电气控制装置设计基础

电气控制安装设计包括原理与工艺设计两个方面。 电气工程技术人员，必需掌握电气控制安装设计的根本原那么、设计内容和普通设计方法，以便根据消费机械的拖动要求及工艺需求去设计各类图纸和必要的技术资料。 本章将讨论电气控制系统的设计过程。电气控制系统设计要求具有较丰富的实际阅历。这里仅讨论设计中的普通共性问题。第九章电气控制安装设计根底第一节电气控制安装设计的普通原那么、根本内容和设计程序 正确的设计思想和工程观念是高质量完成设计义务的保证。一、电气控制设计的普通原那么 电气控制系统的设计过程中，应遵照以下几个原那么： 1〕最大限制满足消费机械和工艺对电气控制的要求. 2〕在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济、不宜盲目追求自动化和高目的。 3〕妥善处置机械与电气关系。 4〕正确合理的选用电器元件。 5〕确保运用平安、可靠。 6〕外型美观、运用维护方便。二、电气控制设计的根本义务与内容 电气设计的根本义务是根据控制要求设计和编制出设备制造和运用维修过程中所必需的图样、资料，包括电气原理图、电气系统的组件划分与元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板及电器元件安装底板、非规范紧固件加工图等，编制外构元件目录、单台资料耗费清单、设备阐明书等资料。 由此可见，电气控制设计包含原理设计与工艺设计两个根本部分，以电力拖动控制设备为例，二方面的设计内容分述如下：〔一〕原理设计内容 电气控制系统原理设计内容主要包括：1〕拟订电气设计义务书。2〕选择拖动方案与控制方式。3〕确定电动机的类型、容量、转速，并选择详细型号。4〕设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟订各部分技术要求。5〕设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数。6〕选择电气元件，制定元器件目录清单。7〕编写设计阐明书。 电气原理图是整个设计的中心环节，由于它是工艺设计和制定其他技术资料的根据。〔二〕工艺设计内容 工艺设计的主要目的是便于组织电气控制安装的制造，实现原理设计要求的各项技术目的，为设备的调试、维护、运用提供必要的图样资料。工艺设计主要内容是： 1〕根据设计的原理图及选定的电器元件，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，列出各部分的元件目录表，并根据总图编号统计出各组件的进出线号。 3〕根据组件原理电路及选定的元件目录表，设计组件装配图、接线图，图中应反映各电器元件的安装方式与接线方式。 4〕根据组件装配要求，绘制电器安装板和非规范的电器安装零件图纸，标明技术要求。 5〕设计电气箱。 6〕根据总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，进展汇总，分别列出外购件清单，规范件清单以及主要资料耗费定额。 7〕编写运用维护阐明书。三、电气控制设计的普通程序 以电力拖动控制设计工程为例，通常电气系统的设计程序是按以下步骤进展的。 1.拟订设计义务书 设计义务书是整个系统设计的根据，同时又是今后设备开工验收的根据。因此设计义务书的拟订是一个非常重要而且必需仔细对待的问题。在很多情况下，设计义务下达部门对本系统的功能要求、技术目的只能描画一个粗略轮廓，涉及设备运用中应到达的各种详细的技术目的及其他各项根本要务虚际是由技术指点部门、设备运用部门及承当机电设计义务部门等几方面共同协商，最后以技术协议方式予以确定的。 电气设计义务书中，除简要阐明所设计设备的型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参数、任务条件外还应阐明以下主要技术目的及要求： 1〕控制精度、消费效率要求。 2〕电气传动根本特性如运动部件数量、用途、动作顺序，负载特性、调速目的、起动、制动要求等。 3〕自动化程度要求。 4〕稳定性及抗干扰要求。 5〕联锁条件及维护要求。 6〕电源种类、电压等级、频率及容量等要求。 7〕目的本钱与经费限额。 8〕验收规范及验收方式。 9〕其他要求如设备规划、安装要求、操作台布置、照明、信号指示、报警方式等等。 2.选择拖动方案与控制方式 电力拖动方案与控制方式确实定是设计的重要部分，由于只需在总体方案正确的前提下，才干保证消费设备各项技术目的实施的能够性。在电气设计主要技术目确实定并以义务书格式下达后，必需仔细做好调查研讨任务，列出几种能够的方案，并根据本人的条件和工艺要求进展比较分析后作出决议。 所谓电力拖动方案是指根据零件加工精度、加工效率要求、消费机械的构造、运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等去确定电动机的类型、数量、传动方式以及拟订电动机起动、运转、调速、转向、制动等控制要求，作为电气控制原理图设计及电器元件选择的根据。 3.选择电动机 拖动方案决议以后，就可以进一步选择电动机的类型、数量、构造方式以及容量、额定电压与额定转速等要求。电动机选择的根本原那么是： 1〕电动机的机械特性应满足消费机械提出的要求，要与负载特性相顺应，以保证加工过程中运转稳定并具有一定的调速范围与良好的起动、制动性能。 2〕任务过程中电动机容量能得到充分利用，即温升尽能够到达或接近额定温升值。 3〕电动机的构造方式应满足机械设计提出的安装要求，并能顺应周围环境任务条件。 应该强调，在满足设计要求情况下优先思索采用构造简单，价钱廉价，运用维护方便的三相交流异步电动机。 正确选定电动机容量是电动机选择中的关键问题。 电动机容量计算的根本步骤是：首先根据消费机械提供的功率负载图P=f〔t〕或转矩负载图ML=f〔t〕预选一台电动机，然后根据负载进展发校验，将校验结果与预选电动机参数进展比较，假设发现预选电动机的额定容量太大或太小，再重新选择，直到电动机容量得到充分利用，最后再校验其过载能力与起动转矩能否满足拖动要求。由于分析计算过程较为复杂，在比较简单、无特殊要求、消费数量又不多的电力拖动系统中，电动机容量选择往往采用统计类比法，或者根据阅历采用工程估算的方法来选用。 4.选择控制方式 拖动方案确定之后，采用什么方法去实现这些控制要求就是控制方式的选择问题。随着电气技术、电子技术、计算机技术、检测技术以及自动控制实际的迅速开展和机械构造与工艺程度的不断提高，消费机械电力拖动的控制方式已从传统的继电接触控制向顺序控制、可编程逻辑控制、计算机联网控制等方面开展，各种新型的工业控制器及规范系列控制系统也不断出现，可供选择的控制方式较多，系统复杂程度差别也很大。 5.设计电气控制原理线路图并合理选用元器件，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样并以此为根据编制各种资料定额清单。 7.编写阐明书。第二节电气控制原理线路设计的方法与步骤 原理线路设计是原理设计的中心内容。在总体方案确定之后详细设计是从电气原理图开场，各项设计目的是经过控制原理图来实现的，同时它又是工艺设计和编制各种技术资料的根据。一、电气原理图设计的根本步骤 原理线路设计的根本步骤是： 1〕根据选定的拖动方案及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。 2〕根据各部的要求，设计出原理框图中各个部分的详细电路。按主电路→控制电路→辅助电路→联锁与维护→总体检查反复修正与完善的步骤进展。 3〕绘制总原理图。 4〕正确选用原理线路中每一个电器元件，并制定元器件目录清单。 对于比较简单的控制线路，可以省略前两步直接进展原理图设计和选用电器元件。但对于比较复杂的自动控制线路，就必需按上述过程一步一步进展设计。只需各个独立部分都到达技术要求，才干保证总体技术要求的实现，保证总装调试的顺利进展。二、电气原理图的设计方法及设计实例电气原理设计的主要方法：分析设计法、逻辑设计法〔一〕分析设计法 根据消费工艺要求去选择适当的根本控制环节〔单元电路〕或经过考验的成熟电路按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修正，综合成满足控制要求的完好线路。当找不到现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下得到执行元件所需求的任务信号。设计过程中，要随时增减元器件和改动触点的组合方式，以满足拖动系统的任务条件和控制要求，经过反复修正得到理想的控制线路。 特点：无固定的设计程序，设计方法简单，容易为初学者所掌握，对于具有一定任务阅历的电气人员来说，也能较快地完成设计义务。 缺陷：设计方案不一定是最正确方案，当阅历缺乏或思索不周时会影响线路任务的可靠性。 下面经过C534JI立式车床横梁升降电气控制原理线路的设计实例，进一步阐明分析设计法的设计过程。 1.电力拖动方式及其控制要求 为顺应不同高度工件加工时对刀的需求，要求安装有左、右立刀架的横梁能经过丝杠传动快速上升下降的调整运动。丝杠的正反转由一台三相交流异步电动机M1拖动，为了保证零件的加工精细，当横梁点动到需求的高度后应立刻经过夹紧机构将横梁夹紧在立柱上。每次挪动前要先放松夹紧安装，因此设置另一台三相交流异步电动机M2拖动夹紧放松机构，以实现横梁挪动前的放松和到位后的夹紧动作。在夹紧、放松机构中设置两个行程开关SQ1与SQ2分别检测已放松与已夹紧信号。 横梁升降控制要求是： 1〕采用短时任务的电动控制。 2〕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〕→压下放松位置开关→停顿放松→横梁自动上升〔升/降电动机正转〕→到位放开上升按钮→横梁停顿上升→横梁自动夹紧〔夹紧电动机正转〕→已放松位置开关松开，到达一定夹紧紧度已夹紧位置开关压下→上升过程终了。 3〕横梁下降控制动作过程： 按下降按钮→横梁放松→压下已放松位置开关→停顿放松，横梁自动下降→到位放开下降按钮→横梁停顿下降并自动短时上升〔升/降电动机短时正转〕→横梁自动夹紧→已放松位置开关松开，并夹紧至一定紧度已夹紧位置开关压下→下降过程终了。 下降与上升控制的区别在于到位后多了一个自动的短时上升动作，其目的在于消除挪动螺母上端面与丝杠的间隙，以防止加工过程中因横梁倾斜呵斥的误差，而上升过程中挪动螺母上端面与丝杠间不存在间隙。 4〕横梁升降动作应设置上、下极限位置维护。2.设计过程 1〕根据拖动要求设计主电路 由于升、降电动机M1与夹紧放松电动机M2都要求正反转，所以采用KM1、KM2及KM3、KM4接触器主触头变换相序控制。 思索到横梁夹紧时有一定的紧度要求，故在M2正转即KM3动作时，其中一相串过电流继电器KI检测电流信号，当M2处于堵转形状，电流增长至动作值时，过电流继电器KI动作，使夹紧动作终了，以保证每次夹紧紧度一样。由于M1、M2均为短时任务，因此不设置过载维护。据此便可设计出如图9-1所示的主电路。图9-1主电路与控制电路草图之一2〕设计控制电路草图 假设暂不思索横梁下降控制的短时上升，那么上升与下降控制过程完全一样，当发出“上升〞或“下降〞指令时，首先是夹紧放松电动机M2反转〔KM4吸合〕，由于平常横梁总是处于夹紧形状，行程开关SQ1〔检测已放松信号〕不受压，SQ2处于受压形状〔检测已夹紧信号〕，将SQ1常开触点串在横梁升降控制回路中，常闭触点串于发出上升或下降指令时〔SQ2常开触点串在立车任务台转动控制回路中，用于联锁控制〕，因此在发出上升或下降指令时〔按SB1或SB2〕，必然时先放松〔SQ2立刻复位，夹紧解除〕，当放松动作完成SQ1受压，KM4释放，KM1〔或KM2〕自动吸合实现横梁自动上升〔或下降〕。上升〔或下降〕到位，放开SB1〔或SB2〕停顿上升，由于此时SQ1受压，SQ2不受压，所以KM3自动吸合，夹紧动作自动发出直到 SQ2压下，再经过KI常闭触点与KM3的常开触点串联的自保回路继续夹紧至过电流继电器动作，控制过程自动终了。按此思绪设计的草图如9-1所示。 3〕完善设计草图 图9-1设计草图功能不完善，主要是未思索下降的短时上升。下降到位的短时自动上升，是满足一定条件下的结果，此条件与上升指令是“或〞的逻辑关系，因此它应与SB1并联，应该是下降动作终了即用KM2常闭触点与一个短时延时断开的时间继电器KT触点的串联组成，上升时间有时间继电器控制。于是便可设计出如图9-2所示的设计草图之二。图9-2控制电路设计草图之二 4〕检查并改良设计草图 图9-2在控制功能上已到达上述控制要求，但仔细检查会发现KM2的副触点运用曾经超出接触器拥有数量，同时思索到普通情况下不采用二常开二常闭的复式按钮，因此可采用中间继电器KA来完善设计。如图9-3所示。其中R-M、L-M为任务台驱动电动机正反转联锁触点，以保证机床进入加工形状，不允许横梁挪动。反之横梁放松时就不允许任务台挪动，是通过行程开关SQ2的常开触点串联在R-M、L-M的控制回路中来实现。另一方面在完善控制电路设计过程中，进一步思索横梁上下极限位置维护面而采用SQ3、SQ4的常闭触头串接在上升与下降控制线路中.图9-3控制电路设计草图之三5〕总体校核 控制线路设计终了，最后需进展总体校核，检查能否存在不合理、脱漏或进一步简化的能够。检查内容包括：控制线路能否满足拖动要求，触头运用能否超出允许范围，必要的联锁与维护，电路任务的可靠性，照明显示及其他辅助控制要求以及进一步简化的能够性。〔二〕逻辑设计法

利用逻辑代数这一数学工具来进展电路设计，即根据消费机械的拖动要求及工艺要求，将执行元件需求的任务信号以及平安电气的接通与断开形状看成逻辑变量，并根据控制要求将它们之间的关系用逻辑函数关系式来表达，然后再运用逻辑函数根本公式和运算规律进展简化，使之成为需求的最简“与、或〞关系式，根据最简式画出相应的电路构造图，最后再作进一步的检查和完善，即能获得需求的控制线路。 优点：能获得理想、经济的方案，所用元件数量少，各元件能充分发扬作用，当给定条件变化时，能指出电路相应变化的内在规律，在设计复杂控制线路时，更显方便。逻辑法不仅能用于线路设计，也可以用于线路简化和读图分析。逻辑代数读图法的优点是各个控制元件关系能一目了然，不会读错和脱漏。 逻辑电路有两种根本类型，组合逻辑电路和时序逻辑电路。对应其设计方法也各不相同。 组合逻辑电路：使执行元件的输出形状，只与同一时辰控制元件的形状相关。输入、输出呈一方向关系，即输出量对输入量无影响。其设计方法比较简单，可以作为阅历设计法的辅助和补充，用于简单控制电路的设计，或对某些部分电路进展简化，进一步节省并合理使用电器元件与触点。举例阐明如下： 设计要求：某电动机只需在继电器KA1、KA2、KA3中任何一个或两个动作时才干运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。 设计步骤：1〕列出控制元件与执行元件的动作形状表，如表9-1所示。KA1KA2KA3KM00000011010101111001101111011110表9-1形状表1〕根据表9-1写出KM的逻辑代数式：2〕利用逻辑代数根本公式化简至最简“与、或〞式：3〕利用逻辑代数根本公式化简至最简“与、或〞式：KA1·KA2·KA3+KA1·KA2·KA3+KA1·KA2·KA34〕根据简化了的逻辑式绘制控制电路，如图9-4所示。图9-4控制电路KA1KA1KA2＋KA3KA2＋KA3 时序逻辑电路 特点：输出形状不仅与同一时辰的输入形状有关，而且还与输出量的原有形状及其组合顺序有关，即输出量经过反响作用，对输入形状产生影响。这种逻辑电路设计要设置中间记忆元件〔如中间继电器等〕，记忆输入信号的变化，以到达各程度两两区分的目的。其设计过程比较复杂。根本步骤如下： 1〕根据拖动要求，先设计主电路，明确各电动机及执行元件的控制要求，并选择产生控制信号〔包括主令信号与检测信号〕的主令元件〔如按钮、控制开关、主令控制器等〕和检测元件〔如行程开关、压力继电器、速度继电器、过电流继电器等〕。2〕根据工艺要求作出任务循环图，并列出主令元件、检测元件以及执行元件的形状表，写出各形状的特征码。3〕为区分一切形状〔反复特征码〕而增设必要的中间记忆元件〔中间继电器〕。4〕根据已区分的各种形状的特征码，写出各执行元件〔输出〕与中间继电器、主令元件及检测元件〔逻辑变量〕间的逻辑关系式。5〕化简逻辑式，据此绘出相应控制线路。6〕检查并完善设计线路。 由于这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很少单独采用。三、原理图设计中应留意的问题

1〕尽量减少控制线路中电流、电压的种类，控制电压等级应符合规范等级。对于微机控制系统应留意弱电控制与强电电源之间的隔离，不能共用零线，以免引起电源干扰。照明、显示及报警等电路应采用平安电压。电气控制线路常用的电压等级如表9-2所示。控制线路类型常用电压值/V电源设备交流电力传动控制线路较简单交流380、220不用控制电源变压器交流电力传动控制线路较复杂110（127）48采用控制电源变压器照明及信号指示路线48、24、6采用控制电源变压器直流电力传动控制线路直流220、110整流器或直流发电机直流电磁铁及电磁离合器的控制线路48、24、12整流器表9-2常用控制电压等级 2〕尽量减少电器元件的种类、规格与数量在电器元件选用中，尽能够选用性能良好，价钱廉价的新型器件，同一用途尽能够选用一样型号。 3〕尽能够减少通电电器的数量 正常任务中以利节能，延伸电器元件寿命以减少缺点。 4〕合理运用电器触头与触点 在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较多，运用的触头、触点也多，线路设计应留意： ①主触头与副触点的运用量不能超越限定对数，由于各类接触器、继电器的主触头与副触点数量是一定的。设计时应留意尽能够减少其运用量，如图9-5b比图9-5a就节省一对触点。因控制需求触点数量不够时，可以采用逻辑设计化简方法，改动触点的组合方式以减少触点运用数量或添加中间继电器来处理。a〕不合理b〕合理图9-5减少触头运用量SB4 ②检查触头容量能否满足控制要求，防止运用不当而出现触头烧坏、粘滞和释放不了的缺点。要合理安排接触器主触头与副触点的位置，防止用小容量继电器触点去切断大容量负载。总之，要计算触头断流容量能否满足被控制负载的要求，以保证触头任务寿命和可靠性。5〕做到正确连线 详细应留意以下几方面： ①正确衔接电器线圈 电压线圈通常不串联运用，即使是两个同型号电压线圈也不能采用串联施加额定电压之和，以免电压分配不匀引起任务不可靠，如图9-6所示。 对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等那么不宜与一样电压等级的接触器或中间继电器直接并联任务，否那么在接通或断开电源时会呵斥后者的误动作。a〕不正确b〕正确图9-6线圈衔接 ②合理安排电器元件及触点位置 对一个串联回路，各电器元件或触点位置互换，并不影响其任务原理，但从实践连线上却影响到平安、节省导线等方面的问题。如图9-7两种接法所示，两者任务原理一样，但是采用图9-7a接法既不平安而且浪费导线。由于限位开关SQ的常开、常闭触头靠得很近，在触头断开时，由于电弧能够呵斥电源短路，很不平安，而且这种接法电气箱到现场要引出4种线，很不合理，图9-7b所示的接法较合理。a〕不合理b〕合理图9-7合理安排触点位置 ③留意防止出现寄生回路 在控制线路的动作过程中，假设出现不是由于误操作而产生的不测接通的电路，称为寄生线路。图9-8所示为电动机可逆运转控制线路，FR为热继电器维护触点。为了节省触点，显示电动机任务形状的指示灯HLR和HLL采用图中所示的接法，正常情况下线路能完成起动、正反转及停顿操作。但在运转中电动机过载，FR触点断开就会出现如图中虚线所示的寄生线路，使接触器不能可靠释放而得不到过载维护。假设将FR触点位置移接到SB1上端就可防止产生寄生回路。图9-8寄生回路6〕尽能够提高电路任务的可靠性、平安性 设计中应思索以下几点：

①电器元件动作时间配合不良引起竞争 复杂控制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一种形状转换到另一种形状，经常有几个电器元件的形状同时变化，思索电器元件总有一定的动作时间，对时序电路来说，就会得到几个不同的输出形状。称为电路的“竞争〞。对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出的能够性，称为“冒险〞。 “竞争〞与“冒险〞景象都将造成控制回路不能按要求动作，引起控制失灵。当电气元件的动作时间能够影响到控制线路的动作程序时，就需要用能准确反映元件动作时间及它们之间互相互配合的方法。例如用时间图来分析执行元件的动作可靠性。 继电器或接触器线圈从通电到触点的闭合或翻开，这段时间称为吸引时间〔t1〕。如图9-9所示，用点1到2的斜线表示线圈时通电的，但其触点要到点2才闭合。而线圈断电到触点打开这段时间称为释放时间〔t2〕，以斜线3-4表示。在这段时间线圈已断开，但触点仍闭合，到点4时辰触点才断开。图中点1-3阴影部分为线圈通电时间，点2-4为触点闭合时间，只需水平线2-3为线圈通电而触头也闭合时间。这种电器动作过程与时间关系图称为时间图。图9-9时间图吸引时间释放时间 现用时间图来分析图9-10a所示的绕线转子异步电动机按电流原那么起动控制线路的动作顺序。 在图9-10b与c中用垂直箭头表示元件动作作用的传送，程度线表示时间。由图9-10a线路的静态分析来看，电路控制造用似乎不存在什么问题。但是据图9-10b时间图来看，由于接触器KM1、KM2的动作时间小于电流继电器KI1、KI2的动作时间，从而使KM1、KM2触点在KI1、KI2触点之前动作，使电流继电器失去控制造用，R1、R2不能起到限制起动电流的目的。只需图9-10c时间图中所示，在t2<t3条件下，才干使KI1先于KM1动作，这样才干实现按电流原那么，逐级切除起动电阻，到达限制起动电流的目的。a〕起动控制线路b〕动作时间配合不好c〕动作时间配合好图9-10时间图分析电动机起动过程 ②误操作能够带来的危害特别是一些重要设备应仔细思索每一控制程序之间必要的联锁，即使发生误操作也不会呵斥设备事故。 ③应思索到缺点形状下，设备的自动维护作用 ④应根据设备特点及运用情况设置必要的电气维护。 7〕线路设计要思索操作、运用、调试与维修的方便 例如设置必要的显示，随时反映系统的运转形状与关键参数，思索到刀具调整与运动机构修缮必要的单机点动、单步及单循环动作，必要的照明，易损触点及电器元件的备用等。 8〕原理图绘制应符合国家有关规范规定 包括器件图形符号应符合GB4728中1-13电气图形符号的规定，绘制时要合理安排版面，工程代号应符合GB5924<电气技术中的工程代号>的规定。例如，主电路普通排在左面或上面，控制电路或辅助电路排在右面或下面，元器件目录表排在标题上方。为了协助读图，有时以动作形状或工艺过程方式将主令开关的通断、电磁阀动作要求、控制流程图等表示在图面上，也可以在控制电路的每一支路边上标注出控制目的。第三节电气维护类型及实现方法 电气维护时电气线路设计中必需思索的一个重要问题，下面从电气设计角度讨论电气缺点的类型、产生缘由、维护方法以供设计中选用参考。一、电流型维护 电气元件在正常任务中，经过的电流普通在额定电流以内。短时间内，只需温升不超越允许值，超越额定电流也是允许的。电器元件由于电流过大引起损坏的根本缘由是发热引起的温升超越绝缘资料的接受才干。在散热条件一定的情况下，温升决议于发热量，而发热量不仅决议于电流大小，而且于通电时间亲密相关。因此，在谈到电流维护时，总是要与通电时间这一要素严密联络在一同的。 电流型维护的根本原理是：经过维护电器检测电流信号，经过变换或放大后去控制被维护对象，当电流到达整定值时维护电器动作。属于电流型维护主要有以下几种：1．短路维护 短路维护要求在很短时间内迅速切断电源。 短路维护的常用方法使采用熔断器、断路器或采用专门的短路维护继电器。2.过电流维护 这种维护的特点是电流值比短路时小，普通不超越2.5IN。过电流维护要求有瞬时维护特征，即只需过电流值到达整定值，维护电器立刻动作，切断电源。 过电流维护是采用过电流继电器与接触器配合动作的方法。3.过载维护 过载也是指电动机的运转电流大于其额定电流，但超越额定电流的倍数更小些，通常在1.5IN以内。 过载维护要求维护电器具有反时限特性，即根据电流过载倍数的不同，其动作时间时不同的，它随着电流的添加而减小。4.欠电流维护 欠电流维护是指被控制电路电流低于整定值时需求动作的一种维护。 欠电流维护通常时采用欠电流继电器来实现的。欠电流继电器线圈串联在被维护电路中，正常任务时吸合，一旦发生欠电流就释放切断电源。5.断相维护 异步电动机在正常运转中，由于电网缺点或一相熔断器熔断引起对称三相电压短少一相，电动机将在两相电源中低速运转或堵转，定子电流很大，是呵斥电动机绝缘及绕组烧损的常见缺点之一。由于热继电器热元件是串接在三相电流进线中，采用普通三相式热继电器起不到维护作用。 断相维护可以采用专门为断相运转而设计的断相维护热继电器，也可以在三相线路上跨接两只电压继电器，当发生缺相时，电压继电器动作带动控制元件去切断电源。二、电压型维护 电动机或电器元件都是在一定的额定电压下正常任务，电压过高、过低或者任务过程中非人为要素的忽然断电，都可以呵斥消费机械的损坏或人身事故，因此在电气控制线路设计中，应根据要求设置失电压维护、过电压维护及欠电压维护。 1.失电压维护 为了防止电压恢复时电动机的自行起动或电器元件的自行投入任务而设置的维护，称为失电压维护。 采用接触器及按钮控制电动机的起停，具有失电压维护作用。假设不是采用按钮，而是用不能自动复位的手动开关、行程开关等控制接触器，必需采用专门的零压继电器。 2.欠电压维护 电动机或电器元件在正常运转中，电网电压降低到UN的60％－80％〔UN为其额定电压〕时，就要求能自动切除电源而停顿任务，这种维护称为欠电压维护。 采用接触器及按钮控制方式具有欠电压维护作用，还可以采用空气开关或专门的电磁式电压继电器、直流高前往系数电压继电器来进展欠电压维护。 3.过电压维护 为防止电网电压过高引起电流增大或绝缘击穿而损坏电气设备的维护措施称为过电压维护，通常用过电压继电器实现。 4.浪涌电压吸收维护电磁铁、电磁吸盘等类电感量较大负载，在切断电源时会产生很高的浪涌电压，为此需采用适当的维护。常用的维护方法是在线圈两端并接电阻、电阻电容串联或二极管等方式，以构成续流回路。图9-11示磨床电磁吸盘的吸收维护。图9-11电磁吸盘的吸收维护三、位置维护 消费机械运动部件的行程，越位大小及运动部件的相对位置都要限制在一定范围内。这类维护称为位置维护。 位置维护可以采用限位开关、干簧继电器、接近开关等类电器，当运动部件到达调定位置，使限位开关或继电器动作，其常闭触头串联在接触器控制电路中，因常闭触头翻开而使接触器释放，于是，运动部件停顿运动。四、温度、压力、流量、转速等维护 在电气控制线路设计中，常提出对消费机械某一部分的温度，液压或气压系统的压力和流量，运动速度等的维护要求，即要求以上各物理量限制在一定范围以内。 各种公用的温度、压力、流量、速度继电器，根本原理都是在控制回路中串联一个受这些参数控制的常开触点或常闭触点。第四节电气控制线路设计中的

主要参数计算及常用元件选择一、异步电动机有关起动、制动电阻计算〔一〕三相绕线转子异步电动机起动转距电阻计算 为了减少起动电流，添加起动转距并获得一定的调速要求，经常采用绕线转子异步电动机转子绕组串接外加电阻的方法来实现。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，起动或调速时转距动摇就越小，但控制线路也就越复杂。通常电阻级数可以根据表9-3来选取。电动机容量/kW起动电阻的级数半负荷起动全负荷起动平衡短接法不平衡短接法平衡短接法不平衡短接法100以下2～34级以上3～44级以上100～4003～44级以上4～55级以上400～6004～55级以上5～66级以上表9-3电阻级数及选择 起动电阻级数确定以后,对于平衡短接法,转子绕组中每相串联的各级电阻值,可以用下面的公式计算： 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，即最先被接的电阻；k为常数；r为最后被短接的那一级电阻值。 k、r值可分别由以下两个公式计算： 式中，s为电动机额定转差率；为正常任务中电动机转子电压〔V〕；为正常任务时电动机转子电流〔A〕。 每相起动电阻的功率为：

式中，为转子起动电流(A),取＝1.5；R为每相串联电阻〔〕。〔二〕笼型异步电动机反接制动电阻的计算 反接制动时，三相定子回路中各相串联的限流电阻R可按下面阅历公式近似计算：

式中为电动机定子绕组相电压〔V〕；为全压起动电流〔A〕；k为系数，当要求最大反接制动电流时，k＝0.13，当要求时，k＝1.5。 假设在反接制动时，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1.5倍，而制动电阻的功率为： 式中，为电动机额定电流；R为每一相串接的限流电阻值。 根据制动频繁程度适中选取前面系数。二、笼型异步电动机能耗制动参数计算 图9-12为能耗制动整流安装的原理图。图9-12能耗制动整流安装的原理图〔一〕能耗制动直流电流与电压的计算 从制动效果来看，希望直流电流大些，但是过大的电流会引起绕组发热，耗能添加，而且当磁路饱和后对制动力矩的提高也不明显，通常制动直流电流按下式选取或 式中，I0为电动机空载电流；为电动机额定电流。制动时，直流电压为式中，R为两相串联定子绕组的冷电阻。〔二〕整流变压器参数计算 对单相桥式整流电路： 1〕变压器二次交流电压为：

2〕变压器容量计算。由于变压器仅在能耗制动时任务，故容量允许比长期任务小。根据制动频繁程度，取计算容量的〔1/2～1/4〕。三．控制变压器容量计算 当控制线路比较复杂，控制电压种类比较多时，需求采用控制变压器进展电压变换，以提高任务的可靠性和平安性。 控制变压器的容量可以根据它供电的控制线路在最大任务负载时所需求的功率来思索，并留有一定的余量。即 式中，为控制变压器容量〔VA〕；为控制电路在最大负载时一切吸持电器耗费功率的总和〔VA〕，对于交流电磁式电器，应取其吸持视在功率〔VA〕；为变压器容量贮藏系数，普通取1.1～1.25。电器型号起动功率吸持功率JZ7CJ10-5CJ10-10CJ10-20CJ10-40753565140230126112232CJ0-10CJ0-20CJ0-4077156280143333MQ1-5101MQ1-5111MQ1-5121MQ1-5131MQ1-5141450100017002200100000508095130480表9-4起动与吸持功率常用交流电磁式电器的起动与吸持功率〔均为视在功率〕列于表9-4中。四、常用电器元件的选择 在控制系统原理图设计完成之后，就可根据线路要求，选择各种控制电路，并以元件目录表方式列在标题栏上方。正确、合理地选用各种电器元件，是控制线路平安、可靠任务的保证，也是使电气控制设备具有一定的先进性和良好的经济性的环节。下面引见一些常用控制电器的选用根据。1．按钮选用根据主要是根据需要的触点对数、动作要求、能否需求带指示灯，运用场所以及颜色等要求。 2．刀开关选用根据是电源种类、电压等级、断流容量及需求极数。当用刀开关来控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的3倍。 3．组合开关选用根据是电源种类、电压等级、触头数量以及断流容量。当采用组合开关来控制5kW以下小容量异步电动机时，其额定电流普通为〔1.5～2.5〕IN,接通次数小于〔15～20〕次/h，常用的组合开关为HZ10系列。4．限位开关选用根据是机械位置对开关型式的要求和控制线路对触头数量的要求，以及电流、电压等级来确定其型号。 5．断路器在初步确定断路器的类型和等级后，各级维护动作值的整定还必需留意和上、下级开关维护特性的协调配合，从总体上满足系统对选择性维护的要求。〔一〕接触器的选择 交流接触器的选用主要根据是接触器主触头的额定电压、电流要求、辅助触头的种类、数量以及额定电流，控制线圈电源种类、频率与额定电压，操作频繁程度负载类型等要素。详细选用方法是： 1〕主触头额定电流IN的选择。 主触头的额定电流应大于、等于负载电流，对于电动机负载可按下面阅历公式计算主触头电流IN：

式中，PN为被控制电动机额定功率〔kW〕；UN为电动机额定线电压〔V〕；k为阅历系数取1～1.4。 在选用接触器额定电流应大于计算值，也可以参照表9-5，按被控制电动机的容量进展选取。 对于频繁起动，制动与频繁正反转任务情况，为了防止主触头的烧蚀和过早损坏，应将接触器的额定电流降低一个等级运用，或将表9-5中的控制容量减半选用。型号额定电流/A可控制的笼型异步电动机的最大容量/kW220V380V500VCJ10-5CJ10-10CJ10-20CJ10-40CJ10-60CJ10-100CJ10-1505102040601001501.22.25.5111730432.24.010.020.030.050752.24.010.020.030.05075表9-5接触器额定电流的选取2)主触头额定电压UN应大于控制线的额定电压。3〕接触器副触点数量、种类应满足控制要求，当辅助触点的对数不能满足要求时，可用增设中间继电器方法来处理。4〕接触器控制线圈的电压种类与电压等级应根据控制线路要求选用。简单控制线路可直接选用交流380V、220V。线路复杂，运用电器较多时，应选用127V。110V或更低的控制电压。 直流接触器主要有CZ0系列，选用方法与交流接触器根本一样。〔二〕继电器的选择 1．电磁式继电器的选用 选用的根据主要是：被控制或被维护对象的特性、触点的种类、数量、控制电路的电压、电流、负载性质等要素。线圈电压、电流应满足控制线路的要求。假设控制电流超越继电器触点额定电流，可将触点并联运用，也可以采用触点串联运用方法来提高触头的分断才干。 2．时间继电器的选用 选用时应思索延时方式、延时范围、延时精度要求、外形尺寸、安装方式、价钱等要素。 常用的时间继电器有气囊式、电动式和晶体管式等，在延时要求精度不高，电源电压动摇大的场所，宜选用价钱较低的电磁式或气囊式时间继电器。当延时范围大，延时准确度要求高时，可选用电动式或晶体管式时间继电器。3．热继电器的选用 普通的电动机都应思索过载维护。 热继电器有两相式、三相式及三相带断相维护式等型式。对于星型接法的电动机及电源对称性好的情况可采用两相构造的热继电器。对于三角形接法的电动机或电源对称性不够好的情况那么应选用三相构造或带断相维护的三相构造热继电器。而在重要场所或容量较大的电动机，可选用半导体温度继电器进展过载维护。 热继电器发热元件额定电流，原那么上按被控制电动机的额定电流选取，并依次去选择发热元件编号和一定的调理范围。〔四〕熔断器选择

熔断器选择的主要内容是其类型、额定电压、熔断器额定电流等级与熔体额定电流。根据负载维护特性、短路电流大小、各类熔断器的适用范围来选用熔断器的类型。额定电压根据被维护电路的电压来选择的。 熔体额定电流是选择熔断器的关键，它与负载大小、负载性质亲密相关。对于负载平稳、无冲击电流，如照明、信号、电热水器可直接按负载额定电流选取。而对于像电动机一类有冲级电流负载，熔体额定电流可按下式计算值选取。 单台电动机长期任务

多台电动机长期共用一个熔断器维护

式中，为容量最大一台电动机的额定电流；是除容量最大的电动机之外，其他电动机额定电流之和。 轻载及起动时间短时，系数取1.5，起动负载较重及起动时间长，起动次数又多的情况，那么取2.5。 熔体额定电流的选择还要照顾到上下级维护的配合，以满足选择性维护的要求，使下一级熔断器的分断时间较上一级熔断器熔体的分断时间要小，否那么将发生越级动作，扩展停电范围。～第五节电气控制安装工艺设计

工艺设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和运用要求。在完成电器原理设计及电器元件选择后，就可以进展电气控制设备总体配置，既总装配图、总接线图设计，然后再设计各部分的电器装配图与接线图，并列出各部分的元件目录、进出线号以及主要资料清单等技术资料，最后编写运用阐明书。一、电气设备总体配置设计 各种电动机以及各类电器元件根据各自的作用，都有一定的装配位置。由于各种电器元件安装位置不同，在构成一个完好的自动控制系统时，必需划分组件，同时要处理组件之间，电器箱之间以及电器箱与被控制安装之间的连线问题。 划分组件的原那么是： 1〕功能类似的元件组合在一同 2〕尽能够减少组件之间的连线数量接线关系亲密的控制电器置于同一组件中 3〕强弱电控制器分别以减少干扰 4〕力求整齐美观 外形尺寸，分量近似的电器组合在一同。 5〕便于检查和调试 需经常调理、维护和易损元件组合在一同。 电气控制设备的各部分及组件之间的接线方式通常有： 1〕电器板、控制板、机床电器的进出线普通采用接线端子。 2〕被控制设备与电气箱之间采用多孔接插件，便于拆装、搬运。 3〕印刷电路板及弱电控制组件之间宜采用各种类型规范接插件。 电气设备总体配置设计义务是根据电气原理图的任务原理与控制要求，将控制系统划分为几个组成部分称为部件，根据电气设备的复杂程度，每一部分又可划成组件。要根据电气原理图的接线关系整理出各部分的进出线号，并调整他们之间的衔接方式。 总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图方式来表达的，图中应以表示方式反映出各部分主要部件的位置及各部分接线关系、走线方式及运用管线要求等。 总装配图、接线图是进展分部设计和协调各部分组成一个完好系统的根据。总体设计要使整个系统集中、紧凑，同时在场地允许条件下，对发热厉害，噪声振动大的电气部件，如电动机组，起动电阻箱等要尽量放在离操作者较远的地方或隔离起来，对于多工位加工的大型设备，应思索两地操作地能够。总电源紧急停顿控制应安放在方便且明显的位置。总体配置设计合理与否将影响到电气控制系统任务的可靠性，并关系到电气系统的制造、装配质量、调试、操作及维护能否方便。二、元件配置图的设计与绘制 电气元件布置图是某些电器元件按一定规那么的组合。电器元件布置图的设计根据是部件原理图〔总原理图的一部分〕。同一组件中电器元件的布置应留意： 1〕体积大和较重的电器元件应安装在电气板的下面，而发热元件应安装在电气板的上面. 2〕强电弱电分开并留意屏蔽，防止外界干扰。 3〕需求经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。 4〕电器元件的布置应思索整齐、美观、对称。外形尺寸与构造类似的电器安放在一同，以利加工、安装和配线。 5〕电器元件布置不宜过密，要留有一定间距，假设采用板前走线槽配线方式，应适当加大各排电器的间距，以利布线和维护。 各电器元件的位置确定以后，便可绘制电器布置图。布置图是根据电器元件的外形绘制，并标出各元件间距尺寸。每个电器元件的安装尺寸及其公差范围，应严厉按产品手册规范标注，作为底板加工根据，以保证各电器顺利安装。 在电器布置图设计中，还要根据本部件进出线的数量〔由部件原理图统计出来〕和采用导线规格，选择进出线方式，并选用适当接线端子板或接插件，按一定顺序标上进出线的接线号。三、电器部件接线图的绘制 电气部件接线图是根据部件电气原理及电气元件分布图绘制的。它是表示成套安装的连接关系，是电气安装与查线的根据。接线图应按以下要求绘制： 1〕接线图和接线表的绘制应符合GB6988中<电气制图接线图和接线表>的规定。 2〕电气元件按外形绘制，并与布置图一致，偏向不要太大。 3〕一切电气元件及其引线应标注与电器原理图中相一致的文字符号及接线号。原理图中的工程代号、端子号及导线号的编制分别应符合GB5094<电气技术中的工程代号>、GB4026<电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通那么>及GB4884<绝缘导线标志>等规定。 4〕与电气原理图不同，在接线图中同一电器元件的各个部分〔触头、线圈等〕必需画在一起。 5〕电气接线图一概采用细线条，走线方式有板前走线和板后走线两种，普通采用板前走线，对于简单电气控制部件，电气元件数量较少，接线关系不复杂，可直接画出元件间的连线。但对于复杂部件，电器元件数量多，接线较复杂的情况，普通是采用走线槽，只需在各电器元件上标出接线号，不用画出各元件间连线。 6〕接线图中应标出配线用的各种导线的型号，规格、截面积及颜色要求。 7〕部件的进出线除大截面导线外，都应经过接线板，不得直接进出。四、电气箱及非规范零件图的设计在电气控制比较简单时，控制电器可以附在消费机械内部，而在控制系统比较复杂，或消费环境及操作的需求时通常都带有单独的电器控制箱，以利制造、运用和维护。 电气控制箱设计要思索以下几方面问题： 1〕根据控制面板及箱内各电气部件的尺寸确定电气箱总体尺寸和构造方式、 2