電機(jī)與電氣控制技術(shù)（第3版）（微課版）（AR版）課件第8章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟8.2電氣控制原理電路的設(shè)計(jì)方法及步驟第8章電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.3電氣控制裝置的工藝設(shè)計(jì)8.4繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例自學(xué)提示

電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計(jì)之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計(jì)工作的整體觀念。要求：

了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)全過程、設(shè)計(jì)要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計(jì)方法鞏固通過對(duì)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)一步鞏固本課程所學(xué)知識(shí)掌握查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書的能力；工程繪圖的能力8.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書中，主要包括以下內(nèi)容：8.1.1擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書1.設(shè)備名稱、用途、基本結(jié)構(gòu)、動(dòng)作要求及工藝過程介紹。2.電力拖動(dòng)的方式及控制要求等。3.對(duì)設(shè)備聯(lián)鎖、保護(hù)的要求。4.對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。5.對(duì)操作臺(tái)、照明、信號(hào)指示、報(bào)警方式等要求。6.設(shè)備的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。7.其他要求。電力拖動(dòng)方案的確定要從以下幾個(gè)方面考慮：8.1.2確定電力拖動(dòng)方案1.拖動(dòng)方案的選擇

電力拖動(dòng)方式有單獨(dú)拖動(dòng)與分立拖動(dòng)兩種。電力拖動(dòng)發(fā)展的趨向是電動(dòng)機(jī)逐步接近工作機(jī)構(gòu)，形成多電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式，這樣，不僅能縮短機(jī)械傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)效率，便于自動(dòng)化，而且也能使總體結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。具體選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)工藝要求及結(jié)構(gòu)具體情況決定電動(dòng)機(jī)的數(shù)量。

對(duì)于生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備從生產(chǎn)工藝出發(fā)往往要求能夠調(diào)速，不同的設(shè)備有不同的調(diào)速范圍，調(diào)速精度等，為了滿足一定的調(diào)速性能，應(yīng)選用不同的調(diào)速方案，如采用機(jī)械變速，多速電動(dòng)機(jī)變速，變頻調(diào)速等方法來實(shí)現(xiàn)。隨著交流調(diào)速發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不斷提高，采用各種形式的變頻調(diào)速技術(shù)，將是機(jī)械設(shè)備調(diào)速的主流。2.調(diào)整方案的選擇

大型、重型設(shè)備的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，應(yīng)盡可能采用無極調(diào)速，有利于簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)、降低成本；精密機(jī)械設(shè)備為保證加工精度也應(yīng)采用無極調(diào)速；對(duì)于一般中小型設(shè)備，在沒有特殊要求時(shí)，可選用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。3.電動(dòng)機(jī)調(diào)速性質(zhì)與負(fù)載特性相適應(yīng)

機(jī)械設(shè)備的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)，具有各自的負(fù)載特性，如機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)為恒功率負(fù)載，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。在選擇電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案時(shí)，要使電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性質(zhì)與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性相適應(yīng)，以使電動(dòng)機(jī)獲得充分合理的使用。如雙速鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)定子繞組由三角形連接改成雙星形連接時(shí)，轉(zhuǎn)速增加一倍，功率卻增加很少，適用于恒功率傳動(dòng)；對(duì)于低速為星形連接的雙速電動(dòng)機(jī)改成雙星形連接后，轉(zhuǎn)速和功率都增加一倍，而電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩保持不變，適用于恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)的選擇主要有電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)型式、容量、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則如下：8.1.3拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇1.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的要求，要與負(fù)載的特性相適應(yīng)。保證運(yùn)行穩(wěn)定且具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能。2.工作過程中電動(dòng)機(jī)容量要盡量得到充分利用，并使電動(dòng)機(jī)的溫升盡可能達(dá)到或接近其額定溫升值。3.電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式應(yīng)滿足機(jī)械設(shè)計(jì)提出的安裝要求，并能適應(yīng)周圍環(huán)境工作條件。4.在滿足設(shè)計(jì)要求前提下，應(yīng)優(yōu)先采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用維護(hù)方便的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。1.分析計(jì)算法8.1.4電動(dòng)機(jī)容量的選擇

按生產(chǎn)機(jī)械的要求預(yù)選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，再用電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)機(jī)械的要求相比對(duì)，繪制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖。最后按電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖從發(fā)熱方面進(jìn)行校驗(yàn)，并檢查電動(dòng)機(jī)的過載能力與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足生產(chǎn)設(shè)備要求，如若不合格，另選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)重新計(jì)算，直到合格為止。此法由于計(jì)算及繪制難度大，通常不采用。

將各種同類型，先進(jìn)的機(jī)床電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從中找出電動(dòng)機(jī)容量與機(jī)床主要參數(shù)間的關(guān)系，再根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況得出相應(yīng)的計(jì)算公式來確定電動(dòng)機(jī)容量的方法稱為統(tǒng)計(jì)類比法，這是一種實(shí)用方法。2.統(tǒng)計(jì)類比法

統(tǒng)計(jì)類比法時(shí)，當(dāng)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，應(yīng)按主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算。若進(jìn)給運(yùn)動(dòng)選擇單獨(dú)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，并具有快速運(yùn)動(dòng)功能時(shí)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)按快速移動(dòng)所需功率來計(jì)算。

此外，還有一種類比法，就是通過對(duì)長(zhǎng)期動(dòng)作的同類生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)容量調(diào)查，并對(duì)機(jī)械主要參數(shù)，工作條件進(jìn)行類比，從而確定電動(dòng)機(jī)的容量。8.1.5選擇控制方式

控制方式要實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)方案的控制要求。隨著現(xiàn)代電氣技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)械電力拖動(dòng)的控制方式從傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)向PLC控制、CNC控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等方面發(fā)展，控制方式越來越多。控制方式的選擇應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，最大限度地滿足工藝的要求。

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電氣控制方面的要求，合理選擇電動(dòng)機(jī)和元器件，設(shè)計(jì)、編制出相應(yīng)的電氣控制原理圖，以原理圖中所需要的元器件進(jìn)行匯總，寫出元器件明細(xì)表。8.1.6設(shè)計(jì)電氣控制原理圖并合理選用元器件以及編制元器件明細(xì)表8.1.7設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的各種施工圖樣

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)、編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料，除電氣原理圖外，還有元件布置圖、電氣安裝接線圖、電氣箱圖及控制面板等。

設(shè)計(jì)說明和使用說明是設(shè)計(jì)審定、調(diào)試、使用、維護(hù)過程中必不可少的技術(shù)資料。設(shè)計(jì)和使用說明書應(yīng)包含：拖動(dòng)方案的選擇依據(jù)，本系統(tǒng)的主要原理與特點(diǎn)，主要參數(shù)的計(jì)算過程，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，設(shè)備調(diào)試的要求和方法，設(shè)備使用、維護(hù)要求，使用注意事項(xiàng)等。8.1.8編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工藝設(shè)計(jì)的目的是什么？

傳統(tǒng)繼電器-接觸器的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括哪兩大部分內(nèi)容？

問題與思考8.2電氣控制原理電路的設(shè)計(jì)方法及步驟1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法8.2.4電氣控制原理電路的基本設(shè)計(jì)方法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫分析設(shè)計(jì)法，是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇適當(dāng)?shù)幕究刂骗h(huán)節(jié)或?qū)⒈容^成熟的電路按其聯(lián)鎖條件組合起來，并經(jīng)補(bǔ)充和修改，將其綜合成滿足控制要求的完整電路。當(dāng)沒有現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí)，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)。

此法優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，無固定的設(shè)計(jì)程序，是在熟練掌握各種電氣控制電路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制電路能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，易被初學(xué)者所掌握，對(duì)于具備一定工作經(jīng)驗(yàn)的電氣技術(shù)人員來說，能較快地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，因此在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中被普遍采用。缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)出的方案不一定是最佳方案，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周全時(shí)會(huì)影響電路工作的可靠性。2.邏輯設(shè)計(jì)法

此法是利用邏輯代數(shù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，從生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)要求和工藝要求出發(fā)，將控制電路中的接觸器、繼電器線圈的通電與斷電、觸頭的閉合與斷開、主令電器的接通與斷開看成邏輯變量，根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯關(guān)系式來表達(dá)，然后再化簡(jiǎn)，做出相應(yīng)的電路圖。

邏輯設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是能獲得理想、經(jīng)濟(jì)的方案，但這種方法設(shè)計(jì)難度較大，整個(gè)設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜，還要涉及一些新概念，因此，在一般常規(guī)設(shè)計(jì)中，很少單獨(dú)采用。其具體設(shè)計(jì)過程可參閱專門論述資料，這里不再作進(jìn)一步介紹。

8.2.2電氣原理圖設(shè)計(jì)的方法和步驟電氣控制原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟包括以下幾部分：1.擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書（技術(shù)條件）；2.確定電力拖動(dòng)方案（電氣傳動(dòng)形式）及控制方案；3.選擇電動(dòng)機(jī)、包括類型、電壓等級(jí)、容量及轉(zhuǎn)速、并選擇出具體型號(hào)；4.設(shè)計(jì)電氣控制原理框圖，包括主電路、控制電路和輔助控制電路，確定各部分之間的關(guān)系，擬定各部分技術(shù)要求；5.設(shè)計(jì)并繪制電氣原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)；6.選擇電器元件，制定電機(jī)和電器元件明細(xì)表，以及裝置易損件及備用清單；7.編寫設(shè)計(jì)說明書。8.2.3電氣控制原理圖設(shè)計(jì)的一般要求電氣控制原理圖應(yīng)滿足以下要求：1.最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求

首先弄清設(shè)備需滿足的生產(chǎn)工藝要求，對(duì)設(shè)備的工作情況作全面的了解，深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，收集資料，結(jié)合技術(shù)人員及現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)，作為設(shè)計(jì)電氣原理圖的基礎(chǔ)。

對(duì)元器件不多的簡(jiǎn)單控制電路，可直接采用交流380V或220V電源，不用控制電源變壓器；對(duì)于比較復(fù)雜的控制電路，應(yīng)采用控制電源變壓器，將控制電壓降到110V或48V、24V。這種方案對(duì)維修、操作以及元器件的工作可靠、有利；對(duì)操作比較頻繁的直流電力傳動(dòng)的控制電路，常用220V或110V直流電源供電。直流電磁鐵及電磁離合器的控制電路，常采用24V直流電源供電。2.滿足控制電路電源種類和電壓數(shù)值的要求3.確保電氣控制電路工作的可靠性和安全性

為保證電氣控制電路可靠地工作，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：（1）元器件的工作要穩(wěn)定可靠；

（2）電器元件的線圈和觸頭的連接應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；②盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的或經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)的典型環(huán)節(jié)或基本電氣控制線路形式。

①盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電器元件，減少電器元件數(shù)量，選用同型號(hào)電器元件以減少備用品的數(shù)量；4.在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，力求使控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)5.盡量減少不必要的觸頭，以簡(jiǎn)化線路

常用減少觸頭數(shù)量的方法有：

②利用轉(zhuǎn)換觸頭方式

①合并同類觸頭④利用邏輯代數(shù)的方法減少觸頭數(shù)目

左圖中用了三個(gè)觸頭，右圖利用二極管則減少了觸頭數(shù)目。

③利用二極管的單向?qū)щ娦詼p少觸頭數(shù)目

6.盡量縮短導(dǎo)線的長(zhǎng)度

左圖接線不太合理，從電氣柜到操作臺(tái)需6根導(dǎo)線。右圖接線較合理，從電氣柜到操作臺(tái)只需5根導(dǎo)線。

同一電器的不同觸點(diǎn)在線路中應(yīng)盡可能具有公共連接線。以減少導(dǎo)線段數(shù)和縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度。

7.減少通電電器線路

線路工作時(shí)，除必要的電器元件必須通電外，其余盡量不通電以節(jié)約電能。

同一電器元件的常開和常閉觸點(diǎn)靠得很近，如果分別接在電源不同相上，當(dāng)觸點(diǎn)斷開產(chǎn)生電弧時(shí)，可能在兩觸點(diǎn)間形成飛弧造成電源短路。

圖（a）中的行程開關(guān)觸頭SQ的接法錯(cuò)誤，應(yīng)改成圖（b）所示形式。

8.正確連接電器線圈

①接觸器線圈不能串聯(lián)，可以并聯(lián)

如圖所示，對(duì)于直流電磁線圈，只要其電阻相同，是可以串聯(lián)的。但最好不要并聯(lián)連接，特別是兩者電感量相差較大時(shí)。②合理安排電器元件和觸頭的位置

③防止出現(xiàn)寄生電路解決辦法：將指示燈與其相應(yīng)的接觸器線圈并聯(lián)

④在可逆線路中，正反向接觸器間要有電氣聯(lián)鎖和機(jī)械聯(lián)鎖。⑤線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)的情況，并據(jù)此決定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式是直接起動(dòng)還是間接起動(dòng)。⑥在電路中采用小容量的繼電器觸頭來斷開或接通大容量接觸器線圈時(shí)，要分析觸頭容量的大小，若不夠時(shí)，必須加大繼電器容量或增加中間繼電器，否則工作不可靠。⑦應(yīng)充分考慮繼電器觸點(diǎn)的接通和分?jǐn)嗄芰ΑＨ粢黾咏油芰?，可用多觸點(diǎn)并聯(lián)；若要增加分?jǐn)嗄芰Γ捎枚嘤|點(diǎn)串聯(lián)。

9.應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)①短路保護(hù)：強(qiáng)大的短路電流容易引起各種電氣設(shè)備和元件的絕緣損壞及機(jī)械損壞。因此，短路時(shí)應(yīng)迅速可靠地切斷電源。②過流保護(hù)：不正確的啟動(dòng)和過大的負(fù)載都會(huì)引起電動(dòng)機(jī)中通過很大的過電流；過大的電流沖擊負(fù)載將引起電動(dòng)機(jī)換向器的損壞或其它故障，過電流產(chǎn)生的過大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩會(huì)使生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)部分受到損壞。過流保護(hù)如圖所示。

③過載保護(hù)：電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期超載運(yùn)行，其繞組的溫升將超過允許值而損壞，所以應(yīng)設(shè)過載保護(hù)環(huán)節(jié)。此種保護(hù)多采用熱繼電器為保護(hù)元件。兩相保護(hù)，適用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)任一相斷線或三相均衡過載時(shí)。三相保護(hù)，可以可靠的保護(hù)電動(dòng)機(jī)的各種過載情況。④失壓保護(hù)：電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，因?yàn)橥蝗粩嚯姸闺妱?dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，如果沒有失壓保護(hù)，當(dāng)電源電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)就會(huì)自行啟動(dòng)。防止電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)的保護(hù)稱為失壓保護(hù)。

利用按鈕實(shí)現(xiàn)的失壓保護(hù)圖例

利用主令控制器實(shí)現(xiàn)的失壓保護(hù)圖例。⑤弱磁保護(hù)：直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁減弱或消失時(shí)，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)“飛車”。必須加弱磁保護(hù)。采用弱磁繼電器，吸合電流一般為額定勵(lì)磁電流的0.8倍。⑥極限保護(hù)對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械常設(shè)極限保護(hù)。如上、下極限，前、后極限等。常用行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。⑦其他保護(hù)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，如溫度、水位、欠壓等保護(hù)環(huán)節(jié)。10.操作、維修方便

控制電路應(yīng)從操作與維修人員的工作出發(fā)，力求操作簡(jiǎn)單、維修方便。具體安裝與配線時(shí)，電器元件應(yīng)留備用觸點(diǎn)，必要時(shí)留備用元件；為檢修方便，應(yīng)設(shè)置電氣隔離，避免帶電檢修；為調(diào)試方便，控制應(yīng)簡(jiǎn)單，能迅速實(shí)現(xiàn)從一種方式到另一種方式的轉(zhuǎn)換。設(shè)置多點(diǎn)控制，便于在生產(chǎn)機(jī)械旁調(diào)試；操作回路較多時(shí)，如要求正反轉(zhuǎn)并調(diào)速，應(yīng)采用主令控制器，不要用許多按鈕。

8.2.4電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本規(guī)律1.擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書

任務(wù)書應(yīng)簡(jiǎn)要說明所設(shè)計(jì)設(shè)備的型號(hào)、用途、工藝過程、技術(shù)性能、傳動(dòng)要求、工作條件、使用環(huán)境等。還應(yīng)說明：

（1）控制精度，生產(chǎn)效率要求；（2）有關(guān)電力拖動(dòng)的基本特性，如電動(dòng)機(jī)的數(shù)量、用途、負(fù)載特性、調(diào)速范圍以及對(duì)反向、起動(dòng)和制動(dòng)的要求等；（3）用戶供電系統(tǒng)的電源種類，電壓等級(jí)、頻率及容量等要求（4）有關(guān)電氣控制的特性，如自動(dòng)控制的電氣保護(hù)，聯(lián)鎖條件，動(dòng)作程序等；（5）其他要求，如主要電氣設(shè)備的布置草圖，照明，信號(hào)指示，報(bào)警方式等；（6）目標(biāo)成本及經(jīng)費(fèi)限額；（7）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及方式。1。2.電力拖動(dòng)方案與控制方案的選擇

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量、運(yùn)動(dòng)要求、負(fù)載特性、調(diào)速要求以及投資額等條件，確定電動(dòng)機(jī)的類型、數(shù)量、拖動(dòng)方式，擬定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等控制要求，作為電氣原理圖設(shè)計(jì)及電器元件選擇的依據(jù)。

3.電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)拖動(dòng)方案，選擇電動(dòng)機(jī)的類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式以及容量，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速等。應(yīng)遵循的基本原則如下：（1）電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械要求，與負(fù)載特性相適應(yīng)，保證運(yùn)行穩(wěn)定性、有一定調(diào)速范圍與良好的起、制動(dòng)性能；（2）結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足設(shè)計(jì)提出的安裝要求，適應(yīng)周圍環(huán)境；

（3）根據(jù)負(fù)載和工作方式，正確選擇電動(dòng)機(jī)容量；①對(duì)于恒定負(fù)載長(zhǎng)期工作制的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)額定功率等于或大于負(fù)載所需功率；②對(duì)于變動(dòng)負(fù)載長(zhǎng)期工作制電動(dòng)機(jī)，應(yīng)保證負(fù)載變到最大時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍能給出所需功率，而電動(dòng)機(jī)溫升不超過允許值；③對(duì)于短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，應(yīng)按照電動(dòng)機(jī)過載能力來選擇；④對(duì)于重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，原則上可按電動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的平均功耗來選擇。環(huán)境；（4）電動(dòng)機(jī)電壓：應(yīng)根據(jù)使用地點(diǎn)的電源電壓來決定。

綜合考慮各方案的性能，設(shè)備投資、使用周期、維護(hù)檢修、發(fā)展等因素。遵循的主要原則如下：

（5）在無特殊要求的場(chǎng)合，一般采用交流電動(dòng)機(jī)。

5.電氣控制方案的確定（1）自動(dòng)化程度與國(guó)情相適應(yīng)：盡可能選用最新科技，同時(shí)要與企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力相適應(yīng)。（2）控制方式應(yīng)與設(shè)備的通用及專用化相適應(yīng)：對(duì)工作程序固定的專用設(shè)備，可采用繼電接觸器控制系統(tǒng)；對(duì)要求較復(fù)雜的控制對(duì)象或要求經(jīng)常變換工序和加工對(duì)象的設(shè)備，可采用可編程序控制器控制系統(tǒng)。

（3）控制方式隨控制過程的復(fù)雜程度而變化：根據(jù)控制要求及控制過程的復(fù)雜程度，可采用分散控制或集中控制方案，但各單機(jī)的控制方式和基本控制環(huán)節(jié)應(yīng)盡量一致，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和制造過程。5.設(shè)計(jì)電氣原理圖并合理選擇元器件，編制元器件目錄清單。6.設(shè)計(jì)制造、安裝、調(diào)試所必須的各種施工圖紙，并以此為依據(jù)編制各種材料定額清單。7.編寫說明書。（4）控制系統(tǒng)的工作方式，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，最大限度地滿足工藝要求。另外控制方案的選擇，還應(yīng)考慮采用自動(dòng)、半自動(dòng)循環(huán)，工序變更、聯(lián)鎖、安全保護(hù)、故障診斷、信號(hào)指示、照明等。電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法主要有哪兩種？

電氣控制原理電路設(shè)計(jì)的方法主要有哪兩種？

問題與思考8.3電氣控制裝置的工藝設(shè)計(jì)8.3.1電氣設(shè)備的總體布置設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)電氣原理圖的工作原理與控制要求，先將控制系統(tǒng)劃分為幾個(gè)組成部分，這些組成部分均稱作部件。再根據(jù)電氣設(shè)備的復(fù)雜程度，把每一部件劃成若干組件，然后再根據(jù)電氣原理圖的接線關(guān)系整理出各部分的進(jìn)出線號(hào)，并調(diào)整它們之間的連接方式?？傃b配圖、接線圖根據(jù)需要可以分開，也可并在一起，是進(jìn)行分部設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)各部分組成為一個(gè)完整系統(tǒng)的依據(jù)?？傮w設(shè)計(jì)要使整個(gè)系統(tǒng)集中、緊湊，同時(shí)在空間允許條件下，把發(fā)熱元件，噪聲振動(dòng)大的電氣部件，盡量放在離其它元件較遠(yuǎn)的地方或隔離起來；對(duì)于多工位的大型設(shè)備，還應(yīng)考慮兩地操作的方便性；總電源開關(guān)、緊急停止控制開關(guān)應(yīng)安放在方便而明顯的位置。（1）把功能類似的元件組合在一起。（2）盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，同時(shí)把接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件中。（3）讓強(qiáng)弱電控制器分離，以減少干擾。（4）為力求整齊美觀，可把外形尺寸、重量相近的電器組合在一起。（5）為便于檢查與調(diào)試，把需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起。

1.組件劃分原則2.電氣控制設(shè)備的不同組件之間的接線方式

（1）開關(guān)電器、控制板的進(jìn)出線一般采用接線端頭或接線鼻子連接，這可按電流大小及進(jìn)出線數(shù)選用不同規(guī)格的接線端頭或接線鼻子。（2）電氣柜（箱）、控制箱、柜（臺(tái)）之間以及它們與被控制設(shè)備之間，采用接線端子排或工業(yè)聯(lián)接器連接。（3）弱電控制組件、印制電路板組件之間應(yīng)采用各種類型的標(biāo)準(zhǔn)接插件連接。（4）電氣柜（箱）、控制箱、柜（臺(tái)）內(nèi)的元件之間的連接，可以借用元件本身的接線端子直接連接，過渡連接線應(yīng)采用端子排過渡連接，端頭應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接線端子處理。

8.3.2電氣元件布置圖的設(shè)計(jì)與繪制1.同一組件中電器元件的布置應(yīng)注意將體積大和較重的電器元件安裝在電器板的下面，而發(fā)熱元件應(yīng)安裝在電氣箱（柜）的上部或后部，但熱繼電器宜放在其下部。2.強(qiáng)電弱電分開并注意屏蔽，防止外界干擾。3.需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低，人力操作開關(guān)及需經(jīng)常監(jiān)視的儀表的安裝位置應(yīng)符合人體工程學(xué)原理。4.電器元件的布置應(yīng)考慮安全間隙，并做到整齊、美觀、對(duì)稱，外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器可安放在一起，以利加工、安裝和配線。若采用行線槽配線方式，應(yīng)適當(dāng)加大各排電器間距，以利布線和維護(hù)。5.各電器元件的位置確定以后，便可繪制電器布置圖。電氣布置圖是根據(jù)電器元件的外形輪廓繪制的，即以其軸線為準(zhǔn)，標(biāo)出各元件的間距尺寸。每個(gè)電器元件的安裝尺寸及其公差范圍，應(yīng)按產(chǎn)品說明書的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注，以保證安裝板的加工質(zhì)量和各電器的順利安裝。6.在電器布置圖設(shè)計(jì)中，還要根據(jù)本部件進(jìn)出線的數(shù)量、采用導(dǎo)線規(guī)格及出線位置等，選擇進(jìn)出線方式及接線端子排、連接器或接插件，并按一定順序標(biāo)上進(jìn)出線的接線號(hào)。

8.3.3電氣部件接線圖的繪制1.接線圖相接線表的繪制應(yīng)符合GB6988.6—1993中《控制系統(tǒng)功能表圖的繪制》的規(guī)定。2.所有電氣元件及其引線應(yīng)標(biāo)注與電氣原理圖中相一致的文字符號(hào)及接線號(hào)。原理圖中的項(xiàng)目代號(hào)、端子號(hào)及導(dǎo)線號(hào)的編制分別應(yīng)符合GB5094-1985《電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號(hào)》、GB4026-1992《電器設(shè)備接線端子和特定導(dǎo)線線端的識(shí)別及應(yīng)用字母數(shù)字系統(tǒng)的通則》及GB4884-1985《絕緣導(dǎo)線標(biāo)記》等規(guī)定。3.與電氣原理圖不同，在接線圖中同一電器元件的各個(gè)部分(觸頭、線圈等)必須畫在一起。4.電氣接線圖一律采用細(xì)線條繪制。走線方式分板前走線及板后走線兩種，一般采用板前走線，對(duì)于簡(jiǎn)單電氣控制部件，電器元件數(shù)量較少，接線關(guān)系又不復(fù)雜的，可直接畫出元件間的連線；對(duì)于復(fù)雜部件，電器元件數(shù)量多，接線較復(fù)雜的情況，一般是采用走線槽，只要在各電器元件上標(biāo)出接線號(hào)，不必畫出各元件間連線。5.接線圖中應(yīng)標(biāo)出配線用的各種導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格、截面積及顏色要求等。6.部件與外電路連接時(shí)，大截面導(dǎo)線進(jìn)出線宜采用連接器連接，其它應(yīng)經(jīng)接線端于排連接。

8.3.4電氣柜、箱和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖的設(shè)計(jì)

1.根據(jù)操作需要及控制面板、箱、柜內(nèi)各種電氣部件的尺寸確定電氣箱、柜的總體尺寸及結(jié)構(gòu)型式，非特殊情況下，應(yīng)使總體尺寸符合結(jié)構(gòu)基本尺寸與系列。2.根據(jù)總體尺寸及結(jié)構(gòu)型式、安裝尺寸，設(shè)計(jì)箱內(nèi)安裝支架，并標(biāo)出安裝孔、安裝螺栓及接地螺栓尺寸，同時(shí)注明配作方式。柜、箱的材料一般應(yīng)選用柜、箱用專用型材。3.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝位置、操作、維修方便等要求，設(shè)計(jì)開門方式及型式。4.為利于箱內(nèi)電器的通風(fēng)散熱，在箱體適當(dāng)部位設(shè)計(jì)通風(fēng)孔或通風(fēng)槽，必要時(shí)應(yīng)在柜體上部設(shè)計(jì)強(qiáng)迫通風(fēng)裝置與通風(fēng)孔。5.為便于電氣箱、柜的運(yùn)輸，應(yīng)設(shè)計(jì)合適的起吊勾或在箱體底部設(shè)計(jì)活動(dòng)輪。8.3.5清單匯總

在電氣控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)結(jié)束后，根據(jù)各種圖紙，對(duì)本設(shè)備需要的各種零件及材料進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，列出元件清單、標(biāo)準(zhǔn)件清單、材料消耗定額表，以便采購人員、生產(chǎn)管理部門按設(shè)備制造需要備料，做好生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，也便于成本核算。

說明電氣控制工藝設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容。

問題與思考8.4繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種連續(xù)平移運(yùn)輸機(jī)械，常用于糧庫、礦山等的生產(chǎn)流水線上，將糧食、礦石等從一個(gè)地方運(yùn)到另一個(gè)地方。一般由多條皮帶機(jī)組成，可以改變運(yùn)輸?shù)姆较蚝托倍取?/p>

以圖示的三條皮帶運(yùn)輸機(jī)為例，以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法介紹繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。1.啟動(dòng)順序?yàn)?#、2#、1#，并要有一定時(shí)間間隔，以免貨物在皮帶上堆積，造成后面皮帶的重載啟動(dòng)。

皮帶運(yùn)輸機(jī)的電氣控制要求如下：1.啟動(dòng)順序?yàn)?#、2#、1#，并要有一定時(shí)間間隔，以免貨物在皮帶上堆積，造成后面皮帶的重載啟動(dòng)。

皮帶運(yùn)輸機(jī)的電氣控制要求如下：2.停車順序?yàn)?#，2#、3#，保證停車后皮帶上不殘存貨物。

4.必要的保護(hù)。3.不論2#或3#哪一個(gè)皮帶出故障，1#必須停車，以免繼續(xù)進(jìn)料，造成貨物堆積。

8.4.1主電路設(shè)計(jì)

三條皮帶分別由三臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，均選用鼠籠型異步電機(jī)。假設(shè)所接電網(wǎng)容量足夠大，且三臺(tái)電動(dòng)機(jī)不要求同時(shí)啟動(dòng)，故采用直接啟動(dòng)方式。

三臺(tái)電動(dòng)機(jī)都用熔斷器FU作短路保護(hù)，用熱繼電器FR作過載保護(hù)。由接觸器主觸頭控制其通、斷。設(shè)計(jì)主電路如圖所示。M13～FU1KM1FR1M23～FU2KM2FR2M33～FU3KM3FR38.4.2基本控制電路設(shè)計(jì)

三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)順序根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)對(duì)其要求，應(yīng)逆序啟動(dòng)，即3#皮帶拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3先啟動(dòng)、2#皮帶拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M2次之、最后啟動(dòng)1#皮帶拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1，采用3#皮帶接觸器的輔助常開觸頭控制2#接觸器線圈，用2#接觸器的輔助常開觸頭控制1#接觸器線圈。SB2SB1KM1KM2KM1SB4SB3KM2KM3KM2KM1SB6SB5KM3KM3KM2

制動(dòng)為順序：1#、2#、3#。用1#接觸器輔助常開觸頭與控制2#接觸器的常閉按鈕并聯(lián)，用2#接觸器的輔助常開觸頭與控制3#接觸器的常閉按鈕并聯(lián)。基本控制線路如圖所示。

8.4.3控制電路特殊部分的設(shè)計(jì)

1.按時(shí)間原則的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

以通電延時(shí)型時(shí)間繼電器的延時(shí)閉合的常開觸頭作啟動(dòng)信號(hào)，以斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的通電瞬時(shí)閉合、斷電延時(shí)打開的常開觸點(diǎn)作停車信號(hào)。為使三條皮帶自動(dòng)按順序工作，采用中間繼電器KA，線路設(shè)計(jì)如圖所示。自動(dòng)控制過程參看課本。SB1SB2KAKAKT1KM2KM1KAKT2KT1KM2KT3KAKM3KT4KM3KT2KT3KT42.聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

停車時(shí)的電路分析：按下SB1發(fā)出停車指令時(shí)，KT1、KT2、KA同時(shí)斷電，KA常開觸點(diǎn)瞬時(shí)斷開，KM2、KM3若不加自鎖，則KT3、KT4的延時(shí)將不起作用，KM2、KM3線圈將瞬時(shí)斷電，電動(dòng)機(jī)不能按順序停車，所以需加自鎖環(huán)節(jié)。三個(gè)熱繼電器的保護(hù)觸頭均串聯(lián)在KA線圈電路中，無論哪一號(hào)皮帶機(jī)過載，都能按1#、2#、3#順序停車。線路失壓保護(hù)由KA實(shí)現(xiàn)。8.4.4常用電器元件的選擇

設(shè)計(jì)電氣控制電路的過程中，正確、合理的選用元器件，是電路安全、可靠工作的保證。選擇基本原則如下：

①按對(duì)電器元件的功能要求確定電器元件的類型。②確定電器元件承載能力的臨界值及使用壽命。根據(jù)電器控制的電壓、電流及功率的大小確定電器元件的規(guī)格。③確定電器元件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油防塵、防水、防爆及貨源情況。④確定電器元件在應(yīng)用中所要求的可靠性。⑤確定電器元件的使用類別。

8.4.5按鈕、開關(guān)類電器的選擇

1.按鈕

主要根據(jù)所需要的觸點(diǎn)數(shù)、使用場(chǎng)合、顏色標(biāo)注、以及額定電壓、額定電流進(jìn)行選擇。對(duì)按鈕顏色及其含義可參照國(guó)標(biāo)GB5226—85《機(jī)床電氣設(shè)備通用技術(shù)條件》規(guī)定,如：①“停止”和“急停”按鈕必須是紅色；②“起動(dòng)”按鈕的顏色是綠色；③“起動(dòng)”與“停止”交替動(dòng)作的按鈕必須是黑色、白色或灰色；④點(diǎn)動(dòng)按鈕必須是黑色；⑤復(fù)位按鈕（如保護(hù)繼電器的復(fù)位按鈕）必須是藍(lán)色。當(dāng)復(fù)位按鈕還有停止作用時(shí)，則必須是紅色。

2.行程開關(guān)

行程開關(guān)主要應(yīng)根據(jù)機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)方式與安裝位置，擋鐵的形狀、速度、工作力、工作行程、觸點(diǎn)數(shù)量、及額定電壓、額定電流來選擇。

3.萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

根據(jù)控制對(duì)象的接線方式、觸點(diǎn)型式與數(shù)量、動(dòng)作順序和額定電壓、額定電流等參數(shù)進(jìn)行選擇。

4.電源引入控制開關(guān)

（1）刀開關(guān)與鐵殼開關(guān)根據(jù)電源種類、電壓等級(jí)、電動(dòng)機(jī)容量及控制極數(shù)進(jìn)行選擇。如果是用于照明電路，其額定電壓、額定電流應(yīng)等于或大于電路最大工作電壓與工作電流；若是用于電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，額定電壓為380V或500V、額定電流應(yīng)等于或大于電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍。

4.電源引入控制開關(guān)

（2）組合開關(guān)根據(jù)電流種類、電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)數(shù)量及電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)行選擇。當(dāng)用于控制7kW以下電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止時(shí)，額定電流應(yīng)等于電動(dòng)機(jī)額定電流的三倍；若不直接用于啟動(dòng)和停機(jī)，額定電流只需稍大于電動(dòng)機(jī)額定電流。

（3）斷路器包括正確選用開關(guān)類型、容量等級(jí)和保護(hù)方式。①額定電壓和額定電流應(yīng)不小于電路正常工作電壓和工作電流。②熱脫扣器的整定電流應(yīng)與所控制電動(dòng)機(jī)的額定電流或負(fù)載額定電流一致。③電磁脫扣器瞬時(shí)脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載電路正常工作時(shí)的峰值電流。對(duì)電動(dòng)機(jī)，斷路器電磁脫扣器的瞬時(shí)脫扣整定電流值I按下式計(jì)算

I≥K·Ist（式中安全系數(shù)K常取1.7）8.4.6熔斷器的選擇

1.熔體額定電流的選擇（2）沖擊性負(fù)載如籠型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為（4～7）IN

。①單臺(tái)不頻繁起、停且長(zhǎng)期工作的電動(dòng)機(jī)：IFUN＝（1.5～2.5）IN②單臺(tái)頻繁起動(dòng)、長(zhǎng)期工作的電動(dòng)機(jī)：IFUN＝（3～3.5）IN多臺(tái)長(zhǎng)期工作的電動(dòng)機(jī)共用的熔斷器：

IFUN≥（1.5～2.5）Iemax+ΣIN或:IFUN≥Im／2.5式中：Iemax—容量最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流；∑IN—其余電動(dòng)機(jī)額定電流之和；

Im

—電路中可能出現(xiàn)的最大電流。當(dāng)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)不同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，電路中最大電流：Im

＝7Iemax+∑IN（1）如照明電路、信號(hào)電路、電阻爐電路等電阻性負(fù)載，熔體額定電流應(yīng)大于或等于負(fù)載的額定電流。（3）采用降壓方法啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，熔體額定電流

IFUN

≥IN2.熔斷器規(guī)格的選擇

額定電壓大于電路工作電壓，額定電流等于或大于所裝熔體額定電流。

3.熔斷器類型的選擇

應(yīng)根據(jù)負(fù)載保護(hù)特性的短路電流大小及安裝條件選擇。

8.4.7交流接觸器的選擇

式中：

UKMN—接觸器額定電壓；

UCN—負(fù)載額定線電壓；

IKMN—接觸器額定電流；

IN—接觸器主觸頭的電流；

PMN—電動(dòng)機(jī)額定功率；

UMN—電動(dòng)機(jī)額定線電壓；

K—經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，一般取1～1.4。

1.接觸器額定電壓和額定電流的選擇

主要考慮接觸器主觸頭的額定電壓與額定電流：（1）輔助觸點(diǎn)的額定電流、種類和數(shù)量。（2）根據(jù)使用環(huán)境選擇有關(guān)接觸器或特殊用接觸器。（3）考慮電器的固有動(dòng)作時(shí)間,電器的使用壽命和操作頻率。

2.吸引線圈的電流種類及額定電壓

對(duì)頻繁動(dòng)作場(chǎng)合，宜選用直流勵(lì)磁方式;一般情況下采用交流控制。線圈額定電壓:根據(jù)控制電路復(fù)雜程度，維修、安全要求，設(shè)備采用控制電壓等級(jí)等綜合考慮。3.其它方面8.4.8繼電器的選擇

中間繼