三速电动机变极调速控制设备电气说明书

三速电动机变极调速控制设备电气说明书 目录 一、拖动方案的确定 二、电动机的选择 三、电气控制原理图的设计 四、电器元件的选择 五、电器元件明细表 六、电器布置图的设计 七、电器接线图的设计 ． 八、设计小结 1 课题：《三速电动机变极调速控制设备设计》 一、拖动方案的确定 从设计任务1书中内容可知，要求我们设计的控制设备的控制对象为—纺织车间的轴流风机，其全年的送风量是不均匀的，可划分为三个时间段，即夏季、春秋季和冬季。风机的特性可知，当风机转速从n变到n'时，风量Q和轴功率P的变化关系式如下： n'Q'Q nn'P'P n从已知技术数据，春秋季的风景为夏季的66％，冬季的风量为夏季风量的50％，我们知道拖动风机的电动机需要调速控制。于经设计达到夏季风量所需电动机功率为，转速为1457r／min，亦即我们所选电动机的最大功率和转速只要满足大于等11．6kw和1457r／min，控制设备能实现对该电动机实行调速即可满足设计的技术要求。 对电动机实行调速控制的方案比较多：有调压调速、电磁调速电动机调速、串级调速、变频调速和变极对数调速等。前几种调速方案都可实现对电动机的无级调速，但实现调速的控制设备和控制方案都比较复杂，经济投入较大。只有变极对数调速为有级调速，控制设备相对较简单，经济投入较少。而根据设计的技术数据，纺织车间全年要求的风量变化并不要求连续，只分为三段，在每一段内的风量我们可视作不变(因风量略有变化引起的温、湿度变化是不会超出允许的温、湿度要求范围的)，这样式 n'Q'Q n3可知，拖动风机的电动机转速实际上全年中只要有三个变化点即可满足要求，只需有级调速控制。因此，我们可采用变极对数调速的控制方案。 二、电动机的选择 出确定的拖动方案可知，我们选用变极三速电动机可实现对风机的控制。 在纺织车间内空气中含有棉絮等杂物，这就要求电动机密封性要好，而车间内电动机—般在地面平装，因而我们可选用电动机的外壳防护等级为IP44，结构和安装型式为IMB3。 设风机在夏季、春秋季和冬季的风量分别为Ql、Q2、Q3， 转速分别为n1、n2、n3，轴功串分别为P1、P2、P3。已知条件即得：Q2：Ql＝，Q3：Ql＝，Pl＝， P2＝1457r 2 ／min。 n'Q'Q nQn2n121457r/min962r/min Q1Qn3n131457r/min729r/min Q1n'Q'Q nn'P'P nQ'P'P Q33Q23P2P 1Q1Q33P3P 1Q133从以上计算可知．风机夏季、春秋季、冬季二个调速点要求的转速分别为1457r／min、962r／min、729r／min，要求的功率分别为、、 根据上述情况和车间内有交流380V，50Hz的二相电源，我们选用YD系列变极三速异步电动机来拖动风机。该电动机的有关参数如下： 型号为 YD180L—8∕6∕4 电动机有三种极对数变化，分别为8极、6极、4极。对应于三种极对数8／6／4的额定功率为7KW/9KW/12KW，满载电流为∕∕，满载转速为740r/min∕980r/min∕1470r/min。绕组接法为△∕Y∕YY。 电动机绕组接线图如图1所示。 3 图1 YD系列变极三速电动机绕组接线图 要满足对风机的控制要求，即夏季采用4极运转，春秋季采用6极运转，冬季采用8极运转，我们分别定义为高速、中速和低速运转状态。这样功率和转速均能满足风机的工作要求，并有裕量。 三、电气控制原理图的设计 电气控制原理图的设计方法较多，在此我们采用两种方法来设计。 (一) 经验设计法 因风机起动属于轻载起动，可对电动机采用全压起动控制电路。于风机和电动机有三种运行速度，故需有三只控制按钮分别发出指令来控制电动机三种速度运行。考虑到控制柜要有短路、过载等保护，在原理图的主回路中设置三只热继电器和三只熔断器，结合三速电动机绕组接线图设计出图2所示电路。 该控制图能实现电动机低、中、高三种速度的控制，不管原来电动机的运行状态如何、只耍按动按钮SB1、SB2、SB4按钮中的任意一只，电动机将工作在某种转速上。例如电动机原为停止状态，我们按动按钮SB4，接触器KM4、KM3先后吸合，使电动机工作在高速状态。再按按钮SB2，接触器KM4、KM3同时释放，接着接触器KMl吸合，电动机高速直接进入低速运行。这样，使电动机在转换状态时的转速变化较大， 不利于电动机的使用。同时风机的风量变化也将不符合设计技术要求，设计技术要求中风量控制要求在三种速度之间的转换能逐段进行。即起动时先进入低速运行，再进入中速，最后进入高速运行，不允许中速或高速直接起动。在高速远行转入低速运行时，先高速变化到中速，再转入低速运行； 4 从低速切换到高速也一样。即要求在三种速度之间转换。不能越级直接切换，满足风机风量控制的技术要求。根据此前提，重新设计出的三速电动机电气控制原理图如图3所示。 图2 三速电动机电气控制原理图草图之一 在此图中接触器KMl吸合，三相电源进入电动机的U1、V1、W1端子，电动机工作在低速状态。接触器KM2吸合，三相电源进入电动机的U2、V2、W2端子，电动机工作在中速状态。接触器KM4、KM3吸合，三相电源进入电动机U3、V3、W3端子，电动机工作在高速状态。低中高三种工作状态分别按钮SB2、SB3、SB4来控制。为避免电源同时接入Ul、V1、W1、U2、V2、W2及U3、V3、W3三者之中的任意二处，在接触器KMl、KM2及KM4线圈回路中接入了机械互锁和电气互锁。为实现在电动机起动时只能低速起动，不允许中速或高速直接起动，在线路中设置了中间继电器KAl，并将KAl的二对常开触点分别串入接触器KM3和KM4的线圈回路，使得起动时若不按SB2按钮，接触器KM1没有吸合过，则中间继电器KA1不可能吸合，其二对常开触点均处于断开状态。 5 图3 三速电动机电气控制原理图草图之二 6 即使按下SB3或SB4按钮，接触器KM2或KM4均不会吸合。亦即电动机不会直接起动到中速或高速状态。而一旦从低速起动后，中间继电器KAl通过其自锁触点长期吸合，将不影响低、中、高三种速度间的转换。 图中电动机一旦起动后，低速与中速间的相互切换只要按动SB2或SB3按钮即可实现。中速与高速之间的切换同样只要按动SB3或SB4按钮便能实现。但电动机如工作在低速状态，若按动高速SB4按钮，电动机将不能直接进入高速状态，而是先进入中速运行，然后才自动转入高速状态稳定运行。电动机原工作在高速状态，按低速运行按钮SB2情况也相同，要经过中速远行状态才能最后进入低速运行，保证三级速度的切换能逐级进行。为保证实现这样的切换程序，设置了中间继电器KA2—KA5和时间继电器KT1—KT4。其中中间继电器KA3、KA4和时间继电器KT1、KT2保证电动机在低速运行状态时转入高速运行状态的平稳过渡。而KA2、KA5、KT3、KT4的控制功能正好相反。现以电动机在低速远行时要切换到高速运行为例来说明线路的设计思路与工作原理。 电动机运行在低速状态，接触器KMl吸合，其常开触点KMl-3闭合使中间继电器KA3吸合，KA3一对常闭触点串在接触器KM4线圈回路中，保证使得按下高速按钮SB4时，虽其常开触点SB4-1闭合，但接触器KM4线圈因KA3的常闭触点断开而不能得电吸合。 只有等接触器KM2吸合，其常闭触点KM2-4使中间继电器KA3失电释放，KA3串在KM4线圈回路中的常闭触点回复后，KM4才能吸合，进而使KM3吸合而使电动机转入高速运行。即实现了低速运行时必须经过中速状态才能最后进入高速运行的目的(注意接触器KM2吸合即使电动机工作在中速状态)。具体工作原理如下所述。电动机在低速运行时，接触器KMl吸合，中间继电器KA3吸台。当按动高速按钮SB4后，其常闭触点SB4-1使KM 2线圈失电释放，同时其常开触点SB4-2使时间继电器KTl线圈得电吸合。于KTl为一断电延时继电器，其延时常开触点马上闭合使中间继电器KA4线圈得电吸合，KA4的常开触点KA4—1使接触器KM2线圈得电吸合(此时因为按钮SB4按动一下已复位，其常闭触点SR4—2巳闭合)，电动机进入中速运行。串在KM2自保线路中的KA4常闭触点与常开触点KA4—1共同构成了接触器KM2的点动控制，以便实现从中速到高速的自动切换。KM2吸合后，其常闭触点KM2—4断开，使中间继电器KA3释放， KA3串在KM4线圈回路中的常闭触点复位，为KM4线圈的得电作好准备。在中间继电器KA4吸合其常开触点KA4—1使KM2吸合的同时，另一对常开触点KA4—2使时间继电器KT2线圈得电吸合自保并开始延时。注意在通电延时时间继电器KT2开始计时时，断电延时时间继电器KTl也同时在进行计时。因为按钮SB4的常开触点SB4—2是合一下马上断开的。当时间继电器KT2延时到后，其延时常开触 7 点闭合，使接触器KM4线圈只要接触器KM2常闭触点KM2-2回复即可吸合。当KT1延时到后，其延时常开触点断开使KA4线圈失电，KA4释放，KA4的常开触点KA4-1和常闭触点保证KM2线圈失电释放，使KM2-2复位，这样KM4得电吸合，其常开触点又使接触器KM3吸合，KM3常闭触点KM3-3又使KT2失电释放，电动机白动进入高速状态稳定运行。从而实现低速运行经中速自动切换到高速的控制日的。 通过分析，值得注意的是时间继电器KTl的延时时间要比KT2略长。如相反，当KTl延时一到，其延时常开触点断开使KA4释放，从而使KM2释放。促此时KT2的延时常开触点仍未闭合，使KM4能吸合，电动机将失电停机。等到KT2延时到后才又使KM4吸合，进而KM3吸合，电动机转入高速运转。这样在中速自动切换到高速过程中会出现电动机的短暂失电，不利于控制。同理，时间继电器KT3的延时时间也要比KT4略长些。当电动机工作在高速状态，按动低速按钮