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(dòng)方案的確定和電動(dòng)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(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械及工藝要求進(jìn)行的電氣控制線(xiàn)路設(shè)計(jì)，和為滿(mǎn)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(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制的要求。 (2) 在滿(mǎn)足要求的前提下，使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shū)。 (2) 選擇電力拖動(dòng)方案和控制方式。 (3) 確定電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、型號(hào)、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(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。,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(xiàn)圖。 (2) 繪制各組件電氣元件布置圖與安裝接線(xiàn)圖，標(biāo)明安裝方式、接線(xiàn)方式。 (3) 編寫(xiě)使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。,確定電力拖動(dòng)方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)機(jī)床工

3、藝要求及結(jié)構(gòu)來(lái)選擇電力拖動(dòng)方式，確定電動(dòng)機(jī)的數(shù)量，然后根據(jù)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的調(diào)速范圍來(lái)選擇調(diào)速方案，使電動(dòng)機(jī)能得到充分合理的利用。,3.2 電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇,3.2.1電力拖動(dòng)方案的確定,1拖動(dòng)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(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，應(yīng)盡可能采用無(wú)級(jí)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(dòng)控制，也應(yīng)采用電氣無(wú)級(jí)調(diào)速方案。 (3) 一般中小型設(shè)備如普通機(jī)床沒(méi)有特殊要求時(shí)，可選用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，配以適當(dāng)級(jí)數(shù)的齒輪變速箱。為簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)。

4、 3電動(dòng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇,1根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速要求選擇電動(dòng)機(jī)種類(lèi) (1) 不需調(diào)速的機(jī)械應(yīng)首先考慮采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 (2) 對(duì)于周期性波動(dòng)負(fù)載的長(zhǎng)期工作機(jī)械，為消平尖峰負(fù)載，一般采用電動(dòng)機(jī)帶飛輪工作，這時(shí)應(yīng)考慮啟動(dòng)條件和充分利用飛輪的作用可采用繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)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(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用同步電動(dòng)機(jī)。 (4) 對(duì)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(dòng)機(jī)。 (5) 要求大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速時(shí)，常選用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，如電車(chē)、牽引車(chē)等。,3.2.2拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇,(6) 對(duì)啟動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)要求較高的機(jī)

5、械，常選用直流電動(dòng)機(jī)或帶調(diào)速裝置的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 (7) 對(duì)于要求調(diào)速范圍大的場(chǎng)合，常采用機(jī)械與電氣聯(lián)合調(diào)速。,3.2.2拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇,2根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)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(dòng)機(jī)；在人員及設(shè)備安全有保證的前提下，也可采用開(kāi)啟式電動(dòng)機(jī)。 (2) 在空氣中存在較多粉塵的場(chǎng)所，宜用封閉式電動(dòng)機(jī)。 (3) 在濕熱帶地區(qū)或比較潮濕的場(chǎng)所，應(yīng)盡量選用濕熱帶型電動(dòng)機(jī)，若用普通型電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采取相應(yīng)的防潮措施。 (4) 在露天場(chǎng)所，宜選用戶(hù)外型電動(dòng)機(jī)，若有防護(hù)措施的也可采用封閉型或防護(hù)型電動(dòng)機(jī)。 (5) 在高溫車(chē)間，應(yīng)根據(jù)周?chē)h(huán)境溫度，選用相應(yīng)絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī)，并加強(qiáng)通風(fēng)

6、，改善電動(dòng)機(jī)的工作條件，提高電動(dòng)機(jī)的工作容量。 (6) 在有爆炸危險(xiǎn)及有腐蝕性氣體的場(chǎng)所，應(yīng)相應(yīng)地選用隔爆型及防腐型電動(dòng)機(jī)。,3電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇 對(duì)于額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速越高的電動(dòng)機(jī)成本越小，越經(jīng)濟(jì)，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比越大，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)越復(fù)雜。因此，應(yīng)綜合考慮電動(dòng)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(lái)確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 4電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 電動(dòng)機(jī)額定電壓應(yīng)與供電電源電壓相一致。 5電動(dòng)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(dòng)機(jī)容量時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定功率一般比拖動(dòng)的機(jī)械所需之功率大10%左右為宜。,3.2.2拖動(dòng)電動(dòng)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(mǎn)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(duì)生產(chǎn)機(jī)械的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝過(guò)程有充分的了解；并對(duì)同類(lèi)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(dòng)、制動(dòng)、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(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求。,2對(duì)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(jí)，盡量減少控制電路中電壓、電流的種類(lèi)。 3控制電路力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì) 1) 盡量縮短連接導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度與導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)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(jìng)爭(zhēng)”、“冒險(xiǎn)”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(jiǎn)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(lái)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(gè)整體，成為滿(mǎn)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(chēng)為輸入邏輯變量，把表示繼電器接觸器線(xiàn)圈等受

9、控元件的邏輯變量稱(chēng)為輸出邏輯變量。輸入、輸出邏輯變量之間的相互關(guān)系稱(chēng)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(xiě)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(duì)邏輯函數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，然后根據(jù)化簡(jiǎn)了的邏輯關(guān)系式畫(huà)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(dòng)、制動(dòng)、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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的啟動(dòng)、制動(dòng)、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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(chē)動(dòng)作示意圖 有一送料小車(chē)，如圖4.9所示，電動(dòng)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(dòng)作程序如下。 (1) 小車(chē)從甲地啟動(dòng)后，運(yùn)行至乙地能自動(dòng)停止，停留t1時(shí)間裝料后自動(dòng)返回。 (2) 小車(chē)返回至甲地能自動(dòng)停止，停留t2時(shí)間卸料后又自動(dòng)啟動(dòng)。 (3) 小

11、車(chē)經(jīng)過(guò)乙地不停止，運(yùn)行至丙地又自動(dòng)停止，停留t3時(shí)間，裝另一種料后自動(dòng)返回。,(4) 小車(chē)返回經(jīng)過(guò)乙地不停止，返回到甲地后自動(dòng)停止，完成了一個(gè)工作循環(huán)；在甲地停留t2時(shí)間，卸料后又自動(dòng)啟動(dòng)，小車(chē)運(yùn)行至乙地自動(dòng)停止。 以后又按上述過(guò)程自動(dòng)循環(huán)下去。,1控制線(xiàn)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(dòng)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(xiàn)圖 1) 電氣元件布置圖,2) 電氣安裝接線(xiàn)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(lèi)型選擇：直流、交流 2接觸器的使用類(lèi)別選擇：負(fù)載類(lèi)型 3額定電壓的選擇

12、4額定電流的選擇 5吸引線(xiàn)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(dòng)作 2電磁式電流繼電器的選擇：額定、動(dòng)作 3電磁式中間繼電器的選擇：1線(xiàn)圈電流類(lèi)型和電壓等級(jí) 2觸點(diǎn)種類(lèi)、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(shí)間繼電器的選擇 (1) 電流種類(lèi)和電壓等級(jí)：應(yīng)與控制電路一致。 (2) 延時(shí)方式：根據(jù)控制電路的要求選擇通電延時(shí)型或斷電延時(shí)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(shí)精度：根據(jù)控制電路的要求選擇，延時(shí)精度要求不高的場(chǎng)合可選

13、擇空氣阻尼式的時(shí)間繼電器；延時(shí)精度要求高的場(chǎng)合可選擇電動(dòng)式或電子式的時(shí)間繼電器。 (5) 延時(shí)時(shí)間：應(yīng)能滿(mǎn)足控制要求。 (6) 操作頻率：不宜過(guò)高，否則影響壽命，甚至?xí)?dǎo)致動(dòng)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(lèi)型應(yīng)根據(jù)電路要求、使用場(chǎng)合及安裝條件來(lái)選擇，其保護(hù)特性應(yīng)與被保護(hù)對(duì)象的過(guò)載能力相匹配。同時(shí)，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(xiàn)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(kāi)關(guān)電器的選擇 1刀開(kāi)關(guān)的選擇

14、 (1) 根據(jù)刀開(kāi)關(guān)在線(xiàn)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(xiàn)路電壓和電流來(lái)選擇。 (3) 刀開(kāi)關(guān)的極數(shù)應(yīng)與所在電路的極數(shù)相同。 2組合開(kāi)關(guān)的選擇 (1) 組合開(kāi)關(guān)主要根據(jù)電源種類(lèi)、電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動(dòng)機(jī)容量來(lái)選擇。 (2) 組合開(kāi)關(guān)不能用來(lái)分?jǐn)喙收想娏鳌?(3) 組合開(kāi)關(guān)的操作頻率不宜太高。 (4) 對(duì)用于控制電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的組合開(kāi)關(guān)，必須在電動(dòng)機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后才允許反方向接通。 (5) 組合開(kāi)關(guān)本身不具備過(guò)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(duì)保護(hù)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，斷路器的電磁脫扣器(過(guò)電流脫扣器)的瞬時(shí)脫扣整定電流為815倍電動(dòng)機(jī)額定電流，而保護(hù)繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)時(shí)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(xiàn)圖的形式表達(dá)出來(lái)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(xiàn)關(guān)系、走線(xiàn)方式及使用管線(xiàn)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(kāi)。 (3) 強(qiáng)電弱電應(yīng)分開(kāi)，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(duì)稱(chēng)。 (5) 電氣元器件間應(yīng)留有一定間距，以利布線(xiàn)、接線(xiàn)、維修和調(diào)整操作。 (6) 接線(xiàn)座的布置：用于相鄰柜間連接用的接線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圖的繪制 (1) 接線(xiàn)圖的繪制應(yīng)符合GB6988.31997的規(guī)定。 (2) 電氣元器件相對(duì)位置與實(shí)際安裝相對(duì)位置一致。 (3) 接線(xiàn)圖中同一電氣元件中各帶電部件，如線(xiàn)圈、觸點(diǎn)等的繪制采用集中表示法，且在一個(gè)細(xì)實(shí)線(xiàn)方框內(nèi)。 (4) 所有電氣元件的文字符號(hào)及其接線(xiàn)端鈕的線(xiàn)號(hào)標(biāo)注均與電氣控制電路圖完全相符。 (5) 電氣接線(xiàn)圖一律采用細(xì)實(shí)線(xiàn)繪制。 (6) 接線(xiàn)圖中應(yīng)標(biāo)明連接導(dǎo)線(xiàn)的型號(hào)、規(guī)格、截面積及顏色。,3.6.4電力