1、兩臺三相交流電動機配電柜的設計畢業設計說明書系部：機電工程系 專業：電氣自動化班級：08電氣一班姓名：張玉偉指導老師：張勃老師引言 本次設計對象為某鄉工業用水水廠兩臺37kw三相交流電動機的動力配電柜，該配電柜是以交流50Hz，額定電壓380v的低壓電氣柜。低壓電氣柜是集多個開關電器和相關的控制、測量、信號、保護、調節等單元于一體的一種電氣設備。 本設計主要內容是兩臺37kw三相交流異步電動機的控制、低壓控制電器的選擇、低壓控制電器的參數、指示燈、按鈕、導線、母線排、接線端子的選擇、三相交流籠型異步電動機主電路的設計、三相交流籠型異步電動機控制電路的設計、柜體的設計、電器布置圖的設計、元件明細

2、表、用Auto CAD完成控制電路接線圖的繪制。 目前，國內實際使用的電控類和低壓配電類電氣柜的行業幾乎包括了國民經濟的全部行業。據有關資料顯示，我國發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，而本次設計的低壓配電柜具有分斷能力強、動熱穩定性好、電氣方案靈活、組合方便、實用性強、結構新穎等特點，使傳統的高低壓成套設備逐步向智能化、自動化方向發展。 編者 2011年3月基本原理該配電柜主要控制對象為工業用水水廠兩臺三相交流異步電動機，該柜是由柜體、母線、一二次元件、輔材等組成的完整設備，它在電網中起著接收和分配電能的作用，同時對電力設備起著控制和保護作用。其中母

3、線板、刀開關、斷路器、電流互感器、自耦變壓器、交流接觸器、熱繼電器組成的設備為一次設備。為了使一次系統能安全可靠、穩定地運行，隨時監視一次系統運行狀態，同時能隨時控制一次系統所必須配備許多其他電器元件及設備，如：測量儀表（電流表）、控制信號元件（信號燈、按扭、轉換開關等）、繼電保護裝置等。 首先該廠使用的是自扇冷式三相籠型異步電動機，其額定功率為37kw，額定電流為71.2A，額定工作電壓為380v。對于電動機的起動，如果采用直接起動，起動電流將使電網電壓發生較大的波動而影響其他電動機或電器的正常工作，所以，采用通過自耦變壓器減壓起動的方法。QS為刀開關，主要用于手動接通或分斷開電流較小的電路

4、。TA為電流互感器，它二次繞組的額定電流為5A，可以避免主電路的高壓直接引入儀表、繼電器，又可防止儀表、繼電器的故障影響主電路，提高工作的安全性和可靠性。FR為熱繼電器，做電動機的過載保護。KM為交流接觸器，是一種自動化的控制電器，主要用于頻繁的接通和分斷交直流電路，具有控制容量大，可遠距離操作的優點。 結構設計說明 （一）控制方案分析1. 確定起動方法 對于兩臺37kw的三相異步電動機，如果直接起動，起動電流將使電網電壓發生較大的波動而影響其他電動機或電器的正常工作，所以需采用減壓起動。 三相異步電動機常用的減壓起動方法有：定子電路串電阻器（或電抗器）減壓起動法；星形三角形減壓起動法；自耦變

5、壓器減壓起動法等幾種。在本例中，因電動機的接法是星形，所以帶負載又為重載，根據各種起動方法的特點，選擇自耦變壓器減壓起動法起動。自耦變壓器又成起動補償器，它可以限制起動電流的同時，用自耦變壓器減壓起動將比其他減壓起動方法獲得較大的起動轉矩；起動用自耦變壓器減壓起動，用戶可根據電網允許的起動電流和機械負載所需的起動轉矩通過二次繞組的三個抽頭進行選配。2.電動機的控制原則 在電動機的起動、調速、反向與制動過程中，按不同參數的變化來實現自動控制，稱為電力拖動自動控制原則。各種控制原則及特點如下表。選擇控制原則時，除考慮其本身特點外，還應考慮電力控制系統提出的基本要求、安全可靠性、操作維修等因素?？刂?/p>

6、原則特點時間原則電路簡單,不受電機參數、電網電壓等參數的影響，任何電機都適用速度原則電路簡單，控制加速時受電網電壓影響，制動時則無影響電流原則電路聯鎖復雜，可靠性差，受各種參數影響大電勢原則較準確反應電動機轉速行程原則電路簡單，不受各種參數影響，只反應動作部分的位置根據各種控制原則的特點，綜合考慮選用時間原則進行控制。3. 電氣控制電路的聯鎖環節和電動機的保護環節 為了保證電力拖動控制系統中電動機、各種電器和控制電路能正常運行，消除可能出現的危險因素，并在出現電氣故障時，盡可能縮小故障范圍，保障人身和設備的安全，必須對電力拖動控制系統設置各種聯鎖和保護環節。（1）聯鎖環節 在控制電路中，常用的

7、聯鎖有自鎖環節、互鎖環節、順序動作環節和機械聯鎖等，以保證生產工藝要求的實現與電路安全可靠地工作。（2）電動機的保護環節 電動機常用的保護環節有短路保護、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。電力拖動系統中，根據不同的工作情況，對電動機設置一種或幾種保護措施。如：過載保護、缺相保護、短路保護等，確定保護元件如下：斷路器、熱繼電器和熔斷器。（二）原理圖設計1. 主電路設計 在設計主電路時除要考慮有關保護外，對主電路中的電流大小還應有指示，因而加電流表對電流進行監視。根據以上的方案分析以及設計要求，設計兩臺電動機控制線路的主電路。2.控制電路設計 根據控制要求和主電路的設計

8、方案設計控制電路。注意事項：a. 在起動過程中應保證KM3、KM6不能得電；b. 起動結束后應將自耦變壓器T1、T2切除。M1的控制電路圖：M2的控制電路圖：（三）控制電路原理分析 鑒于兩臺電動機控制電路的原理相同，選取其中一臺電動機（M2）進行分析。合上主電路中的QS2、QF2HL11、HL12亮（通用指示）1.電動機起動按下SB7或SB8KM4得電并自鎖KM5得電 KT2得電且延時HL11、HL12熄滅HL9、HL10亮電動機起動KT2延時時間到KA2得電自鎖 KM4失電HL9、HL10熄滅 KM6得電KT2、KM5失電 【HL7、HL8亮電動機正常運行2.電動機停止 按下SB5或SB6后

9、，KM6失電，電動機停止3. 控制電路的互鎖保護 KM4得電時，其串在KM6線圈支路上的常閉觸頭斷開，保證了KM6不能得電；KM6得電的前提是KA2得電，KA2的常閉觸頭又會將KM4切斷，保證電動機在全壓運行時，KM4、KM5線圈處于斷電狀態，因而將自耦變壓器T2切除。（四）柜體設計 柜體設計應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須的安裝空間，因而首先遇到的是尺寸問題。由于工程設計和機柜本身配件的需要，對機柜的外形尺寸、安裝尺寸和某些互換尺寸必須作出一些規定，一般都以標準的形式加以規范。我們設計時參照GB726787電力系統二次回路控制，保護屏及柜基本尺寸系

10、列標準。在前面我們選用的自耦變壓器的外形尺寸為：380mm138mm297mm，所以設計的柜體必須能放得下兩個這樣的自耦變壓器。2. 功能要求 機柜的功能要求包括產品的功能要求和機柜結構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、部件制造的可行性和經濟性的要求，以及機柜滿足電氣設備裝配的工藝性和可維修性要求。 在設計一般的配電、控制柜時，柜體都可選用標準系列柜。對于非標準柜，可根據以上設計原則進

11、行設計。為縮短設計時間、減少工作量、降低成本，原則標準柜。 跟據要求選擇標準GGD柜，產品代號TGGD208，主要尺寸為長800mm，寬600mm，高2200mm。此柜的柜門采用鍍鋅轉軸式鉸鏈與構架相連，安裝、拆卸方便。柜體前后，頂面及兩端側的防護等級達到IP30，也可根據用戶的要求在IP20IP40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，便于現場主母線的裝配和調整。柜頂的四角裝有吊環，便于起吊、裝運。另外GGD柜的價格也比較適中，可以滿足我們的要求。（五）電氣布置圖的設計 低壓電器電控設備的布置原則 在進行

12、布置時應考慮到監視、操作、連線及維修的方便，并應力求整齊美觀。設計要符合GB4720電氣傳動控制設備 第一部分：低壓電器電控設備中技術條件的規定。 （1）接觸器、繼電器的布置控制柜、屏上繼電器、接觸器均應符合本身的安全要求。噴弧距離較長的接觸器應布置在屏、柜的最上部，并保證噴弧距離，以免引起事故，有必要時，可增設阻隔電弧的設施。但應注意構架的機械強度及振動影響。大型元件可裝在屏、柜的下部。 在屏、柜的整個區域內均可布置中小型接觸器和繼電器，而手動復位繼電器則應布置在便于操作的部位，推薦布置在距地面7001700mm的區域內。對噴弧區較大的電器，應布置在距地面1.7m以上的區域。元件的空間距離應

13、符合GB4720電氣傳動控制設備第一部分：低壓電器電控設備的規定，即安裝在設備上的電器元件與另一個電器元件的導電部分之間；一個導電部件與另一個導電部件之間的爬電距離和電氣間隙，不得低于下表中的數據。 額定絕緣電壓/V電氣間距/mm爬電間距/mm300610300600814660800102080015001428 布置元器件時，應留有布線，接線，維修和調整操作的空間距離，板前接線式元器件應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、轉換開關等?？刂乒竦膬x表板上只能安裝小型操縱器件，且一般布置在儀表板的下部。其他操縱器件推薦布置在柜

14、、屏距地面7001700mm的區域。布置時應按照操作順序由左到右、從上至下布置。 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 ：停止運行向上噴弧的低壓斷路器，應留有足夠的噴弧距離或增設阻隔電弧的設施，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；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，柜內布置時不應低于200mm。周圍需留有足夠的空間，以便于外部電纜的引入。 2）母線 母線應涂色表示相序、正極、負級及中性線。除安全接線需全長標色外，其他允許在母線的題目處標示一段

15、。主電路相序排列和顏色，以屏、柜的正視方向為準，應符合規定。 技術指標分析1.用電設備計算負荷的計算：由于電動機為37KW即Pe=37kw由工廠供電附錄1查得：水泵電動機 需要系數Kd=0.8, cos=0.8， tan=0.75有功計算負荷P30=KdPe=0.837=29.6無功計算負荷Q30=P30 tan=29.60.75=22.2kvar視在計算負荷S30=P30/ cos=29.6/0.8=37KVAI30=S30/3UN=37/1.7320.38=56.21A2. 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。對于起動用自耦變壓器型號主要有QZB1和ZOB10兩種，在此

16、我們選用QZB1系列的自耦變壓器；對于功率，原則上應與所控制的電動機的功率相同，但由于市場上并沒有37kw這個功率等級的自耦變壓器出售，所以我們選用40kw，即QZB140。其外形尺寸為380mm138mm297mm。3. 接觸器的選擇 該控制照路中共使用了三只交流接觸器，因控制電路的電壓為交流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起動與停止，故選用的類別均為AC3。 由于電路電壓為380V，故所選接觸器的額定電壓應不小于380V。因三個接觸器KM1、KM2、KM3在工作時流過主觸頭的電流大小不一樣，所以應分別加以選擇。電動機控制電路電流計算；流過接

17、觸器KM2的電流；IKM2=PM11000/K.UN取K=1則IKM2=371000/380=97.36A所以KM2選擇額定電流為100A的接觸器，型號為CJ20-100。由于主觸頭額定電流IKM3與IKM2相同即IKM3=IKM2=97.36A所以KM3選擇額定電流為100A的接觸器，型號為CJ20-100。由于KM1連接自耦變壓器，工作時間短，且電流較平穩，故選擇額定電流較小一點的，選63A,型號為CJ20-63。3. 低壓斷路器的選擇根據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；額定短路通斷能力應不小于電路

18、中可能出現的最大短路電流，經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，其瞬時整定電流應為815倍的電動機的額定電流。 根據以上要求我們選用DZ20Y-100/3300型塑料外殼式低壓斷路器。4. 刀開關的選擇 因電路電壓為交流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一般為幾十毫安至幾百毫安，可選額定電壓為交流380V，且IQN3電動機額定電流INIQN371.2=213.6A考慮到控制電路中各電器線圈的工作電流一般都很小，所以選擇380V,200A的HD13系列3極刀開關，型號為HD13BX-

19、200/31。5. 熱繼電器的選擇 為保護電動機不會因缺相而燒壞，所以熱繼電器除具有過載保護作用外，還應具備缺相保護功能。所以選擇用JR16系列的熱繼電器。 一般情況下，熱繼電器熱元件的整定電流I可按下式選?。?I（0.951.05）INM式中INM電動機額定電流，單位為A。 取上式系數為1.0，則熱繼電器熱元件的整定電流為71.2A，再根據熱元件等級，最后確定熱元件額定電流為85A，所以確定選用JR16B150/3D型熱繼電器，其額定電流為150A。整定電流調節范圍53A70A85A。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，電流互感器一次側的額定電流值應不小于71.2

20、A，而二次側的電流為標準的5A，故可選用LMZ30.66150/5型電流互感器，該互感器額定電壓為660V，一次側額定電流為150A，二次側額定電流為5A。 電流表的選擇，只要選用讀數范圍與電流互感器一次側的額定電流值配套的交流電表即可，確定選用42L6A150型電流表。7. 時間繼電器的選擇 該控制電路的電壓為380V，所以KT1的線圈電壓也應為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。根據以上要求，查閱有關手冊，選用ST3PAB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技術參數有：a.中間繼電器的額定電壓；b.常開常閉觸頭數量；c.線圈額定電壓。因

21、控制電路電壓為交流380V，常開常閉觸頭的數目是2常開2常閉，可選用JZ744型中間繼電器。其額定電壓為380V，線圈額定電壓也為380V，觸頭數量為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大于線路中可能出現的最大短路電流16KA。3）熔斷器的額定電流應根據被保護的電路及設備的額定負載電流選擇。該控制電路在工作時，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，故所選熔斷器應大于此值

22、。另外為方便安裝，所選熔斷器應能插在安裝端子的導軌槽中。熔斷器電流的計算；查工廠供電設計手冊得PN為37KW的電動機 沖擊電流Ist=195A,額定電流IN=71.2A尖峰電流；Ipk=I30+（Ist-IN）max=180A根據熔體額定電流IN.FEK.IPKKIPK=0.085180=15.3A即IN.FE15.3A該熔斷器額定電流選16A,型號為RT18-32。10. 指示燈的選擇 該控制電路共用了6只指示燈，選擇指示燈，主要是根據其工作電壓以及使用場合來確定其型號和顏色。據此我們選用AD11系列的指示燈，其型號為AD1122/415G，額定電壓為380V。 各指示燈的顏色，根據國家標準

23、GB2668181的規定，選定為：HL1、HL2為綠色；HL3、HL4為黃色；HL5、HL6為紅色。11. 按鈕的選擇 該控制電路中共用了4只按鈕。按鈕選擇的主要參數有按鈕的型號、觸頭數量、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。根據控制電路電壓，按鈕觸頭數，選定各按鈕型號為LA1822即2對常開，2對常閉，型式為一般式，額定電壓為交流380V。 各按鈕的顏色，根據國家標準GB2668181的規定確定為：停止按鈕SB1、SB2為紅色，起動按鈕SB3、SB4為綠色。12. 導線的選擇 導線主要分為兩個部分：連接主電路用導線和連接控制電路用導線。 電控裝置中控制電路的導線截面，應

24、按規定的載流量選擇，但考慮到機械強度的需要，對于低壓電控設備的輔助線路，應選用截面不小于0.75平方毫米的單芯銅絕緣線，或不小于0.5平方毫米的多芯銅絕緣線。導線的額定絕緣電壓應與電路的額定工作電壓相適應。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1.50平方毫米。該線在環境溫度為40攝氏度時允許載流量為19A，考慮導線成捆或在行線槽中布線時按12允許載流量作為實際載流量計算，也達到9A，遠超出實際負載電流。 主電路中導線一般截面較大，不考慮機械有強度而只按允許載流量選擇。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

25、塑料軟線作為主電路的連接線，截面積為35平方毫米。該線在環境溫度為40攝氏度時允許載流量達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平方毫米的BVR銅芯塑料絕緣軟線作為連接線。導線選擇；（1）主電路導線截面的選擇；查工廠供配電設計手冊BVR型銅芯絕緣線的載流量附錄得；40時，主電路每相BVR型銅芯絕緣線截面為35m時載流量Ial=134AI30=56.21A.所以按發熱條件，主電路相線選擇35 m。（2）主電路中電流表回路連接線的選擇；40時，BVR型銅芯絕緣線截面為2.5m時載流量Ial=18.06A5A.所以按發熱條件，電流表回路連

26、接線選擇選擇2.5 m。（3）控制電路導線截面的選擇；40時，BV型銅芯絕緣線截面為1.5m時載流量Ial=19A5A.所以按發熱條件，電流表回路連接線選擇選擇1.5 m。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、截面積、排列方式和支撐件的距離；母線在短路時的熱穩定性和動穩定性。 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考慮集膚效應、鄰近效應、電磁波滲透深度等因素的影響，要求散熱良好、機械強度高、安裝簡單和連接方便。成套開關設備用母線一般選用矩形，再根據母線的載流量，通過查閱電機工程手冊選用截面為30mm*3mm(寬度厚度)的銅排作為母線

27、。 14. 接線端子的選擇 在設計配電柜時往往將整個控制系統分成幾部分安裝，各部分之間的連接線必須通過接線端子連接，所以還需要選擇接線端子。 接線端子分為主電路接線端子與控制電路接線端子。由于主電路的導線捷面較大、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，根據其連接導線的截面，選用JF52.5型端子。同樣，控制電路的接線端子，可選用JF51.5型，此端子連接導線的最大截面為1.5平方毫米。 15元件明細表序號元件符號元件名稱型號規格備注1KM1 KM4交流接觸器CJ20-63380V2KM2 KM3KM5 KM6交流接觸器CJ20-100380V3QF1 Q

28、F2低壓斷路器DZ20Y-100/33004QS1 QS2刀開關HD13BX-200/315TA1 TA2電流互感器LMZ3-0.66-150 /56A1 A2A3 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 SB2SB5 SB6按鈕LA18-22紅色11SB3 SB4SB7 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 KA

29、2中間繼電器JZ7-44380V16KT1 KT2時間繼電器ST3PA-B380V17I接線端子JF5-1.5控制電路18II接線端子JF5-1.5電流表回路結論通過對兩臺37kw三相交流電動機的動力配電柜的設計，讓我掌握了低壓配電柜的一般設計方法，并對低壓配電柜的組成員件及其作用有了更深刻的認識。 首先，通過這段時間的學習，重溫了電動機的知識，對電動機的起動、制動，以及電動機正常運行時的過載、短路、缺相等保護，還依據電動機的控制原則，設計出了控制兩臺三相異步電動機的主電路，控制電路。并對主電路及控制電路進行分析；其次，掌握配電柜的低壓電器的用途及其參數，查閱資料后，知道了自耦變壓器是在電動機

30、起動時，對電動機進行降壓起動，從而減小因電動機起動瞬間電流過大對電網電壓及其他設備的影響，通過對其參數分析后，選擇型號為QZB1-40自耦變壓器，用手動接通和斷開電流較小的電路，依據電路電壓380V，電動機額定電流71.2A，選擇額定電壓為交流380V，額定電流為200A的HD13系列3極刀開關，型號為HD13BX200/31。電流互感器的二次額定電流為5A，以避免主電路的高壓直接引入依表、繼電器，又可防止儀表、繼電器的故障影響主電路，從而提高工作的安全性和可靠性。依據額定電壓為660V，一次額定流150A，二次額定電流5A，選擇型號為LMZ30.66150/5型電流互感器。因為三相交流電動機，故交流接觸器選用AC3型，通過對三個接觸器分析，所選型號為CJ2063，CJ20100，CJ20100。熱繼電器做過載保護，還可以用作缺相保護，所以選擇JR16系列熱繼電器。斷路器主要在短路、過負荷、失壓時自動跳閘，分析選用DZ20Y100/3300型塑料外殼式低壓斷