自动转换开关的毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 0 页 目 录 摘 要 . 1 . 4 第一章 绪 论 . 7 题概况 . 7 前双电源转换开关的现状 . 8 电源转换开关的发展 . 8 题研究涉及的有关概念 . 11 第二章 系统方案确定及控制原理 . 13 统方案确定 . 13 动转换开关的组成 . 13 统方案的确定 . 13 第三章 控制系统设计 . 18 压传感器 . 18 压比较器 . 19 密特触发器 . 21 间继电器 . 22 林顿晶体管 . 23 料外壳式低压断路器 . 26 线 . 27 制原理图设计 . 28 警电路设计 . 28 第四章 机械结构设计 . 29 械结构设计要求 . 29 机的选用 . 30 机功率的确定 . 30 机类型的选择 . 32 统机械传动路线 . 33 轴的设计 . 33 方离合销的设计 . 39 第五章 系统可靠性分析 . 39 气控制部分可靠性分析 . 40 械传动部分可靠性分析 . 41 体注意事项 . 42 第六章 结论 . 43 参考文献 . 44 致 谢 . 46 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 自动转换开关的设计 摘 要 研究本课题的目的及重要性 ：为保证重要负载供电的连续性，双电源自动转换开关的应用需求已越来越大，技术性能要求也越来越高。转换一旦失败将会造成多种危害，电源间的短路或重要负荷断电，其后果都是严重的，这不仅仅会带来经济损失，也可能造成社会问题。就其目前的发展现状来看，对双电源自动转换开关的研制和生产已是刻不容缓。否则，就无法满足因人们生活质量的不 断改善而对电源可靠性的要求越来越迫切，功能更完善的发展要求。 本文首先分别介绍了自动切换器的电气控制原理和机械系统的结构设计，并相应地给出了系统框图和控制系统硬件原理框图。然后，结合理论和设计经验，分析了自动切换器的可靠性和安全性。通过理论和大量计算，可以得出以下结论：机械系统的结构，既保证了常用电源与备用电源只有一个供电，也可手动，电动联锁，通过机械联锁，保证系统的可靠性和安全性。 1. 双电源自动转换 ：常用电源与备用电源之间的转换方式无需人力操作即能完成转换功能，如常用电源被检测到失电时，则自动将负载从常用 电源换接至备用电源，在常用电源恢复正常时，则自动将负载返回到常用电源。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 动转换开关简称为 一个或几个转换开关电器与其它必需的转换控制器组成，用于检测电源电路，并将一个或几个负载电路从一路电源自动切换至另一路电源的开关电器。 被检测的电源特性的改变。当电源特性偏离规定限值如电源电压任意一相欠压、过压、断相时，被检测到的电源偏差将作为信号使开关动作。 ：测定从电源被检测到偏差 的瞬间至主触头闭合备用电源截止的时间，特意引入的时间除外。 从常用电源完全恢复正常的瞬间起至一组触头闭合常用电源的瞬间为止的时间加上特意的引入延时。 结论：本课题研究运用机电一体化技术开发设计出由断路器，机械联锁和控制器构成的双电源转换系统，这样的转变，正是趋于缓解市场急需高性能，高可靠性，高稳定性和高安全性的自动转换开关电器产品的现状。因为产品的技术先进性和可靠性如何，将直接影响着用电的安全与可靠，这已成为低压配电系统中不可缺少的重要部分 。所以在设计中应引起人们的重视，并很有必要熟悉和了解其类型、组成与工作原理、主要特点及功能等。控制原理图的设计，报买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 警电路设计，机械结构设计，电机的选择计算和设计，最后对系统做了一个比较详细的分析。我们从电气元件的选择：电压传感器、电压比较器、施密特触发器、中间继电器、达林顿晶体管、塑料外壳式低压断路器等都做了一个详细的阐述。此设计可使人们看到双电源自动切换器的结构和功能，对于其选择和应用是一个较好的范例，随着现代化智能建筑的日益增多双电源转换开关的应用会更加广泛，更加普遍。 关键词 ： 自动转换开关 ， 断路器 ， 触发器，可靠性 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 of in to of of is in or of of of it be to of s of of of of of be to be by of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 1 to as is is it to is it to 2 By or of or a to 3 of as of is as a to 4 of be to of 5 of 6 of to a of to of a it is to in of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 of of an in So be in it is to of a We a a of is a of be 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 第一章 绪 论 题概况 机电自动转换开关中的双电源转换开关的技术水平、先进性和可靠性，直接影响人们日常生活场所的用电设备的水平和可靠性。随着我国工业的发展、自动化程度的普及、人类生活质量的不断改善，人们对电源可靠性的要求越来越迫切，由此双电源转换开关的重要性日益提高。此外，根据我国高层民用建筑设计防火规范规定： 一类高层建筑应按一级负荷供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。 高层建筑的消防控制室、消防水泵 、消防电梯、防烟、排烟、风机等的供电，应在最末一级配电箱处设置双电源、甚至三电源自动转换装置 。可见，随着现代化智能建筑的日益增多双电源转换开关的应用更加广泛。所以工业发达国家都把双电源转换开关的研制、生产列为产业重点加以发展，并使之高新技术化、智能化。本文结合最新资料，国内外厂商产品说明书及有关会议论文、信息等情况，并在此基础上进行一些补充， 机场、医院、高楼、消防以及重要的军事设施，一旦发生停电事故，将产生严重后果。因此，诸多场所应配备双电源紧急供电系统，将负载电路从一个电源转换至另一个备用电源，以保 证正常的供电需求。随着自动化技术水平的不断提高，机械系统的控制正经历一场新的革命。机电自动转换开关也就此呼之欲出，它是一种机电一体化程度较高的高新技术机电结合产品，具有独特的机电一体化设计，高的性能价格比，是开关家族中的新品。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 前双电源转换开关的现状 我国双电源转换开关的研制和生产在八十年代初还是空白国内许多需双电源切换场所不得不采用普通接触器作为投切电器或采用手动双投刀开关、两只塑壳开关及断路器联合使用达到双电源转换这一目的。采用普通交流接触器作为投切电器存在以下问题：一是耗电、二是有噪音、 三是切换不可靠、四是投切容量受普通交流接触器容量限制。采用手动双投刀开关、两只塑壳开关及断路器联合使用达到转换双电源这一目的会造成配电设备体积庞大、切换速度慢、使用寿命短、维护保养困难、切换可靠性差。这里特别值得一提的是：九十年代初，我国江苏泰州航海电器总厂的科研人员在中国船电委的帮助下在广泛调研、充分吸收国外同类产品先进技术、先进性能、先进制造水平的基础上自力更生研制成功具有自我知识产权的新型 部零部件均实现国产化生产，填补国内空白。其动作性能、技术性能参数可与国外同类产品 相媲美，技术水平属国际上八十年代末期水平。这一产品的研制成功并批量投产，一定程度上缩短了我国双电源转换开 关与国际发达国家先进水平的差距。 电源转换开关的发展 随着科学技术的不断发展近十年来，国外双电源转换开关发展非常迅速它融合了现代材料、机电、测量、控制和微机技术。产品不断更新换代，其结构和技术性能有了崭新的变化，促进双电源转换开关向大容量、高分断方向发展。此外电子技术的发展，特别是集成电路和微处理器技术的发展与进步，对传统的电磁机械保护式双电源转换开关已经产生了深刻的影响可以这样说离开 了电子技术，双电源转换开关将不可能获得大的发展。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 (1)采用微处理控制器实现双电源转换开关高性能、多功能和智能化为了扩大双电源转换开关只单纯起转换双电源之作用到可对转换开关和开关设备实现远程监控。建立可靠的管理控制接口，实现设备的安全及经济运行。这一方面美国 发最杰出的代表。美国 供对系统参数、警报功能及数据采集的直接控制。系统还因 程通讯端口的 配装，达到使用信号器 系统设备及数据包括： 1)2)远程测试 (负载无负载快速测试 ) 3)测试和训练状态 4)延时运行和设置 5)正常和应急电源的频率电压检测的抬取开断设置 6)禁止转换 7)当开关不在自动位置的控制器操作 8)可选的控制监视辅助功能 9)趋势分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 (2)新技术、新材料、新工艺的应用促进双电源转换开关向结构模块化、大容量、高分断方向发展。 随着现代科学技术的高速发展，世界工业发达国家对构成双电源转换开关这一电器元件的基础材 料，诸如：电触头材料、磁性材料、电阻材料、热双金属材料及绝缘材料的研究和开发十分重视。特别指出的是由于电触头材料的性能直接影响开关电器的通断容量、寿命和运行的可靠性；绝缘材料的机械性能、电性能以及耐热性、耐水性、耐候性、耐油性、耐放射性等性能的优劣，直接影响双电源转换开关向小型化、高性能、高可靠性方向发展所以工业发达国家对电触头、绝缘材料的研制、开发更加重视。此外随着计算机运用领域不断扩大，双电源转换开关的设计与其它低压电器一样，普遍采用计算机辅助设计，这样设计出的产品更可靠、更合理。基于某些场所的用电 设备对电源可靠性的要求越来越高美、法、日、韩等国著名的电器公司，十分重视当代新技术、新材料、新工艺和新理论运用于双电源转换开关产品的性能改进和技术更新，并研制出具有当代国际先进水平的小体积、大容量、高分断、结构模块化、产品性能智能化的双电源转换开关。 综上所述，当前具有国际水平的双电源转换开关最显著的特征是：大容量、短路分断能力高，结构模块化、操作安全可靠、产品性能智能化。 究本课题的目的及意义 为保证重要负载供电的连续性，双电源自动转换开关的应用需求已越来越大，技术性能要求也越来越高，对产 品的合理选择就显得更加重要。其产品的技术水平、先进性和可靠性，关系到用电人员的安全和生命。转换一旦失败将会造成多种危害，电源间的短买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 路或重要负荷断电 (甚至短暂停电 )，其后果都是严重的，这不仅仅会带来经济损失 (使生产停顿、金融瘫痪 )，也可能造成社会问题 (使生命及安全处于危险之中 )。因此，工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以规范。而我国自动转换开关电器的研制和生产在 90 年代初还处于空白状态，也没有国家标准。也就其目前的发展现状来看，对双电源自动转换开关的研制和生产已是刻不容缓。进而填补我国 在这一领域的空白，改变国内甚至国际市场格局。 题研究涉及的有关 概念 1. 双电源自动转换 常用电源与备用电源之间的转换方式无需人力操作电器即能完成规定的转换功能，如常用电源被检测到失电时，则自动将负载从常用电源换接至备用电源，在常用电源恢复正常时，则自动将负载返回到常用电源。 2. 自动转换开关 自动转换开关简称为 一个或几个转换开关电器与其它必需的转换控制器组成，用于检测电源电路，并将一个或几个负载电路从一路电源自动切换至另一路电源的开关电器。 3. 被检测的电源偏差 即被检测的电源特性的改变。当电源 特性偏离规定限值如电源电压任意一相欠压、过压、断相时，被检测到的电源偏差将作为信号使开关动作。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 4. 转换动作时间 测定从电源被检测到偏差的瞬间至主触头闭合备用电源截止的时间，特意引入的时间除外。 转换动作时间加上特意引入的延时。 6 返回转换时间 从常用电源完全恢复正常的瞬间起至一组触头闭合常用电源的瞬间为止的时间加上特意的引入延时 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 第二章 系统方案确定及控制原理 统方案确定 开关要能够顺利实现其控制要求 ,保证诸多需连续供电场所的正常供电 ,就必须 要求开关有一个完善的、合理的控制系统。因此，对其控制系统的设计，也就显得尤其重要。下面就主要对系统的控制方案进行合理选择确定 。 动转换开关的组成 自动转换开关一般由两部分组成：开关本体 +控制器。 要用来检测被监测电源（两路）工作状况，当被监测的电源发生故障（如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差）时，控制器发出动作指令。 着负载从一个电源自动转换至另一个电源。图 典型自动转换开关应用电路。（控制器与开关本体进线端相连。） 统方案的确定 经过对自 动转换开关的基本组成（开关本体 +控制器）的认真分析，系统的控制方案也就可从这两方面着手。 随着自动化控制技术的迅猛发展，引领着控制器控制方式也有了快速的发展和长足的进步。主要诞生出以下三种形式： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 （ 1） 转换器控制系统：本系统主要是由低压电器分立元件如欠压继电器，时间继电器组成的。其缺点就是体积较大，性能单一。 （ 2） 模拟电路控制系统：它是应用模拟电路设计出的电子产品，比转换器控制器产品的性能等方面都有较大地提高，但可靠性的问题以及设定的参数不可调等因素，限制了它的应用。 （ 3） 智能型转换器控制系统：它以 数字电路为基础，以 核心，大大提高了转换控制器功能，其体积小，可靠性高，深受用户的欢迎。但其控制成本会特别高，控制精度也较高，也就不利于一般的控制场合。 2. 开关本体方面： 根据国际电工委员会 609476 国际标准规定，自动转换开关开关本体又有体式）与 （断路器）两个级别之分。 (1) ：它是采用接触器或电磁开关作常用电源和备用电源的相互切换的专用开关。它具有结构简单、体积小、自身联锁、转换速度快 (0 2s 内 )、安全可靠等优点，而且该自动转换开关能够接通、承载。但是，其耗电大、有噪声、工 作可靠性差、投切容量受限制。更主要的是它不能切断短路电流，需要配备短路保护电器，以至整个系统的造价较高。 (2) ：由两台断路器加机械连锁组成，它具有短路保护功能，配有过流脱扣器，其主要触头能够接通并切断短路电流。除本体作为自动转换开关使用外，还具备过载、短路以及其它保护功能，从而实现对负载的两段或三段及其它保护功能等。 结合上述两个方面，并综合其他多方面因素，如生产成本，控制的合理性等等，分析得出：采用 的模拟电路控制系统较为经济、较为适宜。该系统主要由电压传感器、控买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 制电路、动力传动电机、机械转换及联锁 装置、断路器等组成。 关结构特点 本开关的系统控制方案已确定为 照此类系统设计生产出的产品，主要是应用于不频繁切换的 100 1250最为显著的结构特点是机构中的断路器以分断电弧为己任，要求机构快速脱扣。这种断路器采用的是带有电动操作机构的塑料外壳式断路器，一般不承受短时耐受电流，触头压力较小。当供电电路发生短路时，断路器的动触头被斥开并产生限流作用，从而分断短路电流。其触头材料常常选择银钨、银碳化钨材料配对，这有利于分断电弧。 它具有过载、短路保护 性能，能够适应 载线路负载，它的主触头又能够接通并用来分断短路电流的要求。若需要有三段保护，即在塑壳式断路器的过载长延时、短路瞬时的二段保护外，增加一短路短延时，或者直接采用万能式断路器。除此之外，它还具有如下一些特点： (1) 切换速度快，耐热冲击； (2) 工程费用低 (一台自动转换开关可以取代两台断路器 )； (3) 高可靠性，内部执行部件 (断路器 )具备良好、可靠的电气和机械联锁，切实防止同时接通常用和备用电源，避免了两台断路器只有电气联锁的不稳定性； (4) 具有单一导通性，即主电源接通，备用电源必定断开，反之亦然； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 (5) 具有明显的切换显示，除开关本体具有主备电源的切换显示外，还可通过辅助开关控制指示灯来达到指示主备电源的投入情况。最多可对六相八线 (双电源 )同时进行线检测、监控； (6)维修方便。 制原理 根据对上述确定出的自动转换开关控制系统的认真分析，结合模拟电路的线路设计等，绘制出自动转换开关控制原理框图，如图 中 相， 输入电压为 220输出电压为 2V。 过调整取得比较 器的上限电压和下限电压。假定将上限电压调整为 220V，将下限电压调整至 90V。 7474常用电源三相无故障时， 90V 220输出电压在 2较器输出为高电平，第一路经过 741导通，为施密特触发器提供电源，此时，施密特触发器 得 3吸合，电机逆时针转动，使常用电源合闸。同时，另一路经 744得 电器 三相电源任一相出现故障 (失压、欠压、过压、断相 )时， 时两个比较器输出均为低电平，经 74得 通， 合，为施密特触发器提供一路电源，通过跳线端子 (得 机顺时针旋转，使常用电源断开，备用电源合闸，从而完成两路电源的切换。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 能 该开关除了具有监视常用电源和备用电源是否正常，自 动切换等基本功能外，还有如下一些功能： (1)执行部件 (断路器 )对电源、线路和电气设备具有过载、短路保护功能 (如果 采用带过载、短路保护的剩余电流动作断路器作执行部件，则还有触电、漏电保护性能 )； (2)常用及备用电源工作情况显示、脱扣报警等功能； (3)可以根据不同的用户要求，利用跳线端子的灵活性将电路设置成多种工作状态（自投自复，自投不自复，带启动发电机等）； (4)为了适应各种不同操作场合的需要，同时具备手动和自动控制方式。一般情况下手动控制方式局限于无负荷分合的检修场合。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 第三章 控制系统设计 压传感器 电压传感器是采用电磁感应、光电隔离和频率调制等不同技术，准确测量电网或电路中的交流电压、直流电压、脉冲电压和混合电压，将其变换为直接可用的跟踪电压、直流电压、直流电流或频率输出，输出值与被测电压成线性比例，输入输出高度隔离，频带宽，响应快，动态性能好。可用作计量检测，或作控制、调节装置中的反馈取样元件。常用的电压传感器主要有 用 )/业级）等。本设计采用工业级 工业级的 的特点及主要性能如下： （ 1） 主要特点：交流电压 密小巧的 隔离度耐冲击的全树脂密封。 （ 2） 主要性能、技术指标如下： 表 额定输入电压 100， 220， 380（ 隔离耐压 2200604） 2000602） 额定输出电压 2V、 4V 或用户指定（ （ 商用 ,使用温度 +55 精 度 (工业级 ,使用温度 +75 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 纹波（有效值） 额定输出的有效值 * 贮藏温度 +75 线 性 范 围 0额定值的 120% 相对湿度 表明被检测的信号超过了预先设定的安全值， 体管 示灯 0亮，发出光亮报警信号，指示出系统中常用电源出现故障，要求开关动作，接通备用电源 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 29 页 第四章 机械结构设计 械结构设计要求 开关对机械结构有如下一些要求： （ 1）机械装置必须安 全可靠，维护容易，尽量做到免维护，且寿命必须符合 机械寿命应达到 5000次以上，设计时，我们一般按 7500次来设计其寿命，要求运动部分特别是接触部分材料有好的耐磨性，以免由于磨损而影响运动的精确性导致机械运动不到位引起转换失败，设计的依据是根据型式试验以后检查材料的磨损程度，定量地进行设计。 （ 2）这种开关对机械转换和互锁要求较高，这里的所谓互锁指的是常用电源断路器合闸后，备用电源断路器必须是断开的，反之亦然。 （ 3）无论是转转常用电源还是备用电源断路器合闸后，另一只断路器人为的强行的合闸均 受到机械手的阻挡无法合闸，这样就保证了整个装置的安全性。 （ 4）这种开关在工作时要求两个断路器当且仅当有一个工作，但在负载电路发生障时需要维修又要求能够完全停止供电，即二路电源必须断开，这就要求机械要设有手动装置用来将 2 个电源断开，且手动装置不影响电动，故必须设有一离合机构以便手动电动分离。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 30 页 （ 5）自动转换开关一般均是放在电气控制柜中的，其体积要求尽量小，否则将造成电气控制柜体积的增大。 机的选用 根据自动转换开关的控制功能及设计要求 ,对电机的选用主要有以下三个方面的要求： （ 1）电机要能够实现正反 转。以便控制常用电源和备用电源各自断路器手柄合闸，从而实现常用电源与备用电源之间的相互切换。电机正转：驱动备用电源断路