兩臺37kw的動力配電柜設(shè)計

1、第一章 引言 低壓電氣柜是由一個或多個開關(guān)電器和相關(guān)的控制、測量、信 號、 保護、 調(diào)節(jié)等單元構(gòu)成， 由制造廠完成所有內(nèi)部電氣和機械連接， 用結(jié)構(gòu)部件完整地組裝在一起的一種組合體。 目前，國內(nèi)實際使用的電控類和低壓配電類電器柜的行業(yè)幾乎 包括了國民經(jīng)濟的全部行業(yè)。據(jù)有關(guān)資料顯示，我國發(fā)電量及用電量 以平均每年 10%的速度增長， 社會對高低壓配電柜的需求量也逐漸加 大。傳統(tǒng)的高低壓成套設(shè)備逐步向智能化、自動化方向發(fā)展。 這次設(shè)計的動力配電柜的控制對象為某鄉(xiāng)工業(yè)用水水廠兩臺三 相交流異步電動機， 使其能正常工作。 使用自扇冷式三相異步電動機， 電動機正常運行時的接法為“Y”形。第二章 基本原理

2、三相交流異步電動機工作原理：三相對稱繞組，通入三相對稱 交流電，將在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，此磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，將在轉(zhuǎn)子中 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流， 并且轉(zhuǎn)速低于同步速并與同步速方向相 同旋轉(zhuǎn)。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 (一) 控制方案分析 1. 確定啟動方法 對于兩臺 37kW 的三相異步電動機，如果直接啟動，啟動電流將 使電網(wǎng)電壓發(fā)生較大的波動而影響其他電動機或電器的正常工作， 所 以需要采用減壓啟動。 三相異步電動機常用的減壓啟動方法有：定子電路串電阻器（或 電抗器）減壓啟動法；星形-三角形減壓啟動法；自耦變壓器加壓啟 動法等幾種。因電動機的接線方式是星形，所帶負載又為重載，根據(jù) 各種啟動方法的

3、特點，我選擇自耦變壓器減壓啟動法啟動。 2. 電動機的控制原則 在電動機的啟動、調(diào)速、反向與制動過程中，按不同參數(shù)的變化 來實現(xiàn)自動控制，稱為電力拖動自動控制原則。各種控制原則及特點 見下表。選擇控制原則時，除考慮本身特點外，還應(yīng)考慮電力控制系 統(tǒng)提出的基本要求、安全可靠性、操作維修等因素。電動機控制原則及特點控制原則特點時間原則電路簡單、不受電機參數(shù)、電網(wǎng)電壓等參數(shù)的影響，任何電動機都適用速度原則電路簡單，控制加速時受電網(wǎng)電壓影響，制動時則無影響電流原則電路聯(lián)鎖較復(fù)雜，可靠性差，受各種參數(shù)影響大電勢原則較準確反映電動機轉(zhuǎn)速行程原則電路簡單，不受各種參數(shù)影響，只反映運動部件的位置根據(jù)各種控制原

4、則的特點，綜合考慮選用時間原則進行控制。3.電氣控制電路的聯(lián)鎖環(huán)節(jié)和電動機的保護環(huán)節(jié) 為了保證電力拖動控制系統(tǒng)中電動機、 各種電器和控制電路能正常運行，消除可能出現(xiàn)的危險因素，并在出現(xiàn)電氣故障時，盡可能縮 小故障范圍保障人身和設(shè)備的安全，必須對電力拖動控制系統(tǒng)設(shè)置 各種聯(lián)鎖和保護環(huán)節(jié)。 1） 聯(lián)鎖環(huán)節(jié) 在控制電路中，常用的聯(lián)鎖有自鎖環(huán)節(jié)、互鎖環(huán)節(jié)、順序動作環(huán)節(jié)和 機械聯(lián)鎖等，以保證生產(chǎn)工藝要求的實現(xiàn)與電路安全可靠的工作。 2） 電動機的保護環(huán)節(jié) 電動機常用的保護環(huán)節(jié)有短路保護、過電流保護、熱保護、零電壓和 欠電壓保護、弱磁保護及超速保護等。電力拖動系統(tǒng)中，根據(jù)不同的 工作情況， 對電動機設(shè)置一

5、種或幾種保護措施。 此設(shè)計中要求有過載、 缺相、 短路等保護， 確定保護元件如下： 斷路器, 熱繼電器和熔斷器。 (二)原理圖設(shè)計 1.主電路設(shè)計 在設(shè)計主電路時除要考慮有關(guān)保護外， 對主電路中的電流大小還應(yīng)有 指示。根據(jù)以上的方案以及設(shè)計要求，設(shè)計兩臺電動機控制線路的主 電路，如下圖：3. 控制電路設(shè)計 根據(jù)控制要求和主電路的設(shè)計方案設(shè)計控制電路。設(shè)計時應(yīng)注意： 在啟動過程中應(yīng)保證 KM3、KM6 不能得電；啟動結(jié)束后應(yīng)將自耦 變壓器 T1、T2 切除。所設(shè)計的控制電路如圖：(二) 控制電路原理分析 鑒于兩臺電動機控制電路的原理相同，現(xiàn)選取其中一臺電動機（M1） 進行分析。合上主電路中的 Q

6、S1、QF1HL5、HL6 亮（通電指示） 1. 電動機啟動按下 SB3 或 SB4KM1 得電自鎖KM2 得電，KT1 得電且延時 HL5、HL6 熄滅；HL3、HL4 亮 電動機啟動KT1 延時時間 到KA1 得電自鎖 KM1 失電； HL3、 HL4 熄滅 KM3 得電;KT1、KM2 失電 電動機正常運行，HL1、HL2 亮 ；2. 電動機停止 按下 SB1 或 SB2 后，KM3 失電，電動機停止。3. 控制電路的互鎖保護 KM1 得電時，其串在 KM3 線圈支路上的常閉觸頭斷開，保證了 KM3 不能得電；KM3 得電的前提是 KA1 得電，KA1 的常閉觸頭又會將 KM1 切斷，保

7、證電動機在全壓運行時，KM1、KM2 線圈處于斷電狀態(tài)， 因而將自耦變壓器 T1 切除。 另外，改控制電路中，點劃線框中的元件，設(shè)在異地控制箱內(nèi)。第四章 技術(shù)指標分析（一）元器件的選擇 1.自耦變壓器的選擇 選擇自耦變壓器主要是選擇其型號與功率。 對于啟動用自耦變壓 器型號主要有 QZB1 和 ZOB1O 兩種， 在此我選用 QZB1 系列的自耦變壓 器；對于功率，原則上應(yīng)與所控制的電動機的功率相同，但由于市場 上沒有 37kW 這個功率等級的自耦變壓器出售，所以我選用 40kW，即 外形尺寸為 380mm×138mm×297mm。 2.接觸器的選擇 該控制線路中共使用了三

8、只交流接觸器， 因控制電路的電壓未交 流 380V，故三只接觸器的線圈額定電壓均為 380V。又因控制的是三 相籠型異步電動機的啟動與停止，故選用的類型均為 AC-3。 由于電路電壓為 380V， 故所選接觸器的額定電壓應(yīng)不小于 380V。 因三個接觸器 KM1、 KM2、 在工作時流過主觸頭的電流大小不一樣， KM3 所以應(yīng)該分別加以選擇。 因接觸器 KM3 是在電動機正常運行時踩工作， 流過主觸頭的電流 為電動機的額定電流 71.2A，根據(jù)接觸器的選擇原則，可選額定電流 為 100A 的 CJ20-100 型接觸器。改電動機雖采用減壓啟動，但啟動時 流過 KM2 的電流仍會遠遠超過主電路的

9、額定電流。 又由于 KM2 的工作 時間較短，因此所選接觸器的額定電流可以適當小于實際變壓器的 “Y”點接頭，不但工作的時間較短，且流過的電流也較平穩(wěn)，所以 可以選擇 CJ20-63 型接觸器，此接觸器的額定電流為 63A。3.低壓斷路器的選擇 根據(jù)低壓斷路器的選擇原則， 所選斷路器的額定工作電壓必須不 小于電路額定電壓 380V；額定電流必須不小于主電路的額定電流 71.2A；額定短路通能力應(yīng)不小于電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流， 經(jīng)計算最大短路電流約為 16kA。斷路器欠電壓脫扣器額定電壓應(yīng)等 于電路額定電壓 380V；作為電動機保護的斷路器，其瞬時整定電流 應(yīng) 815 倍的電動機額定電流。

10、 根據(jù)以上要求我選用 DZ20Y-100/3300 型塑料外殼式低壓斷路器。4.刀開關(guān)的選擇 因電路電壓為流 380V，電動機的工作電流為 71.2A，再考慮控制 電路中各電器線圈的工作電流，可選額定電壓為流 380V，額定電流 為 200A 的 HD13 系列 3 級刀開關(guān)，型號為 HD13BX-200/31。5.熱繼電器的選擇 為保護電動機不會因缺相而燒壞， 所選熱繼電器除具有過載保護 作用外，還應(yīng)具有缺相保護的功能。所以我選用 JR16 系列的熱繼電 器。 6.電流互感器與電流表的選擇 因電動機的額定電流為 71.2A，電流互感器一次側(cè)的額定電流值 應(yīng) 不 小 于 71.2A ， 而 二

11、 次 側(cè) 的 電 流 為 標 準 的 5A ， 故 可 選 用 LMZ3-0.66-150/5 型電流互感器，改互感器額定電壓為 660V，一次側(cè) 額定電流為 150A，二次側(cè)額定電流為 5A。 電流表的選擇， 只要選用讀書范圍與電流互感器一次側(cè)的額定電流值配套的交流電表即可，確定選用 42L6-A150 型電流表。7.時間繼電器的選擇 該控制電路的電壓未 380V，所以 KT1 的線圈電壓也應(yīng)為 380V。 在此電路中對觸頭的要求是：得電延時的常開觸頭需有一對。根據(jù)以 上要求，查閱有關(guān)手冊，選用 ST3PA-B 型超級時間繼電器。 8.中間繼電器的選擇 選擇中間繼電器的主要參數(shù)有：中間繼電器

12、的額定電壓；常 開常閉觸頭數(shù)量；線圈額定電壓。因控制電路電壓未交流 380V， 常開常閉觸頭的數(shù)目是 2 常開 2 常閉， 可選用 JZ7-44 型中間繼電器。 其額定電壓未 380V，線圈額定電壓也為 380V，觸頭數(shù)量為 4 常開 4 常閉，觸頭額定電流為 5A。 9.熔斷器的選擇 熔斷器作為控制電路的短路保護，選擇時主要從額定電壓、額定 電流和額定分斷能力等三方面考慮。 1）熔斷器的額定電壓必須不小于熔斷器工作點的電壓 （380V） 。 2）熔斷器的額定分斷能力應(yīng)大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路 電流（16kA） 。 3） 熔斷器的額定電流應(yīng)根據(jù)被保護的電路（支路）及設(shè)備的額 定負載電流選擇

13、。 改控制電路在工作時，最多有兩個線圈同 時吸合以及兩個指示燈同時工作，估算其最大負載電流為 10A，故所選熔斷器應(yīng)大于此值。另外為方便安裝，所選熔 斷器應(yīng)能插在安裝端子的導(dǎo)軌槽中，所以我選用 RT18-32型熔斷器。熔體的額定電流為 16A。10.指示燈的選擇 該控制電路中共用了 6 只指示燈，選擇指示燈，主要是根據(jù)其工 作電壓以及使用場合來確定其型號和顏色。據(jù)此我選用 AD11 系列的 指示燈，其型號為 AD11-22/41-5G，額定電壓為 380V。 各指示燈的顏色，根據(jù)國家標準規(guī)定，選定為 HL1、HL2 為綠色； HL3、HL4 為黃色；HL5、HL6 為紅色。 11.按鈕的選擇

14、該控制電路中共用了 4 只按鈕。 按鈕選擇的主要參數(shù)有按鈕的型 號、觸頭數(shù)量、額定電壓與顏色等。大部分按鈕額定電流達到 5A 就 能滿足要求。根據(jù)控制電路電壓，按鈕觸頭數(shù)，選定個各按鈕型號為 LA18-22(即有 2 對常開，2 對常閉，型式為一般式，額定電壓未交流 380V)。 各按鈕的顏色，根據(jù)國標的規(guī)定確定為：停止按鈕 SB1、SB2 為 紅色，啟動按鈕 SB3、SB4 為綠色。 12.導(dǎo)線的選擇 導(dǎo)線主要分為兩個部分： 連接主電路用導(dǎo)線和連接控制電流用導(dǎo) 線。 電控裝置中控制電路的導(dǎo)線截面，應(yīng)按規(guī)定的截流量選擇，但考 慮到機械強度的需要，對于低壓電控設(shè)備的輔助線路，應(yīng)選用截面不 小于

15、0.75m 的單芯銅絕緣線，或不小于 0.5m 的多芯銅絕緣線。 導(dǎo)線的額定絕緣電壓應(yīng)與電路的額定工作電壓相適應(yīng)。 故選用絕緣電壓為交流 380V 的 BV 銅芯塑料硬線作為控制電路的連接線， 截面積為 1.5 m 。該線在環(huán)境溫度為 40時允許載流量為 19A，考慮導(dǎo)線成 捆或在線槽中布線時按 1/2 允許截流量作為實際截流量計算， 也達到 9A，遠超出實際負荷電流。 主電路中導(dǎo)線一般截面較大， 不考慮機械強度而只按允許截流量 選擇。在這里主電路中電流按電動機達最大功率時滿載電流來選擇， 選用絕緣電壓為 380V 的 BVR 銅芯塑料軟線作為主電路的連接線，截 面積為 35 m 。該線在環(huán)境

16、溫度為 40時允許載流量達 134A，肯定 能滿足要求。對于主電路中電流表回路的連接線，由于電流最大為 5A， 所以可選用截面為 2.5 m 的 BVR 銅芯塑料絕緣軟線作為連接線。 13.母線排的選擇 母線的選擇主要考慮以下幾個方面：母線的材料、截面形狀、排 列方式和支撐件的間距；母線在短路時的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。 母線的材料主要有銅和鋁，一般用銅材料較多。母線截面形狀的 選擇應(yīng)考慮集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、電磁波滲透深度等因素的影響，并 要求散熱良好、機械強度高、安裝簡單和連接方便。成套開關(guān)設(shè)備用 母線一般選用矩形，再根據(jù)母線的載流量，查閱資料，選用截面為 30mm×3mm（寬度

17、15;厚度）的銅線作為母線。 14.接線端子的選擇 接線端子分為主電路接線端子與控制電路接線端子。 由于主電路 的導(dǎo)線截面較大、自耦變壓器上自帶接線柱，所以無需再選擇接線端 子。對于主電路中電流表回路的接線，根據(jù)其連接導(dǎo)線的截面，選用JF5-2.5 型端子。同樣，控制電路的接線端子，可選用 JF5-2.5 型， 此端子連接導(dǎo)線的最大截面為 1.5 m 。（二）元件明細表序號元件符號元件名稱型號規(guī)格備住1KM1 KM4交流接觸器CJ20-63380V2KM2 KM3 KM5 KM6交流接觸器CJ20-100380V3QF1 QF2低壓短路器DZ20Y-100/33004QS1 QS2刀開關(guān)HD1

18、3BX-200/315TA1 TA2電流互感器LMZ3-0.66-150/56A1 A2 A3 A4電流表42L6-A150A7T1 T2自耦變壓器QZB1-408FR1 FR2熱繼電器JR16B-150-3D380V9FU1 FU2熔斷器RT18-3216A10SB1 SB2 SB5 SB6按鈕LA18-22紅色11SB3 SB4 SB7 SB8LA18-22綠色12HL1 HL2指示燈AD11-22/41-5G綠色13HL3 HL4AD11-22/41-5G黃色14HL5 HL6AD11-22/41-5G紅色15KA1 KA2中間繼電器JZ7-44380V16KA1 KT2時間繼電器ST3

19、PA-B380V17接線端子JF5-1.5控制電路18接線端子JF5-2.5電流表回路（三）柜體設(shè)計 柜體設(shè)計應(yīng)滿足以下三個方面的要求： 1. 尺寸要求 機柜為電氣元器件和各種附件提供必需的安裝空間， 因而首先遇到的是尺寸問題。由于工程設(shè)計和機柜本身配套的需要，對機柜的外 形尺寸、安裝尺寸和某些互換性尺寸必須作出一些規(guī)定，一般都以標 準的形式加以規(guī)范。設(shè)計時可以參照 GB7267-87“電力系統(tǒng)二次揮了 揮控制，保護屏及柜基本尺寸系列”標準。在前面我選用的自耦變壓 器的外形尺寸為 380mm×138mm×297mm，所以設(shè)計的柜體必須放得下 兩個這樣的自耦變壓器。 2. 功

20、能要求 機柜的功能要求包括產(chǎn)品的功能要求和機柜結(jié)構(gòu)的功能要求這 兩個方面。歸納起來大致有電氣元器件及其附件的安裝要求；外 殼防護要求；屏蔽和接地要求；通風散熱要求；人機學(xué)要求； 布線要求；機柜的強度和剛性要求等。3機柜的工藝性要求 機柜的工藝性要求是指在滿足使用功能要求的前提下， 對機柜的 總體及零件、部件制造的可行性喝經(jīng)濟性的要求，以及機柜滿足電氣 設(shè)備裝配的工藝性和可維修性要求。在設(shè)計一般的配電、控制柜時， 柜體都可選用標準系列柜。對于非標準柜，可根據(jù)以上設(shè)計原則進行 設(shè)計。為縮短設(shè)計時間、減少工作量、降低成本，在此我們選用標準 柜。 根據(jù)要求我選用標準柜 GGD 柜，產(chǎn)品代號 TGGD2

21、 08，主要尺寸為 長 800mm，寬 600mm，高 2200mm。此柜的柜門采用鍍鋅轉(zhuǎn)軸式鉸鏈與 構(gòu)架相連，安裝、拆卸方便。柜體前后、頂面及兩端側(cè)的防護等級達 到 IP30，也可根據(jù)用戶的需要在 IP20-IP40 之間選擇。在柜體的下部、 后上部和頂部均有通風散熱孔， 使柜體在運行中形成自然通風道， 有較好的散熱性能。柜體的頂蓋可在需要時拆除，便于現(xiàn)場主母線的 裝配和調(diào)整。柜頂?shù)乃慕茄b有吊環(huán)，便于起吊、裝運。另外 GGD 柜的 價格也比較適中可以滿足我的要求。 （四）電器布置圖的設(shè)計 1.低壓電器電控制設(shè)備的布置原則 在進行布置時應(yīng)考慮到監(jiān)視、操作、連線及維修的方便，并應(yīng)力 求整齊美觀。

22、設(shè)計要符合 GB4720電氣傳動控制設(shè)備 低壓電器電控設(shè)備中技術(shù)條件的規(guī)定。 （1） 接觸器、繼電器的布置 控制柜/屏上繼電器、接觸器均應(yīng) 第一部分： 符合本身的安裝要求。噴弧距離較長的接觸器應(yīng)布置在屏、柜的最上 部，并保證噴弧的距離，以免引起事故，有必要時，可增設(shè)阻隔電弧 的設(shè)施。 但應(yīng)注意構(gòu)架的機械強度及振動的影響。 大型元件可裝在屏、 柜的下部。 在屏、柜的整個區(qū)域內(nèi)均可布置中小型接觸器和繼電器，而手動 復(fù) 位 繼 電 器則 應(yīng)該 布 置 在 便于 操作 的 部 位 ，推 薦布 置 在 距 地面 700mm-1700mm 的區(qū)域內(nèi)。對噴弧區(qū)較大的電器，建議布置在距地面 1.7 以上的區(qū)域

23、。元器件的空間距離應(yīng)符合 GB4720電氣傳動控制設(shè) 備 第一部分；低壓電器電控設(shè)備的規(guī)定，即安裝在設(shè)備上的電器 元件與另一個電器元件的導(dǎo)電部件之間； 一個導(dǎo)電部件與另一個導(dǎo)電 部件之間的爬電距離和電氣間隙如下表： 額定絕緣電壓（V）電氣間隙（mm）爬電距離(mm)300610300-660814660-8001020800-15001428布置元器件時， 應(yīng)留有布線、 接線、 維修和調(diào)整操作的空間間距， 板前接線式元器件應(yīng)大于板后接線式元器件的空間間距。 (2)操縱器件的布置 操縱器件包括：低壓斷路器操作手柄、按鈕、 按鍵開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等?？刂乒竦膬x表板上只能安裝小型操縱器件， 且一般布置在

24、儀表板的下部。其他操縱部件布置在柜、屏距地面 700-1700mm 的區(qū)域。布置時應(yīng)按照操作順序由左到右、由上至下布 置。 按鈕的排列：停止按鈕可放在一端或中間位置，在這個控制線路 中按鈕的排列如下圖： 運行 停止向上噴弧的低壓斷路器， 應(yīng)留有足夠的噴弧距離或增設(shè)阻隔電弧 的設(shè)施，以免損壞其他元器件。 （3）其他器件的布置 1）接線座 用于相鄰柜、屏間的連線時，宜布置在柜、屏的兩側(cè)； 用于外部接線的接線座， 宜布置在柜、 屏下部。 接線座布置在屏下時， 不宜低于 300mm，柜內(nèi)布置時不應(yīng)低于 200mm。周圍需留有足夠的空 間，以便于外部電纜的引入。 2）母線 母線應(yīng)涂色表示相序、正極、負極及中性線。除安全接線 需全長標色外，其他允許在母線的醒目處標示一段。主電路相序排列 和顏色，以屏、柜的正視方向為準，應(yīng)符合下表的規(guī)定：相序垂直排列水平排列前后排列色標A上左遠黃B中中中綠C下右近紅中性