电气控制线路的设计课件

第三章电气控制线路的设计3.3常用电器元件的选择3.3.1接触器的选择3.3.2电磁式继电器的选择3.3.3热继电器的选择3.3.4时间继电器的选择3.3.5主令电器的选择3.3.6熔断器的选择3.3.7自动空气开关的选择3.4电气控制线路设计举例3.4.1电气控制线路的设计方法3.4.2电气控制线路设计实例第三章电气控制线路的设计3.3常用电器元件的选择第三章电气控制线路的设计设计方法:

1.一般设计法：经验设计法，根据生产工艺要求，利用已知的各种典型的控制环节直接设计要求的控制线路。

要求：设计人员熟悉大量的控制线路；掌握多种典型的控制线路的设计资料；具有丰富的设计经验。2.逻辑设计法：将控制电路中的各种低压电器的通与断、闭合与断开等都看成逻辑变量，并用逻辑函数关系式表示，然后通过简化再绘制相应的控制线路。

特点：设计方法难度大，设计过程复杂。第三章电气控制线路的设计设计方法:3.1电气控制线路设计的一般原则原则：1、最大限度满足机械和工艺要求，2、保证控制线路工作安全、可靠，3、控制线路经济、简单，4、设置必要的保护环节3.1.1最大限度满足机械和工艺要求

电气控制线路是为整个生产机械和工艺过程服务的，需要满足生产机械的工艺要求、工作过程、工作方式以及生产机械所需要的保护等3.1电气控制线路设计的一般原则原则：1、最大限度满足机械3.1.2保证控制线路工作安全、可靠a、电器元件的选择1.保证控制线路工作的安全和可靠，2.控制线路力求简单、经济。3.1.2保证控制线路工作安全、可靠a、电器元件的选择

①在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈，即使外加电压是两个线圈额定电压之和也不允许。因为每个线圈上所分配的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作总有先后，先吸合的电器磁路先闭合，其阻抗比没吸合的电器大，电感显著增加，线圈上的电压也相应增大，故没吸合电器的线圈的电压达不到吸合值。同时电路电流将增加，有可能烧毁线圈。因此两个线圈需同时动作时，线圈应并联连接。K1K2KMb.正确连接电器的线圈①在交流控制线路中，不能串联接入两个电器线圈，即使外加电压②电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图中直流电磁铁YA与继电器K并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。②电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图中直流电磁

③在设计控制电路时，电器线圈的一端应接在电源的同一端(如图所示)。继电器、接触器以及其它电器的线圈一端统一接在电源的同一侧，使所有电器的触点在电源的另一侧。这样当某一电器的触点发生短路时，不致引起电源短路。同时也为安装接线方便。SQSQKKM③在设计控制电路时，电器线圈的一端应接在电源的同一端同一电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上。以免在触头断开时很可能形成电弧，造成电源短路。c.正确连接电器触头K1K2SQSQSQSQK1K2限位开关的触头连接不正确同一电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的

d.线路中应尽量减少多个电器元件一次动作后才能接通另一个元件，提高工作的可靠性。d.线路中应尽量减少多个电器元件一次动e.电器线圈回路不能串接自身的动断触头e.电器线圈回路不能串接自身的动断触头f.

防止寄生电路控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。寄生电路会破坏线路正常的工作，造成误动作。f.防止寄生电路控制线路在工作中出现意外接通的电路g.应考虑电器触头的接通和分断能力。若容量不够，可在线路中增加中间继电器，或增加线路中触头数目。增加接通能力用多触头并联连接;

增加分断能力则用多触头串联连接。h.在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间不仅要有电气互锁，还要有机械互锁。g.应考虑电器触头的接通和分断能力。若容量不够，可在线路中

i.应考虑电器触头的“竞争”问题。同一继电器的常开触头和常闭触头有“先断后合”型和“先合后断”型。如果触头的动作先后发生“竞争”的话，电路工作则不可靠。

j.设计的电路要适应所在电网情况。根据电网容量的大小、电压、频率的波动范围以及允许的冲击电流值等决定电动机的起动方式(直间接起动)。i.应考虑电器触头的“竞争”问题。同一继电器的常开触3.1.3在满足生产工艺要求的前提下，控制线路力求经济、简单。(1)尽量减少触头的数目。当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路的数量。3.1.3在满足生产工艺要求的前提下，控制线路力求经济、简单(2)尽量减少连接导线。设计控制电路时，应考虑电器元件的实际位置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不合理的。按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。

SB1SB2KMKMSB1SB2KMKM(2)尽量减少连接导线。设计控制电路时，应考虑电器元件的实际

(3)控制线路在工作时，除必要的电器元件必须长期通电外，其余电器应尽量不长期通电，以延长电器的使用寿命和节约电能。

(4)应尽量缩减电器元件的数量，要采用标准件，并尽可能选用相同型号。(3)控制线路在工作时，除必要的电器元件必须长期通电3.1.4设置必要的保护环节

a.短路保护电路发生短路时的危害，短路电流会引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电动力，使电动机和电路中的各种电气设备产生机械性损坏，图a为采用熔断器作短路保护的电路。图b为采用断路器作为短路保护和过载保护的电路。若主电动机容量较小，主电路中的熔断器可同时作为控制电路的短路保护若主电动机容量较大，则控制电路一定要单独设置短路保护熔断器。若主电路采用三相四线制或对变压器采用中性点接地的三相三线制的供电电路中，必须采用三相短路保护。短路电路3.1.4设置必要的保护环节短路电路b.过电流保护不正确的起动和过大的冲击负载，常常引起电动机出现很大的过电流。过电流的危害，导致电机损坏，引起过大的电动机转矩，使机械的转动部件受到损坏。

图a所示是过电流保护用在绕线转子异步电动机的限流起动电路。图b为笼型电动机工作时的过电流保护电路。过流保护b.过电流保护图a所示是过电流保护用在绕线转子异步电动机工作原理：当电动机起动时，时间继电器KT的动断触点仍闭合，动合触点尚未闭合，过电流继电器KI的线圈不接入电路。起动结束后，KT动断触点断开，动合触点闭合，KI线圈得电，开始起保护作用。工作过程中，某种原因而引起过电流时，TA输出电压增加，KI动作，其动断触点断开，电动机便停止运转。

工作原理：c.过载保护电动机长期超载运行的危害，使其绕组的温升将超过额定值而损坏，常采用热继电器作为过载保护元件。单相、两相、三相过载保护由于热惯性的关系，热继电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作。但当有8～10倍额定电流通过热继电器时，有可能使热继电器的发热元件烧坏。

在使用热继电器作过载保护时，还必须装有熔断器或过流继电器配合使用。原因c.过载保护单相、两相、三相过载保护由于热惯性的关系，热继e.失电压保护失电压保护:是指防止电压恢复时电动机自起动的保护。通常采用接触器的自锁控制电路来实现，按下按钮SB2，接触器线圈得电，其动合触点闭合。SB2按钮松开后，接触器线圈由于动合触点的闭合仍然得电。当电源断开，接触器线圈失电，其动合触点断开，故当恢复通电时，接触器线圈便不可能得电。要使接触器工作，必须再次按压起动按钮SB2。失电压保护d.断相保护电源缺相、一相熔断器熔断、开关或接触器的一对触点接触不良或者电动机内部断线等会引起电动机缺相运行。电动机缺相运行时，电动机转速降低甚至堵转，使电动机严重发热甚至烧损电动机的绝缘和绕组热继电器可以用做三相异步电机的断相保护e.失电压保护按下按钮SB2，接触器线圈得电，其动合触点闭f.欠电压保护

欠电压保护:当电动机正常运转时，由于电压过分降低，将引起一些电器释放，造成控制电路工作失调，可能产生事故。因此，必须在电源电压降到一定值以下时切断电源，即为欠电压保护。一般常用电磁式电压继电器实现欠电压保护。当电源电压过低或消失时，电压继电器就释放，从而切断控制回路，电压再恢复时，要重新起动才能工作。f.欠电压保护3.2电动机容量的选择3.2.1电动机容量选择的原则1.发热：保证最高工作温度电动机绝缘的允许最高工作温度；2.过载能力：

电动机必须有一定的过载能力，在过载时要求最大负载转矩<电动机的最大转矩最大负载电流<最大允许电流3.启动能力：

一般指鼠笼式：（）3.2电动机容量的选择3.2.1电动机容量选择的原则3.2.1电动机容量选择的原则a)

电动机功率的选择:依据的是负载功率。选择电动机功率的一种实用方法是调查统计类比法。目前采用的拖动电动机功率的统计分析公式如下：

(1)卧式车床主电动机的功率

式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为工件最大直径（m）。

3.2.1电动机容量选择的原则(2)立式车床主电动机的功率

式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为工件最大直径（m）。(3)摇臂钻床主电动机的功率

式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为最大钻孔直径（mm）。(4)卧式镗床主电动机的功率

式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为镗杆直径（mm）。(5)龙门铣床主电动机的功率

式中，P为主拖动电动机功率（kW）；B为工作台宽度（mm）。

主拖动和进给拖动用一台电动机的场合，按主拖动电动机的功率计算。对于采用单独的进给拖动电动机，出于其不仅拖动进给运动外还拖动工作台的快速移动，应按快速移动所需功率来选择。快速移动所需功率，—般按经验数据来选择，可查阅有关资料。机床进给拖动的功率一般较小。按经验，车床、钻床的进给拖动功率为主拖动功率的0.03-0.05，而铣床的进给拖动功率为主拖动功率的0.2-0.25。(2)立式车床主电动机的功率b)

电动机额定电压的选择交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。

中小型异步电动机额定电压为220V/380V（三角形/Y联结）及6380V/660V

（三角形/Y联结）两种，后者可用Y/三角形起动；

当电动机功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。直流电动机的额定电压也要与电源电压相一致。c)电动机额定转速的选择对于额定功率相同的电动机，额定转速愈高，电动机尺寸、质量愈小，成本愈低，选用高速电动机较为经济。由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机构愈复杂。因此应通过综合分析来确定电动机的额定转速。d)电动机结构型式的选择电动机的结构型式按其安装位置的不同可分为卧式（轴是水平的）和立式（轴是垂直的）两种，应以电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择。电动机具有不同的防护型式，如防护式、封闭式、防爆式等，具体要根据电动机的工作条件来选择。

b)电动机额定电压的选择e)笼型异步电动机有关电阻的计算

(1)笼型异步电动机起动电阻的计算：在电动机减压起动方式中，定子回路串联的限流电阻可按下式近似计算：

式中，Rst为每相启动限流电阻值（Ω）；IN为电动机额定电流（A）；Kst为不加电阻时，电动机的起动电流与额定电流之比，可由手册查出；Ksrt为加入起动限流电阻后，电动机的起动电流与额定电流之比、可根据需要选取。

(2)笼型异步电动机反接制动电阻的计算：电动机在反接制动瞬间，定子的旋转磁场已经反向旋转，而转子的转向尚未来得及改变，转差率s接近2，因此反接制动时的电流比起动电流大。为了限制制动电流，在电动机定子回路中也应串入限流电阻。反接制动的限流电阻可按下式近似计算：

式中，Rrb为每相反接制动限流电阻阻值（Ω）；Krbr为接入限流电阻后，反接制动电流与额定电流之比。如果只在电动机的两相中串入制动限流电阻，Rrb值可取计算值的1.5倍。

e)笼型异步电动机有关电阻的计算3.2.2电动机的发热和冷却电动机运行时候存在能量损耗，包括铜耗、铁耗和机械损耗。温升及温降的关系曲线3.2.2电动机的发热和冷却温升及温降的关系曲线3.2.3不同工作制下电动机容量的选择a.连续工作制电动机容量的选择1)恒定功率：，选择(见图7.2)；2)变动负载：变化时，选太富裕；选太小，一般考虑：根据功率“等值法”计算，即把实际的变化负载化成一等效的恒定负载,可分别计算出，选择。3.2.3不同工作制下电动机容量的选择根据功率“等值法”计算，即把实际的变化电流（负载转矩）化成等效的恒定电流（负载转矩）直流电机及工作在额定转速下的交流异步电机根据功率“等值法”计算，即把实际的变化电流（负载转矩7.3.2短时工作制电动机容量的选择图7.5表示在短时间工作，期间温升未达到稳定值，而停车后能完全冷却。可以选择专用短时工作制的电机，也可选择连续工作制的普通电机。1)选用专供的短时电机①专供的短时电机，按标准分为10，30，60，及

90分钟运行时间电机，选用；②若，再进行过载能力与启动能力的校验。（尤其是实际工作时间<短时制电机额定时间）7.3.2短时工作制电动机容量的选择图7.5表示在电气控制线路的设计课件2)选用连续工作制的电动机

①因为连续工作制的电动机短期使用其温升不到额定值，为了充分利用，常让其过载运行。过载能力与短时实际负载功率短时实际工作时间连续工作制的电动电机发热时间常数机额定功率要求满足条件2)选用连续工作制的电动机②对工作时间，可直接由过载能力和启动能力来选择。7.3.3重复短时工作制电动机容量的选择图7.7表示生产机械短时间的工作、停歇交替运行，用暂载率(或持续率)表示特征，有如下两种方法：②对工作时间，可直接由①选重复短时工作制的电动机规定标准暂载率(或持续率)为15%，25%，40%和60%，并以25%为额定暂载率。不同的暂载率下有不同的电机额定功率

重复短时工作制换算功率电动机样本功率

注意①选重复短时工作制的电动机2)选择连续工作制的普通电动机认为=100%，再按计算选择。连续工作制电动机样本功率换算功率连续工作制换算功率3.2.4电动机容量选择的统计法和类比法根据发热理论进行计算来选择电动机的方法，具有可靠的理论依据，但是要获得精确的结果，计算的过程非常复杂。可以采用统计法和类比法。统计法：对国内外同类型机床所选用的电动机额定功率进行统计和分析，并结合我国的生产实际情况，从中找出电动机容量与机床主要参数之间的关系，并用数学公式描述。类比法：对经过长期运行考验的同类型生产机械的电动机容量进行调查研究，并对其主要参数和工作条件进行类比，从而确定新设计生产机械所需电动机的容量。3.2.4电动机容量选择的统计法和类比法3.3常用电器元件的选择3.3.1接触器的选择3.3.2电磁式继电器的选择3.3.3热继电器的选择3.3.4时间继电器的选择3.3.5主令电器的选择3.3.6熔断器的选择3.3.7自动空气开关的选择3.3常用电器元件的选择3.3.1接触器的选择3.3.1接触器的选择选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定电流；辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频率和额定电压；额定操作频率等。机床应用最多的是交流接触器。

交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。

(1)主触点额定电流IN可根据下面经验公式进行选择：

式中，IN为接触器主触点额定电流（A）;K为比例系数，一般取1-1.4；

PN为被控电动机额定功率（kW）；UN为被控电动机额定线电压（V）。

(2)交流接触器主触点额定电压一般按高于电路额定电压来确定。

(3)根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压

(4)接触器辅助触点的数量、种类应满足电路的需要。

3.3.1接触器的选择3.3.2电磁式继电器的选择一般继电器的选择一般继电器也叫电磁继电器。选用时，除满足继电器线圈电压或线圈电流的要求外，还应按照控制需要分别选用过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器、中间继电器等。另外电压、电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应注意。时间继电器的选择从以下几方面考虑：

1)根据控制电路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。

2)根据延时准确度要求和延时长、短要求来选择。

3)根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。3.3.2电磁式继电器的选择一般继电器的选择一般继电器也按照电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。

(1)热继电器结构形式的选择。星形联结的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形联结的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器

(2)热元件额定电流的选择。一般可按下式选取：

式中，IR为热元件的额定电流；IN为电动机的额定电流。对于工作环境恶劣、起动频繁的电动机，则按下式选取：

热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。3.3.3热继电器的选择按照电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。3.33.3.4时间继电器的选择

1)根据控制电路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。

2)根据延时准确度要求和延时长、短要求来选择。

3)根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器3.3.4时间继电器的选择1)根据控制电路的要求来选择延3.3.6熔断器的选择熔断器选择内容主要是熔断器种类、额定电压、额定电流等级和熔体额定电流。熔体额定电流IR的选择是主要参数。单台长期工作的异步电动机

式中，IN为异步电动机额定电流。用一组熔断器保护多台电动机

式中，Imax为容量最大的电动机的额定电流；ΣIN为其他电动机额定电流之和。3.3.6熔断器的选择3.3.7自动空气开关的选择3.3.7自动空气开关的选择3.4电气控制线路设计举例3.4.1电气控制线路的设计方法设计方法:

1.一般设计法：经验设计法，根据生产工艺要求，利用已知的各种典型的控制环节直接设计要求的控制线路。

要求：设计人员熟悉大量的控制线路；掌握多种典型的控制线路的设计资料；具有丰富的设计经验。2.逻辑设计法：将控制电路中的各种低压电器的通与断、闭合与断开等都看成逻辑变量，并用逻辑函数关系式表示，然后通过简化再绘制相应的控制线路。

特点：设计方法难度大，设计过程复杂。3.4电气控制线路设计举例3.4.1电气控制线路的设计方法3.4.2电气控制线路设计实例

（龙门刨床横梁升降—夹紧控制线路设计）3.4.2电气控制线路设计实例

（龙门刨床横梁升降—夹紧横梁升降机构的工艺要求（1）由于刨床工件加工位置高低不同，要求横梁沿立柱能作上升、下降的调整运动。（2）为确保切削加工的进行，正常情况下横梁应夹紧在立柱上，夹紧装置由夹紧电动机拖动，而横梁的上、下移动由另一台横梁升降电动机拖动。（3）在动作配合上，当横梁升降时应该按照下列顺序进行：横梁上升：横梁松开→上升移动→横梁夹紧横梁下降：横梁松开→下降移动→横梁夹紧并回升

由此可知横梁下降时，多了一个短时回升动作，其目的在于消除多动螺母上端面与丝杠下端面的间隙，防止加工过程中将横梁上抬，造成横梁歪斜，影响加工精度。（4）横梁升降应设有限位保护，而夹紧电动机应设有夹紧力保护。横梁升降机构的工艺要求1、由于加工工件的位置高低不同，要求横梁能沿立柱上下移动；

2、为保证加工质量和工作安全，横梁在立柱上必须有夹紧装置；

3、能点动操作调整横梁位置；

4、横梁夹紧与升降之间有一定的操作顺序；

按上升(下降)按钮——放松——升降

松开按钮——横梁立即停止移动,自动夹紧于立柱

5、夹紧到一定程度,夹紧电机应自动停止；

6、限制横梁在上下两个方向的移动距离；

7、具有必要的连锁保护；1、由于加工工件的位置高低不同，要求横梁能沿立柱１．初步设计（1）主电路的设计:①从横梁运动要求出发,横梁移动由横梁升降电动机M1和横梁夹紧放松电动机M2拖动，且都有正反转。②夹紧电动机需要的夹紧力保护，用过电流继电器KI来实现。１．初步设计（2）控制电路的设计:①由于横梁升降运动为调整运动，所以对M1采用点动控制。M2则按一定的顺序自动控制。②根据横梁移动时的控制程序要求，M2与M1之间有一定的顺序关系：当发出“上升”指令后，M2电动机起动工作，将横梁松开，待横梁完全松开后，发出信号，使M2电动机停止工作，并使M１