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

两台三相交流电动机配电柜的设计

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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

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两台37KW三相交流异步电动机的动力配电柜的设计

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Auto CAD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

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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。

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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。

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控制 原则 时间 原则 速度 原则 电流 原则 电势 原则 行程原则 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。

电路简单，不受各种参数影响，只反应动作部分的位置 较准确反应电动机转速 电路联锁复杂，可靠性差，受各种参数影响大 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 电路简单，控制加速时受电网电压影响，制动时则无影响 特点 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

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器。

4. 刀开关的选择

因电路电压为交流380V，电动机的工作电流为71.2A，再考虑控制电路中各电器线圈的工作电流一般为几十毫安至几百毫安，可选额定电压为交流380V，且IQN≥3×电动机额定电流IN IQN≥3×71.2=213.6A

考虑到控制电路中各电器线圈的工作电流一般都很小，所以选择380V,200A的HD13系列3极刀开关，型号为HD13BX-200/31。

5. 热继电器的选择

为保护电动机不会因缺相而烧坏，所以热继电器除具有过载保护作用外，还应具备缺相保护功能。所以选择用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71.2A，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53A～70A～85A。

6. 电流互感器与电流表的选择

因电动机的额定电流为71.2A，电流互感器一次侧的额定电流值应不小于71.2A，而二次侧的电流为标准的5A，故可选用LMZ3

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－ 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。

7. 时间继电器的选择

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.

8. 中间继电器的选择

选择中间继电器的主要技术参数有：a.中间继电器的额定电压；b.常开常闭触头数量；c.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。

9. 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

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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。另外为方便安装，所选熔断器应能插在安装端子的导轨槽中。 熔断器电流的计算；

查工厂供电设计手册得PN为37KW的电动机 冲击电流Ist=195A,额定电流IN=71.2A

尖峰电流；Ipk=I30+（Ist-IN）max=180A 根据熔体额定电流IN.FE≥K.IPK KIPK=0.085×180=15.3A 即IN.FE≥15.3A

该熔断器额定电流选16A,型号为RT18-32。

10. 指示灯的选择

该控制电路共用了6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GB 26681－81的规定，选定为：HL1、HL2为绿色；HL3、HL4为黄色；HL5、HL6为红色。

11. 按钮的选择

该控制电路中共用了4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2对常开，2对常闭，型式为一般式，额定电压为交流380V。

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各按钮的颜色，根据国家标准GB26681－81的规定确定为：停止按钮SB1、SB2为红色，起动按钮SB3、SB4为绿色。

12. 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0.75平方毫米的单芯铜绝缘线，或不小于0.5平方毫米的多芯铜绝缘线。导线的额定绝缘电压应与电路的额定工作电压相适应。故选用绝缘电压为交流380V的BV铜芯塑料硬线作为控制电路的连接线，截面积为1.50平方毫米。该线在环境温度为40摄氏度时允许载流量为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，不考虑机械有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35平方毫米。该线在环境温度为40摄氏度时允许载流量达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2.5平方毫米的BVR铜芯塑料绝缘软线作为连接线。 导线选择；

（1）主电路导线截面的选择；

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查工厂供配电设计手册BVR型铜芯绝缘线的载流量附录得； 40℃时，主电路每相BVR型铜芯绝缘线截面为35m㎡时载流量Ial=134A＞I30=56.21A.

所以按发热条件，主电路相线选择35 m㎡。 （2）主电路中电流表回路连接线的选择；

40℃时，BVR型铜芯绝缘线截面为2.5m㎡时载流量Ial=18.06A＞5A. 所以按发热条件，电流表回路连接线选择选择2.5 m㎡。 （3）控制电路导线截面的选择；

40℃时，BV型铜芯绝缘线截面为1.5m㎡时载流量Ial=19A＞5A. 所以按发热条件，电流表回路连接线选择选择1.5 m㎡。

13. 母线排的选择

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距离；母线在短路时的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，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》选用截面为30mm*3mm(宽度＊厚度)的铜排作为母线。

14. 接线端子的选择

在设计配电柜时往往将整个控制系统分成几部分安装，各部分之间的连接线必须通过接线端子连接，所以还需要选择接线端子。

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么好的学习机会，在老师的精心组织下，我们组顺利完成了规定任务。实训是短暂的，但它让我们在学校里学到了我们平常在书本上没能学到的动手方面的实践，那也是我们毕业前与社会工作的接触，它让我们感受集体的力量，感受了与社会类似的工作。为我们毕业后的社会工作做好准备。

参考文献

张华主编 电类专业毕业设计指导 机械工业出版社 2001 许宝发主编 电工实用手册 上海科学技术出版社 2004

胡培生主编 配电线路 中国电力出版社 2006

付艮秀主编， 工厂供电技术 ，北京师范大学出版集团 ，2009 陈冠玲主编，电气CAD，高等教育出版社，2009 胡幸鸣主编，电机及拖动基础，机械工业出版社，2008 郭艳萍主编，电气控制与PLC技术，北京师范大学出版社，2007

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7c1h.html