第八章 电气控制系统设计

11/7/2023

第八章电气控制系统设计

第一节电气控制设计的原则和内容第二节电力拖动方案的确定和电动机的选择第三节电气控制电路设计的一般要求第五节常用控制电器的选择第六节电气控制的施工设计与施工第四节电气控制电路设计的方法与步骤阅读与应用

X62W型卧式万能铣床电气控制电路设计思路解析11/7/2023

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11/7/2023第一节电气控制设计的原则和内容一、电气控制设计的原则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，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。3）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。11/7/2023二、电气控制设计的基本内容

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。11/7/20231.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）设计电气控制原理图5）选择电气元件，拟定元器件清单6）编写设计计算说明书11/7/20232.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）绘制各组件电器元件布置图和安装接线图，表明各电器元件的安装方式和接线方式。3）编写使用维护说明书。11/7/2023第二节电力拖动方案的确定和电动机的选择一、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11/7/2023二、拖动电动机的选择（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。3）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。11/7/2023（二）根据生产机械调速要求选择电动机（三）电动机结构形式的选择（四）电动机额定电压的选择（五）电动机额定转速的选择11/7/2023（六）电动机容量的选择1．分析计算法

根据生产机械负载图预选一台电动机，再用该电动机的技术数据和生产机械负载图求出电动机的负载图。最后按电动机的负载图从发热的方面进行校验，并检查电动机的过载能力与起动转矩是否满足要求，如若不合格，另选一台电动机重新计算，直到合格为止。11/7/20232．统计类比法

将各国同类型、先进的电动机容量进行统计和分析，从中找出电动机容量与机床主要参数间的关系，再根据国情得出相应的计算公式来确定电动机容量的一种实用方法。式中：P—电动机容量，单位为KW；

D—工件最大直径，单位为m。（1）车床11/7/2023（2）立式车床式中：P—电动机容量，单位为KW；

D—工件最大直径，单位为m。式中：D—最大钻孔直径，单位为mm。（3）摇臂钻床11/7/2023（4）卧式镗床式中：D——镗杆直径，单位为mm。（5）外圆磨床式中：B—砂轮宽度，单位为mm。

K—砂轮主轴用滚动轴承时，K=0.8~1.1,

砂轮主轴用滑动轴承时，K=1.0~1.3。11/7/2023（6）龙门铣床式中：B——工作台宽度，单位为mm。11/7/2023一、电气控制应最大限度的满足生产机械加工工艺的要求第三节电气控制电路设计的一般要求二、对控制电路电流、电压的要求11/7/2023常用电气控制电路电压等级表整流器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11/7/2023三、控制电路力求简单、经济1．尽量缩短连接导线的长度和导线数量a)不合理b)合理11/7/20232．尽量减少电器元件的品种、数量和规格3．尽量减少电器元件触头的数目11/7/20234．尽量减少通电电器的数量11/7/2023四、确保控制电路工作的安全性和可靠性1．正确连接电器的线圈a）不正确b）正确11/7/2023a）不正确b）正确11/7/20232．正确连接电器元件的触头a）不正确b）正确11/7/20233．防止寄生电路a）有寄生电路b）无寄生电路11/7/20234．在控制电路中控制触头应合理布置a）不合理b）合理11/7/20235．应考虑继电器触头的接通与分断能力6．避免发生触头“竞争”、“冒险”现象7．为确保电路的安全运行，应采用电气连锁与机械连锁的双重连锁11/7/2023五、具有完善的保护环节六、要考虑操作、维修与调试的方便11/7/2023一、电气控制电路设计方法简介第四节电气控制电路设计的方法与步骤（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、调速、停车等的主电路或执行元件的电路。11/7/20233、连接各单元环节构成满足整机生产工艺要求，实现加工过程自动或半自动和调整的控制电路。4、设计保护、联锁、检测、信号和照明等环节控制电路。5、全面检查所设计的电路。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，以及满足执行元件实现规定动作相适应的指令信号的控制电路。11/7/2023（二）逻辑设计法采用逻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。11/7/20234、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。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。11/7/20231、按工艺要求对电动机提出的起动、制动、反向和调速等要求，设计出主电路。2、根据所设计出的主电路，设计出相应控制电路的基本环节。二、分析设计法基本步骤3、根据各部分运动要求的配合关系及连锁关系，确定控制参量和特殊环节。4、加入必要的保护环节。5、综合审查、全面检查电路动作是否正确，进一步完善和简化电路，必要时可通过实验检验。11/7/20231、横梁上升时，自动按照先放松后上升再夹紧的顺序进行。三、分析设计法设计举例（一）横梁升降机构的工艺要求下面以横梁升降机构的电气控制的设计为例：2、横梁下降时，自动按照先放松后下降再回升最后夹紧的顺序进行。3、横梁夹紧后，夹紧电动机自动停止。4、横梁升降，应设有上下行程的限位保护，夹紧电动机应设有夹紧力保护。11/7/20231、主电路设计（二）电气控制电路设计过程

11/7/20232、控制电路基本环节的设计

3、控制电路特殊环节的设计11/7/20234、设计联锁保护环节

11/7/2023第五节常用控制电器的选择一、接触器的选择1）接触器种类的选择2）接触器使用类别的选择3）接触器额定电压的选择4）接触器额定电流的选择接触器的选择按以下步骤进行:5）接触器线圈额定电压的确定6）接触器触头数目的考虑7）接触器额定操作频率11/7/2023二、电磁式继电器的选择1、电磁式电压继电器的选择2、电磁式电流继电器的选择3、电磁式中间继电器的选择名称动作特点主要用途电压继电器当电路中的电压达到规定值时动作用于电动机失电压或欠电压保护、制动和反转制动电流继电器当电路中通过的电流达到规定值时动作用于电动机过载与短路保护，直流电动机磁场控制及失磁保护中间继电器当电路中的电压达到规定值时动作触头数量较多、容量较大，通过他增加控制回路或起信号放大作用时间继电器自得到动作信号起至触头动作有一定延时用于交流电动机，作为以时间为函数起动时切换电阻的加速继电器，笼型电动机的Y-△起动、能耗制动及控制各种生产工艺程序等11/7/20231、热继电器结构形式的选择三、热继电器的选择2、热继电器额定电流的选择四、时间继电器的选择1、电流种类和电压等级2、延时方式3、延时精度4、延时时间5、触头形式和数量6、操作频率11/7/2023五、熔断器的选择1、一般熔断器的选择

1）熔断器类型2、快速熔断器1）快速熔断器的额定电压2）快速熔断器的额定电流2）熔断器额定电压和额定电流3）熔断器熔体额定电流4）配电系统的熔断器11/7/2023六、开关电器的选择1、刀开关的选择2、组合开关的选择3、低压断路器的选择4、电源开关联锁机构11/7/2023七、控制变压器的选择选择控制变压器的原则：1）一、二次侧应与电源、控制电路等电压相符2）控制变压器二次侧的电磁器件起动时能可靠吸合3）温升不应超过允许温升4）控制变压器容量近似计算公式：ST≥0.6∑PXC+1.5∑Pst八、主令电器的选择11/7/2023

第六节电气控制的施工设计与施工一、电气设备总体配置设计二、电气元器件布置图的设计三、电气控制装置接线图的绘制四、电力装备的施工五、检查、调整与试运行11/7/2023一、X62W型卧式万能铣床电气控制电路设计的依据

阅读与应用X62W型卧式万能铣床电气控制电路设计思路解析（一）根据X62W性卧式万能铣床运动形式，决定采用几台电动机（二）根据X62W性卧式万能铣床加工工艺要求，决定对各电动机的电气控制要求11/7/202