橡胶坝自耦降压启动柜设计.docx
- 文档编号:18409170
- 上传时间:2023-08-16
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:234.91KB
橡胶坝自耦降压启动柜设计.docx
《橡胶坝自耦降压启动柜设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《橡胶坝自耦降压启动柜设计.docx(27页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
橡胶坝自耦降压启动柜设计
本科毕业设计
(自然科学)
题目:
橡胶坝自耦降压启动柜设计
院(系、部):
机电工程学院
学生姓名:
指导教师:
职称
年月日
河北科技师范学院教务处制
摘要
水电站橡胶坝主要用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸,能够方便地蓄水和调节水位和流量;用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸,由于不受海水浸蚀和海生生物的影响,比金属闸门效果好;用于城区园林工程,采用彩色坝袋,造型优美,线条流畅,可为城市建设增添一道优美的风景。
文章介绍了橡胶坝的发展史,描述了橡胶坝的电气控制系统整体设计,电气原理图,主电路设计,主要参数计算,并充分分析了橡胶坝电路故障现象等。
按设计要求设计绘制主电路图、控制电路图及相关电气接线图。
依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则,绘制控制柜电器元件布置图,依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸,绘制控制柜的尺寸图。
关键词:
电气控制系统;橡胶坝;电器元件布置图
Abstract
RubberDamasacanalsystemismainlyusedforintake,sub-gate,sluice,waterstorageandtheabilitytoeasilyadjustthewaterlevelandflow;Usedasabreakwateralongthecoastortidalgates,Becauseofnothingofthewatererosionandmarinebiologicaleffects,betterthantheeffectofthemetalgate;Fortheurbangardenproject,usingcolordambag,sleek,flowinglines,canaddabeautifulurbanlandscapeconstruction.Thispaperintroducesthedevelopmenthistoryofrubberdam,describestheelectricalcontrolsystemdesignofrubberdam,schematicdiagram,thedesignofthemaincircuit,calculationofthemainparameters,andafullanalysisoffailurephenomenonfortherubberdamcircuit.Accordingtothedesignrequirementtodesigndrawingelectricalboardelectricalcomponents,electricalcontrolpanellayoutplanandrelatedelectricalwiringdiagram.Accordingtothedesignrequirementtodesignanddrawingthemaincircuit,controlcircuitandrelatedelectricalwiringdiagram.Accordingtouserrequirementstomeettheconvenientoperation,beautifulappearance,uniformandsymmetricallayoutdesignprinciples,drawingelectricalcomponentslayoutdiagramofthecontrolcabinet,basisofelectricalcomponentslayoutdesignandthedimensionsofelectricalcomponents,installationsize,drawingthecontrolcabinetsizediagram.
Keywords:
ElectricalControlSystem;rubberdam;controlcabinetsizediagram.
1绪论
1.1橡胶坝自耦降压启动柜设计的背景及意义
我国橡胶坝发展至此,可以认为在橡胶坝的科研、设计、施工和运用管理以及坝袋制造和防护等方面的技术已较成熟,具备了广泛推广应用的条件。
故橡胶坝这一新技术被国家科委批准列入1992年的《国家级科技成果重点推广计划》项目,这为橡胶坝技术的发展和应用注入了新的生命,并为迅速将这一新技术转化为生产力,有力地走入国内外市场创造了良好的条件和提供了有力的保证。
在自动化控制领域中,PLC是一种重要的控制设备,随着时代的发展,工业自动化程度的不断提高,电气控制行业已经在工业市场上占有一大片的领地.但由于我国电气行业发展相对落后,配电柜的品种、规格及性能方面比较欠缺、加上现行设计规范的不够完善、以及用户对产品的认识不清造成的使用偏差,配电柜在实际工程应用中存在一些不合理的、甚至错误的用法,导致运行和维护困难、故障增多,并留下了长期的安全隐患。
电控类低压开关柜包括电机控制、生产机械控制、生产过程自动化控制、电力变换与控制等,用电设备在运行中应该安全可靠,当发生各种故障时,为避免对线路设备和人身造成损伤,就要求装置能在电气设备故障发生后,按需要及时开断主线路,切除故障。
在低压配电系统中应用的保护电器有低压断路器,又称自动开关,熔断器以及各种保护继电器。
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平均每年10%的速度增长,社会对高低压配电柜的需求量以也逐渐增大。
传统的高低压成套设备逐步向智能化、自动化方向发展。
在此次设计中我利用电器元件来实现对橡胶坝自耦降压启动控制柜的设计,期间我了解了控制柜的设计方法和接线图的画法,也了解了控制端子排的使用和接线原则,以及控制柜里面电器元件的分布和控制柜尺寸的测量,加强和巩固了理论知识。
1.2设备概况介绍
控制柜采用两台37KW器来实现降低电压后升高电压的效果,利用转换开关SA来实现其中M1用M2备、M2用M1备的效果。
另外热继电器的触点作为故障指示,以方便故障检查。
利用断路器、热继电器、熔断器来实现相应的电路保护功能,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。
有过载、缺相、短路等保护。
电机M1、M2都有相应的指示灯,有相应的降压启动和全压运行指示,对电路进行较清晰的指示功能。
1.3控制系统设计要求
(1)电机采用一用一备的方式,当其中一个电机发生问题时,另一个电机能够立刻投入运行。
(2)电路中有必要的照明指示灯光显示和故障指示。
(3)设置明显的电路保护环节,在控制回路中,常用的连锁有自锁环节、互锁环节、顺序动作环节和机械连锁等,以保证生产工艺要求的实现与电路安全可靠地工作。
(4)根据所选元件的尺寸等来做出相应的元件布置图和柜体的尺寸图。
2电气控制方案分析
对于两台37KW三相异步电动机,如果是直接起动,起动电流将使用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(Y-△)减压起动法;自耦变压器减压起动法等几种。
在本设计中,因电动机的接线方式是“Y”形,所带负载又为重载,根据各种起动方法的特点,这里选择自耦变压器减压起动法起动。
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。
根据设计题目要求有过载、缺相、短路等保护,确定为保护元件如下:
断路器、热继电器和熔断器。
2.1主电路设计
(1)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。
根据以上的方案分析以及设计要求,设计两台电动机控制线路的主电路,如图1所示。
(2)根据题目要求选择自耦降压启动的方式,所以电机M1和电机M2分别与一个自耦变压器连接,通过连接自耦变压器60%、80%的抽出头来实现降压启动。
(3)主回路中交流接触器KM1和KM2实现电动机M1自耦降压启动部分,KM4和KM5实现电动机M2自耦降压启动部分;交流接触器KM3、KM6实现全压运行的部分。
(4)电动机M1、M2由热继电器FR1、FR2实现过载保护。
QF1和QF2为电源总开关,既可完成主电路的短路保护,又起到分断三相交流电源的作用,使用和维修方便。
(5)熔断器FU1-FU6分别实现各负载回路的短路保护,FU11-FU13分别完成交流控制回路的短路保护。
图如下图1所示:
图1主回路设计图
2.2控制回路设计
根据控制要求和主电路的设计方案设计控制电路。
所以,①在起动过程中应保证KM3、KM6不能得电;②起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2所示。
2.2.1控制回路分析
(1)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QF1、QF2,HR1亮(通电指示)。
(2)万能转换开关SA选择45
,使两台泵处在M1用M2备。
按下SB1按钮,使得中间继电器KA的线圈得电,KA常开触点吸合,使得SB1自锁,HG1亮(启动按钮指示),另外控制电动机M1部分的控制回路得电导通,接触器KM1的线圈得电,HY1指示灯亮(降压运行指示灯),使得KM1常开触点闭合,使得线圈KM2和时间继电器KT1得电,主电路中得KM1和KM2常开主触点得电闭合,使得此电动机M1处于自耦变压器减压启动阶段。
(3)当KT1时间继电器的计时时间到达时,KT1常开触点闭合,使得接触器KM3的线圈的电,使得辅助常开触点闭合,形成自锁,接触器KM3辅助常闭触点打开使得接触器KM1线圈失电,从而导致接触器KM1常开触点断开、常闭触点闭合,导致KM2线圈失电,KM2常开触点断开,常闭触点闭合,从而主电路中进入全压运行阶段,同时HG2指示灯亮(全压运行指示灯)。
(4)回路中存在两台电动机M1、M2的互锁环节,当电动机M1启动的时候,穿在电动机M2回路中的KM1和KM3常闭触点得电而断开,因此在电动机M2中的时间继电器线圈无法得电,使得M2控制电路处于断开的状态。
2.2.2故障时切换备用电动机分析
当电动机M1控制回路出现故障的时候,热继电器的单刀双掷开关会自动切换到另一回路,使得HR2(故障指示灯)亮,同时由于电动机M1控制回路已经断开失电,所以穿在M2控制回路的常闭触点闭合,时间继电器KT4的线圈得点,当时间到后,时间继电器KT4闭合,使得电动机M2的控制回路导通,开始投入运行,具体运行分析如电动机M1。
2.2.3电动机停止运行
(1)当想要电动机停止是,可以按下按钮SB2,使得控制回路失电,从而主电路的常开触点断开,电动机失电开始停止运行。
(2)可以将转换开关SA旋转到0
,也可以切断控制回路电源,从而达到停止运行的目的。
2.2.4指示灯说明
(1)HR1为通电指示灯,当电路中断路器QF1、QF2闭合时点亮。
(2)HG1为启动指示灯,当电路中按钮SB1按下时点亮。
(3)HR2为电动机M1回路故障指示灯,当电动机M1回路出现问题时点亮。
(4)HY1为电动机M1降压启动阶段指示灯。
(5)HG2为电动机M1全压运行的指示灯。
(6)HR3为电动机M2回路故障指示灯,当电动机M2回路出现问题时点亮。
(7)HY2为电动机M2降压启动阶段指示灯。
(8)HG3为电动机M2全压运行的指示灯。
图如下图2所示:
图2控制回路设计图
3参数计算和元器件选择
因为电动机是选择的37W的,根据公式P=1.732UIcosφ*机械因数,其中:
P=40KW、U=380V、cosφ=0.85,机械因数=0.93所以有此公式计算出额定电流为71.4。
3.1自耦变压器选择
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,所以我们选用40KVA,即QZB1–40。
其外形尺寸为380mm×138mm×297mm。
3.2接触器的选择
该控制线路中共使用了三只交流接触器,因控制电路的电压为交流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起动与停止,故选用的类别均为AC–380V。
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,所以应分别加以选择。
因接触器KM3是在电动机正常运行时才工作,流过主触头的电流为电动机的额定电流71.4A,根据接触器的选择原则,应选额定电流为100A的CJ20-100型接触器。
该电动机虽采用减压起动,但起动时流过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通过的电流,在此我们也选用CJ20-100型接触器。
对于KM1,由于连接的是自耦变压器的“Y”点接头,不但工作的时间较短,且流过的电流也较平稳,所以选择CJ20-63型接触器,此接触器的额定电流为63A。
3.3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71.4A;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,其瞬时整定电流应为8~15倍的电动机的额定电流。
根据以上要求我们选用DZ20Y–100/33002型塑料外壳式低压断路器。
3.4转换开关的选择
因为电动机的容量为37KW,属于比较大的电机,所以用不了小型容量的LW5系列等的万能转换开关,LW5列万能转换开关适用于较大容量的电路接通、分段和转换,本次设计总所用到的档位一共有三档,因此选择了LW5-16A中的定位式结构。
即45
--0
--45
,使用起来方便,查看状态更加清晰。
图如下图3所示:
图3转换开关SA
3.5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,还应具备缺相保护的功能。
所以我们选用JR16系列的热继电器。
一般情况下,热继电器热元件的整定电流I可按下式选取:
I=(0.95~1.05)*INM
式中INM电动机额定电流,单位为A。
取上式系数为1.0,则热继电器热元件的整定电流为71.4A,再根据热元件等级,最后确定热元件额定电流为85A,所以确定选用JR16B–150/3D型热继电器,其额定电流为150A。
整定电流调节范围为53A~70A~85A。
3.6电流互感器与电流表的选择
因电动机的额定电流为71.4A,电流互感器一次侧的额定电流值应不小于71.4A,而二次侧的电流为标准的5A,故选用BH-0.66-150/5型电流互感器,该互感器额定电压为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,只要选用读数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。
3.7时间继电器和中间继电器的选择
该控制电路的电压为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。
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。
因控制电路电压为交流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。
其额定电压为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。
3.8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。
该控制电路在工作时,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。
控制回路选用RT18-32型熔断器。
熔体的额定电流为16A。
主回路选RT0-200A,熔体的额定电流为150A。
3.9指示灯和按钮的选择
该控制电路中共用了8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。
据此我们选用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GB26681-81的规定,选定为:
HG1、HG2、HG3为绿色;HY1、HY2为黄色;HR1、HR2、HR3为红色。
该控制电路中共用了2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,额定电压为交流380V)。
各按钮的颜色,根据国家标准GB26681-81的规定确定为:
停止按钮SB2为红色,起动按钮SB1为绿色。
3.10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路用导线。
电控装置中控制电路的导线截面,应按规定的载流量选择,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0.75mm
的单芯铜绝缘线,或小于0.5mm
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380V的BV铜芯塑料硬线作为控制电路的连接线,截面积为1.5mm
。
该线在环境温度为40℃时允许载流量为19A,考虑导线成捆或在行线槽中布线时按1/2允许载流量作为实际载流量计算,也达到9A,远超出实际负载电流。
主电路中导线一般截面较大,不考虑机械强度而只按允许载流量选择。
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35mm
。
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2.5mm
的BVR铜芯塑料绝缘软线作为连接线。
3.11母线排和接线端子的选择
母线的选择主要考虑以下几个方面:
母线的材料、截面形状、截面积、排列方式和支撑件的间距;母线在短路时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,通过查阅《电机工程手册》(输变电、配电设备卷),选用截面为30mm×3mm的(宽度×厚度)铜排作为母线。
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JF5–1.5型,此端子连接导线的最大截面为1.5mm
。
3.12元件清单
表1电器元件目录表
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
KM2KM3
KM5KM6
交流接触器
CJ20-100
~380V
3
QF1QF2
低压断路器
DZ20Y-100/33002
4
TA1TA2
电流互感器
BH-0.66-150/5
5
PA1PA2
电流表
42L6-150A
6
T1T2
自耦变压器
QZB1-40
7
FR1FR2
热继电器
JR16B-150/3D
~380V
8
FU1~FU6
FU11~FU13
熔断器
RT18-32
16A
RT0-200A
150A
9
SB1SB2
按钮
LA18-22
红色绿色各一个
10
HG1~HG3
HY1~HY2
HR1~HR3
指示灯
AD11-22/41-5G
绿色、黄色、红色各二个
11
KA
中间继电器
JZ7-44
~380V
12
KT1~KT4
时间继电器
ST3PA-B
~380V
13
SA
转换开关
LW5-16A
14
Ⅰ
接线端子
JF5-1.5
控制电路
4柜体设计
机柜为电气元器件和各体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。
我们设计时可以参照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。
机柜的工艺性要求是指在满足使用要求的前提下,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,在此我们选用标准柜。
根据要求我们选择GGD产品,主要尺寸为长1000mm,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。
柜体的四角装有吊环,使于起吊、装运。
另外GGD柜的价格也比较适中,可以满足我们的要求。
5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。
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布置在便于操作的部位,推荐布置在距地面700~1700mm的区域内。
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。
柜子内的元件布置图如下图4所示。
图如下图4所示:
图4柜内元器件布置图
6
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 橡胶坝 降压 启动 设计