电气工基础_第三

第3章继电—接触器电气控制线路设计讨论：继电—接触器电气控制系统的设计原则和设计方法3.1电气控制设计的基本内容、设计程序和一般原则3.1.1电气控制线路设计的基本要求设计与产品质量和成本密切相关，树立工程实践观点：妥善处理机械与电气的关系；选择性价比最佳的电气方案；满足要求的前提下，设计简单合理、工作可靠、维修方便的电路；尽可能减少元件的品种和规格；贯彻最新的国家标准。3.1.2工厂电气控制设备设计的内容提出电气控制原理性方案及总体框图，主要技术指标，进行可行性分析；绘制电气原理图装配图布置图、出线端子图安装图3.1.3设计步骤初步设计技术设计产品设计3.2电力拖动方案的确定、电动机的选择电力拖动方案：根据生产实际要求，确定电动机的类型、数量、传动方式及拟定电动机的起动、运行、调速、转向、制动等控制要求。是电气设计的主要内容之一；是原理图设计及电器元件选择的依据；是各部分设计内容的基础。3.2.1确定拖动方式单独拖动：一台设备只有一台电动机拖动；分立拖动：一台设备由多台电动机分别驱动。发展趋势：接近工作机构、多电机的拖动方式。缩短传动链、提高传动效率、便于自动化和简化总体结构。3.2.2确定调速方案调速方法：齿轮变速箱、液压调速装置、双速或多速电动机；无极调速：直流调压调速、交流调压调速、变频变压调速。调速方案的考虑因素：重型或大型设备主运动及进给运动：尽可能采用无极调速（简化机械机构）；精密机械设备：电气无极调速；一般中小型设备：三相鼠笼式异步电动机，配适当级数的齿轮变速箱；或双速、多速电动机。3.2.3电动机的调速特性与负载特性相适应不同工作机构有不同负载特性：恒功率负载：机床的主轴运动；恒转矩负载：机床刀具的进给运动；应使电动机的调速特性与负载特性相适应：交流：△-YY：恒功率传动Y-YY：恒转矩传动直流：他励调磁调速：恒功率调速；他励调压调速：恒转矩调速；否则引起拖动工作的不正常或电动机不能合理适用。3.2.4电动机的选择、起动、制动、反向要求3.3电气控制方案的确定及控制方式的选择（1）按控制过程的变化参量进行控制的规律：现代工业生产：要求整个工艺过程全盘自动化自动控制基本规律：按“变化参量”进行控制。反馈信号逻辑运算执行机构被控对象主令信号控制装置被控变量3.3.3控制方式的选择将控制过程中的“变化参量”及执行机构的变化反馈到控制装置；和主令信号及中间变量进行逻辑运算，控制执行机构动作，驱动机械系统运行。直接过程变化参量：尽可能采用；间接过程变化参量：直接参量难以测量或测量成本高。（2）刀架的自动循环控制系统分析与设计自动循环：刀架能自动由位置1移动到位置2进行切削加工并自动退回位置；无进给切削：刀具到达位置2时不再进给，但转头继续旋转进行无进给切削，提高加工精度；快速停车：刀架推出后要求快速停车，减少辅助工时。设计步骤：(1)自动循环——行程原则控制行程作为控制信号行程开关S1和S2作为刀架运行到位置1和2的测量元件；前进及返回：按下SB1→KM1得电→前进→到达位置2，撞击S2→KM1失电、KM2得电→反向；反向及返回：同理，将S1的常闭触点串连在KM2的线圈电路中。（2）无进给切削——时间原则控制按时间原则控制实现过程：到达位置2→撞击S2→S2常闭打开，停止前进；S2常开触点闭合，KT1开始延时→延时结束→KT1常闭闭合→KM2得电→电机反转→反向运动。时间配合（3）快速停车反接制动—速度继电器正向起动：按下SB2→正转→常开KVZ闭合、常闭KVZ打开；停转：前进到S2或按下SB1→KM1失电并解除自锁→松开SB1，转速高，KM2吸合→反接制动→转速下降→KM2失电→制动结束。（3）控制方法综述时间：速度：电流：压力、切削力、加紧力、转矩等。行程：根据实际情况决定采用那种控制方式：3.4电气设计的一般原则没有固定的方法和模式，应开阔思路，不断总结经验，丰富自己的知识，设计出合理、性价比高的电气线路。设计遵循的一般原则：3.4.1应最大限度得实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求3.4.2在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单经济2.尽量缩短连接导线的数量和长度：设计控制线路时，应考虑到各元件之间的实际接线。特别要注意电气柜、操作台和限位开关之间的连接线；图3.7a接线是不合理的：因为按钮在操作台上，而接触器在电气柜内，该接线需要由电气柜二次引出连接线到操作台的按钮上；图3.7b：将起动按钮和停止按钮直接连接，可减少一次引出线。1.尽量选用标准的、常用的、或经过实际考验过的线路和环节；3.尽量缩减电器元件的品种、规格和数量，尽可能采用性能优良、价格便宜的新型器件和标准件；同一用途尽可能选用相同型号。4.应减少不必要的触点以简化线路：使用的触点越少，故障几率就越低，工作可靠性越高—图3.8合并同类触点：（在合并触点额定电流的限制）利用半导体二极管的单向导电性减少触点数（弱电路：经济且可靠）—图3.9逻辑设计在控制线路图设计完成后，宜将线路化成逻辑代数式验算(参阅第二章)，得到最简化的线路。5.控制线路工作时，除必要的电器必须通电外，其余的尽量不通电，使其处于短时工作制，节约电能且延长电器的使用寿命。KT全压运行时仍带电全压运行后，将KT电源切除3.4.3保证控制线路工作的可靠和安全同一电器的常开和常闭辅助触点靠得很近，如分别接在电源的不同相上（图3.11（a）），由于不是等电位，当触点断开产生电弧时可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路；绝缘不好，也会引起电源短路。图3.11b接线，两触点电位相同，就不会造成飞弧，即使引入线绝缘破坏也不会将电源短路。选用可靠的元件；（机械和电气寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器）；具体线路设计中注意以下几点：1.正确连接电器的触点：2．正确连接电器的线圈交流控制电路中不能串联接入二个电器的线圈，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也不允许。原因：线圈上电压与线圈阻抗成正比；两个电器动作总是有先有后，不可能同时吸合。假如KM2先吸合，由于KM2的磁路闭合，线圈的电感显著增加，该线圈上的电压降也相应增大；从而使KM1的线圈电压达不到动作电压。二个电器需同时动作时，其线圈应该并联连接。是一个具有指示灯和热保护的正反转电路。在正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。但当热继电器K动作时，线路就出现了寄生电路，如图虚线所示，使正向接触器KM1不能释放，起不了保护作用。3．在控制线路中应避免出现寄生电路：控制线路的动作过程中，意外接通的电路叫寄生电路(或叫假回路)。6.对重要设备考虑必要的连锁：在频繁操作的可逆线路中，正、反向接触器之间不仅要有电气连锁，而且要有机械连锁。7.设计的线路应能适应所在电网情况：根据电网容量的大小，电压、频率的被动范围以及允许的冲击电流数值等决定电动机的起动方式是直接起动还是间接起动。8.采用小容量继电器的触点来控制大容量接触器的线圈时，要计算继电器触点断开和接通容量是否足够。如果不够必须加小容量接触器或中间继电器，否则工作不可靠。4.在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路；5.防止触点竞争现象；3.5电气保护类型及实现方法控制线路在事故情况下，保证操作人员、电气设备、生产机械的安全；有效制止事故的扩大。保护：过载、短路、过流、过压、失压等保护环节；有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。3.5.1电流型保护大电流损坏的原因：引起的温升超过绝缘材料的承受能力；基本原理：将保护电器检测的信号，经过变换或放大后去控制被保护对象，当电流达到整定值时保护电器动作。（1）短路保护要求迅速、可靠地断开电源；常采用熔断器：主电路采用三相四线制或三相三线制的供电电路中，必须采用三相短路保护；当主电机容量较小，其控制电路不需要另外设置熔断器；若主电机容量较大，则控制电路一定要单独设置短路保护路断器。采用空气自动开关，既作为短路保护，又作为过载保护的电路。（2）过电流保护KI电流值比短路时小，一般不超过2.5Ie(6)；常由不正确的启动和过大的冲击性负载引起；比发生短路的可能性要大，特别是频繁起动和正、反转重复短时工作制的电动机；要求瞬时切断电源；常由过电流继电器与接触器配合实现；避开正常起动时的起动电流。返回失压返回过电压（3）过载保护电动机长期超载运行，绕组温升超过允许值而损坏；负载的突然增加；缺相运行；电网电压降低等；运行电流大于额定电流，通常在1.5Ie以内；要求保护电器具有反时限特性（动作时间随电流的增加而减小）；采用热继电器与接触器配合完成。（4）欠电流保护电路电流低于整定值时动作的保护，如弱磁保护（直流并励、复励电动机）；实现：欠电流继电器与接触器配合；正常工作时，欠电流继电器线圈吸合；处欠电流时：欠电流继电器线圈释放；串入控制电流的KI触点为“常开”触点。（5）断相保护断相：电网故障；一相熔断器熔断；异步电动机将在缺相电源中低速运转或堵转，定子电流很大，是造成电动机绝缘及绕组烧损的常见故障之一；断相时，相电流与线电流的变化：受负载的大小、绕组的结法等因素；差异较大：三角形联结的电动机：如负载在53％一67％之间，发生断相故障，会出现故障相的线电流小于对称性负载保护电流动作值，但相绕组最大一相电流却己超过额定值。采用专门为断相运行而设计的断相保护机构构成的热继电器实现。图3—34是一种电子式电动机断相、过载、短路保护电路原理图。电路由断相取样、短路取样、电流取样、延时、射极耦合双稳态触发器、功率推动晶体管v3、继电器KM、直流稳压电源等部分组成。在正常运行时，接触器x工作，电机运转。触发器v1管的基极编入信号较小．V1截止，v2和V3导通，使继电器KM动作，KM的常开触头闭合，将起动3.5.2电压型保护电动机或电器元件都是在额定电压下才能正常工作；电压过高、过低或者工作过程中非人为因素的突然断电，都可能造成生产机械的损坏或人身事故；在电气控制线路设计中，应根据要求设置失压保护、过电压保护及欠电压保护。（1）失压保护失压保护：电动机正常工作时，如果因为电源电压的消失而停转，为防止在电源电压恢复时，电动机的自行起动将造成人身事故或机械设备损坏而设置的保护。按钮及接触器控制电动机的起停，有失压保护功能；图3.15若采用不能自动复位的手动开关、行程开关等控制接触器，必须采用专门的零压继电器。关键：控制电路必须先接通零压继电器K。起动：S先置0，则K通电并自锁→S置工作位置1（或2）→KM通电，电动机起动；断电：K及KM释放→电机停转；电源恢复：K释放，所以无法自行起动→零压保护必须先将S置0位后，才能重新起动（3）过电压保护实现：电磁式过电压继电器KV与接触器配合；图3.15直流电磁式结构、电感量大的负载，可设置相应的泄放回路进行过电压保护。（2）欠电压保护电网电压降到(60％一80％)Ue时，要求能自动切除电源而停止工作，这种保护称为欠电压保护。电动机在电网电压降低时，电动机电流将增加；若电网电压降低到60％Ue，各类交流接触器、继电器处于抖动状态并产生很大噪声，线圈电流增大，甚至过热造成电器元件和电动机的烧毁。实现：采用接触器及按钮控制方式时，利用接触器本身的欠电压保护作用；采用低压断路器；专门的欠电压保护电磁式电压继电器来进行：方法：将电压继电器线圈跨接在电源上，其常开触头中接在接触器控制回路中；当电网电压低于整定值时，电压继电器动作便接触器释放。3.5.3其他保护位置保护：越位、极限保护；速度保护温度、压力、流量3.6电气控制系统的一般方法电气控制系统的设计：确定拖动方案、选择电机容量和设计电器控制线路。电气控制线路的设计方法通常有两种：一般设计法（经验设计法）：根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制线路。比较简单；设计人员必须熟悉大量的控制线路、掌握多种典型线路的设