第2章电器控制系统设计

1、机电传动控制电气控制线路的作用是实现对机电传动系统中电动机电气控制线路的作用是实现对机电传动系统中电动机的启动、停止、正转或反转、调速和制动以及连锁等的启动、停止、正转或反转、调速和制动以及连锁等运行的控制，实现生产加工自动化。这种完成自动控运行的控制，实现生产加工自动化。这种完成自动控制的系统称为电气控制系统。制的系统称为电气控制系统。本章介绍电气控制线路的设计及常用电器元件的选择。本章介绍电气控制线路的设计及常用电器元件的选择。本章内容有：本章内容有： 2.1 电气控制线路设计的基本原则电气控制线路设计的基本原则 2.2 常用电器元件的选择常用电器元件的选择 2.3 电气控制线路设计电气控

2、制线路设计2.12.1电气控制线路的一般原则电气控制线路的一般原则最大限度满足生产机械和工艺对电气控制线路的要求最大限度满足生产机械和工艺对电气控制线路的要求保证控制线路的工作安全可靠保证控制线路的工作安全可靠1、电器元件的选择：机械和电气寿命长、结构坚实、动作可、电器元件的选择：机械和电气寿命长、结构坚实、动作可 靠、抗干扰性能好。靠、抗干扰性能好。2 、正确连接电器的线圈：、正确连接电器的线圈：交流电路中，电器线圈不能串联，应并联。交流电路中，电器线圈不能串联，应并联。KM1KM2KKM1KM2K直流电路中，电器线圈最好不直接并联（电感量悬殊直流电路中，电器线圈最好不直接并联（电感量悬殊时

3、），而是分别控制。时），而是分别控制。3 、电气联锁和机械联锁共用、电气联锁和机械联锁共用+KMKYARd+-KMKYAKM-+-+-Rd4 、正确连接电器的触头：同一电器的两触头接在电源的同相、正确连接电器的触头：同一电器的两触头接在电源的同相上，电位相等，避免触头间飞弧引起电源短路。上，电位相等，避免触头间飞弧引起电源短路。SQSQSQSQK1K2K2K15、 避免多个电器元件依次接通：避免多个电器元件依次接通：KK3K1K1K2K2KKKK1K3K2飞弧飞弧6 、电器线圈回路不能串接自身的动断触头：否则会、电器线圈回路不能串接自身的动断触头：否则会出现抖动现象。出现抖动现象。SBKM1K

4、M3KM1KM2KM3KM2SBKMKMKTKT特殊需要时可以特殊需要时可以KM3线圈间接串接了自身的动断线圈间接串接了自身的动断触头，三个接触器会同时抖动触头，三个接触器会同时抖动7 、控制电路中应避免出现寄生电路：控制线路工作过程中意、控制电路中应避免出现寄生电路：控制线路工作过程中意外接通的电路，称寄生电路，它会造成误动作。外接通的电路，称寄生电路，它会造成误动作。FRSB1KM1KM2SB2KM1KM2KM1SB3HL2HL1FRSB1KM1KM2SB2KM1KM2KM1KM2HL2HL1SB3KM28、 避免电路避免电路“竞争竞争”竞争：电气控制线路从一种状态转换到另一种状态时，竞争

5、：电气控制线路从一种状态转换到另一种状态时，常常会有几个电器要发生通断状态的改变。由于电器常常会有几个电器要发生通断状态的改变。由于电器元件有一定的动作时间，往往发生不按预定时序动作元件有一定的动作时间，往往发生不按预定时序动作的情况，的情况，触头争先动作，就会得到几个不同的输出状触头争先动作，就会得到几个不同的输出状态，态，使线路无法按要求的逻辑功能进行状态转换。这使线路无法按要求的逻辑功能进行状态转换。这种现象叫种现象叫“竞争竞争”。 注意：同一继电器的常开和常闭触点有注意：同一继电器的常开和常闭触点有“先断后合先断后合”型和型和“先合后断先合后断”型两种。型两种。要求：要求：KM1得电后

6、，过一定时间得电后，过一定时间 KM2得电，得电， KM1立即释放立即释放问题：问题： KM2动合触头还没吸合，动合触头还没吸合，KT延时闭合触头已释放。延时闭合触头已释放。 KM2线圈再失电。线圈再失电。二竞争触头二竞争触头 利用利用KM1使使KT延时闭合触延时闭合触头释放晚一下。头释放晚一下。SB1SB2KTKTKM1KM2KM2KM1KM2SB1SB2KTKTKM1KM2KM2KM1KM2在满足生产工艺要求前提下，控制线路力求经济、简单在满足生产工艺要求前提下，控制线路力求经济、简单1 、尽量减少电器元件的品种、规格、数量。、尽量减少电器元件的品种、规格、数量。2、尽量选用标准的、常用的

7、或经过实际考验过的线路和环节。尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。KM1K2K1KM2K1KM1K2KM2K13 、尽量减少不必要的触头、尽量减少不必要的触头4、尽量减少连接导线的数量和长度、尽量减少连接导线的数量和长度问题：问题：A、B两点间易连线，造成电源短路。两点间易连线，造成电源短路。 A点、点、 B点、点、C点为电器柜进（出）线端，较多。点为电器柜进（出）线端，较多。改进后：连线不会造成电源短路。改进后：连线不会造成电源短路。 A点、点、B点为电器柜进（出）线端，较少点为电器柜进（出）线端，较少。SB1KM1KM1SB2SB1KM1KM1SB2ABBCA5 5、除必要

8、的电器元件外，其余电器尽量不长期通电。除必要的电器元件外，其余电器尽量不长期通电。KM1得电后，经得电后，经KT延时，延时，KM2得电。得电。KM2得电后，使得电后，使KT失电。失电。KTSB2KTKTKM1KM2KM1SB1SB2KTKM1KM2KM1KM2KM2SB1应设置必要的保护环节应设置必要的保护环节 常用的保护环节有：常用的保护环节有：短路、过载、过流、短路、过载、过流、 断相、断相、过压、零过压、零(欠欠)压、压、 零励磁零励磁保护等。保护等。1.短路保护短路保护q短路保护作用：防止电动机突然流过短路电流而引起电器设备短路保护作用：防止电动机突然流过短路电流而引起电器设备绝缘损坏

9、及机械上的损坏。绝缘损坏及机械上的损坏。q短路保护元件：短路保护元件：熔断器熔断器 (若断一相会造成缺相运行，若断一相会造成缺相运行， 适于要求不高的场合适于要求不高的场合)自动空气开关自动空气开关(直接断开主电路，不会造成缺相运行，动作准直接断开主电路，不会造成缺相运行，动作准确。用于要求较高的确。用于要求较高的 场合场合)。过流继电器过流继电器(用于直流电动机和绕线式异步电动机用于直流电动机和绕线式异步电动机)2.过电流保护过电流保护q过电流指电动机运行电流超过其额定电流的允许状态，过电流指电动机运行电流超过其额定电流的允许状态， 不正不正确的起动方法和过大的负载转矩常常会引起电动机的过电

10、流故确的起动方法和过大的负载转矩常常会引起电动机的过电流故障，损害电动机障，损害电动机. q过电流一般比短路电流小过电流一般比短路电流小.q电动机运行中，过电流出现的可能性比短路大，特别是在频电动机运行中，过电流出现的可能性比短路大，特别是在频繁起动和正反转运行、重复短时工作制的电动机中。繁起动和正反转运行、重复短时工作制的电动机中。q过电流保护元件：过电流继电器。过电流保护元件：过电流继电器。q用法：过电流继电器线圈串接于被保护电动机的主电路中，用法：过电流继电器线圈串接于被保护电动机的主电路中，其动断触点串于控制电路中，并与接触器配合使用。其动断触点串于控制电路中，并与接触器配合使用。短路

11、、过电流及过载保护电路短路、过电流及过载保护电路过电流保护过电流保护正常时不动作正常时不动作电流大时吸合电流大时吸合KMM3FRQKFU1KMFRSB2KMKASB1KAI短路保护短路保护FU2过载保护过载保护3 过载保护过载保护q作用：防止电动机因长期超载运行，电机绕组的温升超过作用：防止电动机因长期超载运行，电机绕组的温升超过允许值而允许值而导致绝缘老化，损坏电动机。导致绝缘老化，损坏电动机。q过载原因：负载突然增加、断相运行。过载原因：负载突然增加、断相运行。q过载保护元件：热继电器。过载保护元件：热继电器。q特点：负载电流愈大，电器动作时间愈快，但不应受电机特点：负载电流愈大，电器动作

12、时间愈快，但不应受电机启动电流的影响而误动作。启动电流的影响而误动作。q注意：不能注意：不能用热继电器代替短路保护和过流保护，用热继电器代替短路保护和过流保护， 也不能用过流保护的方法代替过载保护。也不能用过流保护的方法代替过载保护。4 断相保护断相保护q断相断相原因：电源缺相，一相熔断器熔断、开关或接原因：电源缺相，一相熔断器熔断、开关或接触器的一对触头接触不良、电动机内部断线。触器的一对触头接触不良、电动机内部断线。q危害：电动机降速甚至堵转，使电动机严重发热，危害：电动机降速甚至堵转，使电动机严重发热，甚至烧损电动机的绝缘和绕组。甚至烧损电动机的绝缘和绕组。q保护元件：带断相保护的热继电

13、器。保护元件：带断相保护的热继电器。 若用两相若用两相热继电器，可以在三相线路上跨接两个欠热继电器，可以在三相线路上跨接两个欠电压继电器。电压继电器。1.81.8电气控制线路的设计电气控制线路的设计5 零零(欠欠)压保护压保护q零压保护既防止电源电压由断电到恢复时电动机的自行零压保护既防止电源电压由断电到恢复时电动机的自行启动。启动。q过低的过低的电源电压会使电动机降速甚至堵转，导致过电流，电源电压会使电动机降速甚至堵转，导致过电流，这需要欠压保护，即这需要欠压保护，即在电源下降达到最小允许电压值时在电源下降达到最小允许电压值时将电动机电源切除将电动机电源切除 。q欠压保护元件：电压继电器、接

14、触器。欠压保护元件：电压继电器、接触器。q方法：方法：接触器自锁触头与启动按钮并联；接触器自锁触头与启动按钮并联； 欠电压继欠电压继电器的线圈并联于电源，其动合触头串联于接触器控制电器的线圈并联于电源，其动合触头串联于接触器控制电路；电路； 欠电压继电器配合主令控制器。欠电压继电器配合主令控制器。零零( (欠欠) )压压保护电路保护电路零零( (欠欠) )压压保护保护KMSB1KMSB2FR01234KVKM1SBKM256KVU正转正转反转反转停停SA1.81.8电气控制线路的设计电气控制线路的设计6 零励磁保护零励磁保护q直流电动机失去直流电动机失去励磁励磁电流或励磁电流过小电流或励磁电流

15、过小（磁通的过度减少）磁通的过度减少）轻轻载时会超速载时会超速或飞车，重或飞车，重载时电枢电流迅速增加，载时电枢电流迅速增加，会使绕组发热而损坏。会使绕组发热而损坏。q采用欠电流继电器采用欠电流继电器进进行零励磁保护。行零励磁保护。先励磁，先励磁，后接电源后接电源。 KAKA IKA-欠电流继电器：正常时吸合，欠电流继电器：正常时吸合，电流小时释放电流小时释放WF-WF-励磁线圈励磁线圈2.22.2常用电器元件的选择常用电器元件的选择 接触器选择接触器选择1 额定工作电压：主触头所在电路的电源电压。额定工作电压：主触头所在电路的电源电压。应等于负载额定电压。应等于负载额定电压。2 额定工作电流

16、：主触头的额定电流。额定工作电流：主触头的额定电流。应等于或稍大于负载额定电流应等于或稍大于负载额定电流 3 线圈线圈额定电压：正常工作时额定电压：正常工作时线圈上所加电压线圈上所加电压。应等于控制回路的电源电压。应等于控制回路的电源电压。 4 辅助触头数量、种类：根据控制要求确定。辅助触头数量、种类：根据控制要求确定。5 使用类别：根据所控制负载的工作任务确定。使用类别：根据所控制负载的工作任务确定。继电器继电器选择选择1 中间中间继电器继电器线圈的电流种类和电压（电流）等级应与所在电线圈的电流种类和电压（电流）等级应与所在电路一致。路一致。2 根据控制要求确定继电器的类型、触头型式及其数量

17、。根据控制要求确定继电器的类型、触头型式及其数量。3 额定电压（电流）和动作电压（电流）的选择：额定电压（电流）和动作电压（电流）的选择：过电流继电器额定电流应大于或等于被保护电动机的额定电过电流继电器额定电流应大于或等于被保护电动机的额定电流，动作电流按启动电流的流，动作电流按启动电流的1.11.3倍整定。倍整定。欠电流继电器额定电流应大于或等于励磁电流，释放电流按欠电流继电器额定电流应大于或等于励磁电流，释放电流按最小励磁电流的最小励磁电流的0.85倍整定。倍整定。过电压继电器动作电压按系统额定电压的过电压继电器动作电压按系统额定电压的1.1 1.2倍整定。倍整定。欠电压继电器通常使用一般

18、电压继电器充任，满足一般要求欠电压继电器通常使用一般电压继电器充任，满足一般要求即可。即可。热继电器选择热继电器选择应根据电动机额定电流确定应根据电动机额定电流确定热继电器型号及热元件的热继电器型号及热元件的规格等级规格等级q热继电器有多种型号（额定电流）热继电器有多种型号（额定电流）q每种型号的热继电器可装入多种规格（额定电流）每种型号的热继电器可装入多种规格（额定电流）的热元件，的热元件，q 每种规格的热元件都有一定的电流整定范围每种规格的热元件都有一定的电流整定范围q整定范围的中间值应稍大于或等于电动机额定电流整定范围的中间值应稍大于或等于电动机额定电流熔断器的选择熔断器的选择q熔断器熔

19、断器有多种型号（有多种型号（额定电压、额定电压、额定电流）额定电流）q每种型号的每种型号的熔断器熔断器可装入多种规格（额定电流）可装入多种规格（额定电流）的的熔体熔体q熔断器熔断器额定电压应大于或等于被保护线路的额额定电压应大于或等于被保护线路的额定电压定电压q熔断器熔断器额定电流必须额定电流必须大于或等于所装熔体额定大于或等于所装熔体额定电流电流q熔体额定电流：根据被保护负载的不同而异熔体额定电流：根据被保护负载的不同而异照明、电热设备及一般控制电路照明、电热设备及一般控制电路 IrRTIRT长期工作的单台电动机：长期工作的单台电动机：IrRT=(1.52.5)IRT 或或 IrRT=Ist

20、/1.5频繁起动的单台电动机：频繁起动的单台电动机： IrRT=(33.5)IRT 多台电动机：多台电动机： IrRT (1.52.5)IRTmax+IRT 或或 IrRT Im/1.52.32.3电气控制线路的设计电气控制线路的设计电气控制电路设计方法电气控制电路设计方法1 分析设计法（经验设计法）：根据生产工艺的要求，分析设计法（经验设计法）：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，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

21、节，使其组合成一个整体，成为满足控制要求的完整电路。电路。2 逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具设计电气逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具设计电气控制电路。控制电路。 分析设计法步骤分析设计法步骤 l）按工艺要求提出的拖动方案及起动、制动、反向和调速）按工艺要求提出的拖动方案及起动、制动、反向和调速等要求设计主电路。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）根据所设计出的主电路，设计控制电路的基本环节，即满足设计要求的起动、制动、反向和调速等的基本控制环节。满足设计要求的起动、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

22、定控制）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。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。）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）综合审查，仔细检查电气控制电路动作是否正确 ，进一，进一步完善和简化电路。步完善和简化电路。 6）选择电器元件，确定参数和规格型号选择电器元件，确定参数和规格型号。电气控制电路设计实例之一：电气控制电路设计实例之一： CW6163型卧式车床控制线路型卧式车床控制线路1 控制要求：控制要求：（1）机床主运动和进给运动由电动机）

23、机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动，在主轴箱集中传动，在主轴箱操作板上和刀架拖板上分别设其启停控制按钮，操作板上和刀架拖板上分别设其启停控制按钮，M1需过载与需过载与短路保护。短路保护。（2）刀架快速移动由电动机）刀架快速移动由电动机M3拖动，其为点动控制，拖动，其为点动控制，M3不需不需过载保护，短路保护与过载保护，短路保护与M2共设。共设。（3）切削液泵由电动机）切削液泵由电动机M2拖动，在主轴箱操作板上设其启停拖动，在主轴箱操作板上设其启停控制按钮，控制按钮，M2需过载保护，短路保护与需过载保护，短路保护与M3共设。共设。（4）电动机型号为：）电动机型号为： M1：Y160M4 1

24、1KW 380V 21.6A 1460r/min M2：JCB22 0.15KW 380V 0.43A 2790 r/min M3：Y90S4 1.1KW 380V 1.7A 1400 r/min 2 主电路设计主电路设计ABCQKKM1KM3M33主电动机主电动机快速电动机快速电动机KM2切削液泵电动机切削液泵电动机M13M23FU1FU2FR1FR23 控制电路设计控制电路设计各控制电路环节各控制电路环节M1多地点起停控制（无点动）多地点起停控制（无点动）SB4SB1KM1SB2SB3KM1SB5SB6KM2KM2SB7KM3M2起停控制（无点动）起停控制（无点动）M3点动控制点动控制3

25、控制电路设计控制电路设计各环节综合各环节综合M1控制环节控制环节 SB4KM1SB1SB2SB3KM1KM2SB7KM3M2控制环节控制环节M3控制环节控制环节SB5SB6KM2FR1FR2保护环节保护环节 4 选择元器件选择元器件 接触器选择：接触器选择：KM1：选选CJ2025（AC3或或AC4） KM2、KM3：由于电动机额定电流很小，可以由继电器充任。：由于电动机额定电流很小，可以由继电器充任。 热继电器选择：热继电器选择：FR1：选：选JR2025，热元件编号，热元件编号3T，热元件额定电流为，热元件额定电流为25A， 电流整定值调节在电流整定值调节在21.6AFR2：选：选JR20

26、10，热元件编号，热元件编号4R，热元件额定电流为，热元件额定电流为0.53A 电流整定值调节在电流整定值调节在0.43A 熔断器选择：熔断器选择：FU1：IrRT= (1.5 2.5)IRT= (33.956.5)A， 选选RC1A60 ，用，用50A或或 40A的的熔体熔体FU2：IrRT (1.5 2.5)1.7+0.43=(2.98 4.68)A， 选选RC1A10 ，用用6A或或 4A的熔体的熔体2.32.3电气控制线路的设计电气控制线路的设计电气控制电路设计实例之二：电气控制电路设计实例之二：横梁升降一夹紧控制线路横梁升降一夹紧控制线路1 横梁升降一夹紧机构的工作过程与工艺要求横梁

27、升降一夹紧机构的工作过程与工艺要求q工作过程：工作过程：KA(过电流继电器过电流继电器)放松放松SB1(SB2)SQ1SB1(SB2)SB1(SB2)停停升升(降降)夹紧夹紧2.32.3电气控制线路的设计电气控制线路的设计q工艺要求：工艺要求：（1）横梁升降（移动）为点动操作。）横梁升降（移动）为点动操作。（2）横梁升降时先放松横梁，夹紧电动机在完全放）横梁升降时先放松横梁，夹紧电动机在完全放 松后自动停止，然后横梁上升（或下降）。松后自动停止，然后横梁上升（或下降）。（3）横梁停止移动后自动开始夹紧，在夹紧机构具）横梁停止移动后自动开始夹紧，在夹紧机构具 有了一定的夹紧力后夹紧电动机应自动停止。有了一定的夹紧力后夹紧电动机应自动停止。（4）横梁升降应设有上下行程的限位保护。）横梁升降应设有上下行程的限位保护。（5）横梁升降与夹紧机构间不能同时动作（互锁）横梁升降与夹紧机构间不能同时动作（互锁1），）， 横梁升降与主拖动（工作台）之间也不能同时动横梁升降与主拖动（工作台）之间也不能同时动 作（互锁作（互锁2） 。2 主电路设计主电路设计移动电动机移动电动机夹紧电