两台三相交流异步电动机的设计

两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第1页共26页两台三相交流电动机配电柜的设计毕业设计说明书系部：机电工程系专业：电气自动化班级：08电气一班姓名：张玉伟指导老师：张勃老师两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第2页共26页2引言本次设计对象为某乡工业用水水厂两台37kw三相交流电动机的动力配电柜，该配电柜是以交流50Hz，额定电压380v的低压电气柜。低压电气柜是集多个开关电器和相关的控制、测量、信号、保护、调节等单元于一体的一种电气设备。本设计主要内容是两台37kw三相交流异步电动机的控制、低压控制电器的选择、低压控制电器的参数、指示灯、按钮、导线、母线排、接线端子的选择、三相交流笼型异步电动机主电路的设计、三相交流笼型异步电动机控制电路的设计、柜体的设计、电器布置图的设计、元件明细表、用AutoCAD完成控制电路接线图的绘制。目前，国内实际使用的电控类和低压配电类电气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，而本次设计的低压配电柜具有分断能力强、动热稳定性好、电气方案灵活、组合方便、实用性强、结构新颖等特点，使传统的高低压成套设备逐步向智能化、自动化方向发展。编者2011年3月两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第3页共26页3基本原理该配电柜主要控制对象为工业用水水厂两台三相交流异步电动机，该柜是由柜体、母线、一二次元件、辅材等组成的完整设备，它在电网中起着接收和分配电能的作用，同时对电力设备起着控制和保护作用。其中母线板、刀开关、断路器、电流互感器、自耦变压器、交流接触器、热继电器组成的设备为一次设备。为了使一次系统能安全可靠、稳定地运行，随时监视一次系统运行状态，同时能随时控制一次系统所必须配备许多其他电器元件及设备，如：测量仪表（电流表）、控制信号元件（信号灯、按扭、转换开关等）、继电保护装置等。首先该厂使用的是自扇冷式三相笼型异步电动机，其额定功率为37kw，额定电流为71.2A，额定工作电压为380v。对于电动机的起动，如果采用直接起动，起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，采用通过自耦变压器减压起动的方法。QS为刀开关，主要用于手动接通或分断开电流较小的电路。TA为电流互感器，它二次绕组的额定电流为5A，可以避免主电路的高压直接引入仪表、继电器，又可防止仪表、继电器的故障影响主电路，提高工作的安全性和可靠性。FR为热继电器，做电动机的过载保护。KM为交流接触器，是一种自动化的控制电器，主要用于频繁的接通和分断交直流电路，具有控制容量大，可远距离操作的优点。两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第4页共26页4结构设计说明（一）控制方案分析1.确定起动方法对于两台37kw的三相异步电动机，如果直接起动，起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，所以需采用减压起动。三相异步电动机常用的减压起动方法有：定子电路串电阻器（或电抗器）减压起动法；星形－三角形减压起动法；自耦变压器减压起动法等几种。在本例中，因电动机的接法是星形，所以带负载又为重载，根据各种起动方法的特点，选择自耦变压器减压起动法起动。自耦变压器又成起动补偿器，它可以限制起动电流的同时，用自耦变压器减压起动将比其他减压起动方法获得较大的起动转矩；起动用自耦变压器减压起动，用户可根据电网允许的起动电流和机械负载所需的起动转矩通过二次绕组的三个抽头进行选配。2.电动机的控制原则在电动机的起动、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如下表。选择控制原则时，除考虑其本身特点外，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。两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第5页共26页5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复杂，可靠性差，受各种参数影响大电势原则较准确反应电动机转速行程原则电路简单，不受各种参数影响，只反应动作部分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地工两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第6页共26页6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。如：过载保护、缺相保护、短路保护等，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，因而加电流表对电流进行监视。根据以上的方案分析以及设计要求，设计两台电动机控制线路的主电路。两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第7页共26页72.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。注意事项：a.在起动过程中应保证KM3、KM6不能得电；b.起动结束后应将自耦变压器T1、T2切除。M1的控制电路图：两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第8页共26页8M2的控制电路图：（三）控制电路原理分析两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第9页共26页9鉴于两台电动机控制电路的原理相同，选取其中一台电动机（M2）进行分析。合上主电路中的QS2、QF2～HL11、HL12亮（通用指示）1.电动机起动按下SB7或SB8～KM4得电并自锁→KM5得电KT2得电且延时→[HL11、HL12熄灭]→[HL9、HL10亮]电动机起动→KT2延时时间到→KA2得电自锁→[KM4失电][HL9、HL10熄灭]→[KM6得电][KT2、KM5失电]→【HL7、HL8亮电动机正常运行2.电动机停止按下SB5或SB6后，KM6失电，电动机停止3.控制电路的互锁保护KM4得电时，其串在KM6线圈支路上的常闭触头断开，保证了KM6不能得电；KM6得电的前提是KA2得电，KA2的常闭触头又会将KM4切断，保证电动机在全压运行时，KM4、KM5线圈处于断电状态，因而将自耦变压器T2切除。（四）柜体设计两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第10页共26页10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须的安装空间，因而首先遇到的是尺寸问题。由于工程设计和机柜本身配件的需要，对机柜的外形尺寸、安装尺寸和某些互换尺寸必须作出一些规定，一般都以标准的形式加以规范。我们设计时参照GB7267－87电力系统二次回路控制，保护屏及柜基本尺寸系列标准。在前面我们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能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、部件制造的可行性和经济性的要求，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，原则标准柜。跟据要求选择标准GGD柜，产品代号TGGD208，主要尺寸为两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第11页共26页11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，也可根据用户的要求在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，可以满足我们的要求。（五）电气布置图的设计低压电器电控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全要求。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布置在便于操作的部位，推荐布置在距地面700～1700mm的区域内。对喷弧区较大的电器，应布置在距地面1.7m以上的区域。元件的空间距离应符合GB4720《电气传动控制设备第一两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第12页共26页12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分之间；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，不得低于下表中的数据。额定绝缘电压/V电气间距/mm爬电间距/mm≤300610300～600814660～8001020800～15001428布置元器件时，应留有布线，接线，维修和调整操作的空间距离，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。其他操纵器件推荐布置在柜、屏距地面700～1700mm的区域。布置时应按照操作顺序由左到右、从上至下布置。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：两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第13页共26页13停止运行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、负级及中性线。除安全接线需全长标色外，其他允许在母线的题目处标示一段。主电路相序排列和颜色，以屏、柜的正视方向为准，应符合规定。两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计第14页共26页14技术指标分析1.用电设备计算负荷的计算：由于电动机为37KW即Pe=37kw由工厂供电附录1查得：水泵电动机需要系数Kd=0.8,cos∮=0.8，tan∮=0.75有功计算负荷P30=KdPe=0.8×37=29.6无功计算负荷Q30=P30tan∮=29.6×0.75=22.2kvar视在计算负荷S30=P30/cos∮=29.6/0.8=37KVAI30=S30/√3UN=37/1.732×0.38=56.21A2.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。对于起动用自耦变压器型号主要有QZB1和ZOB10两种，在此我们选用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，但由于市场上并没有37kw