第三章繼電接觸器及電動機的電氣控制

第三章電氣系統(tǒng)設計自動化系劉彬2/5/20233.1電氣控制系統(tǒng)的電路圖及繪制原則（一）常用圖形、文字符號電氣控制系統(tǒng)圖中，電氣元件的圖形符號和文字符號都有統(tǒng)一的國家標準。近年來，我國采用GB4728-84“電氣圖用圖形符號”、GB6988-87“電氣制圖”和GB7159-87“電氣技術中的文字符號制定通則”等新標準，在繪制電氣控制系統(tǒng)圖時必須嚴格遵循。電氣圖形符號：符號要素限定符號一般符號非電操作動作符號電氣文字符號：基本文字符號●表示電氣設備、裝置和元器件的類型、特性等。輔助文字符號●表示電氣設備、裝置和元器件的功能、狀態(tài)和特征等。圖形符號組合示例

部分常用電器的電氣圖形符號和基本文字符號

一般三極電源開關低壓斷路器常開觸點常閉觸點復合觸點限位開關QKQFSQ熔斷器常開常閉復合按鈕FUSB線圈主觸點常開輔助觸點常閉輔助觸點接觸器KM線圈常開延時閉合觸點常閉延時打開觸點常開延時打開觸點常閉延時閉合觸點時間繼電器KT部分常用電器的電氣圖形符號和基本文字符號

常開觸點常閉觸點速度繼電器熱元件常閉觸點熱繼電器線圈常開觸點常閉觸點中間繼電器KVFRKA電磁鐵YA線圈常開觸點常閉觸點電壓繼電器KU線圈常開觸點常閉觸點電流繼電器KI信號燈HL直流電動機M變壓器三相異步電動機M轉換開關SA主電路標號由文字符號和數(shù)字組成。

文字符號：標明主電路的元件或線路的主要特征數(shù)字：區(qū)分電路不同線段注意：三相電源引入線使用L1、L2、L3表示

電源開關后的三相交流電源使用U、V、W表示（二）電氣原理圖的繪制電氣原理圖是根據工作原理而繪制的，具有結構簡單、層次分明、便于研究和分析電路的工作原理等優(yōu)點。用規(guī)定的圖形符號，按主電路和輔助電路相互分開并依據各電器元件動作順序等原則所繪制的線路圖。包括所有電器元件的導電部件和接線端點，不表示電氣元件的形狀、大小和安裝方式。繪制電氣原理圖應遵循以下原則(1)電器控制線路根據電路通過的電流大小可分為主電路和控制電路。主電路包括從電源到電動機的電路，是強電流通過的部分，一般畫在原理圖的左邊?？刂齐娐肥峭ㄟ^弱電流的電路，一般由按鈕、電器元件的線圈、接觸器的輔助觸頭、繼電器的觸點等組成，一般畫在原理圖的右邊。(2)表示導線、信號通路、連接線等的圖線都應是交叉或折彎最少的直線?？梢运讲贾茫部梢源怪辈贾?。(3)電氣原理圖中，所有電器元件的圖形、文字符號必須采用國家統(tǒng)一標準，未規(guī)定時應盡可能采用優(yōu)選形式（簡單）。(4)為了突出和區(qū)分某些電路，導線和連接線等可采用粗細不同的連接線來表示。(5)采用電器元件展開圖的畫法。同一電器元件的各部可以不畫在一起，但需用同一文字符號標出。若有多個同一種類的電器元件。可在文字符號后加上數(shù)字序號的下標，如SB1、SB2、KA1、KA2等。(6)所有按鈕、觸頭均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態(tài)畫出?！窭^電器和接觸器的線圈在非激勵狀態(tài)；●斷路器和隔離開關在斷開位置；●零位操作的手動控制開關在零位狀態(tài)，不帶零位的手動控制開關在圖中規(guī)定的位置；●機械操作開關和按鈕在非工作狀態(tài)或不受力狀態(tài)；●保護類元器件處在設備正常工作狀態(tài)，特別情況加以說明。(7)控制電路的分支線路原則上按照動作先后順序排列，兩線交叉連接時的電氣連接點須用黑點標出。根據圖面布置需要，可將圖形符號旋轉繪制，一般逆時針旋轉900，但文字符號不可倒置。(8)圖紙上方的1、2、3…是圖區(qū)的編號，便于檢索電氣線路、方便閱讀分析，也可設置與圖的下方。(9)符號位置的索引用圖號、頁次和圖區(qū)編號的組合索引法。當某一元件相關的各符號元素出現(xiàn)在不同圖號的圖紙上，而當每個圖號僅有一頁圖紙時，索引代號可簡化成：對繼電器，上述表示法各欄的含義：

左欄右欄輔助常開觸頭輔助常閉觸頭所在圖區(qū)號所在圖區(qū)號

例圖中KM1線圈下方的是接觸器KM相應觸頭的索引。（10）在原理圖中相應線圈的下方，繪出觸點的圖形（或文字）符號，并在下邊標明相應觸點的索引代碼，未使用的用“×”表示。有時也可省去觸頭的表示。對接觸器，上述表示法中各欄的含義如下：

右欄 中欄左欄主觸頭所輔助常開觸頭輔助常閉觸頭在圖區(qū)號所在圖區(qū)號所在圖區(qū)號（三）電器布置圖電器元件布置圖是用來表明電氣設備上所有電機、電器的實際位置，為電氣控制設備的制造、安裝、維修提供必要的檔案資料。

某機床的電器元件布置圖（四）電器接線圖在繪制安裝接線圖時一般應遵循以下原則。(1)各電器元件用規(guī)定的圖形、文字符號繪制，同一電器元件各部件必須畫在一起。各電器元件的位置應與實際安裝位置一致。(2)不在同一控制柜或操作臺上的電器元件的電氣連接必須通過端子排進行。各電器元件的文字符號及端子編號應與原理圖一致，并按原理圖的接線進行連接。(3)走向相同的多根導線可用單線表示，但線徑不同的導線例外。(4)畫連接導線時，應標明導線的規(guī)格、型號、根數(shù)等規(guī)格要求，以便施工人員順利施工。

例如，車床的電氣安裝接線圖圖幅尺寸(mm)圖幅尺寸選擇：電氣圖的規(guī)模與復雜程度；能夠清晰地反映電氣圖的細節(jié)；整套圖紙的幅面盡量保持一致；便于裝訂和管理；CAD繪制時，輸出設備（打印機、繪圖儀等）對于輸出幅面的限制。幅面A0A1A2A3A4長1189841594420297寬841594420297210幅面A3×3A3×4A4×3A4×4A4×5長89111896308411051寬420420297297297（四）其他圖框線：根據圖紙是否需要裝訂以及圖紙幅面的大小確定。

需要裝訂的圖紙的圖框線A0、A1、A2：a＝25mm，c＝10mm其它：a＝25mm，c＝5mm不需要裝訂的圖紙的圖框線A0、A1：e＝20mm其它：e＝15mm圖幅分區(qū)：對各種幅面的圖紙進行分區(qū)表示電氣圖中各個組成部分在圖上的位置，便于直觀反映繪圖的范圍及確定相互之間的關系。

分區(qū)的編號，水平方向用阿拉伯數(shù)字，垂直方向用大寫英文字母。編號從圖紙的左上角開始，分區(qū)代號用行與列兩個編號組合而成。分區(qū)數(shù)一般為偶數(shù)，每一分區(qū)的長度為25~75mm，分區(qū)在水平和垂直兩個方向的長度可以不同；標題欄：畫在圖框的右下角，繪制方向應該與看圖方向一致。標準A3圖紙，標題欄可以繪制成通長的格式。內容：設計單位名稱、用戶單位名稱、專業(yè)名、設計階段、比例尺、設計人、審核人、圖紙名稱、圖紙編號、日期、頁次等。標題欄格式式樣

圖線：線型：粗實線、細實線、虛線、點劃線、雙點劃線、加粗實線、較細實線、波浪線、雙折線等。線寬：0.25mm、0.35mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.4mm。常用圖線上加限定符號或文字符號可表示用途，形成新的圖線符號。同一套圖紙繪制時，應事先確定2~3種線寬及平行線距，平行線距不小于粗線寬的兩倍，且不小于0.7mm。3.2電氣控制系統(tǒng)的設計為電氣控制裝置本身的制造、使用、運行及維修的需要而進行的生產工藝設計。電氣控制設計包括：1、電氣原理圖設計為滿足生產機械及其工藝要求而進行的電氣控制設計。2、電氣工藝設計原理設計決定著生產機械設備的合理性與先進性，工藝設計決定電氣控制系統(tǒng)是否具有生產可行性、經濟性、美觀、使用維修方便等特點，所以電氣控制系統(tǒng)設計要全面考慮兩方面的內容。電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則1）最大限度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求，這些生產工藝要求是電氣控制設計的依據。2）在滿足控制要求前提下，設計方案力求簡單、經濟、合理，不要盲目追求自動化和高指標。3）正確、合理地選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。4）為適應生產的發(fā)展和工藝的改進，在選擇控制設備時，設備能力留有適當裕量。3.2.1電氣控制系統(tǒng)設計要求1、電氣控制原理應滿足工藝的要求在設計之前必須對生產機械的工作性能、結構特點和實際加工情況有充分的了解，對同類產品進行調查、分析、研究，并在此基礎上來考慮控制方式，起動、反向、制動及調速的要求，設置各種聯(lián)鎖及保護裝置。2、在滿足生產要求的前提下，力求控制線路簡單、經濟(1)盡量選用標準的、成熟的環(huán)節(jié)和線路。(2)盡量縮短連接導線的數(shù)量和長度。(3)盡量減少電器數(shù)量，采用標準件，盡可能選用相同型號的電器元件，以減少備用量。(4)盡量減少不必要的觸頭，簡化控制線路以減小控制線路的故障率，提高系統(tǒng)工作的可靠性。①合并同類觸頭。②利用轉換觸頭。③利用半導體二極管的單向導電性來有效減少觸頭數(shù)④利用邏輯代數(shù)進行化簡，以便得到最簡化的線路。(5)線路在工作時，除必要的電路必須通電外，其余的盡量不通電以節(jié)約電能，并延長電路的使用壽命3、保證控制線路工作的可靠性(1)選用的電器元件要可靠、抗干擾性能好。(2)正確連接電器的線圈。因為每個線圈上所分配到的電壓與線圈阻抗成正比，兩個電器動作總是有先有后，不能同時吸合。若接觸器KM1先吸合，線圈電感顯著增加，其阻抗比未吸合的接觸器KM2的阻抗大，因而在該線圈上的電壓降增大，使KM2的電壓達不到動作電壓。在直流控制電路中，對于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動機勵磁線圈等，不宜與相同電壓等級的繼電器直接并聯(lián)工作。(3)正確連接電器的觸頭設計時，應使分布在線路不同位置的同一電器觸頭盡量接到同一極或同一相上，以避免在電器觸頭上引起短路。(4)在控制線路中，采用小容量繼電器的觸頭來斷開或接通大容量接觸器的線路時，要計算繼電器觸頭斷開或接通容量是否足夠，不夠時必須加小容量的接觸器或中間繼電器，否則工作不可靠。(5)在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器應選加重型的接觸器，同時應有電氣和機械的聯(lián)鎖。(6)在線路中應盡量避免許多電器依次動作才能接通另一個電器的控制線路。(7)防止觸頭競爭現(xiàn)象。(8)設計的線路應能適應所在電網情況，如電網容量的大小，電壓頻率的波動范圍，以及允許的沖擊電流數(shù)值等。據此決定電動機的啟動方式是直接啟動還是間接(降壓)啟動。(9)防止寄生電路。4、控制線路工作的安全性控制電路在事故情況下，應能保證操作人員、電氣設備、生產機械的安全，并能有效地制止事故的擴大。為此，在控制電路中應采取一定的保護措施，必要時還可設置相應的指示信號。常用的保護環(huán)節(jié)有短路、過流、過載、過壓、失壓、弱磁、超限、極限等。5.保證操作、安裝、調整、維修方便和安全控制電路應從操作與維修人員的工作出發(fā)，力求操作簡單、維修方便。原理設計內容：擬定電氣設計任務書選擇電動機確定電氣傳動總體控制方案設計電氣控制原理圖計算主要技術參數(shù)并選擇電氣元件編寫元件目錄清單及設計說明書3.2.2電氣控制系統(tǒng)設計基本內容工藝設計內容1）根據設計出的電氣原理圖及選定的電氣元件,設計電氣設備的總體配置,繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖。2）按照原理框圖或劃分的組件，對總原理圖進行編號，繪制各組件原理電路圖，列出各部件的元件目錄表，并根據總圖編號列出各組件的進出線號。3）根據組件原理電路圖及選定的元件目錄表，設計組件電器裝配圖（電器元件布置與安裝圖）、接線圖、圖中應反映出各電器元件的安裝方式和接線方式。4）根據組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標準的電器安裝零件圖樣。是機械加工和外協(xié)作加工所必需的技術資料。5）設計電氣箱，根據組件尺寸及安裝要求確定電氣柜結構與外形尺寸，設置安裝支架，標明安裝方式，各組件的連接方式，通風散熱方式及開門方式等。6）匯總總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等資料，列出外構件清單，標準件清單，主要材料消耗定額等。生產管理(如采購、調度、配料等)和成本核算所必須具備的技術資料。7）編寫使用維護說明書。

3.2.3電氣控制系統(tǒng)設計步驟1、擬訂設計任務書設計任務書是整個電氣控制系統(tǒng)的設計依據，又是設備竣工驗收的依據。由技術領導部門、設備使用部門和任務設計部門等共同完成。電氣控制系統(tǒng)的設計任務書中，主要包括以下內容：

（1）設備名稱、用途、基本結構、動作要求及工藝過程介紹。（2）電力拖動的方式及控制要求等。（3）聯(lián)鎖、保護要求。（4）自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。（5）操作臺、照明、信號指示、報警方式等要求。（6）設備驗收標準。（7）其它要求。2、確定電力拖動方案電力拖動方案選擇是電氣控制系統(tǒng)設計的主要內容之一，也是以后各部分設計內容的基礎和先決條件。主要從幾個方面考慮電力拖動方案：（1）拖動方式的選擇：電力拖動方式，獨立拖動？集中拖動？（2）調速方案的選擇：大型、重型設備的主運動和進給運動，應盡可能采用無級調速，有利于簡化機械結構、降低成本；精密機械設備為保證加工精度也應采用無級調速；對于一般中小型設備，在沒有特殊要求時，可選用經濟、簡單、可靠的三相籠型異步電動機。（3）電動機調速性質要與負載特性適應恒功率負載？恒轉矩負載？在選擇電動機調速方案時，要使電動機的調速特性與生產機械的負載特性相適應，使電動機得到充分合理應用。3、拖動電動機的選擇基本原則（1）根據生產機械調速的要求選擇電動機的種類。（2）工作過程中電動機容量要得到充分利用。（3）根據工作環(huán)境選擇電動機的結構型式。4、選擇控制方式控制方式要實現(xiàn)拖動方案的控制要求。隨著現(xiàn)代電氣技術的迅速發(fā)展，生產機械電力拖動的控制方式從傳統(tǒng)的繼電接觸器控制向PLC控制、CNC控制、計算機網絡控制等方面發(fā)展，控制方式越來越多?？刂品绞降倪x擇應在經濟、安全的前提下，最大限度地滿足工藝的要求。5、設計電氣控制原理圖，并合理選用元器件，編制元器件明細表。6、設計電氣設備的各種施工圖紙。7、編寫設計說明書和使用說明書。電氣控制系統(tǒng)的設計方法（一）分析設計法所謂分析設計法指根據生產工藝的要求選擇適當?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)(單元電路)或將經過考驗的成熟電路按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補充和修改，以綜合成滿足控制要求的完整線路。當找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據控制要求邊分析邊設計，將主令信號經過適當?shù)慕M合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號。1、設計各控制單元環(huán)節(jié)中拖動電動機的起動、正反向運轉、制動、調速、停車等的主電路或執(zhí)行元件的電路。2、設計滿足各電