電氣控制設計中主要參數計算及常用元件選擇

3.4電氣元件參數計算及選擇3.4.1電動機起動、制動電阻計算3.4.1.1三相繞線轉子異步電動機起動電阻計算

為減小起動電流，增加起動轉矩，常采用轉子繞組串接電阻的方法來實現(xiàn)。為此要確定外加電阻的級數，以及各級電阻的大小。電阻的級數越多，起動或調速時轉矩波動就越小，但控制線路也就越復雜。通常電阻級數可以根據表3-1來選取。

起動電阻級數確定以后，對于平衡短接法，轉子每相串聯(lián)的各級電阻值，可以用下面公式計算：

Rn

=km-n

r（3-1）式中，m為起動電阻級數；n為各級起動電阻的序號，n=1表示第一級，即最先被接的電阻；k為常數；r為最后被短接的那一級電阻值。

k、r值可分別由下列兩個公式計算：（3-2）

式中，s為電動機額定轉差率；E2為正常工作中電動機轉子電壓（V）；I2為正常工作時電動機轉子電流（A）。每相起動電阻的功率為：

（3-3）

（3-4）

式中，I2s為轉子起動電流（A），取I2s=1.5I2；R為每相串聯(lián)電阻（Ω）。

3.4.1.2籠式異步電動機制動電阻的計算反接制動時，三相定子回路中各相串聯(lián)的限流電阻及可按下面經驗公式近似計算：

（3-5）

式中，Uφ為電動機定子繞組相電壓（V）；Is為全壓起動電流（A）；k為系數，當要求最大反接制動電流Im<Is時，k=0.13；當要求Im<1/2Is時，k=1.5。若在反接制動時，僅在兩相定子繞組中串接電阻，選用電阻值應為上述計算值的1.5倍，而制動電阻的功率為：

（3-6）

式中，IN為電動機額定電流；R為每一相串接的限流電阻值。根據制動頻繁程度適當選取前面系數。

3.4.2鼠籠型電機能耗制動參數計算圖3-14為能耗制動整流裝置的原理圖。3.4.2.1能耗制動直流電流與電壓的計算從制動效果來看，希望直流電流大些。但是，過大的電流會引起繞組發(fā)熱，耗能增加，而且當磁路飽和后對制動力矩的提高也不明顯，通常制動直流電流按下式選?。?/p>

ID=（2~4）IO或

ID=（1~2）IN

（3-7）

式中，IO為電動機空載電流；IN為電動機額定電流。制動時，直流電壓為：

UD=IDR

（3-8）式中，R為兩相串聯(lián)定子繞組的冷電阻。3.4.2.2整流變壓器參數計算

對單相橋式整流電路，變壓器二次交流電壓為：

（3-9）變壓器容量計算：由于變壓器僅在能耗制動時工作，故容量允許比長期工作小。根據制動頻繁程度，取計算容量的（1/2~1/4）。3.4.3控制變壓器容量計算當控制線路比較復雜，控制電壓種類較多時，需要采用控制變壓器進行電壓變換，以提高工作的可靠性和安全性?？刂谱儔浩鞯娜萘靠梢愿鶕伤╇姷目刂凭€路在最大工作負載時所需要的功率來考慮，并留有一定的余量。即（3-10）式中，ST為控制變壓器容量（VA）；∑SC為控制電路在最大負載時所有吸持電器消耗功率的總和（VA），對交流電磁式電器，SC應取其吸持視在功率（VA）；KT為變壓器容量儲備系數，一般取1.1~1.25。常用交流電磁式電器的起動與持功率（均為視在功率）列于表3-2中。3.4.4常用電器元件的選擇

在控制系統(tǒng)原理圖設計完成之后，就可根據線路要求，選擇各種控制電器，并以元件目錄表形式列在標題欄上方。正確、合理地選用各種電器元件，是控制線路安全、可靠工作的保證，也是使電氣控制設備具有一定的先進性和良好的經濟性的重要環(huán)節(jié)。下面從設計、使用角度簡要介紹一些常用控制電器的選用依據。3.4.4.1常用電器元件的選擇原則

①

根據對控制元件功能的要求，確定電氣元件的類型。比如，當元件用于通、斷功率較大的主電路時，應選用交流接觸器。若有延時要求，應選用延時繼電器。②

確定元件承載能力的臨界值及使用壽命。主要是根據電氣控制的電壓、電流及功率大小來確定元件的規(guī)格。③

確定元器件預期的工作環(huán)境及供應情況。如防油、防塵、貨源等。④確定元件在供應時所需的可靠性等。確定用以改善元件失效率用的老化或其它篩選實驗。采用與可靠性預計相適應的降額系數等。進行一些必要的計算和校核。

3.4.4.2電器元件的選擇

（1）按鈕、開關的選擇按鈕通常用來短時接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器。選用依據主要是根據需要的觸頭對數、動作要求、結構形式、顏色以及是否需要帶指示燈等要求。目前，按鈕產品有多種結構形式，多種觸頭組合以及多種顏色，供不同使用條件選用。如起動按鈕選綠色，停止按鈕選紅色，緊急操作選蘑菇式等。其額定電壓有交流500V、直流440V，額定電流為5A。常選用的按鈕有LA2，LAl0，LAl9及LA20等系列。符合IEC國際標準的新產品有LAY3系列，額定工作電流為1.5~8A。刀開關又稱為閘刀，主要用于接通和切斷長期工作設備的電源以及不經常起動、制動和容量小于7．5kW的異步電動機。

主要技術參數有額定電壓、電流、通斷能力、動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流等。在使用時其額定電壓應等于或大于電路的額定電壓；額定電流應等于或稍大于電路的額定電流。若用刀開關控制電動機，則必須考慮電動機的起動電流比較大，應選用額定電流大一級的刀開關。此外刀開關的通斷能力、動穩(wěn)定電流值等均應符合電路要求。刀開關選用時，主要是根據電源種類、電壓等級、斷流容量及需要極數。當用刀開關來控制電動機時，其額定電流要大于電動機額定電流的3倍。

組合開關主要用于電源的引入與隔離，又叫電源隔離開關。其選用依據是電源種類、電壓等級、觸頭數量以及斷流容量。當采用組合開關來控制5kW以下小容量異步電動機時，其額定電流一般取設備的（1.5~3）IN倍。接通次數小于（15~20）次／h，常用的組合開關為HZ10系列。行程開關主要用于控制運動機構的行程、位置控制或聯(lián)鎖等。根據控制功能、安裝位置、電壓電流等級，觸頭種類及數量來選擇結構和型號。常用的有LX2，LX19，JLXKl型行程開關以及JXW-11、JLXKl-11型微動開關等。對于要求動作快、靈敏度高的行程控制，可采用無觸頭接近開關，特別是近年來出現(xiàn)的霍爾接近開關性能好，壽命長，是一種值得推薦的無觸頭行程開關。斷路器（自動開關）具有過載、欠壓、短路保護作用，故在電氣設計的應用中越來越多。自動開關的類型較多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動操作式和電動操作式。在選用時，主要從保護特性要求（幾段保護），分斷能力、電網電壓類型、電壓等級、長期工作負載的平均電流、操作頻繁程度等幾方面去確定它的型號。斷路器的主要技術參數有：額定電壓、額定電流、極數、脫扣器類型及其整定電流范圍、分斷能力、動作時間等。常用的有DZ10系列（額定電流分10，100，200，600A四個等級）。符合IEC標準的有3VE系列（額定電流從0.1~63A）。

在初步確定自動開關的類型和等級后，各級保護動作值的整定還必須注意和上、下級開關保護特性的協(xié)調配合，從總體上滿足系統(tǒng)對選擇性保護的要求。

（2）接觸器的選擇接觸器的額定電流或額定功率隨使用場合及控制對象的不同、操作條件與工作繁重程度不同而變化。接觸器分直流和交流接觸器兩大類，交流接觸器主要有CJ0及CJ10系列，直流接觸器多用CZ0系列。目前，符合IEC和新國標的產品有LCl-D系列，可與3BT系列互換使用的CJXl、CJX2系列，這些新產品正逐步取代CJ和CZ0系列產品。在一般情況下，接觸器的選用主要依據是接觸器主觸頭的額定電壓、電流要求，輔助觸頭的種類、數量及其額定電流，控制線圈電源種類，頻率與額定電壓，操作頻繁程度和負載類型等因素。接觸器銘牌額定電壓是指主觸頭的額定電壓。其電壓等級：交流有220V、380V和660V，在特殊場合應用的其額定電壓高達1140V；直流主要有110V、220V、440V和660V。按規(guī)定，在接觸器線圈已發(fā)熱穩(wěn)定時，加上85％的額定電壓，銜鐵應可靠地吸合；反之，如果工作中電網電壓過低或者突然消失，銜鐵亦應可靠地釋放。如某負載是380V的三相異步電動機，則應選380V的交流接觸器。接觸器銘牌額定電流是指主觸頭的額定工作電流。它是在一定的條件（額定電壓、使用類別和操作頻率等）下規(guī)定的，其常用的電流等級為：交流接觸器：10A，15A，25A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。直流接觸器：25A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。上述電流是指接觸器安裝在敞開式控制屏上，觸頭工作不超過額定溫升，負載為間斷—長期工作制時的電流值。所謂間斷—長期工作制是指接觸器連續(xù)通電時間不超過8h。若超過8h，必須空載開閉3次以上，以消除表面氧化膜。如果上