工变一体控制柜控制两台电机的控制方案 论文

河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第1页共45页0引言21变频器选型及变频调速原理311变频器概况3111变频器简介3112变频器的结构及分类312变频器的选型及注意事项4121变频器的选型4122变频器的安装环境413变频器的调速原理5131变频调速工作原理5132变频器调速节能原理5133变频器调速控制方式614EV2000通用变频器7141EV2000简介7142EV2000型号说明8143EV2000内置PI工作原理9144EV2000变频器使用应注意的问题112低压元器件介绍与仪表选型1221继电器12211继电器的点符号和触点形式12212继电器的类型14212继电器的选用1522接触器16221接触器简介16222工作原理及选型16223富士NEOSC系列新大型电磁接触器简介2023压力变送器27231变送器简介27232变送器的发展27233仪表构成原理及选型2824断路器343电路设计3531油田中转站掺水泵控制的解决方案3532主电路的设计3633控制电路设计3734变频器参数设置3934系统控制柜的设计414操作说明4241工频运行方式4242变频运行方式43结束语44谢辞45参考文献46河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第2页共45页0引言油田掺水是在石油输送过程中，为了防止石油凝结，而将水注入管道中，并保持管道中有一定压力，从而使石油更易流通。在掺水站中，掺入水是三相分离器过滤后的活性水，在适当的温度和机械剪切作用下，使油以小的滴状分散在水中，被油水界面间的封膜所包围，形成水包油型乳化液，从而使油与钢管内壁间的摩擦，油和水间的内摩擦，改变为水与钢管内壁间的摩擦和水与水间的内摩擦，可以有效地降低原油输送时的摩阻。在本设计中，采用一拖二闭环控制方式，系统中掺水泵的掺水控制是由变频器通过变送器的回馈压力值，与事先预设在变频器中的压力值进行比较，利用变频器中内置PID自动根据差值进行运算调节控制变频器变频调速运行；同时，变频器中的运行参数通过内部计算机接口和通讯协议传输至计算机工作站；在计算机上可以随时检测和控制系统运行压力、电动机转速、输入/输出电压、输入/输出电流等参数，以保持管道中掺水压力恒定。因此，系统设计了工变一体控制柜控制两台电机的控制方案，使两台水泵根据需要进行工作，从而达到了节能降耗的目的。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第3页共45页1变频器选型及变频调速原理11变频器概况111变频器简介随着电力、电子技术以及工业自动化控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制，因此变频器控制是现代工业节能、可靠和安全的首选仪器。在工业控制领域中，除了液动、气动等运动控制外，绝大多数的控制系统是电动控制系统，其最终控制对象和执行机构均为电机。在一般工业中变频器主要用于电机调速传动、重载起动、节能等方面。电机调速传动又分调速传动和节能调速传动两大类。工艺调速传动指工艺要求必须调速的传动，例如挤压造粒机、切粒机、齿轮泵、轧机、机床、造纸等以往用直流电动机驱动的机械传动，节能调速指如风机、泵等以前不调速,为节能和工艺控制而改用调速的机械传动，它的节能效果非常显著。在工业控制中可以实现连续的控制，广泛应用于生产实践。112变频器的结构及分类变频器是把工频电源50HZ或60HZ变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，变频器的结构包括主电路和控制电路，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第4页共45页12变频器的选型及注意事项121变频器的选型1采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。2变频器的负载类型；注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方法控制。3变频器与负载的匹配问题；I电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。II电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。III转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。4在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。5变频器如果要长电缆运行，要抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，在这样情况下，变频器容量要放大一档或在变频器输出端安装输出电抗器。6对于一些特殊的应用场合如高温，高海拔，会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。122变频器的安装环境I工作温度；变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为055，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。II环境温度；温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。III腐蚀性气体；使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第5页共45页IV振动和冲击；装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。V电磁波干扰；变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。13变频器的调速原理131变频调速工作原理由电机学的基本公式PFN600式中电动机定子绕组的磁极对数P一定，改变电源频率F，即可改变电动机的同步转速。异步电动机的实际转速总是低于同步转速，而且随着同步转速而变化。电源频率增加，同步转速也增加，实际转速也增加；电源频率下降，同步转速也下降，电机转速也降低，这种通过改变电源频率实现的速度调节过程称为变频调速。132变频器调速节能原理对同一台水泵,根据流体力学相似理论,在转速控制时,流量Q,扬程H,轴功率P,转速N之间的关系可由下式表示，12QQ12NN,212221NNHH,313212NNPP由上式可知，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，因此电机的转速成正比，因此电机的转速控制与调节阀流量控制相比，可以大幅度降低轴功率，因而利用变频器对电机转速控制可以十分节能。6河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第6页共45页1采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等当系统负荷下降时，变频器调节水泵转速，从而减少水量，减少电机耗电量，根据电工学知识，电机转速与输入频率的关系为NPSF160N为电机转速MRP，F为频率HZ,S为滑差率，P为极对数。一般来讲S变化范围不大，如果S的变化忽略不计，就可以认为N与F成正比关系。改变F就可以达到改变电机转速的目的。变频器调速闭环控制系统主要由变频器、调节器、传感器、电动机、泵组成。控制信号可采用05V的电压信号（或420MA的电流）。变频调速装置的信号可采用温度信号、压力信号或几种信号综合控制。133变频器调速控制方式调速控制方式基本上有三种。1）电源频率低于工频范围调节电源的工频在我国为50HZ电机定子绕组内的感应电动式为1E444111WWKF式中W定子绕组的匝数1WK绕组系数1电机每极磁通定子电压1U与定子绕组感应电动势1E的关系为1U1E11ZI式中1Z定子绕组每相阻抗1I定子绕组电流若忽略定子压降11ZI，则1U1E444111WWKF，把上式整理成1EK11F河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第7页共45页K444W1WK式中K比例系数。则111KFU电动机电磁转矩M与211FU成正比，若下调电源频率1F，同时也下调1U，使11FU比值保持为恒定量，则磁通1不变，因此，转矩也保持常量，此时电动机拖动负载的能力不发生改变，这种控制方式称为恒磁通调压调频调速，也叫恒转矩调速。2）电源频率高于工频范围调节由于使电源频率1F增加，11FU变小，而1U不能高于额定电压，在此控制方式中保持1U不变，由于频率变高，1变小，电磁转矩M变小，但电源频率增加导致电动机转速N增加，设电动机角速度2N，电动机功率P是电磁的转矩M与角速度的乘积PM调节过程中，使频率F与转矩的变化成一定协调关系，从而保持电动机功率为恒定量，即功率不发生变化，这种升频定压调速为恒压调速。3）转差频率控制三相异步电动机中，定子与转矩之间的圆周空隙内有一定旋转磁场，其转速为0N，电机转子实际转速为N,0NN是转子与旋转磁场之间的相对切割速度，对频率、电压进行协调控制，使11FU不变，此时磁通1不变的条件下，电磁转矩M与20NN成正比。对频率F进行调节，既调节了0NN，因此，在实际转速调节时也实现了对转矩的调节。14EV2000通用变频器141EV2000简介EV2000采用独特的控制方式实现了高转矩、高精度、宽调速驱动，满足通用变频器高性能化的趋势；具有超出同类产品的防跳闸性能和适应恶劣电网、温度、湿度和粉尘能力，极大提高产品可靠性。EV2000是世界首次将客户通用需求与客户个性化需河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第8页共45页求、行业性需求有机融合的革命性产品，实用的PI、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、停电和停机参数存储选择、频率给定通道与运行命令通道捆绑、零频回差控制、主辅给定控制、变频控制、定长控制等，为设备制造业客户提供高集成度的一体化解决方案，对降低系统成本，提高系统可靠性具有极大价值；EV2000通过优化PWM控制技术和电磁兼容性整体设计，满足用户对应用场所的低噪音、低电磁干扰的环保要求。142EV2000型号说明图1型号说明产品系列介绍55P及以下表1变频器55P以下系列55G及以上表2变频器55P以上系列河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第9页共45页143EV2000内置PI工作原理常用的闭环控制系统根据反馈量的不同可以分为模拟闭环和脉冲闭环两种形式。本设计为模拟闭环控制，模拟反馈控制系统采用超声波液位变送器作为内置PI的反馈传感器，组成模拟反馈控制系统。液位给定量用电位器设定以电压形式通过VCI口输入，而液位反馈量以020MA电流形式从CCI口输入，给定量和反馈量均通过模拟通道采集，由端子FWD实现闭环运行时的起停。EV2000内置PI工作原理框图如下图2内置PI工作原理框图上图中的KP比例增益KI积分增益图中的闭环给定量、反馈量、偏差极限和比例积分参数的定义和普通的PI调节意义一样，分别见F501F515定义。EV2000内置PI有以下两个特点通过F508511定义给定量和对应期望的反馈量之间的关系。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第10页共45页例如在下图中，当给定量为模拟信号010V，期望对应的被控量为对应的压力传感器信号为420MA给定量和期望反馈量关系如图图3给定量和期望反馈量关系图其中给定量的确定以10V为基准；反馈量的确定以20MA为基准。即图中的给定量调整和反馈量调整含义为给定和反馈量关系的确定和归一化。通过F516选择了闭环特性，满足不同应用场合。在实际控制系统中，为了达到控制要求，当给定量增加时，要求电机的转速加快，这种闭环特性为正作用特性；与此相反，当给定量增加时，要求电机的转速减少，这种闭环特性为反作用特性。4F516的定义为了适应两种闭环特性要求如（图4）所示。图4两种闭环特性示意图系统确定后，即应确定闭环参数。闭环参数设定的基本步骤如下确定闭环给定和反馈通道（F501、F502）；模拟闭环需设定闭环给定与反馈的关系（F508F511）；确定闭环给定特性，如果给定和要求的电机转速的关系相反，将闭环特性调节设反作用（F5161）；河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第11页共45页设积分调节选择和闭环预置频率功能（F517F519）；调整闭环滤波时间、采样周期、偏差极限、增益系数（F512F515）；144EV2000变频器使用应注意的问题1与工频运行比较EV2000系列变频器为电压型变频器，输出电压是PWM波，含有一定的谐波。因此，使用时电机的温升、噪声和振动同工频运行相比略有增加。2恒转矩低速运行变频器驱动普通电机长期低速运行时，由于电机的散热效果变差，输出转矩额度有必要降低。如果需要以低速恒转矩长期运行，必须选用变频电机。3电机的电子热保护值当选用适配电机时，变频器能对电机实施热保护。若电机与变频器额定容量不匹配，则务必调整保护值或采取其他保护措施，以保证电机的安全运行。4在50HZ以上频率运行若超过50HZ运行，除了考虑电机的振动、噪音增大外，还必须确保电机轴承及机械装置的使用速度范围，务必事先查询。5机械装置的润滑减速箱及齿轮等需要润滑的机械装置在长期低速运行时，由于润滑效果变差，可能会造成损坏，务必事先查询。6负转矩负载对于提升负载之类的场合，常常会有负转矩发生，变频器常会产生过流或过压故障而跳闸，此时应该考虑选配适当参数的制动组件。7负载装置的机械共振点变频器在一定的输出频率范围内，可能会遇到负载装置的机械共振点，必须通过设置跳跃频率来避开。8频繁起、停的场合宜通过端子对变频器进行起、停控制。严禁在变频器输入侧使用接触器等开关器件进行直接频繁起、停操作，否则会造成设备损坏。9接入变频器之前的电机绝缘检查河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第12页共45页电机在首次使用或长时间放置后的再使用之前，应做电机绝缘检查，防止因电机绕组的绝缘失效而损坏变频器。接线图如（图5）所示，测试时请采用500V电压型兆欧表，应保证测得绝缘电阻不小于5M。5图5变频器与电机接线图2低压元器件介绍与仪表选型21继电器电磁继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小电流控制较大电流的一种自动开关。因此，广泛应用于电子设备中。电磁继电器一般由一个线圈、铁心、一组成几组带触点的簧片组成。触点有动触点和静触点之分，在工作过程中能够动作的称为动触点，不能动作的称为静触点。电磁继电器的工作原理是这样的当线圈通电以后，铁心被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分开；当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分开的状态。应用时只要把需要控制的电路接到触点上，就可利用继电器达到控制的目的。211继电器的点符号和触点形式继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第13页共45页电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式1动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。表2继电器常用触点组合形式名称符号字母代号中国美国动合常开触点SPSTNO或HA动断常闭触点SPSTNCDB先断后合转换触点SPDT（BM）ZC先合后断转换触点SPDT（MB）或BD常开中和触点SPDTNOEK双动合触点SPSTNODMSHX双动触点SPSTNODBSDY2动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“Z”表示。此外，一个继电器还可以有一个或多个触点组，但均不外乎以上三种形式。在电路图中，触点和触点组的画法，规定一律是按不通电时的状态画出。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第14页共45页212继电器的类型继电器元件从功能上分为有或无继电器和量度继电器两大类。有或无继电器包括中间继电器、时间继电器、信号继电器（包括冲击信号继电器）、干簧管及干簧继电器、极化继电器、重合闸继电器等类继电器。他们作为辅助元件，广泛用于电力系统二次回路的继电保护和自动控制装置线路中。中间继电器即辅助继电器（AUXILIARYRELAY）主要用途是在继电保护和自动控制中用于扩大主继电器的触点容量和触点数目。时间继电器主要用途是作为辅助元件，用于各种继电保护和自动控制装置中，以获得所需的延时。信号继电器主要用途是作辅助元件，在继电保护和自动控制装置中作动作指示器。重合闸继电器是构成重合闸装置的主要元件。在输电线路中发生的故障大部分是暂时性的。采用重合闸装置就可以自动地使线路重新合闸送电，以提高系统的稳定性。量度继电器包括电流、电压、频率、功率、差动、接地、电动机保护、同步检查继电器等。他们在电力系统二次回路继电保护和自动装置中作为主要元件，成为发电机、变压器、输电线路、母线和电动机等不可缺少的保护设备。电流继电器是使用数量最多的基础继电器之一。它分为过电流继电器和欠电流继电器，构成原理包括机电型和静态型。反时限过电流继电器广泛用作10KV及以下配电线路的过载主保护，在中小型变压器和电动机中作短路故障和过负荷保护，反时限过电流继电器的构成原理包括感应式、整流式和静态式。电流平衡继电器（或称平衡继电器）用于平行线路横联差动保护中。负序电流继电器在发电机和变压器的继电保护中用作起动元件，反映电力系统中不对称故障的负序分量。电流相位比较继电器用在110220KV的双母线系统的相位比较式母线差动保护中，作为选择元件10。电压继电器也是使用数量最多的基础继电器之一。它分为过电压继电器和欠（低）电压继电器，构成原理包括电磁型、整流型和静态型。电磁式电压继电器动作可靠性高，抗干扰能力强，动作值可连续调整和成倍调整。静态型电压继电器的动作值误差较小，适用于要求精度较高的场所。相序电压继电器包括正序、负序和零序电压继电器，正序电压继电器用于发电机励磁系统中作为强行励磁及电压互感器的起动元件，负序电压继电器在发电机和变压器的继电保护中用作负序电压闭锁元件，零序电压继河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第15页共45页电器用于电力系统中作为变压器或系统接地故障的起动元件。频率继电器按其功能大致可分为三类。欠（低）频率（周率）继电器用于电力系统自动按频率减负荷装置中，作为反应频率降低的灵敏元件，过（高）频率（周率）继电器作为反应频率升高的灵敏元件，差频率（周率）继电器用于发电机的自同期线路中。功率方向继电器用于电力系统方向保护线路中，作为方向判别元件。此类继电器包括用于相间短路的功率方向继电器，用于接地故障保护的功率方向继电器，用于平行线路保护的双方向功率方向继电器，以及用于反映不对称故障的负序功率方向继电器。差动继电器在电力变压器、发电机、母线等电力系统重要设备的继电保护中，广泛用于它们的主保护。差动继电器的构成原理常为电磁式、整流式和静态式，已具有成熟的运行经验，在国内外广泛使用。接地继电器包括小电流接地继电器、接地继电器和转子接地继电器。电动机保护继电器在电动机保护方面，除了可用GL10过流继电器或电流继电器之外，还经常配备专用的电动机保护继电器及装置，一类是电动机断相保护继电器，一类是电动机综合保护装置。212继电器的选用1先了解必要的条件控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。其选用主要根据触点的数量及种类确定型号，同时注意吸引线圈的额定电压应等于控制电路的等级。常用JZ7系列，新产品有JDZ1系列、CA2DN1系列及仿西门子3TH的JZC1系列等。选择如下河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第16页共45页接触器型号JZ744；常开触头数4个；常闭触头数4个；触头额定电流5A；触头额定电压500V；额定操作频率1200次/H。22接触器221接触器简介接触器是利用电磁吸力的作用使主触点接通或断开电动机电路或其他负载的控制电器。它具有比工作电流大数倍的接通和分断能力，用它可实现频繁的远距离操作。接触器最主要的用途是控制电机的启动，正反转，制动和调速等。因此，它是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器。接触器按主触点流过电流的性质分为交流接触器和直流接触器。222工作原理及选型1电磁式接触器包括以下几个部分触点。触点有主触点和辅助触点之分。主触点尺寸较大，并附有灭弧装置，接在主电路，用于控制主电路通断；辅助触点用于控制辅助电路的通断，通较小的电流。主触点用来接通和分断被控电路。触点由静触点和动触点构成，其构成形式主要有桥式触点和指型触点。为了使动，静触点接触紧密，减少接触电阻，在触点上装有弹簧以增加触点间的压力。桥式触点有两个断口，增加了断弧距离，利用触点回路产生的电动力拉长电弧，使电弧易于熄灭。指型触点在动，静触点的接触过程中有一个滚动过程，可使触点表面的氧化层脱落，所以触点电阻小，可以通过较大的电流。按触点动作状态分可分为常开触点和常闭触点。常开触点是只在其线圈不通电的情况下，接触点是断开的，当线圈通电时，该触点就闭合。固常开触点又称动合触点。另一种是常闭触点，指线圈在不通电状态是闭合的，当其通电时，该触点断开。常闭触点又称动断触点。灭弧装置。当接触器触点切断电路时，如果电路中电压超过1020伏或电流超过100毫安，此时两个触点间就会产生火花，形成气体放电现象，通常称为电弧。所谓气体放电，就是气体中大量带电质点做定向运动。当触点分离瞬间触点间形成很强河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第17页共45页的电流强度，就会引起冲撞电离，甚至引起热电子发射和热电离，产生电子流，从而形成电弧，电弧可能灼伤触电表面甚至使触电熔焊而不能正常工作。为减少电弧的危害，常采用灭弧装置，使电弧迅速熄灭。在直流接触器中常在主触点电路中串入吹弧线圈，形成磁吹灭弧装置，在交流接触器中常采用桥式触点的电动力灭弧及灭弧罩，灭弧栅，多点灭弧等。电磁机构。电磁机构由线圈，铁心和衔铁组成。交流电磁铁在铁心中存在磁滞和涡流损耗，引起铁心发热。为了减少磁滞和涡流损耗，铁心用硅钢片叠铆而成；直流电磁线圈通直流电，无磁滞和涡流损耗，铁心不发热，可用整块软钢或工程纯铁制成。交流线圈匝数少，电阻小，铜损小，为了增加铁心散热面积，线圈制成短而粗的形状，且带有骨架。直流线圈匝数多，电阻大，铜损大，线圈本身发热，因此制成长而薄的形状。且不带骨架，利于线圈散热。其它部分有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。工作原理当接触器电磁线圈不通电时,弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压一般为额定电压时,电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心,带动主触点闭合,接通电路,辅助接点随之动作。62交流接触器的选用与运行维护选用主回路触点的额定电流应大于或等于被控设备的额定电流，控制电动机的接触器还应考虑电动机的起动电流。为了防止频繁操作的接触器主触点烧蚀,频繁动作的接触器额定电流可降低使用。接触器的电磁线圈额定电压有36V、110V、220V、380V等,电磁线圈允许在额定电压的80105范围内使用。运行维护运行中检查项目通过的负荷电流是否在接触器额定值之内；接触器的分合信号指示是否与电路状态相；运行声音是否正常，有无因接触不良而发出放电声；电磁线圈有无过热现象，电磁铁的短路环有无异常；灭弧罩有无松动和损伤情况；辅助触点有无烧损情况；传动部分有无损伤；周围运行环境有无不利运行的因素，如振动过大、通风不良、尘埃过多等。维护河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第18页共45页在电气设备进行维护工作时,应一并对接触器进行维护工作。I外部维护A清扫外部灰尘B检查各紧固件是否松动,特别是导体连接部分,防止接触松动而发热II触点系统维护A检查动、静触点位置是否对正,三相是否同时闭合,如有问题应调节触点弹簧B检查触点磨损程度,磨损深度不得超过1MM,触点有烧损,开焊脱落时,须及时更换轻微烧损时,一般不影响使用。清理触点时不允许使用砂纸,应使用整形锉。C测量相间绝缘电阻,阻值不低于10D检查辅助触点动作是否灵活,触点行程应符合规定值,检查触点有无松动脱落,发现问题时,应及时修理或更换。铁芯部分维护A清扫灰尘,特别是运动部件及铁芯吸合接触面B检查铁芯的紧固情况,铁芯松散会引起运行噪音加大C铁芯短路环有脱落或断裂要及时修复。电磁线圈维护A测量线圈绝缘电阻B线圈绝缘物有无变色、老化现象,线圈表面温度不应超过65CC检查线圈引线连接,如有开焊、烧损应及时修复。灭弧罩部分维护A检查灭弧罩是否破损B灭弧罩位置有无松脱和位置变化C清除灭弧罩缝隙内的金属颗粒及杂物。接触器的型号图6接触器型号交流接触器的主触头流过交流电流，但对它的吸引线圈的电压并没有硬性规定，通常多数是施加交流电压，也有为了增加接触器的开闭次数和可靠性采用直流吸引线圈的。CJ20为开启式，结构型式为直动式、主体布置。图7为CJ20系列交流接触器结构示意图。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第19页共45页图7CJ20系列交流接触器结构示意图目前国内常用交流接触器主要有CJL0、CJ2、CJ20等系列。其中，CJ10、CJ12是早期全国统一设计的系列产品；CJ20系列是全国统一设计的新型接触器，主要适用于交流50HZ、电压660V以下其中部分等级可用于1140V、电流630A以下的电力线路中。它的磁系统采用以线圈U形铁心，吸引线圈。一般用铜线绕成。由于交流接触器的吸引线团电阻较小主要靠感抗限制线圈电流故铜损引起的发热不多，为了增加铁心的散热面积，吸引线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈制成粗而短的圆桶状。触头系统采用双断点结构，动触桥为船形，具有较高的强度和较大灼热容量。主触头通常有3对，也有1对、4对、5对，辅助触点在主触点两侧，辅助触点的组合如下160A及以下为常开。50A及以上为四常开二常闭，但可根据需要变换成三常开三常闭或二常开四常闭。25A以上的交流接触器装有灭弧罩，灭弧罩按其额定电压和额定电流不同分为栅片式和纵缝式两种。近年来从国外引进一些交流接触器产品，有德国BBL公司的B系列、西门子公司的3TB系列、法国TE公司的LCLD和LC2D系列等。这些引进产品大多采用积木式结构，可以根据需要加装辅助触头、空气延时触头、热继电器及机械连锁附件安装方式有用桶钉安装和快速卡装在标推导轨上两种。外形美观，体积、质量也都大大减小，技术性能显著提高。此外，B系列接触器还有所谓“倒装式”结构，即磁系统在前面而主触点系统则紧靠安装面，这使更换线团和缩短主触点接线带来了方便。目前国产的部分小容量交流接触器也具有以上特点。7河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第20页共45页接触器触点的表示形式线圈线圈线圈线圈常开触点常开触点常开触点常开触点常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点223富士NEOSC系列新大型电磁接触器简介NEOSC系列新大型电磁接触器以下称新大型产品为大型电动机的直接起动和星三角起动、变频电源回路的通断等而开发的新产品，与新的小型和中型构成了完整的系列。它采用了新型超级磁系统和灭弧系统，以及聚酯预混合成型材料BMC等，提高了运行可靠性和安全性，延长了寿命，减小了体积，符合国际标准，取得了一些国家和地区的认定。特点新型超级磁系统保证在电压波动的情况下能可靠地工作。其主要特点是A防止线圈烧损，接点熔焊或损伤。B降低功率损耗，节省能源，接通VA约为以前同类产品的60。C扩大了线圈额定值的范围。D减少了铁芯的冲击，降低了噪声，接通的冲击约为以前同类产品的80。E具有浪涌吸收功能。主要改进A提高接触可靠性采用能防止内部微细塑料摩擦粉末引起接触障碍的擦动机构和高接触可靠性的双子辅助接点。B小形化和提高安全性C小形化由于采用了高效率电磁铁和BMC灭弧室，取消了安装基座，减小了外形尺寸，缩小了体积，减轻了重量。D电弧分割游离新开发的灭弧系统，具有很高的电弧冷却效果，灭弧栅片的形状和灭弧室的形状进行了最佳设计，将引弧通道改成上下方向，改变了电弧喷出口的河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第21页共45页位置,抑制了电弧的喷出量。E相间隔离装置为了预防因导电性落下物或在恶劣的环境中引起相间短路，专门设计了相间隔离装置，强化了相间的绝缘性能。F增加端子罩品种电磁接触器与电磁起动器全系列都可安装预防针状物进入的端子罩和防止触电的带电部件保护罩。G增强短路性能IEC标准对电磁接触器与短路保护电器的保护协调作了规定。适用短路电流在标准中规定为“R”电流与制造厂保证的“IQ电流,而且保护程度分为类型1和类型2。类型1在对周围不产生影响的范围内，电磁接触器可以有损伤，允许更换；类型2在对周围不产生影响的范围内，允许电磁接触器的接点有轻微的熔焊，但作为整体几乎没有损伤。新大型产品通过相间绝缘强化，提高灭弧室的强度，以及采用独特的电弧排气结构，增强了短路性能。H提高使用方便性I提高使用环境温度，由于高效率电磁铁的损耗降低和通电部件的强化处理，使用环境温度可提高到55。J正面表示额定值额定值用铭牌在灭弧室正面集中表示，而且铭牌全系列统一。K更换部件方便更换触头时具有防止螺钉脱落的机构，采用从前面更换线圈的方式等。L辅助接点模块的快速安装，取消了以前的螺钉安装方式，全部采用单按键方式安装，而且从N4到N12能够通用，端子螺钉的尺寸统一为M315。M统一安装尺寸SWN4N7电磁起动器是由热过载继电器与电磁接触器直接对接构成，与电磁接触器具有相同的安装尺寸。规格新大型产品有标准型、可逆型、直流操作型、超级磁系统型、机械连锁型交、直流操作两用型、低压补偿型、防尘防蚀型等。电磁接触器从SCN4到SCN16,和热继电器对接组成的电磁起动器从SWN4到SWN16,品种繁多,规格齐全。表3河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第22页共45页表示它们的额定值。表3SWN4到SWN16系列额定值结构新大型产品的结构与通常所用的产品结构没有什么区别，但对其中的主要构成部件作了革新，如磁系统采用超级专用电磁铁，线圈采用电子驱动装置,灭弧系统设计了新型灭弧结构等。下面对其作一分析性的介绍。新型超级专用电磁铁有交、直流操作两种。交流操作电磁铁是由硅钢带经冲压叠片铆压成型的铁芯与电子驱动装置构成直流操作电磁铁由经锻造形成一体,并在极面上备置极片的铁芯与电子驱动装置构成。新型电磁铁由于铁芯的效率非常高，所以由线圈产生的磁通基本上都通过铁芯,大幅度增加了电磁吸力,而且电磁接触器的反力特性与吸力特性的配合最佳化,减少了无用功,因此以最小的电能便可获得最佳的动作力。图8表示新旧电磁铁吸力特性的比较。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第23页共45页图8新旧电磁铁吸力特性的比较新型超级电磁铁的主要特点是A可动部件的接通速度比以前减小约20B接通的冲击力减小,降低了冲击噪声,对安装处的冲击约降低20C减少了接点弹跳,对EMC具有抑制作用D提高了机械寿命和电寿命。电子驱动装置1电子驱动电路电磁接触器在实际工作中,常因电源的问题,如容量不足,电动机起动、停止或因周围设备的工作等,引起电压的波动,特别当电压下降较大时,产生抖动动作,往往使接点熔焊、线圈烧损；另外当停电又来电，或瞬时停电，许多设备同时起动工作时，接触器的操作电压会产生慢慢上升、慢慢下降现象，这种情况也会产生抖动动作，同样是危险的。为此，设计了线圈电子驱动装置,它能控制这种危险电压的范围，并且检测出稳定动作的电压,保证在电压波动的情况下能可靠工作。线圈电子驱动装置原理框图如图9所示。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第24页共45页图9线圈电子驱动装置原理框图当输入端获得施加电压时,经浪涌吸收电路、整流电路,再通过R1、R2分压后输入专用IC内部的电压检测电路，检测电路可避开使接触器发生抖动动作的电压区域，当检测到保证接触器可靠吸合的电压时，接通信号发生电路发出接通信号，经功率开关电路放大后给电磁线圈进行全压励磁，流过接通励磁电流，接触器闭合。闭合后待线圈电压上升到额定电压时，专用IC电路切换到保持信号发生电路，该电路发出仅需保持的方波电压约20KHZ,线圈中流过较低的保持电流，在保持中，功率开关电路进行着高速的开关动作。如果输出电压降低，但还没有降低到引起抖动动作之前，保持信号停止，电磁铁释放。在整流电路的输出侧，接有控制电源电路，给专用IC及功率开关电路提供直流电源。与线圈并联的续流电路,在接触器保持阶段，保证线圈连续流过直流保持电流断开输入电压时，能迅速释放线圈能量，使电磁铁在极短时间内释放。图10表示各种用途的功率开关电路，其端子编号与图11的端子编号相对应，可以对接，图中A使用小容量的功率MOSFET,是最简单的电路,具有小型化的特点。功率MOSFET开关时间短，驱动功率小，外形薄。它的ON电阻温度系数是正的，具有电流调节的功能。图中B采用中等容量的功率MOSFET并联连接的方式，适用于低电压、大电流的通断,成本比较低。2个栅极驱动用晶体管能使栅源极间电容迅速充电Q3和迅速放电Q4,提高了功率MOS2FET的通断速度。图中C比用功率MOSFET的成本稍低些,适用于中等电压、中等电流的电路。但高耐压晶体管的电流放大倍数较小,所以采用了达林顿电路,以提高放大倍数。为了提高开关的动作速度,采用了6个二极管与基射极反向偏置的方式,与功率MOSFET相比,增加了元件数和河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第25页共45页焊点数,这是不利的。另外通过阻容吸收装置,对EMC中称为EFT的具有抑制作用,减少高频辐射、传导干扰。由于正常线圈和滤波电容器及软开关的作用,能抑制300KHZ以下的常态噪音,减少高频电流向地泄漏。图中D适用于高压电路。由于场效应晶体管需要提供基极电流,而使控制电源电路的功率消耗变大,所以采用了功率MOSFET。图10功率开关电路图中E适用于比D更高的电压电路。如果用1个功率MOSFET,在高压下会超过其阻断电压VDS,所以采用2级串联的方式。电容C1、C2,电阻R8、R9,二级管D4、D5为功率MOSFET进行ON或OFF时的电压调节用。装置说明1新型封固树脂防止接触器通断时的振动对电子元件的影响，提高耐振强度，将印刷电路板组合河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第26页共45页件用树脂封固。这种树脂与一般树脂不同，具有与模制材料相同性能的要求，即耐热性、耐漏电痕迹性、高绝缘性以及耐湿性等。而且弹性率要低，粘结性要强。新大型产品采用了这种新开发的电子元件封固树脂材料。2新灭弧结构新灭弧装置33灭弧室模制材料以前灭弧室采用耐热、耐弧优良的陶瓷材料，而新大型产品SCN4SCN12采用新开发的BMC材料。BMC灭弧室主要特点是A高耐燃等级94V0V、高耐弧性、高耐漏电痕迹性，取得UL认证B由于灭弧性能的提高，保证了安全性C采用新灭弧结构，提高了对电弧气体的处理性能D不易损坏，提高了使用性E便于调色，颜色与小容量品种一样，统一为淡灰色。4新电弧驱动结构为了发挥BMC灭弧室的特长，将电弧迅速从接点表面移开，保护BMC灭弧室内壁而开发了新的磁极板和灭弧栅片。新磁极板成形，将静触头围成Y形沟，这样提高了对电弧的驱动力，能使电弧迅速地从接点表面向磁极板运动，通过Y形沟进入灭弧栅分割游离，因而减小了接点的磨损和灭弧室内壁的消耗。灭弧栅由分断690V的多片构成,而且采用能提高电弧冷却效果，减少气体喷出的形状。5新接点材料开发了耐磨损、耐熔焊、无公害的新型接点材料，配合新的电弧驱动结构，提高了电磁接触器的电寿命。8图11驱动装置河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第27页共45页在本设计中，由于电机的功率为55千瓦，所以可由公式计算得WUI因为U380W55000所以1447A所以，选用富士SCN7型接触器23压力变送器231变送器简介压力变送器和节流元件配合组成的流量测量仪有独特的优点，简单可靠，无可动部件，可测液体、气体和蒸汽能耐高温、低温开恶劣条件，在所有流量测量仪表中，孔扳包括喷嘴、文丘里管流量计以及差压变送器与其他传感元件组成的流量计占了一半以上。差压变送器还可以用来测容器液位、介质密度以及其它各种工艺参数，所以它是变送器中用途最广，销量最多，最具代表性的种仪表。232变送器的发展最早的差压计是浮子式的，内滚水银。20世纪50年代末，我国由的苏联援建的工程项目、大多使用的是这种仪表，我国的仪表制造厂生产过。因为它不是单元式的，没有统一的标准输出信号。仪表的测量部分、转换部分、指示记录部分全部制作在一起，所以是基地式仪表。60年代，我国的仪表人员还曾进行过消灭差压计水银的技术革新。这种仪表的量程不能改变，不耐单向过压，精度为/15，现在为/1。60年代初，我国开始研制力平衡式变送器，分气动和电动两种，也就是现在人们熟悉的QDZ型变送器和皿Z型变送器。70年代，世界上出现了电容、电感、电阻和弦振频率为传感元件的变送器，这种变送器的传感元件位移和变形极小，故又称微位移式变送器。在我国用得较多的有美国罗斯蒙特公司ROSEMOUNT的115L系列变送器、日本富士电机公司的FC系列变送器，以及日本日立公司的EDR/EPR系列变送器，它们分别在我国的西安仪表广、上海自动化仪表一厂、兰炼仪表厂，大连仪表厂等一些单位引进生产过。9河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第28页共45页233仪表构成原理及选型一构成原理在介绍各种力平衡式变送器以前，先介绍机械式仪表的构成原理通常有两种仪表构成原理一种是位移平衡原理，另一种是力平衡反馈平衡原理。1位移平衡原理下图所示为位移平衡原理构成的仪表，其中图12A为膜片式压力表工作原理示意图，图12B是动因式指示仪表工作原理图。图12位移平衡原理结构图膜片压力表的工作过程是当被测压力多通过法兰孔1进入压力腔时。膜片2受压力作用而产生向上位移，固定在膜片中心的推杆3随着膜片一起向上移动，并将运动传给活球连杆4及齿轮机构5，使中心齿轮带动顶端的指针6偏转。在刻度盘上指示出相应的被测压力值。这种仪表的工作原理是信号压力在膜片2上产生的力与膜片因位移而产生的弹力相平衡，既从式中可见，信号压力是和膜片的位移成比例的，没有位移，仪表就无法平衡，所以这种仪表称位移平衡式仪表。动圈指示表的工作过程是被测电流流过动因1，在永久磁场3中产生电磁力河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第29页共45页矩，使动圈偏转，并带动固定在动圈上的指针5一起偏转，偏转位置代表被切电流。这里，指针的转动力矩和张丝由扭转而产生的反馈力矩相平衡，没有扭转，仪表就不可能平衡，所以其机械部分也是按位移平衡原理构成的。2力平衡原理图12所示是以力平衡反馈平衡原理构成的仪表，其中图13A为电气转换器工作原理示意图，图13B为电子电位差计工作原理图图13电子电位差计工作原理图电气转换器的工作过程是被测电流I。，通过检测线圈1产生电磁力，使杠杆2偏转，于是杠杆2上的挡板盖向喷嘴3，背压增加，经放大器4放大后，输出相应的气压信号P出。同时去两反馈波纹管5产生反馈力矩，以和信号力矩相平衡。这种仪表的构成原理是基于测量信号产生的测量力矩和输出信号产生的反馈力矩相平衡，故称为力矩平衡式仪表。系统没有位移挡板位移忽略不计，其平衡方程式为I。KD十P出SAP出SB22式中I。信号电流，MA；K转换系数，NM八；A,B,D杠杆长度见图25A,MP出输出压力，PA；S波纹管有效面积两波纹管是一样大的式22中没有弹性元件的刚度和位移，完全是力与杠杆之间的关系，所以是一个力矩平衡方程式。有的电气转换器只有一个反馈波纹管，但这种仪表的精度较低。因为电气转换器的信号电流很小也即电磁力很小，这样波纹管的直径也必须很小，系统才能平衡。河北理工大学轻工学院毕业设计说明书第30页共45页我们知道，小直径波纹管的刚度较大，而固定挡板的杠杆在工作过程中会有一点微小位移，所以波纹管也会因此而产生弹力。只是这种弹力和信号力相比很小，可以忽略不计。但如果波纹管很小、很硬弹力很大。那就不能忽略不计。这样、上述仪表就成了既有力平衡又有位移平衡的了。采用两个波纹管，目的就是减少波纹管的刚度使它的弹力和信号力相比很小。电位差计工作过程是当热电偶4电势增加时，桥路失去平衡，放大器1的输入增加，输出也跟着增加，于是可逆电机2转动，带动滑线电阻上的滑子3移动。当滑子在电位器上移动所产生的电位等于热电偶增加的电压时，仪表平衡，放大器输入为0，可逆电机停止转动滑子的所在位置即代表被测温度。这种仪表虽不是力平衡式仪表，但其工作原理是基于热电偶测量电压和滑线电阻上的反馈电压相平衡，所以也是反馈平衡式仪表。通过以上几种仪表的工作原理分析可以知道，位移平衡原理的仪表持点是信号作用于弹性元件，使其产生位移，乘上弹性元件刚度，得弹力，再和信号力相平衡；位移经传动机构放大后，由指针指示，或再经变换后，出气或电信号输出。力平衡原理的仪表持点是信号作用于弹性元件，产生信号力力矩通过转换部件对此力的检测、变换和放大，输出相应的信号；此信号作用于反馈元件，产生反馈力，再和信号力相平衡。位移平衡的仪表结构简单，但精度较低，因为弹性元件的位移和作用力问的关系总存在着非线性。力平衡原理的仪表结构复杂，因为内部有检测、变换、放大部件，但是仪表的精度较高。10二变送器的选择关于变送器的选择，涉及的内容很多，但有些内容，例