星三角降压启动控制系统设计.docx

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星三角降压启动控制系统设计

编号：

机电一体化实训说明书

题目：

三相异步电动机星三角

起动控制系统

院（系）：

机电工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

陈增华

学号：

0901120640

指导教师：

诸葛致

2012年12月25日

前言

设计三相异步电动机（型号为Y200L-4，额定功率为30kw）电气控制系统主线路、控制线路，要求控制方案安全、可靠，经济投入尽可能少。

首先查阅型号为Y200L-4额定功率为30kw的三相异步电动机的各种参数（要求注明出处），根据各种参数计算验证电机的额定电流，计算结果应与查得的额定电流相符，否则数据有误。

电流验证无误后，再设计并绘制电气控制系统原理图，并根据电机额定电流计算电机带上额定负载时电路各处的电流值，计算各种电器（如交流接触器、热继电器、熔断器、自动空气开关、时间继电器、电缆线等）的相关参数，然后选择电器具体的型号，并绘制电器元件明细表。

绘制电气安装接线图，并再实验台上进行接线、通电、调试、运行。

本文首先分析了三相异步电动机的工作原理及稳态工作特性，然后分析了三相异步电动机的启动特性及影响三相异步电动机启动特性的因素。

星形—三角形降压启动是指电动机启动时，把定子绕组接成星形（Y），以降低启动电压，限制启动电流；待电机启动后，再把定子绕组改接成三角形（Δ），使电动机全压运行。

只有正常运行时定子绕组作三角形（Δ）联接的异步电动机才可以采用这种降压启动方法。

电动机启动时接成星形，加在每相定子绕组上的启动电压只有三角形接法直接启动时的1∕√3，启动电流为直接采用三角形接法的1∕3，启动转矩也只有三角形接法直接启动时的1∕3。

所以这种降压启动方法只适用于轻载或空载下启动。

此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高。

星形-三角形降压启动的最大优点是设备简单，价格低，因而获得较广泛的应用。

采用星三角启动方式时，启动电流不会对电网造成过大冲击，但转矩变小，所以只适用于无载或轻载启动的场合。

1.系统概述

在工程设计中,我们经常对不满足全压起动条件的电动机采用降压起动的方式,其中Y-△起动方式以其设备价格低、起动电流小、控制方式简单、维护方便等优点在民用建筑电气设计中被普遍采用。

线路设计思想：

Y—△降压起动也称为星形—三角形降压起动，简称星三角降压起动。

这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程。

所不同的是，在起动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压220V，减小了起动电流对电网的影响。

而在其起动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压380V，电动机进入正常运行。

凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。

2.各部分设计、计算及分析

2.1查阅电机资料

课设题目中的三相异步电动机型号为Y200L-4

其中Y表示的是Y系列

200表示的是机座中心高度

L表示的是长铁芯

4表示此电机是4级

由国产Y系列三相异步电动机型号大全的网址查阅得知电机的具体参数如下：

型号

额定

功率

额定

电流

转速

效率

功率

因数

堵转转矩

堵转电流

最大转矩

噪声

振动

速度

重量

额定转矩

额定电流

额定转矩

1级

2级

kW

A

r/min

%

COSФ

倍

倍

倍

dB（A）

mm/s

kg

Y200L-4

30

56.8

1470

92.2

0.87

2

7

2.2

79

84

1.8

253

2.2绘制电动机Y-△起动过程分析与控制原理图绘制

第1阶段,电动机定子绕组Y接起动.当按下起动按钮SB2时,接触器KM1得电,配电回路中主触点闭合,使电动机定子绕组端子接通电源;同时接触器KM3得电,其主触点闭合,使电动机定子绕组端子短接,此时电动机定子绕组接成Y形,并开始起动运转。

第2阶段,电动机定子绕组△接线,转入正常运行,经时间继电器KT延时,电动机Y运行达到一定转速,KT常闭触点打开,接触器KM3失电,其主触点断开、常闭辅助触点闭合,使接触器KM2得电（接触器KM2,KM3互锁）,KM2主触点闭合,定子绕组端子相接,此时电动机定子绕组接成△形,Y-△起动过程结束,进入正常△形运行状态。

得出以下设计图：

左边为主回路右边为控制回路

2.3电动机定子绕组Y形接法和△形接法的电流、电压分析

当电动机定子绕组为Y形接法时,定子绕组端电压为相电压:

当电动机定子绕组为△形接法时,定子绕组端电压为线电压:

由上可知：

定子绕组Y形接法时线路电流只有△接法时线路电流的1/3倍;定子绕组△接法时绕组内的电流为线路电流的1/

倍。

对于Y-△起动的电动机主回路接线在《建筑电气通用图集》中列出：

2.4计算各种电器

额定电流=额定功率/（

U*功率因数*效率）=56.8

Ie为电动机额定电流

各种电器的选定均由Ie整定

空气开关（QS）的选择

QS通常选用电动机保护型,应按Ie来选择。

在Y-△起动时,起动电流仅为直接起动时电流的（1/3）倍,所以选用电动机保护型的QF完全能满足起动要求。

为满足电机的超载运行，最大电流选择电动机额定电流Ie的1.5-2.5倍

QS断路器的电流=电动机额定电流*1.5-2.5A=85.2A-142A

应该选取

正泰断路器158-1252P100A正泰空气开关DZ158100A2P价格：

46

接触器（主接触器KM1,角接触器KM2,星接触器KM3）的选择

主接触器KM1,角接触器KM2都串联在电动机的绕组中，所以它们具有相同的相电流KM1,KM2的额定电流值以依据选择。

起动电流持续的时间很短,不足以烧毁电气设备,因此KM3的额定值可按（1/3）Ie来选择。

一些设计中,KM1,KM2,KM3全部用Ie来选择,显然是浪费的。

KM1,KM2接触器的电流=电动机额定电流/

=56.8/

A=32.79A

选取

交流接触器32A（LC1）CJX2-3210380V银点价格：

38*2

KM3接触器的电流=0.47*电动机额定电流=0.47*56.8A=26.7A

选取

交流CJX2接触器25A（LC1）CJX2-2510380V银点价格：

32

热继电器（FR1，FR2）的选择

FR1的主要作用是用于电动机的过载保护,在电动机运行的过程中若过载时间太长,绕组温升超过允许值,绝缘老化速度加快就会缩短电动机的使用寿命、在严重的情况下甚至会烧坏。

其热元件的额定电流值应以≥Ie为依据选择,保证Ie值KH可调范围之内。

串联在电动机的绕组中，所以它们具有相同的相电流。

是绕组外边的所以选取1.2倍电动机额定电流

FR1热继电器的电流=电动机额定电流*1.2=56.8*1.2A=68.16A

选取

正泰热过载继电器JRS1-40/Z70A价格：

60

FR2热继电器的电流在2A以下即可

选取

正泰热继电器JR36-20/3.2A价格：

12

熔断器（主回路FU1，控制回路FU2）的选择

主回路FR1按电动机额定电流选定，一般选择主回路选额定电流的1.5-2.5倍

FU1熔断器整定电流=电动机额定电流*1.5-2.5A=85.2A-142A

选取

MRO茗熔RGS11CR2LGSB380V100A螺栓连接式熔断体快速熔断器价格：

100

控制回路用2A的熔断器足够了。

FU2熔断器整定电流=2A

选取

RL1-15螺旋式熔断器熔断体380V2A陶瓷保险丝价格：

1

时间继电器（KT）的选择

KT在控制回路中，选择2A以下容量的即可

应该选取

JS14S-3价格：

29

时间继电器时间设定：

电动机所带的机械负载由于惯量不同，会造成电动机启动时间不同，大多数设备是属于轻载启动，第一次启动电动机不清楚启动时间有多长，所以不可能正确设定启动时间。

选择手动启动，当启动电动机后开始看表计时，等电动机达到高速，如果有电流表看电流读数退回到最低值时，这段时间就是启动时间，为了可靠安全在刚才测量到的时间上再加2-3秒。

把它作为时间继电器最终设定值。

时间设定后是否正确，可以用下面办法检查：

把控制箱电动机输入熔断器熔芯去掉，再按启动按钮，这时可以看接触器转换时间是否正确。

电缆线的选择

30KW三相异步电动机工作电流57A，

穿管时可选用YJV-1000V-3*10+1*6mm2-3*16+1*10mm2铜芯电缆

埋地可选用YJV22-1000V-3*10+1*6mm2-3*16+1*10mm2铜芯电缆

3.电动机Y-△起动电气控制系统电器选用一览表

种类

选择型号

单价

空气开关（QS）

正泰断路器158-1252P100A正泰空气开关DZ158100A2P

46

主接触器KM1

交流接触器32A（LC1）CJX2-3210380V银点

38

角接触器KM2

交流接触器32A（LC1）CJX2-3210380V银点

38

星接触器KM3

交流CJX2接触器25A（LC1）CJX2-2510380V银点

32

热继电器FR1

正泰热过载继电器JRS1-40/Z70A

60

热继电器FR2

正泰热继电器JR36-20/3.2A

12

熔断器主回路FU1

MRO茗熔RGS11CR2LGSB380V100A螺栓连接式熔断体快速熔断器

100

熔断器控制回路FU2

RL1-15螺旋式熔断器熔断体380V2A陶瓷保险丝

1

时间继电器KT

JS14S-3

29

穿管电缆线

YJV-1000V-3*10+1*6mm2-3*16+1*10mm2铜芯电缆

略

埋地电缆线

YJV22-1000V-3*10+1*6mm2-3*16+1*10mm2铜芯电缆

略

总价

356

结论

三相异步电动机星三角启动的优点是附加设备少，操作简便。

所以现在生产的小型异步电动机常采用这种方法。

为了便于采用星三角启动，小型异步电动机的定子绕组一般设计成三角形连接，刚开始采用星型连接的电流是三角连接的三分之一，从而减小启动电流，保护电网安全，待启动后改为三角形连接，转矩就为开始星连接的三倍，从而保证对电机力矩的要求。

通过这次的课程设计，我对于电动机的自动化过程有了更深的了解，学会了用控制元件来控制电机的启动和停止，了解了各类控制元件的实际应用和参数，学会了根据电机的型号对控制系统的电器型号来选择，学习到了如何计算电机继电保护电器的参数，这些都是很有实际作用的，对于即将踏入社会的我们有很大的帮助。

谢辞

一个星期的课程实训很快结束了，回顾这段时间，收获颇多，此次实训是对大学所学电气课程的一个综合考查，从中体会到了所学知识的目的和意义，掌握了初步设计的方法，为以后的学习和工作打下了良好的基础。

此次的实训是在诸葛老师的精心指导下认真完成的。

在整个实训过程中，遇到了很多疑点和难点，这些问题都在老师的耐心指导下一一解决，给我们提供了很多有关的书籍资料，锻炼了自己解决问题的能力，并且得到了许多其他老师和同学的帮助，使得本次实训得以圆满完成，在此向范老师表示衷心的感谢，并向其他老师和同学献上我真诚的谢意。

在整个实训过程中，我们体会到了应用所学知识的乐趣，同时在实践过程中也才知道自己所学知识的浅显和不扎实，许多东西要自学和查阅相关资料才能会应用。

通过本次实训，巩固温习了以前所学的知识，同时扩大了自己的知识面，了解了书本以外比较前沿的科技，拓宽了自己的视野，夯实了自己的专业知识，并且能够与其他学科紧密连接起来，做到学以致用。

参考文献

[1].汤蕴璆，电机学，机械工业出版社，北京：

2003.1

[2].邓星钟，机电传动控制，华中科技大学出版社，2001.3

[4].秦曾煌，电工学，第五版，高等教育出版社，北京，2005.12

[3].李永东，交流电机数字控制系统，机械工业出版社，2002.5

附图：