电气控制系统设计

第3章电气控制系统设计•3.1电气控制设计的原则和内容•3.2电力拖动方案的确定和电动机的选择•3.3电气控制电路设计的一般要求•3.4电气控制电路设计的方法与步骤•3.5常用控制电气的选择•3.6电气控制的施工设计与施工目录第3章电气控制系统设计本章要点•电气原理图设计•电气工艺设计•本章难点电气原理图设计•本章主要讲述为满足生产机械及工艺要求进行的电气控制线路设计，和为满足电气控制装置的制造、使用、运行、维修需要而进行的生产施工设计的一般方法。第3章电气控制系统设计•3.1.1电气控制设计的原则•电气控制设计的原则包括以下几项。•(1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。•(2)在满足要求的前提下，使控制系统简单、经济、合理、便于操作、维修方便、安全可靠。•(3)电气元件选用合理、正确，使系统能正常工作。•(4)为适应工艺的改进，设备能力应留有裕量。第3章电气控制系统设计•3.1.2电气控制设计的基本内容•1．电气原理图设计内容•(1)拟定电气设计任务书。•(2)选择电力拖动方案和控制方式。•(3)确定电动机的类型、型号、容量、转速。•(4)设计电气控制原理图。•(5)选择电气元件及清单。•(6)编写设计计算说明书。第3章电气控制系统设计•2．电气工艺设计内容•(1)设计电气设备的总体配置，绘制总装配图和总接线图。•(2)绘制各组件电气元件布置图与安装接线图，标明安装方式、接线方式。•(3)编写使用维护说明书。第3章电气控制系统设计•确定电力拖动方案时，首先应根据机床工艺要求及结构来选择电力拖动方式，确定电动机的数量，然后根据机床各运动机构要求的调速范围来选择调速方案，使电动机能得到充分合理的利用。3.2电力拖动方案的确定和电动机的选择第3章电气控制系统设计3.2.1电力拖动方案的确定•1．拖动方式的选择•2．调速方案的选择•(1)重型或大型设备的主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速。•(2)精密机械设备如坐标镗床、精密磨床、数控机床等，为了保证加工精度，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。•(3)一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型感应电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为简化结构，扩大调速范围，也可采用双速或多速笼型感应电动机。•3．电动机调速性质应与负载特性相适应第3章电气控制系统设计3.2.2拖动电动机的选择•1．根据生产机械调速要求选择电动机种类•(1)不需调速的机械应首先考虑采用感应电动机。•(2)对于周期性波动负载的长期工作机械，为消平尖峰负载，一般采用电动机带飞轮工作，这时应考虑启动条件和充分利用飞轮的作用可采用绕线转子感应电动机。•(3)需要补偿电网功率因数及稳定的工作速度时，应优先考虑采用同步电动机。•(4)对于只需几种速度，但不要求调速的生产机械，选用多速感应电动机。•(5)要求大的启动转矩和恒功率调速时，常选用直流串励电动机，如电车、牵引车等。第3章电气控制系统设计3.2.2拖动电动机的选择•(6)对启动、调速及制动要求较高的机械，常选用直流电动机或带调速装置的感应电动机。•(7)对于要求调速范围大的场合，常采用机械与电气联合调速。第3章电气控制系统设计3.2.2拖动电动机的选择•2．根据工作环境选择电动机结构形式•(1)在正常环境条件下，一般采用防护式电动机；在人员及设备安全有保证的前提下，也可采用开启式电动机。•(2)在空气中存在较多粉尘的场所，宜用封闭式电动机。•(3)在湿热带地区或比较潮湿的场所，应尽量选用湿热带型电动机，若用普通型电动机，应采取相应的防潮措施。•(4)在露天场所，宜选用户外型电动机，若有防护措施的也可采用封闭型或防护型电动机。•(5)在高温车间，应根据周围环境温度，选用相应绝缘等级的电动机，并加强通风，改善电动机的工作条件，提高电动机的工作容量。•(6)在有爆炸危险及有腐蚀性气体的场所，应相应地选用隔爆型及防腐型电动机。第3章电气控制系统设计•3．电动机额定转速的选择•对于额定功率相同的电动机，额定转速越高的电动机成本越小，越经济，但电动机转速越高，传动机构转速比越大，传动机构越复杂。因此，应综合考虑电动机的工作特点及生产机械结构两方面多种因素来确定电动机的额定转速。•4．电动机额定电压的选择•电动机额定电压应与供电电源电压相一致。•5．电动机额定功率的选择•依据生产实践验证，选择电动机容量时，电动机的额定功率一般比拖动的机械所需之功率大10%左右为宜。3.2.2拖动电动机的选择第3章电气控制系统设计3.3电气控制电路设计的一般要求•1．电气控制应最大限度满足生产机械加工工艺要求•在设计之前，必须与机械设计人员充分沟通，应对生产机械的工作性能、结构特点和加工工艺过程有充分的了解；并对同类或接近产品进行调研、分析和综合；然后提出控制方案，考虑控制方式、启动、制动、反向及调速的要求，设置必要的联锁与保护，以便最大限度地满足生产机械加工工艺的要求。第3章电气控制系统设计•2．对控制电路电流、电压的要求•应选择标准的控制电压等级，尽量减少控制电路中电压、电流的种类。•3．控制电路力求简单、经济•1)尽量缩短连接导线的长度与导线数量第3章电气控制系统设计•2)尽量减少电气元件的品种、数量和规格•3)尽量减少电气元件触点的数目•4)尽量减少通电电器的数目第3章电气控制系统设计•4．确保控制电路工作的安全与可靠•1)正确连接电器的线圈第3章电气控制系统设计•2)正确连接电器元件的触点•3)防止寄生电路第3章电气控制系统设计•4)在控制电路中控制触点应合理布置•5)考虑触点的接通与分断能力•6)避免触点“竞争”、“冒险”现象•7)采用电气互锁与机械互锁的双重互锁第3章电气控制系统设计•3.4.1电气控制电路设计方法简介•分析设计法：根据生产工艺的要求，选择一些成熟的典型基本环节来实现这些基本要求，而后再逐步完善其功能，并适当配置联锁和保护等环节，使其组合成一个整体，成为满足控制要求的完整电路。•逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具设计电气控制电路。•在继电接触器控制电路中，把表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量，把表示继电器接触器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输入、输出逻辑变量之间的相互关系称为逻辑函数关系，这种相互关系表明了电气控制电路的结构。所以，根据控制要求，将这些逻辑变量关系写出其逻辑函数关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，然后根据化简了的逻辑关系式画出相应的电路结构图，最后再做进一步的检查和优化，以期获得较为完善的设计方案。第3章电气控制系统设计•3.4.2分析设计法的基本步骤•(1)按工艺要求提出的启动、制动、反向和调速等要求设计主电路。•(2)根据所设计出的主电路，设计控制电路的基本环节，即满足设计要求的启动、制动、反向和调速等的基本控制环节。•(3)根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，确定控制参量并设计控制电路的特殊环节。•(4)分析电路工作中可能出现的故障，加入必要的保护环节。•(5)综合审查，仔细检查电气控制电路动作是否正确，关键环节可做必要实验，进一步完善和简化电路。•第3章电气控制系统设计•3.4.3分析设计法设计举例•图4.9送料小车动作示意图•有一送料小车，如图4.9所示，电动机的技术数据为Y180L-４。额定功率为7.5kW、额定转速为1470r/min、额定电压为AC380V。额定电流为13.5A。要求动作程序如下。•(1)小车从甲地启动后，运行至乙地能自动停止，停留t1时间装料后自动返回。•(2)小车返回至甲地能自动停止，停留t2时间卸料后又自动启动。(3)小车经过乙地不停止，运行至丙地又自动停止，停留t3时间，装另一种料后自动返回。第3章电气控制系统设计(4)小车返回经过乙地不停止，返回到甲地后自动停止，完成了一个工作循环；在甲地停留t2时间，卸料后又自动启动，小车运行至乙地自动停止。以后又按上述过程自动循环下去。第3章电气控制系统设计•1．控制线路原理图设计•1)主电路•根据控制要求可将主电路设计成带断电抱闸制动的正反转控制，如图所示。第3章电气控制系统设计•2)控制电路第3章电气控制系统设计•2．元器件的选择符号名称型号规格数量M1三相异步电动机Y180L-47.5kW，380V，13.5A，1470r/min1KM1，KM2交流接触器CJ20-2520A，线圈电压220V2FR1热继电器JR16-20热元件的额定电流为16A1KT1，KT2，KT3时间继电器JS-20线圈电压220V3KV电压继电器线圈电压220V1SQ1，SQ2，SQ3行程开关LX19-111线圈电压220V3SB1，SB3，SB4控制按钮LA-11D5A，绿色3SB2控制按钮LA-11DJ5A，红色1QS电源开关H33-15/3三极，15A1FU1熔断器电压开关自带，15A1FU2熔断器RC1-15500V，熔体2A1KA中间继电器JZ7-44线圈电压220V1第3章电气控制系统设计•3．绘制电气元件布置图和电气安装接线图•1)电气元件布置图第3章电气控制系统设计•2)电气安装接线图第3章电气控制系统设计3.5常用控制电气的选择•3.5.1接触器的选择•1．接触器的类型选择：直流、交流•2．接触器的使用类别选择：负载类型•3．额定电压的选择•4．额定电流的选择•5．吸引线圈的额定电压•3.5.2电磁式继电器的选择•1．电磁式电压继电器的选择：额定、动作•2．电磁式电流继电器的选择：额定、动作•3．电磁式中间继电器的选择：1线圈电流类型和电压等级2触点种类、数量及容量第3章电气控制系统设计•3.5.3热继电器的选择•1．热继电器结构形式的选择：二相、三相•2．热继电器额定电流的选择：电机工作情况•3.5.4时间继电器的选择•(1)电流种类和电压等级：应与控制电路一致。•(2)延时方式：根据控制电路的要求选择通电延时型或断电延时型。•(3)触点形式和数量：根据控制电路的要求选择触点形式及数量。•(4)延时精度：根据控制电路的要求选择，延时精度要求不高的场合可选择空气阻尼式的时间继电器；延时精度要求高的场合可选择电动式或电子式的时间继电器。•(5)延时时间：应能满足控制要求。•(6)操作频率：不宜过高，否则影响寿命，甚至会导致动作失调。第3章电气控制系统设计•3.5.5熔断器的选择•1．一般熔断器的选择•熔断器的类型应根据电路要求、使用场合及安装条件来选择，其保护特性应与被保护对象的过载能力相匹配。同时，熔断器的极限分断能力应大于或等于所保护电路可能出现的短路电流值，这样才能得到可靠的短路保护。•2．快速熔断器的选择•(1)快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压。•(2)快速熔断器的额定电流应大于或等于内部熔体的额定电流。第3章电气控制系统设计•3.5.6开关电器的选择•1．刀开关的选择•(1)根据刀开关在线路中的作用（隔断电源、分断负载）和安装位置选择其结构型式。•(2)根据线路电压和电流来选择。•(3)刀开关的极数应与所在电路的极数相同。•2．组合开关的选择•(1)组合开关主要根据电源种类、电压等级、所需触点数及电动机容量来选择。•(2)组合开关不能用来分断故障电流。•(3)组合开关的操作频率不宜太高。•(4)对用于控制电动机可逆运行的组合开关，必须在电动机完全停止转动后才允许反方向接通。•(5)组合开关本身不具备过载、短路和欠电压保护。第3章电气控制系统设计•3．低压断路器的选择•低压断路器的选用原则如下。•(1)断路器的额定电压和额定电流应大于或等于电路的正常工作电压和电流。•(2)断路器的极限通断能力应大于或等于电路的最大短路电流。•(3)欠电压脱扣器的整定电压应等于电路的额定电压。•(4)热脱扣器的整定电流应等于电路的额定电流。•(5)对保护笼型感应电动机，断路器的电磁脱扣器(过电流脱扣器)的瞬时脱扣整定电流为8～15倍电动机额定电流，而保护绕线式电动机时为3～6倍。第3章电气控制系统设计3.6电气控制的施工设计与施工•3.6.1电气设备总体配置设计•总体