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1、目录一、 题目要求 二、 题目分析 三、 主电路设计 四、 控制电路设计 五、 电器元件的选择和计算 六、 电器元件清单 七、 设计体会 八、 参考文献 附录:主电路及辅助电路原理图 一、 题目要求 1、通过对烧结厂冷却风机电气控制系统设计，使学生初步掌握电气控制系统的设计方法，以及电气常用元器件的选择，使学生初步具有控制系统主电路，控制电路的分析和设计方法，同时是学生掌握电气原理图和绘制方法，为今后走上工作岗位使用电气控制基本理论知识奠定良好基础。 2、某烧结厂冷却风机有四台110KW水泵，要求根据用风量的大小调整开机的数量，开机时，风机要按照1号、2号、3号、4号的顺序起动；为减少电机起动
2、时对电网的冲击，采用软启动器进行起动；为降低控制设备的成本，采用一台软启动器，当1号风机完成起动，电动机转速达到额定转速，切换到直接运行方式，同时将软启动器退出，再按相同的方法依次起动2号、3号、4号风机，每一台风机都具有单独停止功能；整个系统具有完整的指示和保护功能。二、 题目分析1、主电路有一台软启动器，四台110KW的电机具有完整的保护功能。2、控制电路： 根据风量大小调整开机的数量。 四台电机要按照1号、2号、3号、4号的启动方式。 采用一台软启动器进行启动减少对电网的冲击。 软启动运行达到额定转速时切换到直接运行方式。 每一台风机都具有单独停止功能。 整个系统具有完整的指示和保护功能
3、。三、 主电路设计 主电路由三个熔断器、一个软启动器、4个热继电器、4个电动机和8个接触器主触头（4个控制启动、4个控制直接运行）组成。电路原理图附后。工作原理简介：合上QS，再按1、2、3、4的顺序启动4太电动机。电动机启动后，由过电压继电器检测电路的电压情况，当电压达到电机额定转速时的电压，则闭合直接运行的主触头，并断开启动的主触头，使相应电动机进入直接运行方式。当电路出现短路、过流、过载等故障时，就断开主电路的熔断器或者热继电器断开电路，保护设备和人身安全。四、控制电路设计1、控制电路由接触器线圈、时间继电器、启动停止按钮和指示灯组成。2、工作原理按下启动按钮SB2，线圈KM1得电，自锁
4、触点KM1闭合，接触器KM1闭合，接通软启动电机M1软启动运行，电机运行只需几秒钟达到额定转速，当时间到，时间继电器动作，常闭触点KT1断开，常开触点KT1闭合，KM2线圈得电，同时KM2自锁触点自锁，常闭触点KM2断开，时间继电器KT1失电，接触器KM2闭合，KM1线圈断开，软启动退出，电机M1运行。当KM2线圈得电，电机M1正常运行后，并联在电机M2启动按钮SB4两端的常开触点KM2闭合，KM3线圈得电，自锁触点KM3闭合，接触器KM3闭合，接通软启动电机M2软启动运行，电机运行只需几秒钟达到额定转速，当时间到，时间继电器动作，常闭触点KT2断开，常开触点KT4闭合，KM4线圈得电，同时K
5、M4自锁触点自锁，常闭触点KM4断开，时间继电器KT2失电，接触器KM4闭合，KM3线圈断开，软启动退出，电机M2运行。同理：电机M3启动运行，接着电机M4启动运行，达到四台电机顺序启动运行。3、根据用风量的大小调整开机的数量 若将风量大小从小到大划分等级：一级、二级、三级、四级 若需要一级风量，则按下启动按钮SB8，电机M4运行， 若需要二级风量，则按下启动按钮SB6，电机M3、M4顺序启动运行， 若需要三级风量，则按下启动按钮SB4，电机M2、M3、M4顺序启动运行， 若需要二级风量，则按下启动按钮SB6，电机M1、M2、M3、M4顺序启动运行。4、 停止功能 要求每台电机具有独立的停止功
6、能，如图所示在控制线路两端串联停止按钮，按下SB1电机M1停止，按下SB3电机M2停止，按下SB5电机M3停止，按下SB7电机M4停止，各不影响正常工作。5、 保护功能 在主电源开关后三相线路中串联3个熔断器，进行过流保护。在电机前串联热继电器，进行过载和断相保护。将电机接地，防止意外触电。控制回路串联各个热继电器的辅助触点。五、 电器元件计算和选择1. 三相电动机额定电流 按一个千瓦两安培的方式计算。所用电动机的功率为110KW，则为110*2A= 220A。2. 热继电器热继电器类型选择，作为电动机的过载和断相保护应选用带断相保护装置的热继电器。热继电器额定电流及型号选择：热继电器的额定电
7、流应大于电动机的额定电流，则应大于220A。热元件的额定电流：应略大于电动机的额定电流。热元件的整定电流选择：根据热继电器的型号和热元件额定电流，能知道热元件电流的调节范围，一般讲热继电器的整定电流调整到大于电动机的额定电流；过载能力差得电动机，可将热元件的整定值调整到电动机额定电流的0.60.8倍；启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车的电动机，热元件的整定电流应调整到电动机额定电流的1.11.15倍。3. 接触器的选择选择接触器的类型：根据负载电流的类型和负载的轻重来选择。应选用交流重负载类型的接触器。主触头的额定电流：主触头的额定电流可以根据经验公式计算IN主触头PN电机/（11.4）
8、UN电机，如果接触器控制的电动机启动、制动或反转频繁，一般将接触器主触头的额定电流降一级使用。主触头的额定电压：接触器铭牌上所标电压系指主触头能承受的额定电压,并非吸引线圈的电压, 使用时接触器主触头的额定电压应不小于负载的额定电压.。操作频率的选择：操作频率就是指接触器每小时通断的次数.当通断电流较大及通断频率过高时,会引起触头严重过热,甚至熔焊.操作频率若超过规定数值,应选用额定电流大一级的接触器。 线圈额定电压的选择：线圈额定电压不一定等于主触头的额定电压,当线路简单,使用电器少时，可直接选用380V或220V的电压,如线路复杂，使用电器超过5h，可用 24V、48V 或 110V 电压
9、(1964 年国际规定36V、110V、或127V)的线圈。4. 板用刀开关的选择结构形式的选择：根据它在线路中的作用和它在成套配电装置中的安装位置来确定它的结构形式，仅用来隔离电源时，则只需选用不带灭弧罩的产品；如用来分断负载时，就应选用带灭弧罩的，而且是通过杠杆来操作的产品；如中央手柄式刀开关不能切断负荷电流，其他形式的可切断一定的负荷电流，但必须选带灭弧罩的刀开关。此外，还应根椐是正面操作还是侧面操作，是直接操作还是杠杆传动，是板前接线还是板后接线来选择结构形式.。HD11、HS11用于磁力站中，不切断带有负载的电路，仅作隔离电流之用.。HD12、HS12 用于正面侧方操作前面维修的开关
10、柜中，其中有灭弧装置的刀开关可以切断额定电流以下的负载电路.。HD13、HS13 用于正面操作后面维修的开关柜中，其中有灭弧装置的刀开关可以切断额定电流以下的负载电路。HD14 用于动力配电箱中，其中有灭弧装置的刀开关可以带负载操作。额定电流的选择：刀开关的额定电流，一般应不小于所关断电路中的各个负载额定电流的总和。若负载是电动机，就必须考虑电路中可能出现的最大短路峰值电流是否在该额定电流等级所对应的电动稳定性峰值电流以下(当发生短路事故时，如果刀开关能通以某一最大短路电流，并不因其所产生的巨大电动力的作用而发生变形、损坏或触刀自动弹出的现象，则这一短路峰值电流就是刀开关的电动稳定性峰值电流)
11、。如有超过,就应当选用额定电流更大一级的刀开关。5. 熔断器规格的选择熔体额定电流的选择：对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流应略大于或等于负载电流。对于输配电线路，熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流。在电动机回路中用作短路保护时，应考虑电动机的启动条件，按电动机启动时间的长短来选择熔体的额定电流。对启动时间不长的电动机，可按下式决定熔体的额定电流 IN 熔体=Ist/(2.53) 式中 Ist电动机的启动电流，单位:A 对启动时间较长或启动频繁的电动机，按下式决定熔体的额定电流IN 熔体=Ist/(1.62) 对于多台电动机供电的主干母线处的熔断器的额定电流可按下式计算: I
12、n=(2.02.5)Imemax+Ime 注:In 熔断器的额定电流;Ime 电动机的额定电流;Imemax 多台电动机容量最大的一台电动机的额定电流；Ime 其余电动机的额定电流之和。电动机末端回路的保护，选用aM 型熔断器,熔断体的额定电流 In 稍大于电动机的额定电流；电容补偿柜主回路的保护，如选用 gG 型熔断器，熔断体的额定电流 In 约等于线路计算电流 1.82.5 倍；如选用 aM 型熔断器，熔断体的额定电流 In 约 等于线路电流的 12.5 倍。线路上下级间的选择性保护，上级熔断器和下级熔断器的额定电流 In 的比等于或大于 1.6，就能满足防止发生越级动作而扩大故障停电范围
13、的需要。保护半导体器件用熔断器，熔断器和半导体器件串联,而熔断器熔体的额定电流用有效值表示，半导体器件的额定电流用正向平均电流表示，因此，应按下式计算熔体的额定电流IRN1.57 IRN 1.6 IRN 式中 IRN 表示半导体器件的正向平均电流。降容使用在 20环境温度下，我们推荐熔断体的实际工作电流不应超过额定电流值。选用熔断体时应考虑到环境及工作条件,如封闭程度空气流动连接电缆尺寸(长度及截面) 瞬时峰值等方面的变化；熔断体的电流承载能力试验是在 20环境温度下进行的，实际使用时受环境温度变化的影响。环境温度越高，熔断体的工作温度就越高，其寿命也就越短。相反，在较低的温度下运行将延长熔断
14、体的寿命。在配电线路中，一般要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大 23 倍，以防止发生越级动作而扩大故障停电范围。熔断器的选择UN 熔断器UN 线路I N 熔断器IN 线路熔断器的最大分断能力应大于被保护线路上的最大短路电流。序列符号名称型号及规格数量单位备注1M电机Y315L2-84台正泰2QF断路器DZ20J-2251个正泰3FU熔断器NGT1-2505个正泰4KM接触器CJ24-2508个正泰5FS软启动器NJR1D-1101个正泰6FR热继电器JR20-3004个正泰7KT时间继电器JSJ-2A-2204个正泰8HL信号灯HL-LA03024只正泰七、设计体会当开始面对设计题目的时候
15、，不知道从何处着手，只有查阅教材和参考书籍，寻找设计思路。将整个电路分成几个部分：顺序启动部分、直接运行部分、启动到直接运行的切换方式和指示保护部分。分成细小部分后就容易多了，将各个小部分的电路进行结合，就构成了总的主电路及控制电路。这次设计是对我们学习的知识的一个检验，也是对我们自学能力、查阅能力的一个考验。可以将我们的理论学习运用到实际当中来，也让我们学会了电气控制的设计方法，同时也让我们体会到了电气控制设计使设备自动化运作的魅力所在，激发我们的学习热情。八、参考文献1、施耐德.施奈德选型手册2、工厂电气控制设备教材3、张晓娟.工厂电气控制设备.北京:电子工业出版社，20074、 黄向惠.现代电器自动控制技术.北京:人民邮电出版社,2009
