电气第四章.ppt

1、电气控制基础，第4章电气控制系统设计，第4章电气控制系统设计，第1节电气控制系统设计的一般原则、基本内容和设计程序，第2节电气原理电路设计的方法和步骤，第3节电气控制电路设计主要参数的计算和元器件的选择，第4节电气控制装置的工艺设计，生产机械电气控制系统的设计，它包含两个基本内容：一是原理设计， 一是满足生产机械和工艺的各种控制要求，二是满足电气控制装置本身制造、使用和维护的工艺设计。 原理设计决定生产机械设备的合理性和先进性，工艺设计决定电气控制系统是否具有生产可行性、经济性、美观性、使用维护方便性等特点。因此，电气控制系统的设计应充分考虑两个方面。在掌握了典型的环节控制电路并具备分析一般电

2、气控制电路的能力后，设计人员应该能够从他人那里得出推论，为受控的生产机械设计电气控制系统，并提供一套完整的技术数据。本章讨论了电气控制系统的设计过程和常见的设计问题。第四章是电气控制系统的设计，第一节是电气控制系统设计的一般原则、基本内容和设计程序，第一节是电气控制系统设计的一般原则。电气控制系统的设计依据主要来自生产机械和生产工艺的要求。2.设计方案应该合理。在满足控制要求的前提下，设计方案应简单、经济、便于操作和维护，不应盲目追求高指标和自动化。3机械设计和电气设计应相互配合。许多生产机器使用机电组合控制来满足控制要求。因此，有必要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处

3、理好机电之间的关系。确保控制系统安全可靠地工作。电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求，在设备制造、使用和维护过程中设计和编制必要的图纸和数据。图纸包括电气原理图、电气系统部件划分图、部件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、电气部件安装底板图和非标准件加工图等。此外，还应编制采购零件目录、单项材料消耗清单、设备说明书等书面材料。电气控制系统设计的内容主要包括两部分：原理设计和工艺设计。原则设计内容(1)起草电气设计任务书。(2)确定电驱动方案，选择电机。(3)设计电气控制原理图，计算主要技术参数。(4)选择电气部件，并列出详细的部件清单。(5)编写设计规范。2.工艺设计内容(1)设计电

4、气总平面布置图、总安装图和总接线图。(2)设计装配布局、安装和接线图。(3)设计电气箱、控制台和非标准部件。(4)列出组件。(5)准备操作和维护说明。2.电气控制系统设计的基本任务和内容。起草设计任务书是整个电气控制系统的设计依据和设备竣工验收的依据。由技术领导部、设备使用部和任务设计部共同完成。电气控制系统设计任务书主要包括以下内容：(1)设备名称、用途、基本结构、动作要求和工艺介绍。(2)电驱动的方式和控制要求。(3)联锁和保护要求。(4)自动化程度、稳定性和抗干扰要求。(5)操作台、照明、信号指示和报警方式的要求。(6)设备验收标准。(7)其他要求。2.电气传动方案的确定电气传动方案的选

5、择是试验之一电气控制系统设计、电气驱动方案的一般步骤：(1)驱动方式的选择：电气驱动方式、独立驱动？专注于拖拉？(2)调速方案的选择：大型、重型设备的主运动和进给运动应尽可能采用无级调速，有利于简化机械结构和降低成本；为了保证精密机械设备的加工精度，还应采用无级调速；对于一般中小型设备，当无特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机。(3)电机的调速性能应适应具有负载特性的恒功率负载？恒定扭矩负载？在选择电机调速方案时，电机的调速特性应与生产机械的负载特性相适应，使电机得到充分合理的应用。3.选择拖动电机的基本原则(1)根据生产机械的调速要求选择电机类型。(2)工作过程中应充分利用

6、电机容量。(3)根据工作环境选择电机的结构类型。4.选择控制模式控制模式应满足拖动方案的控制要求。随着现代电气技术的飞速发展，生产机械电气传动的控制方式已经从传统的继电器接触器控制发展到可编程控制器控制、数控控制、计算机网络控制等。在经济安全的前提下，控制方式的选择应最大限度地满足工艺要求。5.设计电气控制原理图，合理选择元器件，编制元器件清单。6.设计电气设备的各种施工图。7.编写设计说明和操作说明。1.电气控制原理电路的基本设计方法电气控制原理电路的设计方法包括分析设计方法和逻辑设计方法。1.分析和设计方法分析和设计方法是根据生产过程的要求选择合适的基本控制环节(单元电路)，或根据其联锁条

7、件将成熟的电路组合起来，经过补充和修改后集成为满足控制要求的完整电路。当没有现成的典型环节时，可以根据控制要求进行分析和设计。优点是设计方法简单，没有固定的设计程序。它是在掌握各种电气控制电路的基本环节的基础上进行的，具有一定的阅读和分析电气控制电路的能力，便于初学者掌握。它广泛应用于电气设计。缺点是设计的方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不充分时，会影响线路工作的可靠性。第二部分，电气控制原理电路设计的方法和步骤。逻辑设计法利用逻辑代数设计电路，将控制电路中接触器和继电器线圈的通电和断电、触点的闭合和断开、主电器的接通和断开作为逻辑变量，根据控制要求用逻辑关系表示它们之间的关系，然后简化

8、成相应的电路图。逻辑设计方法的优点是可以获得理想的、经济的方案。然而，这种方法很难设计，整个设计过程很复杂，并且涉及到一些新概念。因此，在常规设计中很少单独使用。电气原理图设计的基本步骤(1)根据确定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图。(2)设计原理框图中各部分的具体电路。在设计过程中，主电路、控制电路、辅助电路、联锁和保护以及一般检查应按反复修改和改进的顺序进行。(3)绘制总示意图。(4)适当选择电气元件，并列出详细的元件清单。原理图设计的一般要求。电气控制原理应符合工艺要求。在设计之前，必须充分了解生产机械的工作性能、结构特点和实际加工条件对于复杂的控制电路，应采用控制电源变压器将控制

9、电压降至110伏或48伏或24伏.该方案有利于电气元件的维护、运行和可靠运行。220伏或110伏DC电源常被用来给经常运行的DC输电控制电路供电。DC电磁铁和电磁离合器的控制电路通常由24V DC电源供电。交流控制电路的电压必须是下列指定电压中的一个或多个：6V、24V、48V、110V(优选值)、220V、380V和50Hz。DC控制电路的电压必须是下列规定电压中的一个或多个：6V、12V、24V、48V、110V和220V。(1)电气元件的运行应稳定可靠，满足使用环境条件，动作时间的协调不会造成竞争。在复杂的控制电路中，在某一控制信号的作用下，电路从一种稳定状态变为另一种稳定状态，几个电气

10、元件的状态往往同时发生变化。考虑到电气元件总是有一定的动作时间，对于时序电路，将获得几种不同的输出状态。这种现象被称为电路的“竞争”。至于开关电路，由于电气元件的释放延迟效应，开关元件也有可能不按照所需的逻辑功能输出，这被称为“冒险”。“竞争”和“风险”都会导致控制电路无法按要求运行。当电气元件的动作时间可能影响控制电路的动作时，需要通过一种能准确反映元件动作时间及其相互配合的方法(如时间图法)来准确分析动作时间，以保证电路的正常运行。3.为保证电气控制电路的可靠性和安全性，电气元件的图形符号应符合GB4728的规定，绘制时应合理布局。例如，主电路一般布置在左侧或上方，控制电路或辅助电路布置在

11、右侧或下方，元件目录布置在标题上方。在实际连接中，应注意以下几点：(2)电气元件的线圈与触头之间的连接应符合相关国家标准。正确连接电气线圈。交流电压线圈不能串联使用，即使是两个同类型的电压线圈也不能串联后接至两倍于线圈额定电压的交流电源，以避免因电压分布不均匀而导致工作不可靠。*在DC控制电路中，具有大电感的电气线圈，如电磁阀、电磁铁或DC电机励磁线圈，不应与相同电压水平的接触器或中间继电器并联使用。如图所示，当触点KM断开时，在电磁体YA的线圈两端产生大的感应电动势，该感应电动势施加到中间继电器KA的线圈，导致KA的误操作。因此，放电电阻r并联在YA线圈的两端，KM常开触点串联在KA支路，可

12、以可靠地工作，如图b)。合理安排电气元件和触点的位置。对于串联电路，当电气元件或触点的位置互换时，不影响其工作原理，但在实际运行中，会影响电路的安全性，并与导线的长度有关，如图一)，连接不安全，浪费导线。由于行程开关SQ的常开触点和常闭触点非常接近，当触点断开时，电弧可能导致电源短路，这是非常不安全的，这种连接SQ需要引出四根导线，这是不合理的。图b)所示的连接是合理的，只需要引出三根电线。来防止寄生电路。寄生电路是指在控制电路运行过程中，不是由误操作引起的意外接通电路。该图显示了带有指示灯和过载保护的电机正反转控制电路。正常运行时，可完成正反转启动、停止和信号指示。然而，当FR动作断开时，出

13、现图中虚线所示的寄生电路，使接触器KM1不能可靠地释放，不能得到过载保护。如果FR触点位置移动到，可以避免寄生电路当使用小容量继电器触点断开或连接电路中的大容量接触器线圈时，有必要分析触点容量的大小。如果不够，必须增加继电器容量或增加中间继电器，否则工作不可靠。4、在事故发生时应有必要的保护环节控制电路，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地阻止事故的扩大。因此，控制电路应采取一定的保护措施，必要时可设置相应的指示信号。5.操作和维护方便控制电路应从操作人员和维护人员的工作入手，力求操作简单，维护方便。6.在满足工艺要求的前提下，控制电路应简单、经济。尽量选择标准的电气控制环节

14、和电路，减少电器数量，采用标准部件，尽可能选择同类型的电器。1.异步电动机1起动和制动电阻的计算。三相绕线式转子异步电动机起动电阻的计算为了减小起动电流、增大起动转矩并获得一定的调速范围，绕线式异步电动机通常采用转子串联电阻降压的起动方法，因此需要确定外部电阻的级数和大小。电阻级数越多，转矩波动越小，控制电路越复杂。通常，可以根据表4-2选择电阻系列。以下描述了平衡短路电阻器电阻值的计算。起动电阻级数确定后，转子绕组中各相串联的电阻值可由下式计算：(1)计算电控电路设计第三节的主要参数，其中n为各级起动电阻的序号，n=1，代表第一级，即第一短路电阻；m是起始电阻系列；k是一个常数；r是最后一个

15、短路级的电阻值。其中s是电机的额定转差率；E2是正常运行期间电机转子电压(v)；I2是正常运行期间电机转子电流(a)。各相启动电阻的功率为：0，I2s为转子启动电流(A)，取I2S1.5I2r是每相的串联电阻()。2.笼型异步电动机反向制动电阻的计算。反向制动时，估算三相定子回路各相的限流电阻R:其中U为电机定子绕组的相电压(V)；Is是全电压起动电流(a)；k为系数，当最大反向制动电流为k0.13时，取综管系统弯头；当im为0.5is时，取k1.5，k，r计算：反接制动时，如果两相定子绕组中只有限流电阻串联，则所选电阻值为上述计算值的1.5倍。制动电阻的功率为：其中in为电机额定电流；r是每

16、个串联连接的限流电阻值。根据制动频率，适当选择前系数。2.笼型异步电动机能耗制动参数，1。能耗制动DC电流和电压的计算DC电流越大，制动效果越好，但过大的电流会导致绕组发热，能耗增加，磁饱和后制动力矩提高不明显。通常，制动DC电流Id按下式计算，或I0为电机空载电流；输入是电机的额定电流。制动时，DC电压Ud为：R为两相串联定子绕组的冷阻；2.整流变压器参数计算(1)变压器二次交流电压(2)变压器容量。由于变压器仅在能耗制动期间工作，因此允许容量小于长期运行期间的容量。根据制动频率，取计算容量的0.250.5倍。第三，控制变压器的选择控制变压器通常用于降低控制电路或辅助电路的电压，以确保控制电路的安全和可靠性。选择控制变压器的原则如下：(1)控制变压器的一、二次侧电压应符合交流电源电压、控制电路电压和辅助电路电压的要求k为K0.7-0.8；当l/ln为0.5-0.8时；当升/降=0.85-0.9时，k为0.85-0.95；当l/ln高于0.9时，K=1。当满足上述公式时，可以保证电气元件的正常运行。系数0.25和0.125为经验数据，当电磁铁额定行程小于15毫米，额定吸力小于15n时，系数0.125修正为0.25。系数0.6意味着当电压下降到60%时，被