水冷系统自动投切控制的设计

-1-目录第1章绪论1.1设计背景介绍1.2项目——水冷系统自动投切控制的设计1.3技术指标1.4论文的主要内容第2章设计过程2.1设计原理2.2元器件选型第3章操作说明3.1自动投切控制电机的操做3.2电路中部分接线的说明结论参考文献致谢-2-摘要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）。本文以两台7.5KW的三相笼型异步电动机为例，利用有关互锁作用对电机进行控制，从而达到一用一备，自动投切的控制。关键词：水冷；互锁；自动投切第1章绪论1.1设计背景介绍近年来，随着我国国民经济的快速增长，电力、冶金、化工、家用电器等行业突飞猛进，特别是电脑的CPU、空调等必须要依靠散热系统进行散热。其实，一套水冷散热系统是由散热器、水管及一个水泵组成。水冷散热器有一个进水口及出水口，散热器内部有多条水道，这样可以充分发挥水冷的优势，能带走更多的热量。这就是水冷散热器的基本原理。水泵让水在系统中流通循环，坚持不懈地把暖水换成冷的。流过水道和散热器的水的体积是至关重要的，因为靠这个运动把热量一并带走，就像高速风扇可以更好的守成从常规散热片上带走热量的工作一样。由此可知水泵的意义重大，为使系统能够正常运行，且可靠性增强，需要增补备用装置。1.2项目——水冷系统自动投切控制的设计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，-3-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）。1.3技术指标及技术难点1.3.1设备技术指标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。1.3.2技术难点1．控制电压按控制要求选择，符合标准等级。在控制线路简单，不需经常操作，安全性要求不高时，可以直接采用电网电压，即交流380V或220V。当考虑安全要求时，应采用控制变压器将控制电路与主电路电气上隔离开。显示电路采用24V安全电压。晶体管无触点开关一般需要直流24V电压。基于此，要注重对电机、变压器的选取。2．选择器件时，期间之间的兼容性，器件的规格、成本、维修、更换等都需要认真考虑。3．正常情况下，如何做到尽可能减少通电电气数量，以利于节约能源，延长电气元件寿命，减少故障也成为技术难点。4．合理使用电器触点。接触器、时间继电器往往触点不够用，可以增加中间继电器来解决。1.4论文的主要内容论文主要是针对项目设计中所涉及问题进行的，主要包括以下几方面内容：1、自动投切控制装置的设计过程。2、自动投切控制装置的操作说明。-4-第2章设计过程2.1设计原理2.1.1设计过程中应遵循的原则：1．最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供。其他如起动、转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑。2．在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济合理，不要盲目追求高指标，造成不必要的高投资。3．妥善处理机械与电气关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用和维护等方面协调处理好二者关系。4．正确合理地选用电器元件，以实用为原则。选用新型号电器可以提高可靠性，减小体积，尽可能不要选用旧型号电器。5．确保电气设备安全、可靠性高，兼顾设备使用和维护方便。2.1.2设计过程1、通过接触器达到电机接通的接通要求。先把总电源开关低压断路器合上，对整个系统进行供电。借用中间继电器，达到一台运行，另一台备用的效果。为使运行的电动机突然由于故障而失去作用，另一台通电运行，需要备用电机处的常闭辅助触点闭合，要达到这一点，需要借助中间继电器，中间继电器具有转换控制信号的作用，通过中间继电器，使备用电动机的起动按钮两侧具有电压。此时，当运行电动机停止时，通过电气互锁以及中间继电器的作用，备用电动机开始运行。如图2-3所示：-5-图2-32、防止电气互锁的失灵，添加机械互锁。添加机械互锁，就是把起动按钮对应的常闭式按钮与对方的接触器线圈串联，，当电气互锁失效时，机械互锁起到了作用。如图2-4所示：-6-图2-45、根据电机的运行情况以及互锁的作用进行指示灯的添加。备用指示灯选黄色，运行指示灯选绿色。6、总停按钮的添加。待两台电机都不需要运行，进行检修时，按下总停按钮SB，控制回路断电，电机停止转动。7、有事后为方便控制回路应急检修，需在控制回路加上一个组合开关SA，以对控制回路进行通断电的控制。经过认真思考、推敲，最终一个完整的电路图（见图2-5）草图就绘制出来了。然后再根据具体要求，进行相关元器件的选取。-7-2.2元器件选型元器件的选择主要是对主电路及控制回路中必要的元器件进行选择，见下表：表2-1主电路及控制电路所需的主要器件2.2.1电动机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。-8-2）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。额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机的体积越小，造价越低，一般来说，电动机的飞轮力矩GD2也就越小，因此选用高速电动机较为经济。但由于生产机械速度一定，电动机的转速越高，拖动系统传动机构的速比也越大，机构越复杂。另外，GD2、nN影响电动机过渡过程持续的时间及过渡过程中能量的损耗。电动机的GD2、nN值越小，过度过程越快，能量损失越小。因此，根据具体要求，综合以上各因素，应选择Y系列小型三相笼型异步电动机，指标先进、噪声低、振动小、防护性能好、安全可靠、维护方便、外形美观、启动转矩大、机械特性硬，即选择Y132S2-2型号的电动机两台。表2-2Y132S2-2电动机的相关参数额定功率PN（KW）额定电流IN（A）额定电压UN（V）额定转速nN（r/min）堵转电流I堵（A）堵转转矩T堵7.515.438014407.02.22Tmax2.2.2电源开关低压断路器（AutomaticCircuitBreaker）：断路器，又称自动空气开关，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。.DZ20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，-9-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，其相关参数如表2-3：表2-3DZ20G-100P/3低压断路器的相关参数壳架等级额定电流Imm（A）AC100额定绝缘电压AC500额定工作电压AC380额定极限短路分断能力Icu（kA）100额定运行短路分断能力Ics（kA）50脱扣器额定电流（A）32断路器额定电流In（A）16~100寿命操作频率（次/小时）120电寿命（次）4000机械寿命（次）4000连接铜导线最大截面积（mm2）352.2.3熔断器熔断器（Fuse）主要用于短路保护。熔断器结构上主要由熔断器座、熔断体（熔体）组成熔断器分插入式、螺旋式、填料封闭管式等等。选择依据是：形式、熔体额定电流（IFU）。对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可按下式计取：单台电机：IFU=1.5~2.5Ie（2-1）多台电机：IFU=1.5~2.5INmax+∑Ie（2-2）-10-式中INmax——功率最大电机的额定电流∑Ie——除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之和轻载、起动时间短取1.5；重载、起动时间长、起停频繁则取2.5。由于控制回路电流较小，基本位于几安左右，且知道控制回路的中间继电器线圈的额定发热电流为5A，控制按钮的控制电流为2~8A，所以选择型号为RT0（NAT0）-30的熔断器，其熔体额定电流为30A，额定电压为380V。其尺寸为A=106mm，F=26mm。2.2.4热继电器热继电器（Thermalover-loadRelay）主要用于电机过载保护。热继电器分两相式、三相式、三相带缺相保护式三种形式选择依据是：形式、额定电流（IFR）。热继电器热元件的整定电流可调，范围约为0.8~1.5IFR（热继电器的额定电流）热继电器热元件的整定电流一般按0.95~1.05Ie（电动机的额定电流）选用，对过载能力较差的电机可选得更小些。通过选取FR1、FR2，得型号为JRS4-18321d，其电流调整范围为12~18A，额定电压为380V，因为电动机的额定电流为15.4A，所以选择调整电流为18A的热继电器（整定电流中间幅值约为电动机额定电流），相关参数如表2-5所示：表2-5JRS4-18321d热继电器的相关参数额定电流IPR（A）额定电压UN（V）A（mm）B（mm）183807845.52.2.5接触器接触器（Contactor）分直流接触器、交流接触器两大类选择依据是：主触头数、额定电流（IKM）、线圈控制电压的类型、等级等。对于电动机负载，可按下面的经验公式计算接触器的额定电流：IKM=Pe/（K×Ue）（2-3）式中Pe——电机的额定功率Ue——电机的额定线电压K——经验系数，取1~1.4-11-考虑到接触器与热继电器的配套使用，上述热继电器可插接的接触器为GSC1（CJX4-d）-18~32，选择型号为GSC1（CJX4-d）-18的接触器KM1、KM2，其额定工作电流为18A，额定电压为380V，相关参数如表2-6所示：表2-6GSC1（CJX4-d）-18接触器的相关参数额定工作电流IN（A）额定电压UN（V）A（mm）B（mm）1838076732.2.6中间继电器中间继电器（AuxiliaryRelay）：在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。它输入的是线圈的通电断电信号，输入信号为触点的动作。其触点数量较多，各触点的额定电流相同。中间继电器通常用来放大信号，增加控制电路中控制信号的数量，以及作为信号传递、连锁、转换以及隔离用。KA1