電氣控制系統(tǒng)設(shè)計課件

1、第四章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計第一節(jié) 電氣控制設(shè)計的原則、內(nèi)容和程序第二節(jié) 電力拖動方案的確定和電動機(jī)的選擇第三節(jié) 電氣原理圖設(shè)計的步驟與方法第四節(jié) 常用控制電器的選擇第五節(jié) 電氣控制工藝設(shè)計7/28/2022 為電氣控制裝置本身的制造、使用、運(yùn)行及維修的需要而進(jìn)行的生產(chǎn)工藝設(shè)計。電氣控制設(shè)計包括：1、電氣原理圖設(shè)計 為滿足生產(chǎn)機(jī)械及其工藝要求而進(jìn)行的電氣控制設(shè)計。2、電氣工藝設(shè)計7/28/2022第一節(jié) 電氣控制設(shè)計的原則、內(nèi)容和程序11.1.1 電氣控制設(shè)計的一般原則1.最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求，這些生產(chǎn)工藝要求是電氣控制設(shè)計的依據(jù)。 2.在滿足控制要求前提下，設(shè)計方案力

2、求簡單、經(jīng)濟(jì)、合理，不要盲目追求自動化和高指標(biāo)。 7/28/20223.正確、合理地選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。 4.為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制設(shè)備時，設(shè)備能力留有適當(dāng)裕量。7/28/202211.1.2 電氣控制設(shè)計的基本任務(wù)和內(nèi)容 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容是根據(jù)控制要求，設(shè)計和編制出電氣設(shè)備制造和使用維修中必備的圖樣和資料等。包括電氣原理圖設(shè)計和電氣工藝設(shè)計兩部分。 7/28/2022（一）電氣原理圖設(shè)計內(nèi)容1.擬定電氣設(shè)計任務(wù)書 2.選擇電氣拖動方案和控制方式 3.確定電動機(jī)類型、型號、容量、轉(zhuǎn)速4.設(shè)計電氣控制原理框圖，確定各部分之間的關(guān)系，擬訂各部分技術(shù)

3、指標(biāo)與要求5.設(shè)計并繪制電氣控制原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)6.選擇電氣元件，制定元件目錄清單7.編寫設(shè)計說明書7/28/2022（二）電氣工藝設(shè)計內(nèi)容1.根據(jù)設(shè)計出的電氣原理圖及選定的電氣元件,設(shè)計電氣設(shè) 備的總體配置,繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖。2.按照原理框圖或劃分的組件，對總原理圖進(jìn)行編號，繪制各組件原理電路圖，列出各部件的元件目錄表。3.根據(jù)組件原理電路圖及選定的元件目錄表，設(shè)計組件電器裝配圖、接線圖，圖中應(yīng)反映元件的安裝方式和接線方式。7/28/20224.根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件圖紙。5.設(shè)計電氣箱。6.匯總總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等資

4、料，列出外購件清單，標(biāo)準(zhǔn)件清單，主要材料消耗定額等。7.編寫使用維護(hù)說明書7/28/202211.1.3、電氣控制設(shè)計的一般程序以電力拖動電氣控制設(shè)計為例 1擬定設(shè)計任務(wù)書 2選擇拖動方案 3電動機(jī)的選擇 4選擇控制方式 5設(shè)計電氣控制原理圖、合理選用元器件，編制元 器件目錄清單。6設(shè)計電氣設(shè)備制造、安裝、調(diào)試所必需的各種施工 圖，并以此依據(jù)編制各種材料定額清單。7編寫設(shè)計說明書和使用說明書。7/28/2022第二節(jié) 電力拖動方案的確定和電動機(jī)的選擇11.2.1 電力拖動方案的確定（三）電動機(jī)調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負(fù)載特性相適應(yīng)（一）拖動方式的選擇（二）調(diào)速方案的選擇7/28/202211.2.2 拖動

5、電動機(jī)的選擇（一）電動機(jī)選擇的基本原則 1.電動機(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)載的負(fù)載特性相適應(yīng)。保證運(yùn)行穩(wěn)定且具有良好的起動、制動性能。2.工作過程中電動機(jī)容量能得到充分利用，使其溫升盡可能達(dá)到或接近額定溫升值。7/28/20223.電動機(jī)結(jié)構(gòu)型式滿足機(jī)械設(shè)計提出的安裝要求，并能適應(yīng)周圍環(huán)境工作條件。4.在滿足設(shè)計要求前提下，應(yīng)優(yōu)先采用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、使用維護(hù)方便的三相籠型異步電動機(jī)。7/28/2022(二）電動機(jī)的選擇1、電動機(jī)的種類、電壓、轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)型式的選擇7/28/2022根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)來選擇電動機(jī)的類型對于不要求調(diào)速、對啟動性能亦無過高要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)優(yōu)

6、先考慮使用一般鼠籠式異步電動機(jī)(如YL型、JS型、Y系列等)。 若要求啟動轉(zhuǎn)矩較大，則可選用高啟動轉(zhuǎn)矩的鼠籠式異步電動機(jī)(如JS21x x型，JQ2承JQO2系列等)對于要求經(jīng)常啟、制動，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大、又有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)考慮選用線繞式異步電動機(jī)（如YR、YZR，JZR型等）；對于周期性波動負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械，為了削平尖陣負(fù)載，一般都采用電動機(jī)帶飛輪工作，這種清況下也應(yīng)選用線繞式異步電動機(jī)。7/28/2022對只需要幾種速度，而不要求無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，為了簡化變速機(jī)構(gòu)，可選用多速異步電動機(jī)(如YD 系列小型多適異步電動機(jī))。對要求恒速穩(wěn)定運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，且需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)，應(yīng)優(yōu)先

7、考慮選用同步電動機(jī)(如TD型等)。對需要大的啟動轉(zhuǎn)矩，又要求恒功率調(diào)運(yùn)的生產(chǎn)機(jī)械，常選用直流串勵或復(fù)勵電動機(jī)。7/28/2022對要求大范圍無級調(diào)速，且要求經(jīng)常啟動、制動、正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，則可選用帶調(diào)速裝置的直流電動機(jī)或電磁調(diào)速鼠籠式異步電動機(jī)。對要求調(diào)速范圍很寬的生產(chǎn)機(jī)械，最好從機(jī)械變速和電氣調(diào)速二者結(jié)合起來考慮，易于收到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高的效果。7/28/2022電動機(jī)電壓等級的選擇低壓一般為380v，高壓一般為3kv或6kV。中等功率以下的交流電動機(jī)，額定電壓一般為380v，鼠籠式異步電動機(jī)的額定電壓有“兩種：220380v，100kw以上大功率交流電動機(jī)額定電壓一般為3kv或6kv。

8、 Y接法；若采用降壓啟動，就必須Y/ 選用380v， 接法的電動機(jī)。7/28/2022有時銘牌上標(biāo)“電壓380/220，Y/”表示：電壓=380V時，應(yīng)接成Y電壓=220V時，應(yīng)接成7/28/2022 直流電動機(jī)一般由單獨(dú)電源供電，直流電動機(jī)額定電壓一般為110v，220v和440v。最常用的電壓等級為220v。當(dāng)交流電源為380v時；若采用無整流變壓器的三相半披可控整流電路供電，則直流電動機(jī)的額定電壓應(yīng)選為220v若采用無整流變壓器的單相整流電路供電，則可選用改型的Z3型、額定電壓為160v的直流電動機(jī)。采用無整流變壓器的三相橋式可控整流電路供電，則直流電動機(jī)的額定電壓應(yīng)選為440v；7/2

9、8/2022電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇 在同樣的功率下，轉(zhuǎn)速較高的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)速高的電動機(jī)體積小、價格便宜，而且效率也高，還具有較好的功率因數(shù)，因此，選用高速電動機(jī)比較合適， 如果生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行速度很低，而電動機(jī)轉(zhuǎn)速很高，就需增加減速裝置。7/28/2022對不需要調(diào)速的高、中轉(zhuǎn)速的機(jī)械，選相應(yīng)額定轉(zhuǎn)速的異步電動機(jī)或同步電動機(jī)，直接與機(jī)械相連接。對不需要調(diào)速的低速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械。選用適當(dāng)轉(zhuǎn)速的電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)傳動。需要調(diào)速的機(jī)械，電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。采用直接傳動或通過減速機(jī)構(gòu)傳動經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械要著重考慮縮小過渡過程提高生產(chǎn)率。7/28/2022電動機(jī)結(jié)構(gòu)形

10、式的選擇(1)開啟式。電動機(jī)定子上有很大的通風(fēng)口，僅適用于干燥和清潔的工作環(huán)境。 (2)防護(hù)式?？煞乐顾巍㈣F屑等雜物落入電動機(jī)內(nèi)部，但不能防止灰塵和潮氣侵入，適用于干燥、灰塵多、無腐蝕性和爆炸性氣體的場所。 (3)封閉式。適用于塵土、多潮濕、易引起火災(zāi)和腐蝕性氣體的地方，密閉式電動機(jī)可以防止一定壓力水柱的沖擊，如船用直流電功機(jī)與潛水異步電泵。適用于在液體中工作的生產(chǎn)機(jī)械。(4)防爆式，是在封閉式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上制成的隔爆型，適用于有易燃、易煤氣體的場所，如油庫、煤氣站及礦井等。7/28/20222、 電動機(jī)容量選擇的原則選擇電動機(jī)容量應(yīng)根據(jù)以下三項(xiàng)基本原則(1)發(fā)熱。 (2)過載能力。(3)啟動能

11、力。7/28/20227/28/2022 根據(jù)負(fù)載圖按發(fā)熱的理論計算電動機(jī)容量的方法精確但復(fù)雜。 常采用統(tǒng)計法。所謂統(tǒng)計法，就是對國內(nèi)外同類型先進(jìn)機(jī)床的主拖動電動機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，結(jié)合我國的生產(chǎn)實(shí)際情況，找出電動機(jī)容量與機(jī)床主要參數(shù)的關(guān)系，并用數(shù)學(xué)式加以表達(dá)，作為設(shè)計新機(jī)床時選擇電動機(jī)容量的主要依據(jù)7/28/2022車床： D為工件的最大直徑(m)； 具體介紹如下(公式中P均為主拖動電動機(jī)容量，P的單位為kW)立式車床： D為工件的最大直徑m)搖臂鉆床： D為最大的鉆孔直徑(mm)臥式鏜床： D為鏜桿直徑(mm)龍門銑床： B為工作臺寬度(mm)7/28/2022第三節(jié) 電氣原理圖設(shè)計的步驟與

12、方法11.3.1 電氣控制原理圖設(shè)計的基本步驟 1、根據(jù)選定的拖動方案和控制方式設(shè)計系統(tǒng)的原理框圖，擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)。7/28/2022 3、繪制系統(tǒng)總原理圖。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分電路聯(lián)成一個整體，完善輔助電路，繪成系統(tǒng)原理圖。 4、合理選擇電氣原理圖中每一電器元件，制訂出元器件目錄清單。 2、根據(jù)各部分的要求，設(shè)計出原理框圖中各個部分的具體電路。對于每一部分電路的設(shè)計都是按照主電路控制電路聯(lián)鎖與保護(hù)總體檢查，反復(fù)修改與完善的步驟來進(jìn)行。7/28/202211.3.2 電氣控制原理圖的設(shè)計方法（一）分析設(shè)計法1、設(shè)計各控制單元環(huán)節(jié)中拖動電動機(jī)的起動、正反向運(yùn)轉(zhuǎn)、制動、

13、調(diào)速、停車等的主電路或執(zhí)行元件的電路。2、設(shè)計滿足各電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功能和工作狀態(tài)相對應(yīng)的控制電路。7/28/20223、設(shè)計保護(hù)、聯(lián)鎖、檢測、信號和照明等環(huán)節(jié)控制電路。4、全面檢查所設(shè)計的電路。7/28/2022 由于這種設(shè)計方法是以熱練掌促各種電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)和具備一定的閱讀分析電氣控制線路的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，所以又稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法。 特點(diǎn)是無固定的設(shè)計程序，設(shè)計方法簡單，容易為初學(xué)者所掌握，對于具有一定工作經(jīng)驗(yàn)的電氣人員來說，也能較快地完成設(shè)計任務(wù)，因此在電氣設(shè)計中被普遍采用，缺點(diǎn)是設(shè)計方案不一定是最佳方案，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不用時會影響線路工作的可靠性。7/28/2022（二）邏輯設(shè)計法采用邏

14、輯設(shè)計法設(shè)計電氣控制電路大體按五步進(jìn)行：1、按工藝要求畫出工作循環(huán)圖2、決定執(zhí)行元件與檢測元件，作出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表和檢測元件狀態(tài)表。3、根據(jù)檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的特征碼，并確定相區(qū)分組，設(shè)置中間記憶元件，使各待相區(qū)分組所有程序皆可區(qū)分。7/28/20224、列寫中間記憶元件開關(guān)邏輯函數(shù)式及執(zhí)行元件動作邏輯函數(shù)式，進(jìn)而畫出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖。5、對畫出的電路進(jìn)行檢查、化簡和完善。7/28/2022三、電氣控制原理圖設(shè)計中的一般要求電氣控制原理圖設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：1電氣控制電路滿足生產(chǎn)工藝要求 2盡量減少控制電路中電流、電壓的種類，控制電壓選擇標(biāo)準(zhǔn)電壓等級。 7/28/2022常用控制電壓

15、等級表整流器48、24、12直流電磁鐵及電磁離合器的控制電路整流器或直流發(fā)電機(jī)220、110直流直流電力傳動的控制電路采用控制電源變壓器48、24、6照明及信號指示電路采用控制電源變壓器110（127）、48交流電力傳動的控制電路較復(fù)雜不用控制電源變壓器380、220交流交流電力傳動的控制電路較簡單電源設(shè)備常用的電壓值/V控制電路類型7/28/20223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的工作，應(yīng)考慮以下幾方面：1）盡量減少電器元件的品種、規(guī)格與數(shù)量。2）正常工作中，盡可能減少通電電器的數(shù)量。3）合理使用電器觸頭。 4）做到正確接線。7/28/2022首先正確連接電器

16、線圈。7/28/2022第二要合理安排電器元件及觸頭的位置。 a)不合理 b）合理7/28/2022不宜采用二常開二常閉的復(fù)合式按鈕7/28/2022第三要注意避免出現(xiàn)寄生電路。 存在寄生電路的控制電路7/28/20225）盡量減少連接導(dǎo)線的數(shù)量，縮短連接導(dǎo)線的長度。6）盡可能提高電路工作的可靠性、安全性。 7/28/20227/28/20224應(yīng)具有必要的保護(hù) 5電路設(shè)計要考慮操作、使用、調(diào)試與維修的方便。 6電路力求簡單經(jīng)濟(jì)。7/28/202211.3.3橫粱升降電氣控制原理線路的設(shè)計實(shí)例 1.橫梁升降控制要求： 橫梁升降由一臺2JH614型三相交流異步電動機(jī)拖動(13kw，380v660

17、v，27.616A，l 330rmin) 夾緊機(jī)構(gòu)將橫梁夾緊在立柱上。每次移動前要先放松夾緊裝置，由一臺JD424型(2.8kW，220380V，10.56.1A，l 420rmin)三相交流異步電動機(jī)拖動7/28/2022 橫梁升降控制要求： 采用短時工作的點(diǎn)動控制。 橫梁上升控制動作過程：按上升按鈕。橫梁放松(夾緊電動機(jī)反轉(zhuǎn)) 放松到位置停止放松，橫粱自動上升(升降電動機(jī)正轉(zhuǎn))，到位放開上升按鈕，橫梁停止上升，橫梁自動夾緊(夾緊電動機(jī)正轉(zhuǎn))。放松位置開關(guān)復(fù)位，達(dá)到一定夾緊緊度，夾緊位置開關(guān)壓下，上升過程結(jié)束。7/28/2022橫梁下降控制動作過程：按下降按鈕，橫梁放松(夾緊電動機(jī)反轉(zhuǎn)) 放

18、松到位置停止放松，橫粱自動下降(升降電動機(jī)反轉(zhuǎn))，到位放開下降按鈕， 橫梁停止下降并自動短時回升(升降電動機(jī)組時正轉(zhuǎn))，橫梁自動夾緊(夾緊電動機(jī)正轉(zhuǎn))。放松位置開關(guān)復(fù)位，達(dá)到一定夾緊緊度，夾緊位置開關(guān)壓下，下降過程結(jié)束。 自動的短時回升動作，消除移動螺母上端面與絲杠的間隙，以防止加工過程中因棧梁傾斜造成的誤差。橫梁升降動作應(yīng)設(shè)置上、下極限位置保護(hù)。7/28/2022 2.橫梁升降設(shè)計： 根據(jù)拖動要求設(shè)計主電路橫梁夾緊，用過電流繼電器KI，當(dāng)M2處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流增長至動作值時，過電流繼電器KI動作，使夾緊動作結(jié)束。7/28/2022設(shè)計控制電路行程開關(guān)SQ1(檢測己放松)行程開關(guān)SQ2 (檢測

19、已夾緊）7/28/2022自動短時回升動作KM2輔助觸點(diǎn)超出不宜采用二常開二常閉的復(fù)合式按鈕7/28/2022采用一個中間繼電器KA來完善設(shè)計。 其中RM、LM為工作臺驅(qū)動電動機(jī)M正反轉(zhuǎn)聯(lián)鎖觸點(diǎn)，即保證機(jī)床進(jìn)人加工狀態(tài)，不允許橫梁移動。上、下極限位置保護(hù)SQ3，SQ47/28/2022第四節(jié) 常用控制電器的選擇11.4.1 常用控制電器元件選擇1、接觸器選用：1）根據(jù)接觸器所控制負(fù)載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。2）根據(jù)接觸器控制對象的工作參數(shù)來確定接觸器的容量等級。3）根據(jù)控制回路電壓決定接觸器線圈電壓。4）對于特殊環(huán)境條件下工作的接觸器選用派生型產(chǎn)品。7/28/20227/28/2

20、022阻性負(fù)載:IfeI感性負(fù)載:Ife(1.52.5)IN(保護(hù)一臺電動機(jī)) Ife(1.52.5)INmax+IN(保護(hù)多臺電動機(jī))電容性負(fù)載：取額定電流的1.6倍2、熔斷器的選用7/28/20223、熱繼電器的選用對于三角形接法電動機(jī)，應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器7/28/202211.4.2 異步電動機(jī)有關(guān)起動、制動電阻計算1、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)起動電阻計算式中 m為起動電阻級數(shù)，n為各級起動電阻的序號，n=1表示第一級，即最先被短接的電阻， k為常數(shù) ，為最后被短接的那一級電阻值。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接外加電阻。為此要確定外加電阻的級數(shù)，以及各級電阻的大小。電阻的級數(shù)越多，起動或調(diào)速時轉(zhuǎn)短波動就越小，但控制線路也就越復(fù)雜。7/28/2022S為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)差率E2為正常工作中電動機(jī)轉(zhuǎn)子電壓(V)，I2為正常工作時電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流(A)。每相起動電阻的功率為I2S為轉(zhuǎn)子起動電流(A)， 取I2S =1.5I2；R為每相串聯(lián)電阻。7/28/20222、籠型異步電動機(jī)反接制動電阻的計算U為電動機(jī)定子繞組相電壓(V)；IS為全壓起動電流(A)；