自动转换开关的机械cad图纸学士学位论文.docx

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自动转换开关的机械cad图纸学士学位论文

目录

摘要1

Abstract4

第一章绪论7

1.1课题概况7

1.1.1当前双电源转换开关的现状8

1.1.2双电源转换开关的发展8

1.2课题研究涉及的有关概念11

第二章系统方案确定及控制原理13

2.1系统方案确定13

2.1.1自动转换开关的组成13

2.1.2系统方案的确定13

第三章控制系统设计18

3.1SPT604电压传感器18

3.1.1LM393电压比较器19

3.1.2NE555施密特触发器21

3.1.3中间继电器22

3.1.4ULN2003A达林顿晶体管23

3.1.5塑料外壳式低压断路器26

3.1.6跳线27

3.1.7控制原理图设计28

3.2报警电路设计28

第四章机械结构设计29

4.1机械结构设计要求29

4.2电机的选用30

4.2.1电机功率的确定30

4.2.2电机类型的选择32

4.3系统机械传动路线33

4.4主轴的设计33

4.5六方离合销的设计39

第五章系统可靠性分析39

5.1电气控制部分可靠性分析40

5.2机械传动部分可靠性分析41

5.3总体注意事项42

第六章结论43

参考文献44

致谢46

自动转换开关的设计

摘要

研究本课题的目的及重要性：

为保证重要负载供电的连续性，双电源自动转换开关的应用需求已越来越大，技术性能要求也越来越高。

转换一旦失败将会造成多种危害，电源间的短路或重要负荷断电，其后果都是严重的，这不仅仅会带来经济损失，也可能造成社会问题。

就其目前的发展现状来看，对双电源自动转换开关的研制和生产已是刻不容缓。

否则，就无法满足因人们生活质量的不断改善而对电源可靠性的要求越来越迫切，功能更完善的发展要求。

本文首先分别介绍了自动切换器的电气控制原理和机械系统的结构设计，并相应地给出了系统框图和控制系统硬件原理框图。

然后，结合理论和设计经验，分析了自动切换器的可靠性和安全性。

通过理论和大量计算，可以得出以下结论：

机械系统的结构，既保证了常用电源与备用电源只有一个供电，也可手动，电动联锁，通过机械联锁，保证系统的可靠性和安全性。

1.双电源自动转换：

常用电源与备用电源之间的转换方式无需人力操作即能完成转换功能，如常用电源被检测到失电时，则自动将负载从常用电源换接至备用电源，在常用电源恢复正常时，则自动将负载返回到常用电源。

2.自动转换开关：

自动转换开关简称为ATS，automatictransferswitching的缩写。

由一个或几个转换开关电器与其它必需的转换控制器组成，用于检测电源电路，并将一个或几个负载电路从一路电源自动切换至另一路电源的开关电器。

3.被检测的电源偏差：

即被检测的电源特性的改变。

当电源特性偏离规定限值﹙如电源电压任意一相欠压、过压、断相﹚时，被检测到的电源偏差将作为信号使开关动作。

4.转换动作时间：

测定从电源被检测到偏差的瞬间至主触头闭合备用电源截止的时间，特意引入的时间除外。

5.总动作时间转换动作时间加上特意引入的延时。

6.返回转换时间从常用电源完全恢复正常的瞬间起至一组触头闭合常用电源的瞬间为止的时间加上特意的引入延时。

结论：

本课题研究运用机电一体化技术开发设计出由断路器，机械联锁和控制器构成的双电源转换系统，这样的转变，正是趋于缓解市场急需高性能，高可靠性，高稳定性和高安全性的自动转换开关电器产品的现状。

因为产品的技术先进性和可靠性如何，将直接影响着用电的安全与可靠，这已成为低压配电系统中不可缺少的重要部分。

所以在设计中应引起人们的重视，并很有必要熟悉和了解其类型、组成与工作原理、主要特点及功能等。

控制原理图的设计，报警电路设计，机械结构设计，电机的选择计算和设计，最后对系统做了一个比较详细的分析。

我们从电气元件的选择：

电压传感器、电压比较器、施密特触发器、中间继电器、达林顿晶体管、塑料外壳式低压断路器等都做了一个详细的阐述。

此设计可使人们看到双电源自动切换器的结构和功能，对于其选择和应用是一个较好的范例，随着现代化智能建筑的日益增多．双电源转换开关的应用会更加广泛，更加普遍。

关键词：

自动转换开关，断路器， 触发器，可靠性

Abstract

Objectiveandsignificanceofthisresearch:

inordertoensurethecontinuityofcriticalloadpowersupply,applicationofdualpowerautomatictransferswitchismoreandmorebig,thetechnicalperformancerequirementsarealsogettinghigherandhigher.Conversiononcefailurewillresultinmanyhazards,shortcircuitpowersupplyorimportantloadpower,theconsequencesareserious,whichnotonlycanbringeconomicloss,mayalsocausesocialproblems.Thepresentcurrentsituationofthedevelopment,developmentandproductionofautomaticconversionswitchofdoublepowersupplyhasbeencrunchtime.Otherwise,itcannotbesatisfiedduetothequalityofpeople'slifecontinuouslyimprovethereliabilityofpowersupplybecomesmoreandmoreurgentfortherequirementsofthedevelopment,functionmoreperfect.

Thispaperintroducesthestructuredesignofautomaticswitchelectricalcontrolprincipleandmechanicalsystem,andthecorrespondinghardwaresystemblockdiagramandcontrolsystemblockdiagram.Then,combiningthetheoryanddesignexperience,analysisofthesafetyandreliabilityoftheautomaticswitch.Throughtheoreticalanalysisandcalculation,thefollowingconclusionscanbedrawn:

structureandmechanicalsystem,bothtoensurethenormalpowersupplyandstandbypoweronlyonepowersupply,canalsobemanually,electricinterlocking,bymechanicalinterlocking,ensurethereliabilityandsecurityofthesystem.

1dualpowerautomatictransfer:

betweenthepowersupplyandthebackuppowerconversionmodewithoutanymanualoperationtocompletetheconversionfunction,suchasthecommonlyusedpowerisdetectedwhenpowerislost,itwillautomaticallyloadswitchingtothestandbypowerfromthecommonpowersupply,thenormalpowerisrestored,itwillautomaticallyreturntonormalpowerload.

2automaticswitch:

automatictransferswitchingtoATS,automatictransferswitchingabbreviation.Byoneorseveralswitchelectricalappliancesandotheressentialconversioncontroller,forthedetectionofpowersupplycircuit,andoneorseveralloadcircuitfromapowersupplyswitchautomaticallyswitchtoanothercircuitpowersupply.

3powerdeviationdetected:

namelythedetectedpowercharacteristicchanges.Whenthepowersupplycharacteristicsofdeviationsfromtheprescribedlimitvalues（suchaspowersupplyvoltageofanyonephaseundervoltage,overvoltage,openphase）,thepowerdeviationisdetectedasasignaltotheswitchingaction.

4conversiontime:

fromthedeterminationofpowerbedetectedinstantlytothemaincontactclosingstandbypowerdeviationofthecut-offtime,exceptforthespeciallyintroducetime.

5ofthetotalmovementtimeconversionactiontimeplusspeciallyintroducedelay.

6Returnoftimefromthecommonpowercompletelynormalizedmomenttoagroupofcontactsclosedpowerinstantaneoustimeplusspeciallyintroducedelay.

Conclusion:

Thisstudyusesmechanicalandelectricaldevelopmentintegrationtechnologytodesignthecircuitbreaker,thedoublepowerconversionsystemofmechanicalinterlockingandcontroller,suchachange,itistoeasethemarketinurgentneedofhighperformance,highreliability,automaticconversionofhighstabilityandsafetyofswitchelectricalproducts.Becauseofhowproductsaretechnicallyadvancedandreliable,willdirectlyaffecttheelectricitysafetyandreliable,whichhasbecomeanimportantandindispensablepartinlowvoltagedistributionsystem.Soattentionshouldbeinthedesign,anditisnecessarytounderstandandfamiliarwiththetype,compositionandworkingprinciple,maincharacteristicsandfunctionetc..Thedesignofcontrolprinciplediagram,alarmcircuitdesign,mechanicalstructuredesign,motorselectioncalculationanddesign,thesystemmadeamoredetailedanalysis.Wefromtheelectricalcomponentselection:

voltagesensor,avoltagecomparator,Schmidttrigger,intermediaterelay,Darlingtontransistor,plasticshelltypelowvoltagecircuitbreakerhavemadeadetailedexposition.Thisdesigncanmakepeopleseethedualpowerstructureandfunctionoftheautomaticswitcher,thechoiceandapplicationisagoodexample,alongwiththeincreasingofmodernintelligentbuilding.Switchpowersupplywillbemorewidelyapplied,morecommon.

第一章绪论

1.1课题概况

机电自动转换开关中的双电源转换开关的技术水平、先进性和可靠性，直接影响人们日常生活场所的用电设备的水平和可靠性。

随着我国工业的发展、自动化程度的普及、人类生活质量的不断改善，人们对电源可靠性的要求越来越迫切，由此双电源转换开关的重要性日益提高。

此外，根据我国高层民用建筑设计防火规范规定：

“一类高层建筑应按一级负荷供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。

”“高层建筑的消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟、排烟、风机等的供电，应在最末一级配电箱处设置双电源、甚至三电源自动转换装置。

可见，随着现代化智能建筑的日益增多．双电源转换开关的应用更加广泛。

所以工业发达国家都把双电源转换开关的研制、生产列为产业重点加以发展，并使之高新技术化、智能化。

本文结合最新资料，国内外厂商产品说明书及有关会议论文、信息等情况，并在此基础上进行一些补充，机场、医院、高楼、消防以及重要的军事设施，一旦发生停电事故，将产生严重后果。

因此，诸多场所应配备双电源紧急供电系统，将负载电路从一个电源转换至另一个备用电源，以保证正常的供电需求。

随着自动化技术水平的不断提高，机械系统的控制正经历一场新的革命。

机电自动转换开关也就此呼之欲出，它是一种机电一体化程度较高的高新技术机电结合产品，具有独特的机电一体化设计，高的性能价格比，是开关家族中的新品。

1.1.1当前双电源转换开关的现状

我国双电源转换开关的研制和生产在八十年代初还是空白．国内许多需双电源切换场所不得不采用普通接触器作为投切电器或采用手动双投刀开关、两只塑壳开关及断路器联合使用达到双电源转换这一目的。

采用普通交流接触器作为投切电器存在以下问题：

一是耗电、二是有噪音、三是切换不可靠、四是投切容量受普通交流接触器容量限制。

采用手动双投刀开关、两只塑壳开关及断路器联合使用达到转换双电源这一目的．会造成配电设备体积庞大、切换速度慢、使用寿命短、维护保养困难、切换可靠性差。

这里特别值得一提的是：

九十年代初，我国江苏泰州航海电器总厂的科研人员在中国船电委的帮助下．在广泛调研、充分吸收国外同类产品先进技术、先进性能、先进制造水平的基础上．自力更生研制成功具有自我知识产权的新型HC92系列电磁转换开关。

全部零部件均实现国产化生产，填补国内空白。

其动作性能、技术性能参数可与国外同类产品相媲美，技术水平属国际上八十年代末期水平。

这一产品的研制成功并批量投产，一定程度上缩短了我国双电源转换开关与国际发达国家先进水平的差距。

1.1.2双电源转换开关的发展

随着科学技术的不断发展．近十年来，国外双电源转换开关发展非常迅速．它融合了现代材料、机电、测量、控制和微机技术。

产品不断更新换代，其结构和技术性能有了崭新的变化，促进双电源转换开关向大容量、高分断方向发展。

此外电子技术的发展，特别是集成电路和微处理器技术的发展与进步，对传统的电磁机械保护式双电源转换开关已经产生了深刻的影响．可以这样说．离开了电子技术，双电源转换开关将不可能获得大的发展。

（1）采用微处理控制器实现双电源转换开关高性能、多功能和智能化为了扩大双电源转换开关只单纯起转换双电源之作用．到可对转换开关和开关设备实现远程监控。

建立可靠的管理控制接口，实现设备的安全及经济运行。

这一方面．美国Zenith公司是双电源转换开关研制、开发最杰出的代表。

美国Zenith的系列ZST口双电源转换开关通过MX200高级微处理控制器的ZNET200网络通讯系统配合使用，提供对系统参数、警报功能及数据采集的直接控制。

系统还因ZENT200远程通讯端口的配装，达到使用信号器modem或PC进行控制的目的。

该系统设备及数据包括：

1）ATS位置及电源可用性

2）远程测试（负载／无负载／快速测试）

3）测试和训练状态

4）延时运行和设置

5）正常和应急电源的频率电压检测的抬取／开断设置

6）禁止转换

7）当开关不在自动位置的控制器操作

8）可选的控制／监视辅助功能

9）趋势／分析

（2）新技术、新材料、新工艺的应用促进双电源转换开关向结构模块化、大容量、高分断方向发展。

随着现代科学技术的高速发展，世界工业发达国家对构成双电源转换开关这一电器元件的基础材料，诸如：

电触头材料、磁性材料、电阻材料、热双金属材料及绝缘材料的研究和开发十分重视。

特别指出的是由于电触头材料的性能直接影响开关电器的通断容量、寿命和运行的可靠性；绝缘材料的机械性能、电性能以及耐热性、耐水性、耐候性、耐油性、耐放射性等性能的优劣，直接影响双电源转换开关向小型化、高性能、高可靠性方向发展．所以工业发达国家对电触头、绝缘材料的研制、开发更加重视。

此外．随着计算机运用领域不断扩大，双电源转换开关的设计与其它低压电器一样，普遍采用计算机辅助设计，这样设计出的产品更可靠、更合理。

基于某些场所的用电设备对电源可靠性的要求越来越高．美、法、日、韩等国著名的电器公司，十分重视当代新技术、新材料、新工艺和新理论运用于双电源转换开关产品的性能改进和技术更新，并研制出具有当代国际先进水平的小体积、大容量、高分断、结构模块化、产品性能智能化的双电源转换开关。

综上所述，当前具有国际水平的双电源转换开关最显著的特征是：

大容量、短路分断能力高，结构模块化、操作安全可靠、产品性能智能化。

1.1.3研究本课题的目的及意义

为保证重要负载供电的连续性，双电源自动转换开关的应用需求已越来越大，技术性能要求也越来越高，对产品的合理选择就显得更加重要。

其产品的技术水平、先进性和可靠性，关系到用电人员的安全和生命。

转换一旦失败将会造成多种危害，电源间的短路或重要负荷断电（甚至短暂停电），其后果都是严重的，这不仅仅会带来经济损失（使生产停顿、金融瘫痪），也可能造成社会问题（使生命及安全处于危险之中）。

因此，工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以规范。

而我国自动转换开关电器的研制和生产在90年代初还处于空白状态，也没有国家标准。

也就其目前的发展现状来看，对双电源自动转换开关的研制和生产已是刻不容缓。

进而填补我国在这一领域的空白，改变国内甚至国际市场格局。

1.2课题研究涉及的有关概念

1.双电源自动转换

常用电源与备用电源之间的转换方式无需人力操作电器即能完成规定的转换功能，如常用电源被检测到失电时，则自动将负载从常用电源换接至备用电源，在常用电源恢复正常时，则自动将负载返回到常用电源。

2.自动转换开关

自动转换开关简称为ATS，由一个或几个转换开关电器与其它必需的转换控制器组成，用于检测电源电路，并将一个或几个负载电路从一路电源自动切换至另一路电源的开关电器。

3.被检测的电源偏差

即被检测的电源特性的改变。

当电源特性偏离规定限值﹙如电源电压任意一相欠压、过压、断相﹚时，被检测到的电源偏差将作为信号使开关动作。

4.转换动作时间

测定从电源被检测到偏差的瞬间至主触头闭合备用电源截止的时间，特意引入的时间除外。

5.总动作时间转换动作时间加上特意引入的延时。

6返回转换时间从常用电源完全恢复正常的瞬间起至一组触头闭合常用电源的瞬间为止的时间加上特意的引入延时

第二章系统方案确定及控制原理

2.1系统方案确定

开关要能够顺利实现其控制要求,保证诸多需连续供电场所的正常供电,就必须要求开关有一个完善的、合理的控制系统。

因此，对其控制系统的设计，也就显得尤其重要。

下面就主要对系统的控制方案进行合理选择确定。

·2.1.1自动转换开关的组成

自动转换开关一般由两部分组成：

开关本体+控制器。

1.控制器：

主要用来检测被监测电源（两路）工作状况，当被监测的电源发生故障（如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差）时，控制器发出动作指令。

2.开关本体：

带着负载从一个电源自动转换至另一个电源。

图2.1是典型自动转换开关应用电路。

（控制器与开关本体进线端相连。

）

2.1.2系统方案的确定

经过对自动转换开关的基本组成（开关本体+控制器）的认真分析，系统的控制方案也就可从这两方面着手。

1.控制器方面：

随着自动化控制技术的迅猛发展，引领着控制器控制方式也有了快速的发展和长足的进步。

主要诞生出以下三种形式：

（1）转换器控制系统：

本系统主要是由低压电器分立元件﹙如欠压继电器，时间继电器﹚组成的。

其缺点就是体积较大，性能单一。

（2）模拟电路控制系统：

它是应用模拟电路设计出的电子产品，比转换器控制器产品的性能等方面都有较大地提高，但可靠性的问题以及设定的参数不可调等因素，限制了它的应用。

（3）智能型转换器控制系统：

它以数字电路为基础，以CPU为核心，大大提高了转换控制器功能，其体积小，可靠性高，深受用户的欢迎。

但其控制成本会特别高，控制精度也较高，也就不利于一般的控制场合。

2.开关本体方面：

根据国际电工委员会IEC一60947—6国际标准规定，自动转换开关开关本体又有PC（整体式）与CB级（断路器）两个级别之分。

（1）PC级：

它是采用接触器或