第十一章 电气控制系统设计

1、第四章第四章 第四章第四章 电气控制系统设计电气控制系统设计第四章第四章 第一节第一节 电气控制设计的原则、电气控制设计的原则、内容和程序内容和程序11.1.1 电气控制设计的一般原则电气控制设计的一般原则第四章第四章 第四章第四章 11.1.2 电气控制设计的基本任务和内容电气控制设计的基本任务和内容第四章第四章 电气控制设计包括：电气控制设计包括：1、电气原理图设计电气原理图设计2、电气工艺设计、电气工艺设计第四章第四章 （一）电气原理图设计内容（一）电气原理图设计内容第四章第四章 （二）电气工艺设计内容（二）电气工艺设计内容第四章第四章 第四章第四章 11.1.3、电气控制设计的一般程序

2、、电气控制设计的一般程序第四章第四章 第二节第二节 电力拖动方案的确定电力拖动方案的确定和电动机的选择和电动机的选择11.2.1 电力拖动方案的确定电力拖动方案的确定第四章第四章 11.2.2 拖动电动机的选择拖动电动机的选择第四章第四章 第四章第四章 (二）电动机的选择二）电动机的选择1、电动机的种类、电压、转速和结构型式的选择、电动机的种类、电压、转速和结构型式的选择第四章第四章 根据生产机械的负载性质来选择电动机的类型根据生产机械的负载性质来选择电动机的类型对于不要求调速、对启动性能亦无过高要求的生产机械，对于不要求调速、对启动性能亦无过高要求的生产机械，应优先考虑使用一般鼠笼式异步电动

3、机应优先考虑使用一般鼠笼式异步电动机(如如YL型、型、JS型、型、Y系列等系列等)。 若要求启动转矩较大，则可选用高启动转矩的鼠若要求启动转矩较大，则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机笼式异步电动机(如如JS21x x型，型，JQ2承承JQO2系列等系列等)对于要求经常启、制动，且负载转矩较大、又有一定调速对于要求经常启、制动，且负载转矩较大、又有一定调速要求的生产机械，应考虑选用线绕式异步电动机（如要求的生产机械，应考虑选用线绕式异步电动机（如YR、YZR，JZR型等）；对于周期性波动负载的生产机械，为了型等）；对于周期性波动负载的生产机械，为了削平尖阵负载，一般都采用电动机带飞轮工作，这种

4、清况下削平尖阵负载，一般都采用电动机带飞轮工作，这种清况下也应选用线绕式异步电动机。也应选用线绕式异步电动机。第四章第四章 对只需要几种速度，而不要求无级调速的生产机械，对只需要几种速度，而不要求无级调速的生产机械，为了简化变速机构，可选用多速异步电动机为了简化变速机构，可选用多速异步电动机(如如YD 系系列小型多适异步电动机列小型多适异步电动机)。对要求恒速稳定运行的生产机械，且需要补偿电网功对要求恒速稳定运行的生产机械，且需要补偿电网功率因数，应优先考虑选用同步电动机率因数，应优先考虑选用同步电动机(如如TD型等型等)。对需要大的启动转矩，又要求恒功率调运的生产机械，对需要大的启动转矩，又

5、要求恒功率调运的生产机械，常选用直流串励或复励电动机。常选用直流串励或复励电动机。第四章第四章 对要求大范围无级调速，且要求经常启动、制动、正反对要求大范围无级调速，且要求经常启动、制动、正反转的生产机械，则可选用带调速装置的直流电动机或电磁转的生产机械，则可选用带调速装置的直流电动机或电磁调速鼠笼式异步电动机。调速鼠笼式异步电动机。对要求调速范围很宽的生产机械，最好从机械变速和电对要求调速范围很宽的生产机械，最好从机械变速和电气调速二者结合起来考虑，易于收到技术和经济指标较高气调速二者结合起来考虑，易于收到技术和经济指标较高的效果。的效果。第四章第四章 电动机电压等级的选择电动机电压等级的选

6、择低压一般为低压一般为380v，高压一般为，高压一般为3kv或或6kV。中等功率以下的交流电动机，额定电压一般为中等功率以下的交流电动机，额定电压一般为380v，鼠笼式异步电动机的额定电压有鼠笼式异步电动机的额定电压有“两种：两种：220380v，100kw以上大功率交流电动机额定电压一般为以上大功率交流电动机额定电压一般为3kv或或6kv。 Y接法；若采用降压启动，就必须接法；若采用降压启动，就必须Y/ 选用选用380v， 接法的电动机。接法的电动机。第四章第四章 n有时铭牌上标有时铭牌上标“电压电压380/220，Y/”n表示：表示：电压电压=380V时，应接成时，应接成Y电压电压=220

7、V时，应接成时，应接成第四章第四章 直流电动机一般由单独电源供电，直流电动机额定直流电动机一般由单独电源供电，直流电动机额定电压一般为电压一般为110v，220v和和440v。最常用的电压等级为。最常用的电压等级为220v。当交流电源为当交流电源为380v时；时；若采用无整流变压器的三相半披可控整流电路供电，则直若采用无整流变压器的三相半披可控整流电路供电，则直流电动机的额定电压应选为流电动机的额定电压应选为220v若采用无整流变压器的单相整流电路供电，则可选用改型若采用无整流变压器的单相整流电路供电，则可选用改型的的Z3型、额定电压为型、额定电压为160v的直流电动机。的直流电动机。采用无整

8、流变压器的三相桥式可控整流电路供电，则直采用无整流变压器的三相桥式可控整流电路供电，则直流电动机的额定电压应选为流电动机的额定电压应选为440v；第四章第四章 电动机额定转速的选择电动机额定转速的选择 在同样的功率下，转速较高的电动机转矩较小，转在同样的功率下，转速较高的电动机转矩较小，转速高的电动机体积小、价格便宜，而且效率也高，还具速高的电动机体积小、价格便宜，而且效率也高，还具有较好的功率因数，因此，选用高速电动机比较合适，有较好的功率因数，因此，选用高速电动机比较合适， 如果生产机械的运行速度很低，而电动机转速很高，如果生产机械的运行速度很低，而电动机转速很高，就需增加减速装置。就需增

9、加减速装置。第四章第四章 对不需要调速的高、中转速的机械，选相应额定转对不需要调速的高、中转速的机械，选相应额定转速的异步电动机或同步电动机，直接与机械相连接。速的异步电动机或同步电动机，直接与机械相连接。对不需要调速的低速运转的机械。选用适当转速的对不需要调速的低速运转的机械。选用适当转速的电动机通过减速机构传动。电动机通过减速机构传动。需要调速的机械，电动机的最高转速与生产机械的需要调速的机械，电动机的最高转速与生产机械的最高转速相适应。采用直接传动或通过减速机构传动最高转速相适应。采用直接传动或通过减速机构传动经常启动、制动和反转的生产机械要着重考虑缩小经常启动、制动和反转的生产机械要着

10、重考虑缩小过渡过程提高生产率。过渡过程提高生产率。第四章第四章 电动机结构形式的选择电动机结构形式的选择(1)开启式。电动机定子上有很大的通风口，仅适用于干开启式。电动机定子上有很大的通风口，仅适用于干燥和清洁的工作环境。燥和清洁的工作环境。 (2)防护式。可防止水滴、铁屑等杂物落入电动机内部，防护式。可防止水滴、铁屑等杂物落入电动机内部，但不能防止灰尘和潮气侵入，适用于干燥、灰尘多、无腐但不能防止灰尘和潮气侵入，适用于干燥、灰尘多、无腐蚀性和爆炸性气体的场所。蚀性和爆炸性气体的场所。 (3)封闭式。适用于尘土、多潮湿、易引起火灾和腐蚀性气封闭式。适用于尘土、多潮湿、易引起火灾和腐蚀性气体的地

11、方，密闭式电动机可以防止一定压力水柱的冲击，如体的地方，密闭式电动机可以防止一定压力水柱的冲击，如船用直流电功机与潜水异步电泵。适用于在液体中工作的生船用直流电功机与潜水异步电泵。适用于在液体中工作的生产机械。产机械。(4)防爆式，是在封闭式结构基础上制成的隔爆型，适用于防爆式，是在封闭式结构基础上制成的隔爆型，适用于有易燃、易煤气体的场所，如油库、煤气站及矿井等。有易燃、易煤气体的场所，如油库、煤气站及矿井等。第四章第四章 2、 电动机容量选择的原则电动机容量选择的原则选择电动机容量应根据以下三项基本原则选择电动机容量应根据以下三项基本原则(1)发热。发热。 (2)过载能力。过载能力。(3)

12、启动能力。启动能力。第四章第四章 LMMTP第四章第四章 根据负载图按发热的理论计算电动机容量根据负载图按发热的理论计算电动机容量的方法精确但复杂。的方法精确但复杂。 常采用统计法。所谓统计法，就是对国内常采用统计法。所谓统计法，就是对国内外同类型先进机床的主拖动电动机进行统计和外同类型先进机床的主拖动电动机进行统计和分析，结合我国的生产实际情况，找出电动机分析，结合我国的生产实际情况，找出电动机容量与机床主要参数的关系，并用数学式加以容量与机床主要参数的关系，并用数学式加以表达，作为设计新机床时选择电动机容量的主表达，作为设计新机床时选择电动机容量的主要依据要依据第四章第四章 车床：车床：

13、D为工件的最大直径为工件的最大直径(m)；54. 15 .36 DP 具体介绍如下具体介绍如下(公式中公式中P均为主拖动电动机容量，均为主拖动电动机容量，P的单位为的单位为kW)立式车床：立式车床： D为工件的最大直径为工件的最大直径m)88. 020DP 摇臂钻床：摇臂钻床： D为最大的钻孔直径为最大的钻孔直径(mm)19. 10646. 0DP 卧式镗床：卧式镗床： D为镗杆直径为镗杆直径(mm)7 . 1004. 0DP 龙门铣床：龙门铣床： B为工作台宽度为工作台宽度(mm)16615. 1BP 第四章第四章 第三节第三节 电气原理图设计电气原理图设计的步骤与方法的步骤与方法11.3.

14、1 电气控制原理图设计的基本步骤电气控制原理图设计的基本步骤第四章第四章 第四章第四章 11.3.2 电气控制原理图的设计方法电气控制原理图的设计方法（一）分析设计法（一）分析设计法第四章第四章 第四章第四章 由于这种设计方法是以热练掌促各种电气控制线路的由于这种设计方法是以热练掌促各种电气控制线路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制线路的经验为基基本环节和具备一定的阅读分析电气控制线路的经验为基础，所以又称为础，所以又称为经验设计法经验设计法。 特点是特点是无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者所掌握，对于具有一定工作经验的电气人员来说，也学者

15、所掌握，对于具有一定工作经验的电气人员来说，也能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用，能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用，缺点是设计方案缺点是设计方案不一定是最佳方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不，当经验不足或考虑不用时会影响线路工作的可靠性。用时会影响线路工作的可靠性。第四章第四章 （二）逻辑设计法（二）逻辑设计法第四章第四章 第四章第四章 三、电气控制原理图设计中的一般要求三、电气控制原理图设计中的一般要求第四章第四章 常用控制电压等级表常用控制电压等级表整流器整流器48、24、12直流电磁铁及电磁离合器直流电磁铁及电磁离合器的控制电路的控制电路整流器或直整流

16、器或直流发电机流发电机220、110直直流流直流电力传动的控制电路直流电力传动的控制电路采用控制电采用控制电源变压器源变压器48、24、6照明及信号指示电路照明及信号指示电路采用控制电采用控制电源变压器源变压器110（127）、）、48交流电力传动的控制电路交流电力传动的控制电路较复杂较复杂不用控制电不用控制电源变压器源变压器380、220交交流流交流电力传动的控制电路交流电力传动的控制电路较简单较简单电源设备电源设备常用的电压值常用的电压值/V控制电路类型控制电路类型第四章第四章 第四章第四章 第四章第四章 a)不合理不合理 b）合理）合理第四章第四章 不宜采用二常开二常闭的复合式按钮不宜采

17、用二常开二常闭的复合式按钮第四章第四章 存在寄生电路的控制电路第四章第四章 第四章第四章 第四章第四章 第四章第四章 11.3.3横粱升降电气控制原理线路的设计实例横粱升降电气控制原理线路的设计实例 1.横梁升降控制要求：横梁升降控制要求： 横梁升降由一台横梁升降由一台2JH614型三相交流异步电动机拖动型三相交流异步电动机拖动(13kw，380v660v，27.616A，l 330rmin) 夹紧机构将横梁夹紧在立柱上。每次移动前要先放松夹夹紧机构将横梁夹紧在立柱上。每次移动前要先放松夹紧装置，由一台紧装置，由一台JD424型型(2.8kW，220380V，10.56.1A，l 420rmi

18、n)三相交流异步电动机拖动三相交流异步电动机拖动第四章第四章 横梁升降控制要求：横梁升降控制要求： 采用短时工作的点动控制。采用短时工作的点动控制。 横梁上升控制动作过程：按上升按钮。横梁放松横梁上升控制动作过程：按上升按钮。横梁放松(夹紧电夹紧电动机反转动机反转) 放松到位置停止放松，横粱自动上升放松到位置停止放松，横粱自动上升(升降电动机升降电动机正转正转)，到位放开上升按钮，横梁停止上升，横梁自动夹紧，到位放开上升按钮，横梁停止上升，横梁自动夹紧(夹夹紧电动机正转紧电动机正转)。放松位置开关复位，达到一定夹紧紧度，夹紧。放松位置开关复位，达到一定夹紧紧度，夹紧位置开关压下，上升过程结束。

19、位置开关压下，上升过程结束。第四章第四章 横梁下降控制动作过程：按下降按钮，横梁放松横梁下降控制动作过程：按下降按钮，横梁放松(夹紧电动机夹紧电动机反转反转) 放松到位置停止放松，横粱自动下降放松到位置停止放松，横粱自动下降(升降电动机反转升降电动机反转)，到位放开下降按钮，到位放开下降按钮， 横梁停止下降并自动短时回升横梁停止下降并自动短时回升(升降电升降电动机组时正转动机组时正转)，横梁自动夹紧，横梁自动夹紧(夹紧电动机正转夹紧电动机正转)。放松位置开。放松位置开关复位，达到一定夹紧紧度，夹紧位置开关压下，下降过程结关复位，达到一定夹紧紧度，夹紧位置开关压下，下降过程结束。束。 自动的短时

20、回升动作，消除移动螺母上端面与丝杠的间隙，自动的短时回升动作，消除移动螺母上端面与丝杠的间隙，以防止加工过程中因栈梁倾斜造成的误差。以防止加工过程中因栈梁倾斜造成的误差。横梁升降动作应设置上、下极限位置保护。横梁升降动作应设置上、下极限位置保护。第四章第四章 2.横梁升降设计：横梁升降设计： 根据拖动要求设计主电路根据拖动要求设计主电路横梁夹紧，用过电流继电器横梁夹紧，用过电流继电器KI，当，当M2处于堵转状态，处于堵转状态，电流增长至动作值时，过电电流增长至动作值时，过电流继电器流继电器KI动作，使夹紧动作，使夹紧动作结束。动作结束。第四章第四章 设计控制电路设计控制电路行程开关行程开关SQ

21、1(检测己放松检测己放松)行程开关行程开关SQ2 (检测已夹紧）检测已夹紧）第四章第四章 自动短时回升动作自动短时回升动作KM2辅助触点超出辅助触点超出不宜采用二常开二不宜采用二常开二常闭的复合式按常闭的复合式按钮钮第四章第四章 采用一个中间继采用一个中间继电器电器KA来完善来完善设计。设计。 其中其中RM、LM为工作台为工作台驱动电动机驱动电动机M正正反转联锁触点，反转联锁触点，即保证机床进人即保证机床进人加工状态，不允加工状态，不允许横梁移动。许横梁移动。上、下极限位置上、下极限位置保护保护SQ3，SQ4第四章第四章 第四节第四节 常用控制电器的选择常用控制电器的选择11.4.1 常用控制

22、电器元件选择常用控制电器元件选择第四章第四章 N3NNKU10PI第四章第四章 第四章第四章 对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装置的对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装置的热继电器热继电器N)I05. 195. 0(I第四章第四章 11.4.2 异步电动机有关起动、制动电阻计算异步电动机有关起动、制动电阻计算1、三相绕线转子异步电动机起动电阻计算、三相绕线转子异步电动机起动电阻计算rknmNR式中式中 m为起动电阻级数，为起动电阻级数，n为各级起动电阻的序号，为各级起动电阻的序号，n=1表示第一级，即最先被短接的电阻，表示第一级，即最先被短接的电阻， k为常数为常数 ，为，为最后被短

23、接的那一级电阻值。最后被短接的那一级电阻值。绕线转子异步电动机转子绕组接外加电阻。为此要确定外绕线转子异步电动机转子绕组接外加电阻。为此要确定外加电阻的级数，以及各级电阻的大小。电阻的级数越多，加电阻的级数，以及各级电阻的大小。电阻的级数越多，起动或调速时转短波动就越小，但控制线路也就越复杂。起动或调速时转短波动就越小，但控制线路也就越复杂。第四章第四章 RIs223121P或1122I3s-1EmkkrS为电动机额定转差率为电动机额定转差率E2为正常工作中电动机转子电压为正常工作中电动机转子电压(V)，I2为正常工作时为正常工作时电动机转子电流电动机转子电流(A)。每相起动电阻的功率为每相起

24、动电阻的功率为msk1I2S为转子起动电流为转子起动电流(A)， 取取I2S =1.5I2；R为每相串联电阻。为每相串联电阻。第四章第四章 2、笼型异步电动机反接制动电阻的计算、笼型异步电动机反接制动电阻的计算U为电动机定子绕组相电压为电动机定子绕组相电压(V)；IS为全压起动电流为全压起动电流(A)； k为系数，当要求最大反接制动电流为系数，当要求最大反接制动电流Im IS时，时， k0.13，当要求当要求Im1/2 IS时时k1.5。 若在反接制动时，仅在两相定子绕组中串接电阻，选用电阻若在反接制动时，仅在两相定子绕组中串接电阻，选用电阻值应为上述计算值的值应为上述计算值的1.5倍，倍，SIUkR第四章第四