两台37kw的动力配电柜设计

1、第一章 引言 低压电气柜是由一个或多个开关电器和相关的控制、测量、信 号、 保护、 调节等单元构成， 由制造厂完成所有内部电气和机械连接， 用结构部件完整地组装在一起的一种组合体。 目前，国内实际使用的电控类和低压配电类电器柜的行业几乎 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。传统的高低压成套设备逐步向智能化、自动化方向发展。 这次设计的动力配电柜的控制对象为某乡工业用水水厂两台三 相交流异步电动机， 使其能正常工作。 使用自扇冷式三相异步电动机， 电动机正常运行时的接法为“Y”形。第二章 基本原理

2、三相交流异步电动机工作原理：三相对称绕组，通入三相对称 交流电，将在空间产生旋转磁场，此磁场切割转子导体，将在转子中 产生感应电动势及感应电流， 并且转速低于同步速并与同步速方向相 同旋转。第三章 结构设计说明 (一) 控制方案分析 1. 确定启动方法 对于两台 37kW 的三相异步电动机，如果直接启动，启动电流将 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 以需要采用减压启动。 三相异步电动机常用的减压启动方法有：定子电路串电阻器（或 电抗器）减压启动法；星形-三角形减压启动法；自耦变压器加压启 动法等几种。因电动机的接线方式是星形，所带负载又为重载，根据 各种启动方法的

3、特点，我选择自耦变压器减压启动法启动。 2. 电动机的控制原则 在电动机的启动、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 见下表。选择控制原则时，除考虑本身特点外，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。电动机控制原则及特点控制原则特点时间原则电路简单、不受电机参数、电网电压等参数的影响，任何电动机都适用速度原则电路简单，控制加速时受电网电压影响，制动时则无影响电流原则电路联锁较复杂，可靠性差，受各种参数影响大电势原则较准确反映电动机转速行程原则电路简单，不受各种参数影响，只反映运动部件的位置根据各种控制原

4、则的特点，综合考虑选用时间原则进行控制。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的工作。 2） 电动机的保护环节 电动机常用的保护环节有短路保护、过电流保护、热保护、零电压和 欠电压保护、弱磁保护及超速保护等。电力拖动系统中，根据不同的 工作情况， 对电动机设置一

5、种或几种保护措施。 此设计中要求有过载、 缺相、 短路等保护， 确定保护元件如下： 断路器, 热继电器和熔断器。 (二)原理图设计 1.主电路设计 在设计主电路时除要考虑有关保护外， 对主电路中的电流大小还应有 指示。根据以上的方案以及设计要求，设计两台电动机控制线路的主 电路，如下图：3. 控制电路设计 根据控制要求和主电路的设计方案设计控制电路。设计时应注意： 在启动过程中应保证 KM3、KM6 不能得电；启动结束后应将自耦 变压器 T1、T2 切除。所设计的控制电路如图：(二) 控制电路原理分析 鉴于两台电动机控制电路的原理相同，现选取其中一台电动机（M1） 进行分析。合上主电路中的 Q

6、S1、QF1HL5、HL6 亮（通电指示） 1. 电动机启动按下 SB3 或 SB4KM1 得电自锁KM2 得电，KT1 得电且延时 HL5、HL6 熄灭；HL3、HL4 亮 电动机启动KT1 延时时间 到KA1 得电自锁 KM1 失电； HL3、 HL4 熄灭 KM3 得电;KT1、KM2 失电 电动机正常运行，HL1、HL2 亮 ；2. 电动机停止 按下 SB1 或 SB2 后，KM3 失电，电动机停止。3. 控制电路的互锁保护 KM1 得电时，其串在 KM3 线圈支路上的常闭触头断开，保证了 KM3 不能得电；KM3 得电的前提是 KA1 得电，KA1 的常闭触头又会将 KM1 切断，保

7、证电动机在全压运行时，KM1、KM2 线圈处于断电状态， 因而将自耦变压器 T1 切除。 另外，改控制电路中，点划线框中的元件，设在异地控制箱内。第四章 技术指标分析（一）元器件的选择 1.自耦变压器的选择 选择自耦变压器主要是选择其型号与功率。 对于启动用自耦变压 器型号主要有 QZB1 和 ZOB1O 两种， 在此我选用 QZB1 系列的自耦变压 器；对于功率，原则上应与所控制的电动机的功率相同，但由于市场 上没有 37kW 这个功率等级的自耦变压器出售，所以我选用 40kW，即 外形尺寸为 380mm×138mm×297mm。 2.接触器的选择 该控制线路中共使用了三

8、只交流接触器， 因控制电路的电压未交 流 380V，故三只接触器的线圈额定电压均为 380V。又因控制的是三 相笼型异步电动机的启动与停止，故选用的类型均为 AC-3。 由于电路电压为 380V， 故所选接触器的额定电压应不小于 380V。 因三个接触器 KM1、 KM2、 在工作时流过主触头的电流大小不一样， KM3 所以应该分别加以选择。 因接触器 KM3 是在电动机正常运行时踩工作， 流过主触头的电流 为电动机的额定电流 71.2A，根据接触器的选择原则，可选额定电流 为 100A 的 CJ20-100 型接触器。改电动机虽采用减压启动，但启动时 流过 KM2 的电流仍会远远超过主电路的

9、额定电流。 又由于 KM2 的工作 时间较短，因此所选接触器的额定电流可以适当小于实际变压器的 “Y”点接头，不但工作的时间较短，且流过的电流也较平稳，所以 可以选择 CJ20-63 型接触器，此接触器的额定电流为 63A。3.低压断路器的选择 根据低压断路器的选择原则， 所选断路器的额定工作电压必须不 小于电路额定电压 380V；额定电流必须不小于主电路的额定电流 71.2A；额定短路通能力应不小于电路中可能出现的最大短路电流， 经计算最大短路电流约为 16kA。断路器欠电压脱扣器额定电压应等 于电路额定电压 380V；作为电动机保护的断路器，其瞬时整定电流 应 815 倍的电动机额定电流。

10、 根据以上要求我选用 DZ20Y-100/3300 型塑料外壳式低压断路器。4.刀开关的选择 因电路电压为流 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，可选额定电压为流 380V，额定电流 为 200A 的 HD13 系列 3 级刀开关，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， 所选热继电器除具有过载保护 作用外，还应具有缺相保护的功能。所以我选用 JR16 系列的热继电 器。 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

11、 次 侧 的 电 流 为 标 准 的 5A ， 故 可 选 用 LMZ3-0.66-150/5 型电流互感器，改互感器额定电压为 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， 只要选用读书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 该控制电路的电压未 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参数有：中间继电器

12、的额定电压；常 开常闭触头数量；线圈额定电压。因控制电路电压未交流 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。 其额定电压未 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（支路）及设备的额 定负载电流选择

13、。 改控制电路在工作时，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，所以我选用 RT18-32型熔断器。熔体的额定电流为 16A。10.指示灯的选择 该控制电路中共用了 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

14、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，选定个各按钮型号为 LA18-22(即有 2 对常开，2 对常闭，型式为一般式，额定电压未交流 380V)。 各按钮的颜色，根据国标的规定确定为：停止按钮 SB1、SB2 为 红色，启动按钮 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流用导 线。 电控装置中控制电路的导线截面，应按规定的截流量选择，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

15、0.75m 的单芯铜绝缘线，或不小于 0.5m 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 1.5 m 。该线在环境温度为 40时允许载流量为 19A，考虑导线成 捆或在线槽中布线时按 1/2 允许截流量作为实际截流量计算， 也达到 9A，远超出实际负荷电流。 主电路中导线一般截面较大， 不考虑机械强度而只按允许截流量 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 m 。该线在环境

16、温度为 40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 m 的 BVR 铜芯塑料绝缘软线作为连接线。 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、排 列方式和支撑件的间距；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，并 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，查阅资料，选用截面为 30mm×3mm（宽度

17、15;厚度）的铜线作为母线。 14.接线端子的选择 接线端子分为主电路接线端子与控制电路接线端子。 由于主电路 的导线截面较大、自耦变压器上自带接线柱，所以无需再选择接线端 子。对于主电路中电流表回路的接线，根据其连接导线的截面，选用JF5-2.5 型端子。同样，控制电路的接线端子，可选用 JF5-2.5 型， 此端子连接导线的最大截面为 1.5 m 。（二）元件明细表序号元件符号元件名称型号规格备住1KM1 KM4交流接触器CJ20-63380V2KM2 KM3 KM5 KM6交流接触器CJ20-100380V3QF1 QF2低压短路器DZ20Y-100/33004QS1 QS2刀开关HD1

18、3BX-200/315TA1 TA2电流互感器LMZ3-0.66-150/56A1 A2 A3 A4电流表42L6-A150A7T1 T2自耦变压器QZB1-408FR1 FR2热继电器JR16B-150-3D380V9FU1 FU2熔断器RT18-3216A10SB1 SB2 SB5 SB6按钮LA18-22红色11SB3 SB4 SB7 SB8LA18-22绿色12HL1 HL2指示灯AD11-22/41-5G绿色13HL3 HL4AD11-22/41-5G黄色14HL5 HL6AD11-22/41-5G红色15KA1 KA2中间继电器JZ7-44380V16KA1 KT2时间继电器ST3

19、PA-B380V17接线端子JF5-1.5控制电路18接线端子JF5-2.5电流表回路（三）柜体设计 柜体设计应满足以下三个方面的要求： 1. 尺寸要求 机柜为电气元器件和各种附件提供必需的安装空间， 因而首先遇到的是尺寸问题。由于工程设计和机柜本身配套的需要，对机柜的外 形尺寸、安装尺寸和某些互换性尺寸必须作出一些规定，一般都以标 准的形式加以规范。设计时可以参照 GB7267-87“电力系统二次挥了 挥控制，保护屏及柜基本尺寸系列”标准。在前面我选用的自耦变压 器的外形尺寸为 380mm×138mm×297mm，所以设计的柜体必须放得下 两个这样的自耦变压器。 2. 功

20、能要求 机柜的功能要求包括产品的功能要求和机柜结构的功能要求这 两个方面。归纳起来大致有电气元器件及其附件的安装要求；外 壳防护要求；屏蔽和接地要求；通风散热要求；人机学要求； 布线要求；机柜的强度和刚性要求等。3机柜的工艺性要求 机柜的工艺性要求是指在满足使用功能要求的前提下， 对机柜的 总体及零件、部件制造的可行性喝经济性的要求，以及机柜满足电气 设备装配的工艺性和可维修性要求。在设计一般的配电、控制柜时， 柜体都可选用标准系列柜。对于非标准柜，可根据以上设计原则进行 设计。为缩短设计时间、减少工作量、降低成本，在此我们选用标准 柜。 根据要求我选用标准柜 GGD 柜，产品代号 TGGD2

21、 08，主要尺寸为 长 800mm，宽 600mm，高 2200mm。此柜的柜门采用镀锌转轴式铰链与 构架相连，安装、拆卸方便。柜体前后、顶面及两端侧的防护等级达 到 IP30，也可根据用户的需要在 IP20-IP40 之间选择。在柜体的下部、 后上部和顶部均有通风散热孔， 使柜体在运行中形成自然通风道， 有较好的散热性能。柜体的顶盖可在需要时拆除，便于现场主母线的 装配和调整。柜顶的四角装有吊环，便于起吊、装运。另外 GGD 柜的 价格也比较适中可以满足我的要求。 （四）电器布置图的设计 1.低压电器电控制设备的布置原则 在进行布置时应考虑到监视、操作、连线及维修的方便，并应力 求整齐美观。

22、设计要符合 GB4720电气传动控制设备 低压电器电控设备中技术条件的规定。 （1） 接触器、继电器的布置 控制柜/屏上继电器、接触器均应 第一部分： 符合本身的安装要求。喷弧距离较长的接触器应布置在屏、柜的最上 部，并保证喷弧的距离，以免引起事故，有必要时，可增设阻隔电弧 的设施。 但应注意构架的机械强度及振动的影响。 大型元件可装在屏、 柜的下部。 在屏、柜的整个区域内均可布置中小型接触器和继电器，而手动 复 位 继 电 器则 应该 布 置 在 便于 操作 的 部 位 ，推 荐布 置 在 距 地面 700mm-1700mm 的区域内。对喷弧区较大的电器，建议布置在距地面 1.7 以上的区域

23、。元器件的空间距离应符合 GB4720电气传动控制设 备 第一部分；低压电器电控设备的规定，即安装在设备上的电器 元件与另一个电器元件的导电部件之间； 一个导电部件与另一个导电 部件之间的爬电距离和电气间隙如下表： 额定绝缘电压（V）电气间隙（mm）爬电距离(mm)300610300-660814660-8001020800-15001428布置元器件时， 应留有布线、 接线、 维修和调整操作的空间间距， 板前接线式元器件应大于板后接线式元器件的空间间距。 (2)操纵器件的布置 操纵器件包括：低压断路器操作手柄、按钮、 按键开关、转换开关等。控制柜的仪表板上只能安装小型操纵器件， 且一般布置在

24、仪表板的下部。其他操纵部件布置在柜、屏距地面 700-1700mm 的区域。布置时应按照操作顺序由左到右、由上至下布 置。 按钮的排列：停止按钮可放在一端或中间位置，在这个控制线路 中按钮的排列如下图： 运行 停止向上喷弧的低压断路器， 应留有足够的喷弧距离或增设阻隔电弧 的设施，以免损坏其他元器件。 （3）其他器件的布置 1）接线座 用于相邻柜、屏间的连线时，宜布置在柜、屏的两侧； 用于外部接线的接线座， 宜布置在柜、 屏下部。 接线座布置在屏下时， 不宜低于 300mm，柜内布置时不应低于 200mm。周围需留有足够的空 间，以便于外部电缆的引入。 2）母线 母线应涂色表示相序、正极、负极及中性线。除安全接线 需全长标色外，其他允许在母线的醒目处标示一段。主电路相序排列 和颜色，以屏、柜的正视方向为准，应符合下表的规定：相序垂直排列水平排列前后排列色标A上左远黄B中中中绿C下右近红中性