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1、机电一体化自动转换开关设计目 录摘要Abstract第 1 章 绪论11.1 课题概况11.1.1 当前双电源转换开关的现状11.1.2 双电源转换开关的发展21.1.3 研究本课题的目的及意义31.2 课题研究的内容31.2.1 课题研究涉及的有关概念31.2.2 课题研究的主要技术性内容4第 2 章 系统方案确定及控制原理72.1 系统方案确定72.1.1 自动转换开关的组成72.1.2 系统方案的确定72.2 开关结构特点及控制原理92.2.1 开关结构特点92.2.2 控制原理92.2.3 功能10第 3 章 控制系统设计123.1 控制系统电气元件简介123.1.1 SPT604 电
2、压传感器123.1.2 LM393 电压比较器133.1.3 NE555 施密特触发器143.1.4 中间继电器153.1.5 ULN2003A 达林顿晶体管163.1.6 塑料外壳式低压断路器183.1.7 跳线 193.2 控制原理图设计193.3 报警电路设计20第 4 章 机械结构设计214.1 机械结构设计要求214.2 电机的选用214.2.1 电机功率的确定224.2.2 电机类型的选择234.3 系统机械传动路线234.4 主要零件设计244.4.1 主轴的设计244.4.2 齿轮的设计274.4.3 六方离合销的设计314.4.4 拨叉盘的设计324.5 机械结构总体装配设计
3、33第 5 章 系统可靠性分析345.1 电气控制部分可靠性分析345.2 机械传动部分可靠性分析345.3 总体注意事项35结论36参考文献37致谢39摘 要机电一体化双电源自动转换开关主要是应用于需连续供电的某些重要场所，它是开关家族中的新品。本文主要介绍了此种开关的电气控制原理和机械结构设计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。其中，可靠性与安全性分析，既是本课题的一重点，也是检验本课题研究对象是否合格，衡量设计结果有无意义的一关键所在。通过理论和大量计算，
4、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。综上所述，系统能比较准确地测量各相电压参数，根据测量结果产生相应执行动作。整个机构设计简单，动作准确，使用方便，可靠性好，能满足设计要求。该产品具有很好的发展前景和现实意义。机电一体化自动转换开关设计第 1 章? 绪 论f 第 1 章 绪 论1.1 课题概况 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
5、高，机械系统的控制正经历一场新的革命，以前由机械构件完成的控制功能正通过电信号来驱动执行器完成，从而具有更高的稳定性和可靠性。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。 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，用电设备的水平和可靠性，关系到用电人员的安全和生命。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
6、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，就当前双电源转换开关的现状及发展进行如下综述。 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
7、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。八十年代中期，针对国内市场急需高性能的双电源自动转换开关的现状，国内外部份电器代理商、发展商从国外相继引进了日本共立继器株式会社的 MZ、VSK 系列高、低压双电源转换开关，法国溯高美公司由电动机驱动的 SirC
8、OVER 标准型及 vS 型双电源转换开关，韩国始永重电机株式会社的 SYF、SYB、SYNB 型双电源转换开关及美国的 Zenith公司的 ZTS 口系列双电源转换开关通过这些产品的引进，丰富了我国电器元件的品种，一定程度缓和了我国一些急需双电源转换场所用电设备的需求。表1 所列是具有代表性的各国双电源转换开关的性能数据。从下表可以看出：短路分断能力高、投切容量大、体积小、操作可靠性高、产品智能化是当前具有国际水平的双电源自动转换开关的最基本的特征。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
9、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
10、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
11、，达到使用信号器 modem 或 PC 进行控制的目的。下图为该公司研制、开发的发电开关设备能量管理监控系统。 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Zenith 公司的 MX200 微处理控制器、ZENT200 网络通讯系统均以微处理控制系统为核心，控制单元均由数据采集、智能识别和执行机构三个模块构成，另根据需要可加装显示模块、通讯模块及检测模块，极大丰富了双电源转换开关的智能化
12、功能，可见采用微电子技术是双电源转换开关实现多功能化和智能化晟有效的办法。 (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、
13、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
