电器，为冷却水泵和冷却塔风机选用型号为JR10-10的热继电器。
压缩机功率较大，采用的热继电器的额定电流比另外两个要高，另外对压缩机的电机额外进行了三相式断相保护。
（3）速度继电器的选择
速度继电器我们根据其转速，在这里选择JY-1系列。
2.3.4接触器
接触器的额定电流或额定功率随使用场合及控制对象的不同、操作条件与工作繁重程度不同而变化。
接触器分直流和交流接触器两大类，交流接触器主要有CJ0及CJ10系列，直流接触器多用CZ0系列。
按规定，在接触器线圈已发热稳定时，加上85％的额定电压，衔铁应可靠地吸合；反之，如果工作中电网电压过低或者突然消失，衔铁亦应可靠地释放。
如某负载是380V的三相异步电动机，则应选380V的交流接触器。
额定电压和额定电流按以下公式选择
，
式中：
Ulmn—接触器的额定电压；Ucn—负载的额定线电压；Ilmn—接触器的额定电流；In—接触器的主触头的电流；Pmn—电动机的功率；Umn—电动机的额定线电压；K—经验参数。
这里取，Pmn1=1.1KW，Pmn2=4KW，Pmn3=22KW，Ucn=380V，线圈电压为380V。
鉴于此KM1、KM2选CJ10-10型号，KM3选CJ10-60型号。
电机所需的工作电流均在触头所允许的电流之下，符合要求。
2.3.5熔断器
熔断器主要对电气设备起短路瞬时保护作用。
其主要类型有：
插入式、螺旋式、填料封闭管式等。
熔断器选择的主要内容是按类型、额定电压、熔断器额定电流等级与熔体额定电流。
熔断器的选择方法为；根据电路的特点及参数求出熔体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流来确定其规格型号。
对负载电流较为平稳的电气设备如照明、信号、电热电路可直接按负载额定电流来选取。
对具有冲击电流的电气设备如电动机，熔体额定电流可按下式计算值选取：
多台电机长期共用一个熔断器保护
式中INmax——为容量最大一台电动机的额定电流；
∑IN——是除容量最大电动机之外，其余电动机额定电流之和。
综上所述，根据负载额定电流及负载电动机的特性，RL1-100型号比较合适。
能够有效进行保护。
2.3.6按钮开关
通常用来短时接通或断开小电流控制电路的一种主令电器。
选用依据主要是根据需要的触头对数、动作要求、结构形式、颜色以及是否需要带指示灯等要求。
目前，按钮产品有多种结构形式，多种触头组合以及多种颜色，供不同使用条件选用。
本控制电路中起动按钮选绿色，停止按钮选红色。
根据所需的常闭和常开触头数量在此选择HZ19-11型号。
因为所有按钮都只需要一个常开或者一个常闭。
2.3.7其它元器件
其他元器件中，变压器我们选择380V/36V，信号指示灯根据其不同用途，我们选用红色跟绿色两种，由于变压器降压后电压为36V，因此信号灯额定电压选36V，型号确定为AD38-22A-04G和AD38-22A-04R。
2.4小型冷库电气控制的安装布置
考虑到电器元件的整齐、美观、对称。
外观尺寸与结构类似、电路联系紧密的电器应安装在一起，以利安装和配线。
需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。
然后根据我们的设计实际需要作出一些调整和匹配，设计出以下的布置图，如图2.3所示。
依次为断路器QF、熔断器FU1、变压器T、接触器KM、中间继电器KA、热继电器FR、端子排等，外侧右部分别为按钮开关SB、九个指示灯H。
图2.3控制台面板布置图
2.5小型冷库电气控制的安装接线
根据原理图的标号及面板布置图元器件的布局，来作出接线图，如图2.4所示。
图2.4小型冷库电气控制安装接线图
3.小型冷库电气控制部分的仿真
利用CADe_SIMU进行仿真，仿真结果如下：
如图2.5.1，合上断路器开关QF，按下SB2，KM1线圈得电，常开触头KM1闭合，实现KM1自锁，KM1主触头闭合，冷却塔风机M1得电开始运转。
同时KA1线圈得电，为压缩机M3启动做好准备。
信号灯部分，由于KA1常开触头闭合，冷却塔风机M1监测绿色信号灯HG1变亮，表示M1已正常运行。
图3.1冷却塔风机启动仿真图
如图2.5.2，按下SB4，KM2线圈得电，常开触头KM2闭合，实现KM2自锁，KM2主触头闭合，冷却水泵M2得电开始运转。
同时KA2线圈得电，为压缩机M3启动做好准备。
信号灯部分，由于KA2常开触头闭合，冷却水泵M2监测绿色信号灯HG2变亮，表示M2已正常运行。
图3.2冷却水泵启动仿真图
如图2.5.3，当温度控制器检测到温度达到上限时，温度控制器的高与中之间的继电器触头闭合（仿真时用上限按钮代替）从而KA3线圈得电，KA3常开触头闭合，KA3实现自锁，从而控制KM3的KA3常开触头闭合，继而KM3线圈得电，KM3主触头闭合，压缩机M3得电开始运转，开始制冷。
当温度下降到下限值时，温度控制器的中与低之间的继电器触头闭合（仿真时用下限按钮代替）从而KA4线圈得电，其常开触头KA4断开，从而KA3线圈失电，控制KA3的常开触头断开，继而KM3线圈失电，KM3主触头断开，压缩机M3停止运行，停止制冷，从而实现了温度在上限与下限之间的自动控制。
图3.3压缩机启动仿真图
小结
此次课程设计在设计出的控制方案在符合设计要求的前提下，充分的考虑到了恒温自动运行以及安全稳定运行的必要性。
在电动机的启动顺序上我们有充分的考虑，先启动水塔风机，冷水泵、，然后启动压缩机。
电气控制模块有完善的自动控制模块，当温度过低时压缩机会自动停止运转，当温度提升到一定值事，压缩机又会重新开始运转。
对于电气控制模块中的三个电机我们也都通过速度继电器进行监控，当出现运转异常时能够及时报警处理，并且每个电动机的报警模块都独立运转，能够及时分辨出具体出现异常的电动机。
同时我们也为每个电动机设置了单独的控制开关和一个全局的急停开关，使得在出现紧急情况时能够快速处理。
总的来说本次设计是成功的，虽然过程中也出现了一些问题，比如说报警系统和温控系统的处理上不够合理，但在张丹老师的耐心指导和大家的讨论学习中也一一攻破，有了今天这套比较完善合理的设计。
此次电气设计课程设计让我们受益匪浅，感谢张丹老师的支持与帮助。
参考文献
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机械工业出版社，2007.
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地质出版社，1997.
附录表
序号
名称
符号
型号与规格
数量
备注
1
水塔风机
M1
Y802-2
1
1.1KW
2
水泵电机
M2
Y112M-4
1
4KW
3
压缩机
M3
Y200L2-6
1
22KW
4
接触器
KM
CJ10-60
1
380V
CJ10-10
2
5
中间继电器
KA
JZ7-41
4
380V
6
断路器
QF
DZ15-63/3901
1
63A
7
热继电器
FR
JR16-40/3D
1
JR10-10
2
8
熔断器
FU
RL1-100
3
9
绿色指示灯
HG
AD38-22A-04G
3
10
红色指示灯
HR
AD38-22A-04R
6
11
变压器
T
380V/36V
1
12
按钮开关
SB
LA19-11
6
13
速度继电器
KS
JY-1
3
14
连接导线
若干
15
温度控制器
LC-15B
1
220V
元器件列表及其参数
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