电气控制系统设计课件

1、第四章 电气控制系统设计第一节 电气控制设计的原则、内容和程序第二节 电力拖动方案的确定和电动机的选择第三节 电气原理图设计的步骤与方法第四节 常用控制电器的选择第五节 电气控制工艺设计7/28/2022 为电气控制装置本身的制造、使用、运行及维修的需要而进行的生产工艺设计。电气控制设计包括：1、电气原理图设计 为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制设计。2、电气工艺设计7/28/2022第一节 电气控制设计的原则、内容和程序11.1.1 电气控制设计的一般原则1.最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。 2.在满足控制要求前提下，设计方案力

2、求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。 7/28/20223.正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作。 4.为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当裕量。7/28/202211.1.2 电气控制设计的基本任务和内容 电气控制系统设计的基本内容是根据控制要求，设计和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等。包括电气原理图设计和电气工艺设计两部分。 7/28/2022（一）电气原理图设计内容1.拟定电气设计任务书 2.选择电气拖动方案和控制方式 3.确定电动机类型、型号、容量、转速4.设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟订各部分技术

3、指标与要求5.设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数6.选择电气元件，制定元件目录清单7.编写设计说明书7/28/2022（二）电气工艺设计内容1.根据设计出的电气原理图及选定的电气元件,设计电气设 备的总体配置,绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。2.按照原理框图或划分的组件，对总原理图进行编号，绘制各组件原理电路图，列出各部件的元件目录表。3.根据组件原理电路图及选定的元件目录表，设计组件电器装配图、接线图，图中应反映元件的安装方式和接线方式。7/28/20224.根据组件装配要求，绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图纸。5.设计电气箱。6.汇总总原理图、总装配图及各组件原理图等资

4、料，列出外购件清单，标准件清单，主要材料消耗定额等。7.编写使用维护说明书7/28/202211.1.3、电气控制设计的一般程序以电力拖动电气控制设计为例 1拟定设计任务书 2选择拖动方案 3电动机的选择 4选择控制方式 5设计电气控制原理图、合理选用元器件，编制元 器件目录清单。6设计电气设备制造、安装、调试所必需的各种施工 图，并以此依据编制各种材料定额清单。7编写设计说明书和使用说明书。7/28/2022第二节 电力拖动方案的确定和电动机的选择11.2.1 电力拖动方案的确定（三）电动机调速性质应与负载特性相适应（一）拖动方式的选择（二）调速方案的选择7/28/202211.2.2 拖动

5、电动机的选择（一）电动机选择的基本原则 1.电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载的负载特性相适应。保证运行稳定且具有良好的起动、制动性能。2.工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值。7/28/20223.电动机结构型式满足机械设计提出的安装要求，并能适应周围环境工作条件。4.在满足设计要求前提下，应优先采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相笼型异步电动机。7/28/2022(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7/28/2022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，应优

6、先考虑使用一般鼠笼式异步电动机(如YL型、JS型、Y系列等)。 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(如JS21x x型，JQ2承JQO2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。7/28/2022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(如YD 系列小型多适异步电动机)。对要求恒速稳定运行的生产机械，且需要补偿电网功率因数，应优先

7、考虑选用同步电动机(如TD型等)。对需要大的启动转矩，又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。7/28/2022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。7/28/2022电动机电压等级的选择低压一般为380v，高压一般为3kv或6kV。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“两种：220380v，100kw以上大功率交流电动机额定电压一般为3kv或6kv。

8、 Y接法；若采用降压启动，就必须Y/ 选用380v， 接法的电动机。7/28/2022有时铭牌上标“电压380/220，Y/”表示：电压=380V时，应接成Y电压=220V时，应接成7/28/2022 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110v，220v和440v。最常用的电压等级为220v。当交流电源为380v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，则可选用改型的Z3型、额定电压为160v的直流电动机。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440v；7/2

9、8/2022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， 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。7/28/2022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。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。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经常启动、制动和反转的生产机械要着重考虑缩小过渡过程提高生产率。7/28/2022电动机结构形

10、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，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。 (3)封闭式。适用于尘土、多潮湿、易引起火灾和腐蚀性气体的地方，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，适用于有易燃、易煤气体的场所，如油库、煤气站及矿井等。7/28/20222、 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(1)发热。 (2)过载能力。(3)启动能

11、力。7/28/20227/28/2022 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。 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，并用数学式加以表达，作为设计新机床时选择电动机容量的主要依据7/28/2022车床： D为工件的最大直径(m)； 具体介绍如下(公式中P均为主拖动电动机容量，P的单位为kW)立式车床： D为工件的最大直径m)摇臂钻床： D为最大的钻孔直径(mm)卧式镗床： D为镗杆直径(mm)龙门铣床： B为工作台宽度(mm)7/28/2022第三节 电气原理图设计的步骤与

12、方法11.3.1 电气控制原理图设计的基本步骤 1、根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。7/28/2022 3、绘制系统总原理图。按系统框图结构将各部分电路联成一个整体，完善辅助电路，绘成系统原理图。 4、合理选择电气原理图中每一电器元件，制订出元器件目录清单。 2、根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分电路的设计都是按照主电路控制电路联锁与保护总体检查，反复修改与完善的步骤来进行。7/28/202211.3.2 电气控制原理图的设计方法（一）分析设计法1、设计各控制单元环节中拖动电动机的起动、正反向运转、制动、

13、调速、停车等的主电路或执行元件的电路。2、设计满足各电动机的运转功能和工作状态相对应的控制电路。7/28/20223、设计保护、联锁、检测、信号和照明等环节控制电路。4、全面检查所设计的电路。7/28/2022 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础，所以又称为经验设计法。 特点是无固定的设计程序，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，缺点是设计方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不用时会影响线路工作的可靠性。7/28/2022（二）逻辑设计法采用逻

14、辑设计法设计电气控制电路大体按五步进行：1、按工艺要求画出工作循环图2、决定执行元件与检测元件，作出执行元件动作节拍表和检测元件状态表。3、根据检测元件状态表写出各程序的特征码，并确定相区分组，设置中间记忆元件，使各待相区分组所有程序皆可区分。7/28/20224、列写中间记忆元件开关逻辑函数式及执行元件动作逻辑函数式，进而画出相应的电路结构图。5、对画出的电路进行检查、化简和完善。7/28/2022三、电气控制原理图设计中的一般要求电气控制原理图设计应满足以下要求：1电气控制电路满足生产工艺要求 2尽量减少控制电路中电流、电压的种类，控制电压选择标准电压等级。 7/28/2022常用控制电压

15、等级表整流器48、24、12直流电磁铁及电磁离合器的控制电路整流器或直流发电机220、110直流直流电力传动的控制电路采用控制电源变压器48、24、6照明及信号指示电路采用控制电源变压器110（127）、48交流电力传动的控制电路较复杂不用控制电源变压器380、220交流交流电力传动的控制电路较简单电源设备常用的电压值/V控制电路类型7/28/20223确保电气控制电路工作的可靠性和安全性 为保证电气控制电路可靠的工作，应考虑以下几方面：1）尽量减少电器元件的品种、规格与数量。2）正常工作中，尽可能减少通电电器的数量。3）合理使用电器触头。 4）做到正确接线。7/28/2022首先正确连接电器

16、线圈。7/28/2022第二要合理安排电器元件及触头的位置。 a)不合理 b）合理7/28/2022不宜采用二常开二常闭的复合式按钮7/28/2022第三要注意避免出现寄生电路。 存在寄生电路的控制电路7/28/20225）尽量减少连接导线的数量，缩短连接导线的长度。6）尽可能提高电路工作的可靠性、安全性。 7/28/20227/28/20224应具有必要的保护 5电路设计要考虑操作、使用、调试与维修的方便。 6电路力求简单经济。7/28/202211.3.3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： 横梁升降由一台2JH614型三相交流异步电动机拖动(13kw，380v660

17、v，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紧装置，由一台JD424型(2.8kW，220380V，10.56.1A，l 420rmin)三相交流异步电动机拖动7/28/2022 横梁升降控制要求： 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(夹紧电动机反转) 放松到位置停止放松，横粱自动上升(升降电动机正转)，到位放开上升按钮，横梁停止上升，横梁自动夹紧(夹紧电动机正转)。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。7/28/2022横梁下降控制动作过程：按下降按钮，横梁放松(夹紧电动机反转) 放

18、松到位置停止放松，横粱自动下降(升降电动机反转)，到位放开下降按钮， 横梁停止下降并自动短时回升(升降电动机组时正转)，横梁自动夹紧(夹紧电动机正转)。放松位置开关复位，达到一定夹紧紧度，夹紧位置开关压下，下降过程结束。 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。横梁升降动作应设置上、下极限位置保护。7/28/2022 2.横梁升降设计： 根据拖动要求设计主电路横梁夹紧，用过电流继电器KI，当M2处于堵转状态，电流增长至动作值时，过电流继电器KI动作，使夹紧动作结束。7/28/2022设计控制电路行程开关SQ1(检测己放松)行程开关SQ2 (检测

19、已夹紧）7/28/2022自动短时回升动作KM2辅助触点超出不宜采用二常开二常闭的复合式按钮7/28/2022采用一个中间继电器KA来完善设计。 其中RM、LM为工作台驱动电动机M正反转联锁触点，即保证机床进人加工状态，不允许横梁移动。上、下极限位置保护SQ3，SQ47/28/2022第四节 常用控制电器的选择11.4.1 常用控制电器元件选择1、接触器选用：1）根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。2）根据接触器控制对象的工作参数来确定接触器的容量等级。3）根据控制回路电压决定接触器线圈电压。4）对于特殊环境条件下工作的接触器选用派生型产品。7/28/20227/28/2

20、022阻性负载:IfeI感性负载:Ife(1.52.5)IN(保护一台电动机) Ife(1.52.5)INmax+IN(保护多台电动机)电容性负载：取额定电流的1.6倍2、熔断器的选用7/28/20223、热继电器的选用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7/28/202211.4.2 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式中 m为起动电阻级数，n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， k为常数 ，为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。7/28/2022S为电动机额定转差率E2为正常工作中电动机转子电压(V)，I2为正常工作时电动机转子电流(A)。每相起动电阻的功率为I2S为转子起动电流(A)， 取I2S =1.5I2；R为每相串联电阻。7/28/20222、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(V)；IS为全压起动电流(A)；