電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、3.1電氣控制設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容 3.2電力拖動方案的確定和電動機(jī)的選擇 3.3電氣控制電路設(shè)計(jì)的一般要求 3.4電氣控制電路設(shè)計(jì)的方法與步驟 3.5常用控制電氣的選擇 3.6電氣控制的施工設(shè)計(jì)與施工,目錄,本章要點(diǎn) 電氣原理圖設(shè)計(jì) 電氣工藝設(shè)計(jì) 本章難點(diǎn) 電氣原理圖設(shè)計(jì) 本章主要講述為滿足生產(chǎn)機(jī)械及工藝要求進(jìn)行的電氣控制線路設(shè)計(jì)，和為滿足電氣控制裝置的制造、使用、運(yùn)行、維修需要而進(jìn)行的生產(chǎn)施工設(shè)計(jì)的一般方法。,3.1.1電氣控制設(shè)計(jì)的原則 電氣控制設(shè)計(jì)的原則包括以下幾項(xiàng)。 (1) 最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求。 (2) 在滿足要求的前提下，使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、合理、便于操作

2、、維修方便、安全可靠。 (3) 電氣元件選用合理、正確，使系統(tǒng)能正常工作。 (4) 為適應(yīng)工藝的改進(jìn)，設(shè)備能力應(yīng)留有裕量。,3.1.2電氣控制設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 1電氣原理圖設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1) 擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書。 (2) 選擇電力拖動方案和控制方式。 (3) 確定電動機(jī)的類型、型號、容量、轉(zhuǎn)速。 (4) 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖。 (5) 選擇電氣元件及清單。 (6) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。,2電氣工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1) 設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的總體配置，繪制總裝配圖和總接線圖。 (2) 繪制各組件電氣元件布置圖與安裝接線圖，標(biāo)明安裝方式、接線方式。 (3) 編寫使用維護(hù)說明書。,確定電力拖動方案時，首先應(yīng)根據(jù)機(jī)床工

3、藝要求及結(jié)構(gòu)來選擇電力拖動方式，確定電動機(jī)的數(shù)量，然后根據(jù)機(jī)床各運(yùn)動機(jī)構(gòu)要求的調(diào)速范圍來選擇調(diào)速方案，使電動機(jī)能得到充分合理的利用。,3.2 電力拖動方案的確定和電動機(jī)的選擇,3.2.1電力拖動方案的確定,1拖動方式的選擇 2調(diào)速方案的選擇 (1) 重型或大型設(shè)備的主運(yùn)動及進(jìn)給運(yùn)動，應(yīng)盡可能采用無級調(diào)速。 (2) 精密機(jī)械設(shè)備如坐標(biāo)鏜床、精密磨床、數(shù)控機(jī)床等，為了保證加工精度，便于自動控制，也應(yīng)采用電氣無級調(diào)速方案。 (3) 一般中小型設(shè)備如普通機(jī)床沒有特殊要求時，可選用經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠的三相籠型感應(yīng)電動機(jī)，配以適當(dāng)級數(shù)的齒輪變速箱。為簡化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大調(diào)速范圍，也可采用雙速或多速籠型感應(yīng)電動機(jī)。

4、 3電動機(jī)調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負(fù)載特性相適應(yīng),3.2.2拖動電動機(jī)的選擇,1根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速要求選擇電動機(jī)種類 (1) 不需調(diào)速的機(jī)械應(yīng)首先考慮采用感應(yīng)電動機(jī)。 (2) 對于周期性波動負(fù)載的長期工作機(jī)械，為消平尖峰負(fù)載，一般采用電動機(jī)帶飛輪工作，這時應(yīng)考慮啟動條件和充分利用飛輪的作用可采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)。 (3) 需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)及穩(wěn)定的工作速度時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用同步電動機(jī)。 (4) 對于只需幾種速度，但不要求調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，選用多速感應(yīng)電動機(jī)。 (5) 要求大的啟動轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速時，常選用直流串勵電動機(jī)，如電車、牽引車等。,3.2.2拖動電動機(jī)的選擇,(6) 對啟動、調(diào)速及制動要求較高的機(jī)

5、械，常選用直流電動機(jī)或帶調(diào)速裝置的感應(yīng)電動機(jī)。 (7) 對于要求調(diào)速范圍大的場合，常采用機(jī)械與電氣聯(lián)合調(diào)速。,3.2.2拖動電動機(jī)的選擇,2根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機(jī)結(jié)構(gòu)形式 (1) 在正常環(huán)境條件下，一般采用防護(hù)式電動機(jī)；在人員及設(shè)備安全有保證的前提下，也可采用開啟式電動機(jī)。 (2) 在空氣中存在較多粉塵的場所，宜用封閉式電動機(jī)。 (3) 在濕熱帶地區(qū)或比較潮濕的場所，應(yīng)盡量選用濕熱帶型電動機(jī)，若用普通型電動機(jī)，應(yīng)采取相應(yīng)的防潮措施。 (4) 在露天場所，宜選用戶外型電動機(jī)，若有防護(hù)措施的也可采用封閉型或防護(hù)型電動機(jī)。 (5) 在高溫車間，應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境溫度，選用相應(yīng)絕緣等級的電動機(jī)，并加強(qiáng)通風(fēng)

6、，改善電動機(jī)的工作條件，提高電動機(jī)的工作容量。 (6) 在有爆炸危險及有腐蝕性氣體的場所，應(yīng)相應(yīng)地選用隔爆型及防腐型電動機(jī)。,3電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇 對于額定功率相同的電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速越高的電動機(jī)成本越小，越經(jīng)濟(jì)，但電動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比越大，傳動機(jī)構(gòu)越復(fù)雜。因此，應(yīng)綜合考慮電動機(jī)的工作特點(diǎn)及生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)兩方面多種因素來確定電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 4電動機(jī)額定電壓的選擇 電動機(jī)額定電壓應(yīng)與供電電源電壓相一致。 5電動機(jī)額定功率的選擇 依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，選擇電動機(jī)容量時，電動機(jī)的額定功率一般比拖動的機(jī)械所需之功率大10%左右為宜。,3.2.2拖動電動機(jī)的選擇,3.3電氣控制電路設(shè)計(jì)的一般要求

7、,1電氣控制應(yīng)最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝要求 在設(shè)計(jì)之前，必須與機(jī)械設(shè)計(jì)人員充分溝通，應(yīng)對生產(chǎn)機(jī)械的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝過程有充分的了解；并對同類或接近產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研、分析和綜合；然后提出控制方案，考慮控制方式、啟動、制動、反向及調(diào)速的要求，設(shè)置必要的聯(lián)鎖與保護(hù)，以便最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求。,2對控制電路電流、電壓的要求 應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的控制電壓等級，盡量減少控制電路中電壓、電流的種類。 3控制電路力求簡單、經(jīng)濟(jì) 1) 盡量縮短連接導(dǎo)線的長度與導(dǎo)線數(shù)量,2) 盡量減少電氣元件的品種、數(shù)量和規(guī)格 3) 盡量減少電氣元件觸點(diǎn)的數(shù)目 4) 盡量減少通電電器的數(shù)目,4確?？刂齐娐饭ぷ?/p>

8、的安全與可靠 1) 正確連接電器的線圈,2) 正確連接電器元件的觸點(diǎn) 3) 防止寄生電路,4) 在控制電路中控制觸點(diǎn)應(yīng)合理布置 5) 考慮觸點(diǎn)的接通與分?jǐn)嗄芰?6) 避免觸點(diǎn)“競爭”、“冒險”現(xiàn)象 7) 采用電氣互鎖與機(jī)械互鎖的雙重互鎖,3.4.1電氣控制電路設(shè)計(jì)方法簡介 分析設(shè)計(jì)法：根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選擇一些成熟的典型基本環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)這些基本要求，而后再逐步完善其功能，并適當(dāng)配置聯(lián)鎖和保護(hù)等環(huán)節(jié)，使其組合成一個整體，成為滿足控制要求的完整電路。 邏輯設(shè)計(jì)法：利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具設(shè)計(jì)電氣控制電路。 在繼電接觸器控制電路中，把表示觸點(diǎn)狀態(tài)的邏輯變量稱為輸入邏輯變量，把表示繼電器接觸器線圈等受

9、控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量。輸入、輸出邏輯變量之間的相互關(guān)系稱為邏輯函數(shù)關(guān)系，這種相互關(guān)系表明了電氣控制電路的結(jié)構(gòu)。所以，根據(jù)控制要求，將這些邏輯變量關(guān)系寫出其邏輯函數(shù)關(guān)系式，再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律對邏輯函數(shù)式進(jìn)行化簡，然后根據(jù)化簡了的邏輯關(guān)系式畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再做進(jìn)一步的檢查和優(yōu)化，以期獲得較為完善的設(shè)計(jì)方案。,3.4.2分析設(shè)計(jì)法的基本步驟 (1) 按工藝要求提出的啟動、制動、反向和調(diào)速等要求設(shè)計(jì)主電路。 (2) 根據(jù)所設(shè)計(jì)出的主電路，設(shè)計(jì)控制電路的基本環(huán)節(jié)，即滿足設(shè)計(jì)要求的啟動、制動、反向和調(diào)速等的基本控制環(huán)節(jié)。 (3) 根據(jù)各部分運(yùn)動要求的配合關(guān)系及聯(lián)鎖關(guān)系，

10、確定控制參量并設(shè)計(jì)控制電路的特殊環(huán)節(jié)。 (4) 分析電路工作中可能出現(xiàn)的故障，加入必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。 (5) 綜合審查，仔細(xì)檢查電氣控制電路動作是否正確，關(guān)鍵環(huán)節(jié)可做必要實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善和簡化電路。,3.4.3分析設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)舉例 圖4.9送料小車動作示意圖 有一送料小車，如圖4.9所示，電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)為Y180L-。額定功率為7.5 kW、額定轉(zhuǎn)速為1 470 r/min、額定電壓為AC380 V。額定電流為13.5 A。要求動作程序如下。 (1) 小車從甲地啟動后，運(yùn)行至乙地能自動停止，停留t1時間裝料后自動返回。 (2) 小車返回至甲地能自動停止，停留t2時間卸料后又自動啟動。 (3) 小

11、車經(jīng)過乙地不停止，運(yùn)行至丙地又自動停止，停留t3時間，裝另一種料后自動返回。,(4) 小車返回經(jīng)過乙地不停止，返回到甲地后自動停止，完成了一個工作循環(huán)；在甲地停留t2時間，卸料后又自動啟動，小車運(yùn)行至乙地自動停止。 以后又按上述過程自動循環(huán)下去。,1控制線路原理圖設(shè)計(jì) 1) 主電路 根據(jù)控制要求可將主電路設(shè)計(jì)成帶斷電抱閘制動的正反轉(zhuǎn)控制，如圖所示。,2) 控制電路,2元器件的選擇,3繪制電氣元件布置圖和電氣安裝接線圖 1) 電氣元件布置圖,2) 電氣安裝接線圖,3.5常用控制電氣的選擇,3.5.1接觸器的選擇 1接觸器的類型選擇：直流、交流 2接觸器的使用類別選擇：負(fù)載類型 3額定電壓的選擇

12、4額定電流的選擇 5吸引線圈的額定電壓 3.5.2電磁式繼電器的選擇 1電磁式電壓繼電器的選擇：額定、動作 2電磁式電流繼電器的選擇：額定、動作 3電磁式中間繼電器的選擇：1線圈電流類型和電壓等級 2觸點(diǎn)種類、數(shù)量及容量,3.5.3熱繼電器的選擇 1熱繼電器結(jié)構(gòu)形式的選擇：二相、三相 2熱繼電器額定電流的選擇：電機(jī)工作情況 3.5.4時間繼電器的選擇 (1) 電流種類和電壓等級：應(yīng)與控制電路一致。 (2) 延時方式：根據(jù)控制電路的要求選擇通電延時型或斷電延時型。 (3) 觸點(diǎn)形式和數(shù)量：根據(jù)控制電路的要求選擇觸點(diǎn)形式及數(shù)量。 (4) 延時精度：根據(jù)控制電路的要求選擇，延時精度要求不高的場合可選

13、擇空氣阻尼式的時間繼電器；延時精度要求高的場合可選擇電動式或電子式的時間繼電器。 (5) 延時時間：應(yīng)能滿足控制要求。 (6) 操作頻率：不宜過高，否則影響壽命，甚至?xí)?dǎo)致動作失調(diào)。,3.5.5熔斷器的選擇 1一般熔斷器的選擇 熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)電路要求、使用場合及安裝條件來選擇，其保護(hù)特性應(yīng)與被保護(hù)對象的過載能力相匹配。同時，熔斷器的極限分?jǐn)嗄芰?yīng)大于或等于所保護(hù)電路可能出現(xiàn)的短路電流值，這樣才能得到可靠的短路保護(hù)。 2快速熔斷器的選擇 (1) 快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓。 (2) 快速熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于內(nèi)部熔體的額定電流。,3.5.6開關(guān)電器的選擇 1刀開關(guān)的選擇

14、 (1) 根據(jù)刀開關(guān)在線路中的作用（隔斷電源、分?jǐn)嘭?fù)載）和安裝位置選擇其結(jié)構(gòu)型式。 (2) 根據(jù)線路電壓和電流來選擇。 (3) 刀開關(guān)的極數(shù)應(yīng)與所在電路的極數(shù)相同。 2組合開關(guān)的選擇 (1) 組合開關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動機(jī)容量來選擇。 (2) 組合開關(guān)不能用來分?jǐn)喙收想娏鳌?(3) 組合開關(guān)的操作頻率不宜太高。 (4) 對用于控制電動機(jī)可逆運(yùn)行的組合開關(guān)，必須在電動機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動后才允許反方向接通。 (5) 組合開關(guān)本身不具備過載、短路和欠電壓保護(hù)。,3低壓斷路器的選擇 低壓斷路器的選用原則如下。 (1) 斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)大于或等于電路的正常工作電壓和電流。

15、 (2) 斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路的最大短路電流。 (3) 欠電壓脫扣器的整定電壓應(yīng)等于電路的額定電壓。 (4) 熱脫扣器的整定電流應(yīng)等于電路的額定電流。 (5) 對保護(hù)籠型感應(yīng)電動機(jī)，斷路器的電磁脫扣器(過電流脫扣器)的瞬時脫扣整定電流為815倍電動機(jī)額定電流，而保護(hù)繞線式電動機(jī)時為36倍。,3.6電氣控制的施工設(shè)計(jì)與施工,3.6.1電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì) 總體配置設(shè)計(jì)是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達(dá)出來的，圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關(guān)系、走線方式及使用管線要求。 3.6.2電氣元器件布置圖的設(shè)計(jì) 電柜內(nèi)的電器可按下述原則布置。 (1) 體積大

16、或較重的電器應(yīng)置于控制柜下方。 (2) 發(fā)熱元件安裝在柜的上方，并將發(fā)熱元件與感溫元件隔開。 (3) 強(qiáng)電弱電應(yīng)分開，弱電部分應(yīng)加屏蔽隔離，以防強(qiáng)電及外界的干擾。 (4) 電器的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對稱。 (5) 電氣元器件間應(yīng)留有一定間距，以利布線、接線、維修和調(diào)整操作。 (6) 接線座的布置：用于相鄰柜間連接用的接線座應(yīng)布置在柜的兩側(cè)；用于與柜外電氣元件連接的接線座應(yīng)布置在柜的下部，且不得低于200 mm。,3.6.3電氣控制裝置接線圖的繪制 (1) 接線圖的繪制應(yīng)符合GB6988.31997的規(guī)定。 (2) 電氣元器件相對位置與實(shí)際安裝相對位置一致。 (3) 接線圖中同一電氣元件中各帶電部件，如線圈、觸點(diǎn)等的繪制采用集中表示法，且在一個細(xì)實(shí)線方框內(nèi)。 (4) 所有電氣元件的文字符號及其接線端鈕的線號標(biāo)注均與電氣控制電路圖完全相符。 (5) 電氣接線圖一律采用細(xì)實(shí)線繪制。 (6) 接線圖中應(yīng)標(biāo)明連接導(dǎo)線的型號、規(guī)格、截面積及顏色。,3.6.4電力