电气控制技术-第四章电气控制线路的经验设计

电气控制技术机床一般分为机械和电气两大部分，设计机床首先要明确该机床的技术要求，拟定总体技术方案。机床的电气设计是机床设计的重要组成部分，机床的电气设计应满足机床的总体技术方案要求。第四章电气控制线路的经验设计1、电气设计的基本原则2、电气控制线路的设计3、机床常用电器的选择4、电气控制线路设计举例第四章电气控制线路的经验设计一、电气控制线路设计的基本要求（一）熟悉所设计设备的总体技术要求、工作过程，弄清其它系统对电气控制系统的要求。（二）了解现场的工作条件，供电情况及测量仪表的种类。（三）通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传动方案和控制方案。1电气设计的基本原则一、电气控制线路设计的基本要求（四）设计简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电气控制线路。进行模拟试验，验证控制电路能否满足机床的工艺要求。（五）保证使用的安全性，贯彻最新国家标准。1电气设计的基本原则二、电气控制线路设计的一般内容（一）拟定电气设计任务书（二）选择电气传动形式（三）确定电动机的容量（四）选择控制方案（五）设计电气控制原理图。1电气设计的基本原则二、电气控制线路设计的一般内容（六）选择电气元件，并制定电气元件明细表。（七）设计操作台，电气柜及非标准电器元件。（八）设计设备布置总图，电气安装图，电气接线图。（九）编写电气说明书和使用操作说明书。1电气设计的基本原则（一）拟定电气设计任务书依据所设计设备的总体技术方案拟定。包括：1、机械设备的型号，用途，工艺过程，技术性能，传动参数，现场工作条件。2、用户供电电网种类，电压，频率及容量等。3、电气传动的基本特性。电动机的数量和用途负载特性、调速指标、电动机的起动、反向和制动要求。1电气设计的基本原则（一）拟定电气设计任务书4、电气控制的特性。电气传动的基本方式、自动工作循环的组成、自动控制的动作顺序、电气保护及连锁条件。5、操作要求。如操作台的位置、测量显示、故障报警、照明等要求。6、主要设备的参数及布置框图。1电气设计的基本原则（二）选择电气传动形式1.传动方式：单独拖动，分立拖动。2.调速性能：齿轮变速箱，液压调速装置（进给），多速电机，无级调速。无级调速适用于重型或大型设备，精密机械设备，自动化程度较高的设备，可选用可控硅直流调速系统和交流变频调速系统。一般中小型设备选用液压调速和齿轮箱调速。1电气设计的基本原则（二）选择电气传动形式（续）3.负载特性恒功率负载，如机床的切削运动（主运动），△/YY变换，直流电机改变励磁调速适应于恒功率负载。恒转矩负载，如机床的进给运动，Y/YY变换，直流电机调压调速适应于恒转矩负载。4.起动，制动和反向要求。1电气设计的基本原则（三）确定电动机的容量1.电动机容量的选择（1）分析计算法——机械传动轴上的功率——生产机械效率——电动机与生产机械之间的效率往复运动机械设备回转运动机械设备211/PP1P12；在＝总7.0~6.021；在＝总85.0~7.0211电气设计的基本原则（三）确定电动机的容量（续）（2）调查统计类比较这种方法就是对拖动电动机进行实测，分析，找出电动机容量与机械设备主要数据的关系，根据这种关系作为选择电动机容量的依据。例如：1电气设计的基本原则（三）确定电动机的容量（续）（3）节能查表法（参考P78页）2、电动机转速和结构选择根据电动机使用条件不同，选用不同类型电机，如防尘式，防暴式，防水式等。1电气设计的基本原则（四）选择控制方案继电接触器控制（固定接线控制装置）可编程控制器数字程序控制计算机群控系统等。1电气设计的基本原则电气控制线路的经验设计法经验设计法就是在电气控制方案确定后，根据各电动机的控制任务不同，参照典型线路逐一分别设计局部线路，然后根据各部分的相互关系综合而成完整的控制线路2、电气控制线路的设计（一）经验设计法原则1、最大限度地满足机械设备对电气控制线路的要求。2、应力求使控制线路简单，经济，安全，可靠。3、合理选择各种电器元件。4、便于操作和维修。2、电气控制线路的设计（二）控制电路电源选择及回路设计1、控制电路电源的选择。2、主电路设计（1）确定电动机：全压起动？降压起动？（2）对于正反转控制方式，应防止误操作而引起的电源相间短路，必须考虑自锁保护。（3）注意主电路的熔断保护、过载保护等。（4）主电路与控制电路应保持严格的对应关系。2、电气控制线路的设计（三）经验设计法的步骤和特点1、步骤•收集分析同类型的电气控制线路，满足设计原则；•先设计各独立环节的控制线路，再考虑各环节之间的联锁控制回路及辅助控制电路设计；•合理选择各种电器元件，符合人机关系，便于使用和维修；•全面检查所设计电路，进行模拟实验，完善电路电器电路的设计。2、电气控制线路的设计（三）经验设计法的步骤和特点2、特点•设计过程逐步完善，一般不易获得最佳控制方案。但简单易行，使用很广。•需反复修改草案，故会影响设计速度。•需要一定的经验才能进行设计。•设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。2、电气控制线路的设计（四）控制线路设计规律1、常开触点串联当要求n个条件同时具备时，才使电器线圈动作。2、常开触点并联当n个条件中，一个条件满足，线圈得电动作。3、常闭触头串联有一个条件具备时，线圈断电。4、常闭触点并联所有条件都具备时，线圈断电。2、电气控制线路的设计（五）控制线路设计中应注意的问题1、尽可能减少触头的数量2、电气控制线路的设计2、尽量减少导线数量3、除必要的电器通电外，其它应不通电4、选择可靠性高的元器件选用机械和电气寿命长，结构合理，动作可靠，抗干扰性能好的电器。2、电气控制线路的设计5、正确联接电磁式继电器的线圈2、电气控制线路的设计6、正确联接电路的触点常开和常闭触点靠的很近，当触点断开时产生电弧，如果两触点间不等电位，可能造成弧光短路。2、电气控制线路的设计7、避免出现寄生电路当FR动时线路就出现寄生电路，如图中虚线所示，使KM1不能可靠释放，起不到保护作用。2、电气控制线路的设计8、完善的保护电路过载，短路，过流，欠流，过压，欠压，互锁等保护环节，必要时还应考虑设置合闸、短路、事故、安全等指示信号。2、电气控制线路的设计3、机床常用电器的选择一、电器元件的可靠性二、电器元件的选择的基本原则1、确定电器元件的类型2、确定元器件承载能力的临界值及使用寿命3、工作环境及供应情况4、所需要可靠性3、机床常用电器的选择三、电器元件的选择（一）按钮、低压开关的选用（二）熔断器的选用（三）热继电器的选用（四）接触器的选用（五）中间继电器的选用（六）时间继电器（七）控制变压器的选用3、机床常用电器的选择（一）按钮、低压开关的选用1、低压断路器的选用2、漏电保护器的选用3、刀开关的选择4、按钮的选择1、低压断路器的选用（1）断路器的额定电压和电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。（2）断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流，一般按有效值计算。（3）欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。（4）过电流脱扣器的额定电流大于线路的最大负载电流。3、机床常用电器的选择（5）具有短延时的断路器，若带欠电压脱扣器，则欠电压脱扣器必须是延时的，其延时时间应大于或等于短路延时时间。（6）断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。（7）电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压。3、机床常用电器的选择电动机保护用断路器的选用计算：电动机保护用断路器可分为两类：1)断路器只作保护而不负担正常操作。2)断路器兼作保护和不频繁操作用。选用原则：(1)式中——长延时电流整定值；——电动机额定电流。NsdIIsdINI3、机床常用电器的选择(2)瞬时整定电流1)保护笼型异步电动机时2)保护绕线转子异步电动机时inINinII)15~8(NinII)6~3(3、机床常用电器的选择3、机床常用电器的选择2、漏电保护器的选用（1）额定电压：漏电保护器的使用电压。（2）额定电流：漏电保护器允许通过的最大电流。（3）额定动作电流：当漏电电流等于此值时，漏电保护器必须动作。（4）额定不动作电流：当漏电电流小于此值时，漏电保护器不应动作。（5）动作时间：从发生漏电到保护器动作断开的时间。3、机床常用电器的选择3、刀开关的选择（1）刀开关主要根据电源种类、电压等级、负载额定电流、所需极数及使用场合来选用。（2）刀开关的额定电压应大于所控制的线路额定电压；刀开关的额定电流应大于负载额定电流。当用于启动异步电动机时，其额定电流不小于电动机额定电流的三倍。3、机床常用电器的选择4、按钮的选择：按钮主要根据使用场合所需要的触点数、触点形式、结构形式及颜色选择。（二）熔断器的选用1、熔断器类型选择：根据线路的要求、使用场合和安装条件选择。2、熔断器额定电压：大于或等于线路的工作电压。熔断器的工作电压与其熔管长度及绝缘强度有关。3、机床常用电器的选择3、熔断器额定电流选择：其壳体的载流部分和接触部分不会因通过工作电流而损坏；大于或等于所装熔体的额定电流。4、熔断器的极限断路电流应大于流过的最大短路电流。用以保证切断故障电流时，不致烧毁熔断器。3、机床常用电器的选择5、熔体额定电流选择(1)阻性负载：——熔体额定电流；——负载工作电流(2)在配电系统中，有多级熔断器保护，后一级熔体的额定电流比前一级熔体的额定电流大一个数量级。(3)单台电机NRNIIRNINI5.2/)5.2~5.1(STRNNRNIIII或3、机床常用电器的选择(4)、多台电机——容量最大电机的额定电流(5)快速熔断器的选择a.快速熔电器在交流侧或直流侧时整流系数；最大整流电流b.快速熔电器接入整流桥臂与整流元件串联时整流元件额定电流NNRNIIImax)5.2~5.1(maxNIIkIRN1NRNII5.1NI1kII3、机床常用电器的选择3、机床常用电器的选择（三）热继电器主要技术参数及选择热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定。热继电器元件的额定电流应接近或大于电动机的额定电流，即热继电器的整定电流值是指热元件的电流超过此值的20％时，热继电器应当20min内动作。edIRTIedRTII)05.1~95.0(3、机床常用电器的选择热继电器主要技术参数及选择（续）在一般情况下，课选择两相结构的热继电器，对在电网电压严重不平衡、工作环境恶劣条件下的电动机，可选用三相结构的热继电器，对三角形接线的电动机，为了实现断相保护，则可选用带断相保护的装置的热继电器。热继电器不能作短路保护。大电流需配电流互感器使用。3、机床常用电器的选择（四）接触器选择原则1、负载电源种类：交流或直流。2、主触头额定电压、额定电流：交流220、380、660、1140V；直流110、220、440、660V。主触头额定电流，一般根据电动机容量计算触点额定电流，即：——经验系数，一般取1～1.43、辅助触点种类、数量及触点额定电流。4、电磁线圈的电源种类，频率和额定电压。5、额定操作频率（次/h），即允许的每小时通接的最多次数。ddeKUPI/10*3eI3、机床常用电器的选择（五）中间继电器的选用控制电路的电压等级触点的数量、种类及容量3、机床常用电器的选择（六）时间继电器的选择（1）电源电压（线圈电压和触头电压）（2）控制回路所需要的延时方式（通电延时型还是断电延时型）（3）延时时间范围及延时误差（4）延时触头和瞬时触头类型、数量及容量。（5）时间继电器的类型（电子式、空气阻尼式）。XCTTPKP3、机床常用电器的选择（六）控制变压器的选用主要根据变压器的容量和一次侧、二次侧的电压。根据一下两种情况确定容量：1、依据控制电路最大工作负载所需功率计算所需变压器容量变压器容量储备系数最大负载时总的功率（VA）交流电器吸持功率3、机床常用电器的选择1、依据控制电路最大工作负载所需功率计算2、已吸合的电器在起动另一些电器时仍能闭合STXCTPPP5.16.0又起动的电器的总吸持功率4、电气控制线路设计举例设计CW6163型卧式车床的电气控制线路一、机床电气传动的特点