电气工程

电气工程设计《电气工程设计》课程设计任务书姓名：专业班级：学号：电气工程设计目录一、设计的目的、任务及要求...............................11、设计目的.......................................................12、设计任务.......................................................13、设计要求.......................................................1二、配电柜概述..........................................21、配电柜.........................................................22、配电柜的分类...................................................2三、设计所需元器件......................................31、万能转换开关...................................................32、中间继电器....................................................43、时间继电器.....................................................44、热继电器......................................................55、交流接触器.....................................................66、空气开关.......................................................77、熔断器........................................................8四、控制方案分析........................................91、启动方法.......................................................92、电动机的控制原则..............................................93、电气控制电路的联锁环节和电动机的保护环节.......................9五、原理图设计.........................................101、主电路及控制电路图............................................102、控制面板设计..................................................113、柜体设计......................................................11六、电器布置图的设计...................................121、低压电器控制设备的布置原则....................................12七、心得体会...........................................12八、参考文献...........................................13电气工程设计1《电气工程设计》课程设计任务书一、设计的目的、任务及要求1、设计目的此次课程设计的主要目的是通过设计4台三相交流电动机的自动、手动继电接触控制系统并完成相应的配电工作，掌握配电柜的接线原则，熟悉各种电器元件的工作原理、使用方法，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气控制设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。2、设计任务设计4台三相交流电动机的自动、手动继电接触控制系统并完成相应的配电工作。（1）手动要求每台电机可单独的进行起动和停止操作。（2）自动要求4台三相交流电动机顺序起动，开关切换到自动位置，经过10秒时间后，第一台电机启动，又间隔10秒后，第二台电机启动，又隔10秒时间，第三台电机起动，再10秒时间，第四台电机启动。（3）自动运行时，手动按钮不起作用。3、设计要求（1）为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，如电动机过热保护、控制系统短路保护等。电气工程设计2（2）用CAD软件画出控制方案图。（3）对本次设计进行归纳、总结，最后写出设计报告上交。二、配电柜概述1、配电柜配电柜分别是指分动力配电柜和照明配电柜、计量柜等配电系统的末级设备，是电动机控制中心的统称。配电柜使用在负荷比较分散、回路较少的场合；电动机控制中心用于负荷集中、回路较多的场合。它们把上一级配电设备某一电路的电能分配给就近的负荷。这级设备应对负荷提供保护、监视和控制。配电柜的作用是配电控制将电能分配到各个负荷部位，及在电路短路、过载和漏电时进行断电保护。目前，国内实际使用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。相关资料显示，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也逐渐加大，传统的高低压成套设备逐步向自动化、智能化方向发展。2、配电柜的分类配电柜按结构特征和用途分类，可分为四类：（1）固定面板式开关柜，常称开关板或配电屏。它是一种有面板遮拦的开启式开关柜，正面有防护作用，背面和侧面仍能触及带电部分，防护等级低，只能用于对供电连续性和可靠性要求较低的工矿企业，作变电室集中供电用。（2）防护式（即封闭式）开关柜，指除安装面外，其它所有侧面都被封闭起来的一种低压开关柜。这种柜子的开关、保护和监测控制等电气元件，均安装在一个用钢或绝缘材料制成的封闭外壳内，可靠墙或离墙安装。柜内每条回路之间可以不加隔离措施，也可以采用接地的金属板或绝缘板进行隔离。通常门与主开关操作有机械联锁。另外还有防护式台型开关柜（即控制台），面板上装有控制、测量、信号等电器。防护式开关柜主要用作工艺现场的配电装置。（3）抽屉式开关柜。这类开关柜采用钢板制成封闭外壳，进出线回路的电电气工程设计3器元件都安装在可抽出的抽屉中，构成能完成某一类供电任务的功能单元。功能单元与母线或电缆之间，用接地的金属板或塑料制成的功能板隔开，形成母线、功能单元和电缆三个区域。每个功能单元之间也有隔离措施。抽屉式开关柜有较高的可靠性、安全性和互换性，是比较先进的开关柜，目前生产的开关柜，多数是抽屉式开关柜。它们适用于要求供电可靠性较高的工矿企业、高层建筑，作为集中控制的配电中心。（4）动力、照明配电控制箱。多为封闭式垂直安装。因使用场合不同，外壳防护等级也不同。它们主要作为工矿企业生产现场的配电装置配电柜在用于大型供电系统时，会分设为不同层级，以便于更好的配电控制。通常来说，供电系统内会有一级、二级和末级，这三级配电设备。三、设计所需元器件1、万能转换开关万能转换开关主要适用于交流50Hz、额定工作电压380V及以下、直流电压220V及以下，额定工作电流160A的电气线路中，其结构如图1所示。万能转换开关主要用于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控等。万能转换开关还可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。常用产品有LW5和LW6系列。LW5系列可控制5.5kW及以下的小容量电动机；LW6系列只能控制2.2kW及以下的小容量电动机。用于可逆运行控制时，只有在电动机停车后才允许反向起动。LW5系列万能转换开关按手柄的操作方式可分为自复式和自定位式两种。所谓自复式是指用手拨动手柄于某一档位时，手松开后，手柄自动返回原位；定位式则是指手柄被置于某档位时，不能自动返回原位而停在该档位。万能转换开关的手柄操作位置是以角度表示的。不同型号的万能转换开关的手柄有不同万能转换开关的触点，电路图中的图形符号如图2所示。当万能转换开关打向左45°时，触点1-2、3-4、5-6闭合，触点7-8打开；打向0°时，只有触点5-6闭合，右45°时，触点7-8闭合，其余打开。电气工程设计4图1万能转换开关单层结构示意图图2万能转换开关的使用说明2、中间继电器中间继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。线圈装在U形导磁体上，导磁体上面有一个活动的衔铁，导磁体两侧装有两排触点弹片。在非动作状态下触点弹片将衔铁向上托起，使衔铁与导磁体之间保持一定间隙。当气隙间的电磁力矩超过反作用力矩时，衔铁被吸向导磁体，同时衔铁压动触点弹片，使常闭触点断开常开触点闭合，完成继电器工作。当电磁力矩减小到一定值时，由于触点弹片的反作用力矩，而使触点与衔铁返回到初始位置，准备下次工作。图3中间继电器3、时间继电器时间继电器是指当加入（或去掉）输入的动作信号后，其输出电路需经过电气工程设计5规定的准确时间才产生跳跃式变化（或触头动作）的一种继电器。是一种使用在较低的电压或较小电流的电路上，用来接通或切断较高电压、较大电流的电路的电气元件。同时，时间继电器也是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。时间继电器的主要功能是作为简单程序控制中的一种执行器件，当它接受了启动信号后开始计时，计时结束后它的工作触头进行开或合的动作，从而推动后续的电路工作。一般来说，时间继电器的延时性能在设计的范围内是可以调节的，从而方便调整它的延时时间长短。图4时间继电器4、热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。它由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机构组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝，串接在被保护电动机的主电路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。图中所示的双金属片，下层一片的热膨胀系数大，上层的小。当电动机过载时，通过发热元件的电流超过整定电流，双金属片受热向上弯曲脱离扣板，使常闭触点断开。由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的，它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电，从而接触器主触点断开，电动机的主电路断电，实现了过载保护。热继电器动作后，双金属片经过一段时间冷却，按下复位按钮即可复位。电气工程设计6热继电器的断相保护功能是由内、外推杆组成的差动放大机构提供的。当电动机正常工作时，通过热继电器热元件的电流正常，内外两推杆均向前移至适当位置。当出现电源一相断线而造成缺相时，该相电流为零，该相的双金属片冷却复位，使内推杆向右移动，另两相的双金属片因电流增大而弯曲程度增大，使外推杆更向左移动，由于差动放大作用，在出现断相故障后很短的时间内就推动常闭触头使其断开，使交流接触器释放，电动机断电停车而得到保护。图5热继电器5、交流接触器交流接触器狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。它