电气控制系统设计课件

第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.1电气控制设计的原则和内容3.2电力拖动方案的确定和电动机的选择3.3电气控制电路设计的一般要求3.4电气控制电路设计的方法与步骤3.5常用控制电气的选择3.6电气控制的施工设计与施工 目录3.1电气控制设计的原则和内容目录1第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计本章要点电气原理图设计电气工艺设计本章难点电气原理图设计本章主要讲述为满足生产机械及工艺要求进行的电气控制线路设计，和为满足电气控制装置的制造、使用、运行、维修需要而进行的生产施工设计的一般方法。本章要点2第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.1.1电气控制设计的原则电气控制设计的原则包括以下几项。电气控制设计的原则包括以下几项。(1)最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。(2)在满足要求的前提下，使控制系统简单、经济、合理、便于操作、维修方便、安全可靠。(3)电气元件选用合理、正确，使系统能正常工作。(4)为适应工艺的改进，设备能力应留有裕量。3.1.1电气控制设计的原则3第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.1.2电气控制设计的基本内容1电气原理图设计内容电气原理图设计内容(1)拟定电气设计任务书。(2)选择电力拖动方案和控制方式。(3)确定电动机的类型、型号、容量、转速。(4)设计电气控制原理图。(5)选择电气元件及清单。(6)编写设计计算说明书。3.1.2电气控制设计的基本内容4第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计2电气工艺设计内容电气工艺设计内容(1)设计电气设备的总体配置，绘制总装配图和总接线图。(2)绘制各组件电气元件布置图与安装接线图，标明安装方式、接线方式。(3)编写使用维护说明书。2电气工艺设计内容5第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计确定电力拖动方案时，首先应根据机床工艺要求及结构来选择电力拖动方式，确定电动机的数量，然后根据机床各运动机构要求的调速范围来选择调速方案，使电动机能得到充分合理的利用。3.2 电力拖动方案的确定和电动机的选择确定电力拖动方案时，首先应根据机床工艺要求及结构来选择电力拖6第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.2.1电力拖动方案的确定1拖动方式的选择拖动方式的选择2调速方案的选择调速方案的选择(1)重型或大型设备的主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速。(2)精密机械设备如坐标镗床、精密磨床、数控机床等，为了保证加工精度，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。(3)一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型感应电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为简化结构，扩大调速范围，也可采用双速或多速笼型感应电动机。3电动机调速性质应与负载特性相适应3.2.1电力拖动方案的确定1拖动方式的选择7第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.2.2拖动电动机的选择1根据生产机械调速要求选择电动机种类根据生产机械调速要求选择电动机种类(1)不需调速的机械应首先考虑采用感应电动机。(2)对于周期性波动负载的长期工作机械，为消平尖峰负载，一般采用电动机带飞轮工作，这时应考虑启动条件和充分利用飞轮的作用可采用绕线转子感应电动机。(3)需要补偿电网功率因数及稳定的工作速度时，应优先考虑采用同步电动机。(4)对于只需几种速度，但不要求调速的生产机械，选用多速感应电动机。(5)要求大的启动转矩和恒功率调速时，常选用直流串励电动机，如电车、牵引车等。3.2.2拖动电动机的选择1根据生产机械调速要求选择电动8第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.2.2拖动电动机的选择(6)对启动、调速及制动要求较高的机械，常选用直流电动机或带调速装置的感应电动机。(7)对于要求调速范围大的场合，常采用机械与电气联合调速。3.2.2拖动电动机的选择(6)对启动、调速及制动要求较9第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.2.2拖动电动机的选择2根据工作环境选择电动机结构形式根据工作环境选择电动机结构形式(1)在正常环境条件下，一般采用防护式电动机；在人员及设备安全有保证的前提下，也可采用开启式电动机。(2)在空气中存在较多粉尘的场所，宜用封闭式电动机。(3)在湿热带地区或比较潮湿的场所，应尽量选用湿热带型电动机，若用普通型电动机，应采取相应的防潮措施。(4)在露天场所，宜选用户外型电动机，若有防护措施的也可采用封闭型或防护型电动机。(5)在高温车间，应根据周围环境温度，选用相应绝缘等级的电动机，并加强通风，改善电动机的工作条件，提高电动机的工作容量。(6)在有爆炸危险及有腐蚀性气体的场所，应相应地选用隔爆型及防腐型电动机。3.2.2拖动电动机的选择2根据工作环境选择电动机结构形10第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3电动机额定转速的选择电动机额定转速的选择对于额定功率相同的电动机，额定转速越高的电动机成本越小，越经济，但电动机转速越高，传动机构转速比越大，传动机构越复杂。因此，应综合考虑电动机的工作特点及生产机械结构两方面多种因素来确定电动机的额定转速。4电动机额定电压的选择电动机额定电压的选择电动机额定电压应与供电电源电压相一致。5电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择依据生产实践验证，选择电动机容量时，电动机的额定功率一般比拖动的机械所需之功率大10%左右为宜。3.2.2拖动电动机的选择3电动机额定转速的选择3.2.2拖动电动机的选择11第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.3电气控制电路设计的一般要求1电气控制应最大限度满足生产机械加工工艺要求电气控制应最大限度满足生产机械加工工艺要求在设计之前，必须与机械设计人员充分沟通，应对生产机械的工作性能、结构特点和加工工艺过程有充分的了解；并对同类或接近产品进行调研、分析和综合；然后提出控制方案，考虑控制方式、启动、制动、反向及调速的要求，设置必要的联锁与保护，以便最大限度地满足生产机械加工工艺的要求。3.3电气控制电路设计的一般要求1电气控制应最大限度满足12第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计2对控制电路电流、电压的要求对控制电路电流、电压的要求应选择标准的控制电压等级，尽量减少控制电路中电压、电流的种类。3控制电路力求简单、经济控制电路力求简单、经济1)尽量缩短连接导线的长度与导线数量2对控制电路电流、电压的要求13第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计2)尽量减少电气元件的品种、数量和规格3)尽量减少电气元件触点的数目4)尽量减少通电电器的数目2)尽量减少电气元件的品种、数量和规格14第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计4确保控制电路工作的安全与可靠确保控制电路工作的安全与可靠1)正确连接电器的线圈4确保控制电路工作的安全与可靠15第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计2)正确连接电器元件的触点3)防止寄生电路2)正确连接电器元件的触点16第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计4)在控制电路中控制触点应合理布置5)考虑触点的接通与分断能力6)避免触点“竞争”、“冒险”现象7)采用电气互锁与机械互锁的双重互锁4)在控制电路中控制触点应合理布置17第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.4.1电气控制电路设计方法简介分析设计法：根据生产工艺的要求，选择一些成熟的典型基本环节来实现这些基本要求，而后再逐步完善其功能，并适当配置联锁和保护等环节，使其组合成一个整体，成为满足控制要求的完整电路。逻辑设计法：利用逻辑代数这一数学工具设计电气控制电路。在继电接触器控制电路中，把表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量，把表示继电器接触器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输入、输出逻辑变量之间的相互关系称为逻辑函数关系，这种相互关系表明了电气控制电路的结构。所以，根据控制要求，将这些逻辑变量关系写出其逻辑函数关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，然后根据化简了的逻辑关系式画出相应的电路结构图，最后再做进一步的检查和优化，以期获得较为完善的设计方案。3.4.1电气控制电路设计方法简介18第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.4.2分析设计法的基本步骤(1)按工艺要求提出的启动、制动、反向和调速等要求设计主电路。(2)根据所设计出的主电路，设计控制电路的基本环节，即满足设计要求的启动、制动、反向和调速等的基本控制环节。(3)根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，确定控制参量并设计控制电路的特殊环节。(4)分析电路工作中可能出现的故障，加入必要的保护环节。(5)综合审查，仔细检查电气控制电路动作是否正确，关键环节可做必要实验，进一步完善和简化电路。3.4.2分析设计法的基本步骤19第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.4.3分析设计法设计举例图4.9送料小车动作示意图有一送料小车，如图4.9所示，电动机的技术数据为Y180L-。额定功率为7.5 kW、额定转速为1 470 r/min、额定电压为AC380 V。额定电流为13.5 A。要求动作程序如下。(1)小车从甲地启动后，运行至乙地能自动停止，停留t1时间装料后自动返回。(2)小车返回至甲地能自动停止，停留t2时间卸料后又自动启动。(3)小车经过乙地不停止，运行至丙地又自动停止，停留t3时间，装另一种料后自动返回。3.4.3分析设计法设计举例20第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计(4)小车返回经过乙地不停止，返回到甲地后自动停止，完成了一个工作循环；在甲地停留t2时间，卸料后又自动启动，小车运行至乙地自动停止。以后又按上述过程自动循环下去。(4)小车返回经过乙地不停止，返回到甲地后自动停止，完成了21第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计1控制线路原理控制线路原理图设计图设计1)主电路根据控制要求可将主电路设计成带断电抱闸制动的正反转控制，如图所示。1控制线路原理图设计22第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计2)控制电路2)控制电路23第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计2元器件的选择元器件的选择符号名称型号规格数量M1三相异步电动机Y180L-47.5 kW，380 V，13.5 A，1 470 r/min1KM1，KM2交流接触器CJ20-2520 A，线圈电压220 V2FR1热继电器JR16-20热元件的额定电流为16 A1KT1，KT2，KT3时间继电器JS-20线圈电压220 V3KV电压继电器线圈电压220 V1SQ1，SQ2，SQ3行程开关LX19-111线圈电压220 V3SB1，SB3，SB4控制按钮LA-11D5 A，绿色3SB2控制按钮LA-11DJ5 A，红色1QS电源开关H33-15/3三极，15 A1FU1熔断器电压开关自带，15 A1FU2熔断器RC1-15500 V，熔体2 A1KA中间继电器JZ7-44线圈电压220 V12元器件的选择符号名称型号规格数量M124第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3绘制电气元件布置图和电气安装接线图绘制电气元件布置图和电气安装接线图1)电气元件布置图3绘制电气元件布置图和电气安装接线图25第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计2)电气安装接线图2)电气安装接线图26第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.5常用控制电气的选择3.5.1接触器的选择1接触器的类型选择：直流、交流接触器的类型选择：直流、交流2接触器的使用类别选择：负载类型接触器的使用类别选择：负载类型3额定电压的选择额定电压的选择4额定电流的选择额定电流的选择5吸引线圈的额定电压吸引线圈的额定电压3.5.2电磁式继电器的选择1电磁式电压继电器的选择：额定、动作电磁式电压继电器的选择：额定、动作2电磁式电流继电器的选择：额定、动作电磁式电流继电器的选择：额定、动作3电磁式中间继电器的选择：电磁式中间继电器的选择：1线圈电流类型和电压等级线圈电流类型和电压等级 2触点种类、数量及容量触点种类、数量及容量3.5常用控制电气的选择3.5.1接触器的选择27第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.5.3热继电器的选择1热继电器结构形式的选择：二相、三相热继电器结构形式的选择：二相、三相2热继电器额定电流的选择：电机工作情况热继电器额定电流的选择：电机工作情况3.5.4时间继电器的选择(1)电流种类和电压等级：应与控制电路一致。(2)延时方式：根据控制电路的要求选择通电延时型或断电延时型。(3)触点形式和数量：根据控制电路的要求选择触点形式及数量。(4)延时精度：根据控制电路的要求选择，延时精度要求不高的场合可选择空气阻尼式的时间继电器；延时精度要求高的场合可选择电动式或电子式的时间继电器。(5)延时时间：应能满足控制要求。(6)操作频率：不宜过高，否则影响寿命，甚至会导致动作失调。3.5.3热继电器的选择28第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.5.5熔断器的选择1一般熔断器的选择一般熔断器的选择熔断器的类型应根据电路要求、使用场合及安装条件来选择，其保护特性应与被保护对象的过载能力相匹配。同时，熔断器的极限分断能力应大于或等于所保护电路可能出现的短路电流值，这样才能得到可靠的短路保护。2快速熔断器的选择快速熔断器的选择(1)快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压。(2)快速熔断器的额定电流应大于或等于内部熔体的额定电流。3.5.5熔断器的选择29第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.5.6开关电器的选择1刀开关的选择刀开关的选择(1)根据刀开关在线路中的作用（隔断电源、分断负载）和安装位置选择其结构型式。(2)根据线路电压和电流来选择。(3)刀开关的极数应与所在电路的极数相同。2组合开关的选择组合开关的选择(1)组合开关主要根据电源种类、电压等级、所需触点数及电动机容量来选择。(2)组合开关不能用来分断故障电流。(3)组合开关的操作频率不宜太高。(4)对用于控制电动机可逆运行的组合开关，必须在电动机完全停止转动后才允许反方向接通。(5)组合开关本身不具备过载、短路和欠电压保护。3.5.6开关电器的选择30第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3低压断路器的选择低压断路器的选择低压断路器的选用原则如下。(1)断路器的额定电压和额定电流应大于或等于电路的正常工作电压和电流。(2)断路器的极限通断能力应大于或等于电路的最大短路电流。(3)欠电压脱扣器的整定电压应等于电路的额定电压。(4)热脱扣器的整定电流应等于电路的额定电流。(5)对保护笼型感应电动机，断路器的电磁脱扣器(过电流脱扣器)的瞬时脱扣整定电流为815倍电动机额定电流，而保护绕线式电动机时为36倍。3低压断路器的选择31第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.6电气控制的施工设计与施工3.6.1电气设备总体配置设计总体配置设计是以电气控制的总装配图与总接线图的形式表达出来的，图中是用示意方式反映各部分主要组件的位置和各部分的接线关系、走线方式及使用管线要求。3.6.2电气元器件布置图的设计电柜内的电器可按下述原则布置。(1)体积大或较重的电器应置于控制柜下方。(2)发热元件安装在柜的上方，并将发热元件与感温元件隔开。(3)强电弱电应分开，弱电部分应加屏蔽隔离，以防强电及外界的干扰。(4)电器的布置应考虑整齐、美观、对称。(5)电气元器件间应留有一定间距，以利布线、接线、维修和调整操作。(6)接线座的布置：用于相邻柜间连接用的接线座应布置在柜的两侧；用于与柜外电气元件连接的接线座应布置在柜的下部，且不得低于200 mm。3.6电气控制的施工设计与施工3.6.1电气设备总体配置32第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.6.3电气控制装置接线图的绘制(1)接线图的绘制应符合GB6988.31997的规定。(2)电气元器件相对位置与实际安装相对位置一致。(3)接线图中同一电气元件中各带电部件，如线圈、触点等的绘制采用集中表示法，且在一个细实线方框内。(4)所有电气元件的文字符号及其接线端钮的线号标注均与电气控制电路图完全相符。(5)电气接线图一律采用细实线绘制。(6)接线图中应标明连接导线的型号、规格、截面积及颜色。3.6.3电气控制装置接线图的绘制33第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.6.4电力装备的施工1电气控制柜内的配线施工电气控制柜内的配线施工(1)不同性质与作用的电路选用不同颜色导线。(2)所有导线中间不许有接头。2电柜外部配线电柜外部配线(1)所用导线皆为中间无接头的绝缘多股硬导线。(2)电柜外部的全部导线一律都要安放在导线通道内。3导线截面积的选用导线截面积的选用导线截面积应按正常工作条件下流过的最大稳定电流来选择，并考虑环境条件。3.6.4电力装备的施工34第第3章章 电气控制系统设计电气控制系统设计3.6.5检查、调整与试运行(1)检查接线图。(2)检查电气元件，对照电气元件明细表。(3)检查接线是否正确。1.(4)进行绝缘试验。(5)检查、调整电路动作的正确性。3.6.5检查、调整与试运行35