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1、摘要水泵电控系统由变频器、低压断路器、交流接触器、熔断器、继电器、控制按钮等设备组成。这个系统主要以变频器为装置的核心,利用变频器的最根本功能-调频来实现这个系统控制。目录前言31元器件的选择51.1 变频器的选择51.1.1变频器的作用和分类51.1.2变频器的选型51.2低压断路器的选择61.2.1 断路器的作用及分类61.2.2选择断路器原那么61.2.3配电用断路器选用条件61.2.4电动机保护用断路器选用条件61.3交流接触器的选择71.3.1 交流接触器71.3.2 选择交流接触器原那么71.4熔断器的选择81.4.1熔断器类型的选择81.4.2熔断器规格的选择81.5热继电器的选
2、择81.6中间继电器的选择91.7控制按钮的选择91.7.1常用控制按钮91.7.2LA25 系列控制按钮92水泵电控系统概述112.1概述112.2 电控系统的组成 112.3 控制要求 122.3.1主回路设计122.3.2过载保护过程122.4实现过程122.4.1主电路的实现过程122.4.2变频器的变频-工频切换过程123变频调速系统133.1 变频器的功用133.2变频器的工作原理133.3变频器的调试参数选择133.4 切换控制的主电路与动作顺序143.4.1 主电路的构成143.4.2 切换的动作顺序153.4.3 切换方式与特点154报警系统及灯光电路16致谢18参考文献19
3、附录20前言水泵电控系统是一种日常生活中最常用的系统,它也是最根本、最简单的系统之一,它采用几种简单的设备装置组成的,这个系统主要以变频器为装置的核心,利用变频器的最根本功能-调频来实现这个系统控制。控制系统在日常生活中有很多,也是我们生活中必不可少的,它的优点是可以用最简单的装置来实现特别复杂的控制系统。水泵电控系统主要用于生活中或工业中的用水方便,节约水资源或者是水资源的重复使用等等。通过变频器实现频率变为工频,当出现故障时有指示灯发出警报等等各种指示报警本次设计的目的是对我们在校期间所学变频器知识的综合利用,也是对知识转化为能力的实际检测,目的是培养综合运用所学根底理论课,专业课的知识,
4、技能去分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力,培养建立正确的设计思想,掌握工程设计的一般程序,标准和方法,进一步稳固,扩大和生化所需的根本理论,根本知识和根本技能,提高我们设计,计算,制图,编写技术文件,正确使用技术资料,标准,手册等工具数的独立工作能力。水泵电机的设计要求:1 对变频器供电的主电路采用空开和交流接触器进展供电2当变频器运行时,用指示灯指示它的运行状态3 采用指示灯指示变频器的故障状态4 采用按钮控制电动机的起动,停顿,采用模拟电位计进展调速5 在变频器运行状态下,不允许断开变频器电源,只有在变频器准备状态下,才允许断开变频器电源6 当变频器的输出频率高于48HZ时,电
5、动机的供电电源自动由变频器的提供改为工频电源提供7 严禁将工频电源接入到变频器的输出端中,所以变频器的输出端需要加隔离装置8切换时间为0.1s9 电动机由工频电源提供时,需用电流表指示电动机工作电流的大小1电气元件的选择1.1变频器的选择1.1.1变频器的作用和分类变频器是将工频电源转换成任意频率、任意电压交流电源的一种电气设备,变频器的使用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行。变频器的组成主要包括控制电路和主电路两个局部,其中主电路还包括整流器和逆变器等部件。变频器的种类繁多,按照变频器的用途不同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;按照变频器工作原
6、理分类可分为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。1.1.2变频器的选型选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据,电机的额定功率只能作为参考。根据负载特性选择变频器,假设负载为恒转矩负载需选择恒转矩负载变频器,例如传送带、搅拌机,挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。假设负载时变转矩负载,那么应选择变转矩负载,如负载为风机、泵类负载应选择Siemens ECO变频器。对于一些特殊的应用场合,如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等,此时会引起变频器的降容,变频器需放大一档选择。所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。变频器的选
7、型没有具体的规定,要根据实际情况来定。表1-1 变频器的订货号,熔断器型号断路器型号选择从变频器的产品样本中可查阅到:所选择的变频器的产品货号是6SE6440-2UD25-5CA1,断路器的型号是3RV1021-4BA10。1.2低压断路器的选择1.2.1断路器的作用及分类断路器主要用于保护交流直流电路内的设备,使之免受过电流,逆电流,断路和欠电压等不正常情况的危害,同时也可用于不频繁起动的电动机以及操作和转换电路。常用断路器有空气断路器和真空断路器两种,真空断路器主要用于36KV高压电动机的保护,对于低压电路,用的最多的是空气是断路器。断路器按用途可分为配电用断路器,电动机保护用断路器,照明
8、用断路器,漏电保护用断路器,用途不同,选用时的级数也不同。1.2.2选择断路器原那么选择断路器时应考虑的主要因素有:额定电压,额定电流和允许分段的极限电流。选择断路器的一般要求:(1) 低压断路器的额定电流大与或等于线路计算负载电流。(2) 低压断路器的脱口器额定电流大于或等于线路计算负载电流。(3) 低压断路器的极限通断能力大于或等于线路中最大短路电流。(4) 线路末端单相对地短路电流/低压断路器瞬时(或短延时)脱扣整定电流1.25。(5) 脱扣器的额定电流不小于线路的计算电流,欠压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。(6) 低压断路器的额定电压大于或等于线路额定电压。1.2.3配电用断路器
9、选用条件1长延时动作电流整定值I 为0.8 1倍导线允许载流量。23倍长延时动作电流整定值的可返回时间大于或等于线路中最大启动电流的电动机的起动时间。1.2.4电动机保护用断路器选用条件长延时动作电流整定值IZI为0.81倍导线允许截流量16倍长延时电流整定值的可返回时间大于或等于电动机的实际起动时间2瞬时整定电流对笼形电动机为815倍脱扣器额定电流对绕线转子电动机为36倍脱扣器额定电流。在电动机要XX现工频和变频的切换控制电路中,断路器应按电动机在工频下的起动电流来进展选择I2.5im式1-1所以断路器的I=2.512.6=31.5A,QF选择的电流为40A产品样本中查阅到所选择的断路器的型
10、号是3RV1021-4BA10。1.3接触器的选择1.3.1交流接触器交流接触器常用于远距离接通和分断电压至660V、电流至600A的交流电路,以及频繁起动和控制交流电动机的场合。由于交流电路的使用场合比直流广泛,交流电开工厂中使用特别,所以交流接触器的品种和规格更为繁多,常用的有CJ20、B、3TB、LClD与CJ40等系列交流接触器。其中CJ20为我国70年代后期到20世纪80年代完成的更新换代产品;B、3TB、LClD系列为同期引进国外技术制造的产品。CJ40系列为20世纪90年代跟踪国外新技术、新产品自行开发、设计、试制的产品,到达国外20世纪80年代末90年代初水平,现已完成63、8
11、0、100、125、160、200、250、315、400、500A十个电流等级,最大容量可达800A。表1-2 常见的接触器使用类别和典型用途1.3.2选择交流接触器原那么选择交流接触器应从工作条件出发,主要考虑以下参数:1控制交流负载应选择交流接触器,控制直流负载选直流接触器2接触器的使用类别应于负载性质一致3主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压通常电压等级分为交流接触器380V,660V,1140V,直流接触器220V ,440V, 660V。4主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的额定电流的额定主触头电流可根据经历公式计算IN主触头PN电机/(11.4)UN电机一、操作频
12、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.操作频率假设超过规定数值,应选用额定电流大一级的接触器。二、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(1964年国际规定为36V、110V、或127V)的线圈。所选择的交流接触器的型号是CJ2016,KM1,KM2 KM3触点所选择的的电流是16A。1.4熔断器的选择1.4.1熔断器类型的选择应根据使用场合选择熔断器的类型。电网配电一般用刀型触头熔
13、断器(如HDLRT0 RT36系列),电动机保护一般用螺旋式熔断器,照明电路一般用圆筒帽形熔断器保护可控硅元件那么应选择半导体保护用快速式熔断器。1.4.2熔断器规格的选择1.熔体额定电流的选择(1) 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。(2) 对于输配电线路,熔体的额定电流应略大于或等于线路的平安电流。(3) 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1-2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
14、动机,按下式决定熔体的额定电流IN熔体=Ist/(1.62)2.熔断器的选择(1)UN熔断器UN线路.(2)IN熔断器IN 线路.(3)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。所选择的熔体电流是20A , 熔断器的型号是RT14-201.5热继电器的选择热继电器是依据电流流过发热原件时产生的热使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种电器,主要用在电动机的过载保护,断相及电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制热继电器的选择主要注意以下几个方面的因素:1长期工作制下,按电动机的额定电流来确定热继电器的型号和规格,热继电器的额定电流IRT应接近或略大于电动机的额定电流INO
15、M即IRT=0.951.05INOM 式1-32使用时,热继电器的整定旋钮应调到电动机的额定电流处,否那么不起保护作用3对于星形接法的电动机因其相绕组电流4对于三角形接法的电动机,在有可能不满载工作时,必须选用带断相保护的热继电器5频繁正反转及频繁通断工作和短时工作的电动机不宜采用热继电器来保护6遇到以下条件时,选择热继电器的整定电流要比电动机额定电流高一些来保护 电动机负载惯性非常大,起动时间长 电动机所带的设备不允许停电 电动机拖动的为冲击性负载,如冲床,剪床所选择的热继电器的型号是JR20-16,热继电器的动作电流的调整范围是16A。1.6中间继电器的选择中间继电器是最常用的继电器之一,
16、它的构造和接触器根本一样,中间继电器的构造和交流接触器根本一样,只是电磁系统小些,触点多些。中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大即增加触头数量中间继电器在继电接触器系列电控系统应用很广,起控制,放大,连锁,保护和调节的作用,以实现过程的自动化。中间继电器一般根据负载电流的类型、电压等级和触头数量来选择。所选择的中间继电器的型号是Jz7-44,线圈电压是220V。1.7控制按钮的选择1.7.1常用控制按钮常用的控制按钮有LAl8、LAl9、1320及LA25等系列,另外还具有防尘、防溅作用的LA30系列以及性能更全的LAl01系列。控制按钮的主要技术参数有规格、构造型式、
17、触头数及按钮颜色等。常用按钮规格为交流电压380V、额定工作电流5A。1.7.2LA25系列控制按钮LA 25系列控制按钮采用积木式构造、插接式连接,可以自由组合常开、常闭触头的对数。LA25系列控制按钮的安装方式是钮头局部的套穿过安装板,旋扣在底座上,扳后用M4螺钉顶紧,所以安装方便结实。按钮基座上设有防转的止动件,可使按钮有固定的安装角度。LA25系列控制按钮是目前国内规格品种最齐的一种控制按钮系列,主要由XX练江电器厂和第一低压电器厂生产。图1-1第一低压电器厂生产的LA25系列型号含义表1-3LA25系列控制按钮根本规格代号含义所选择的按钮的型号是LA25-21。2水泵电控系统2.1概
18、述水泵电控系统主要采用变频器的控制,交流接触器控制着变频器的电源供电电路,当变频器正常运行是某指示灯开场亮起,当变频器出现故障时,某另一指示灯也会亮起,当变频器的频率发生变化时,电动机的电源就由先开场的变频器供应转为电源直接供应,最后在0.05秒后频率变为工频。2.2电控系统的组成本电控系统由变频器柜、操作台组成。主要以变频器为控制中心,所有的操作指令都经过变频器的处理并输出控制信号,完成对水泵电控工作过程的控制。变频器柜主要用来接收所有的操作指令、输出控制信号及控制所有的电磁阀按工艺要求动作。操作台的功能是通过开关、按钮发出操作指令,显示工作状态信息及主电机速度信号、变频器的工作状态信号、变
19、频器的调频信号。水泵电控系统是一种日常生活中利用各种控制系统来实现比拟复杂的系统或者是单靠某一种系统不能实现的系统,主要用于工业上水资源的充分利用,有时也用于水资源的不便取用,利用这样的系统控制可以有很高的效率和准确度,降低在工作中的误差,还能及时排除故障,因为我们设置了故障系统,同时还可以减少操作人数,便于操作人员的操作。图2-1 水泵电控系统电气控制线路图2.3控制要求电动机是直接起动单速不可逆,按钮SB6使KM1、KM2得电,主触点闭合。只有KM1、KM2失电之后KM3在工频切换之后中间继电器得电时得电,其余的指示灯在变频器的控制之后2.3.1主回路设计根据电气控制要求,有接触器KM1、
20、KM2、KM3分不同阶段控制电动机的运转。三相电源由QS开关引入。主电机M1的过载保护由FR1实现。FU1 FU2 FU3 FU4 FU5实现的功能是短路保护。中间继电器KA1 KA2 KA3是为了增加触点,这里是为了让接触器得失电的控制。2.3.2过载保护过程该系统的过载保护通过热继电器来完成,只要各对应局部发生过载,热继电器动作,就使电动机停机。而继电器与电动机有连锁关系,即当水泵的某个过程因过载而停机时,对应的中间继电器也失电,最终致使电动机停机。2.4实现过程2.4.1主电路的实现过程闭合空气开关QF,按下启动按钮SB2,交流接触器KM1、KM2线圈得电,交流接触器KM1、KM2的主触
21、头闭合,那么交流接触器KM1、KM2的常开触头闭合,实现自锁。同时变频器接通,当变频器运行时,灯HL1亮,电动机连动。2.4.2变频器的变频-工频切换过程按下空开QF,再按下SB6,KM1、KM2的线圈得电,KM1、KM2主触头闭合,变频器得电,输入变频器参数后,按下SB1,电动机M转动,按下SB3,电动机升速,按下SB4,电动机降速,当变频器正常运行时,19、20号端子形成闭合回路,中间继电器KA1的线圈得电,KA1的常开触点变常闭,信号灯HL1得电,灯亮,中间继电器KA2的线圈得电,KA2的常开触点变常闭,信号灯HL2得电。当电动机升为48HZ时,信号触发21、22号端子,中间继电器KA3
22、由常开变为常闭,KA3线圈得电,交流接触器KM3线圈得电,形成自锁,交流接触器KM3的常闭断开,交流接触器KM1、 KM2线圈失电,交流接触器KM1 、KM2的主触头断开,实现由电动机供电电源自动由变频器提供改为直接由工频电源提供,即变工频切换。停车实现过程:按下停顿按钮SB2,变频器失电,电动机停顿运行。3变频调速系统3.1变频器的功用变频器是将频率过定的交流电转化为频率连续可调的三相交流电源变频器的输入端R,S,T输入截止频率固定的三相交流电源,输出端U,V,W输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电,接至电动机。3.2变频器的工作原理当变频器f连续可调时,电动机的同步转速n0连续可调
23、,又因为异步电动机的转子转速nm总是比同步转速n0略低一些,当同步转速连续可调时,转子转速也连续可调。依据为n0=60f/p其中,n: 电机的转速f: 电源频率 p: 电机磁极对数3.3变频器的调试参数选择表3-1 变频器调试参数的选择序号参数编号访问级缺省值设置值含义1P00101030工厂的设定值2P0970101工厂复位3P0003113用户访问级4P0004100设定过滤器为全部参数5P0010101开场快速调试6P01007300选择工作地区是欧洲/北美7P02058200变频器的应用对象8P0300111选择电动机的类型9P03041230380V额定电动机电压10P030513.
24、2512.6A电动机额定电流11P030725.55.5KW电动机额定功率12P0308100电动机额定功率因数13P031015050Hz电动机额定频率14P0311301400r/min电动机额定转速15P0320200电动机磁化电流16P0335200电动机的冷却系统17P06402150150过载电流限值为额定电流的150%18P0700121选择命令源19P1000221选择频率设定值20P1080105电动机最低频率为5HZ21P108215050电动机最高频率为50HZ22P112011010斜坡加速到最高的时间为10S23P112111010斜坡减速到停车的时间为10S24P1
25、1352510sOFF3的斜坡下降时间25P1300200控制方式26P1500200转矩设定值的选择27P1910201选择电动机数据的自动检测方式28P3900101完毕快速调试29P0003113用户访问级30P0004100设定过滤器为全部参数31P0010101开场快速调试32P0701201接通正转按钮33P07022013MOP电动电位计升速增加频率34P07032014MOP电动电位计降速减少频率35P0731252.352.2变频器正在运行36P0732252.352.3变频器故障37P0733252.352.A已到达最大频率38P1910201电动机数据自动检测并改写参数3
26、9P3900101完成优化电动机的运行所需的计算3.4切换控制的主电路与动作顺序3.4.1主电路的构成如图3-1所示,各接触器的作用是:(1) KM1用于将电源接至变频器的输入端;(2) KM3用于将变频器的输出端接至电动机;(3) KM2用于将工频电源直接接至电动机。此外,因为在工频运行时,变频器不可能对电动机进展过载保护,所以,必须接入热继电器KH,用于工频运行时的过载保护。图3-1变频器切换主电路3.4.2切换的动作顺序切换时,应先断开KM2,时电动机脱离变频器。经适当延时后合上KM3,将电动机接至工频电源。由于在变频器的输出端是不允许与电源相连接的,因此,接触器KM2和KM3绝不允许同
27、时接通,相互间必须有非常可靠的互锁。经历说明,KM2和KM3采用有机械互锁的接触器时适宜的。同时,从KM2断开到KM3闭合之间的延迟时间是必要的,通常称为“切换时间,用t表示。当KM3闭合,电动机接至工频电源时,必须防止产生过大的冲击电流,干扰电网。这是切换控制的关键。3.4.3切换方式与特点1.故障切换1切换要求当变频器发生故障时,能自动切换为工频运行,并进展声光报警。2切换特点因为负载的工作频率是由工况决定的,变频器发生故障时,终究在多大频率下工作,是无法预知的。所以,切换瞬间的频率是不定的。但切换时电动机的转速不宜过低。如果当KM3闭合时,电动机的转速已经十分低下,切换电流接近甚或等于起
28、动电流,这对于大容量电动机来说,当然是不允许的。因此,原来的降压起动装置应该保存。2.运行切换1切换要求一方面,当变频器的输出频率到达甚或超过48HZ时,能够自动地将电动机切换到工频电源上去;另一方面,当工频运行时,系统的参数如压力过高,那么能够自动地将电动机从工频运行状态切换到变频运行。2切换特点由于当电动机从一种电源上切出的瞬间,定子绕组中存在电动势,当切换到另一种电源上时,电源电压与定子绕组电动势之间的相位关系至关重要,应力求在同相位情况下进展切换。4 报警系统及灯光电路变频器报警系统及灯光电路由变频器的输出端口回路及灯光控制回路组成。如图这里利用了变频器输出端口RL1及RL2来控制变频
29、器的运行及控制信号,我们利用了两个中间继电器线圈KA2和KA3连接于变频器的输出回路中,再由KA2与KA3的常开与灯HL1与HL2形成灯光控制回路。在变频器参数设置时,将P0731设为55.2。代表变频器正在运行状态,将P0732设为55.3代表变频器故障状态。当变频器得电运行时,变频器数字端口RL1的内部常开触电NO闭合,输出端口回路形成。中间继电器线圈KA2得电灯光控制回路中,中间继电器常开触点KA2闭合。变频器运行指示灯HL1得电,代表变频器运行。当变频器故障时,变频器数字端口RL2的内部常开触点NO闭合,输出端口回路形成。中间继电器线圈KA3得电,灯光控制回路中,中间继电器常开触点KA
30、3闭合,变频器故障指示灯HL2得电,代表变频器故障。此时KA1线圈所在的回路中KA3常闭断开,电动机停顿旋转。结论:水泵电控系统通过变频器的控制,实现水泵电机的调速及控制,是对变频器知识的综合利用,以变频器为控制中心,所有的操作指令都是经过变频器的输出信号进展处理。图4-1 水泵电控系统原理图致谢首先我感谢电气与信息工程系X立军教师的指导,课程设计的编写教会了我们许多东西,怎样挑选元器件,怎样查阅资料,怎样使用WORD等。这都是从书本上学不到的,只有自己亲自实践,才能了解。我们也通过课程设计将自己学到的知识很好的运用到了实际操作中。这也是最后一次得到教师亲自指导的时机,这是很珍贵的。经过我的努
31、力,根本按照要求完成了本次的课程设计任务,不管是在知识的灵活运用上,还是课程设计的方法上都有不小的收益,为后面的学习提供了很大的帮助!在这再次感谢教师对我的教诲和帮助!学生:范莉参考文献1. X燕宾. SPWM变频调速控制技术M. :机械工业.2. 西门子中国XX. 西门子MM440操作手册.XX:西门子中国XX.3. 西门子中国XX. 西门子MM440使用大全.XX:西门子中国XX.4. 董锦凤. 毕业设计指导M.第1版. XX:XX电子科技大学,2005.附录附录A 系统图附录B 元件明细表序号器件名称数量型号规格参数备注1变频器1MICROMASTER440额定功率5.5KW,额定电压3
32、80V,防护等级2-IP20订货号6SE6440-2UD25-5CA12塑料外壳式断路器13RV1021-4BA10断路器额定电流40A3三相异步电动机1额定功率5.5KW,电流12.6A4熔断器5RLT1220 额定电压380V配3个16A的熔体额定电压220V配2个10A的熔体5冷压端子30U型针型6铜芯聚氯乙烯绝缘软导线BVR5米横截面积2.5m额定电压在380V导线长期允许工作温度707压线钳2适用于2.5mm聚端接线柱与导线的冷压连接聚端接线柱2.5 m的U形冷压端子压线钳针形冷压端子压线钳8端子排3TD-202120A600V导线截面1-2.5 m内适用,厚150宽38.5高40.
33、5mm价格6元每个12节9线槽210螺栓螺母垫圈假设干2M4螺栓 4M4螺母 4M4垫圈或固定在导轨上螺丝紧固扭矩:2.5Nm带安装固定垫圈11按钮3LA25-21触头组合:一个常闭,两个常开续表12编码套管12cm13中间继电器3Jz7-44380V额定电压14热继电器1JR20-16电流值是16A可与同容量的CJ20配套安装及单独安装,250A以上需配电流互感器15信号灯2颜色为红色,绿色16交流接触器3CJ20-16约定发热电流16A,额定工作电压380V,额定工作电流16A,辅助触头10A,2接通、2分段,螺钉安装17电流表1附录C 电控柜布置图附录D 原理图附录E 主电路附录F 控制线路附录G 端子接线图附录H 报警及灯光电路