第2章电气控制基本电路电气控制线路的简单设计方法和元器件的选择 2 3 1电气控制线路设计的主要内容2 3 2电气控制线路的设计2 3 3常用电器元件的选择 本节介绍 继电接触器电控线路设计方法 包括设计内容 一般程序 设计原则 设计方法和步骤 电控系统的安装 调试方法 2 3 1设计的主要内容基本任务 根据控制要求 设计 编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸 资料 包括电气原理图 元件布置图 电气安装接线图 电气箱图及控制面板等 编制外购件目录 单台消耗清单 设备说明书等资料 设计 原理设计 工艺设计 以电力拖动控制系统为例说明 一原理设计内容 1 拟定电气设计任务书 技术条件 2 确定电力拖动方案 电气传动形式 及控制方案 3 选择电动机 包括类型 电压等级 容量及转速 并选择出具体型号 4 设计电气控制原理框图 包括主电路 控制电路和辅助控制电路 确定各部分间关系 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 选择电器元件 制定电机和电器元件明细表 以及装置易损件及备用件清单 7 编写设计说明书 二工艺设计内容主要目的 便于组织电气控制装置的制造 实现所要求的各项技术指标 为设备使用 维修提供必要的图纸资料 主要内容 1 根据原理图及选定的电器元件 设计电气设备的总体配置 绘制系统的总装配图及总接线图 2 按照电气原理框图或划分的组件 对总原理图编号 绘制各组件原理电路图 列出元件目录表 标出各组件进出线号 3 根据各组件原理电路及选定元件目录表 设计各组件装配图 包括电器元件布置图和安装图 接线图 4 根据组件安装要求 绘制零件图纸 并标明技术要求 5 设计电气箱 根据组件尺寸及安装要求 确定电气箱结构与外形尺寸 6 根据总原理图 总装配图及各组件原理图等资料 进行汇总 分别列出外购件清单 标准件清单以及主要材料消耗定额 7 编写使用说明书 实际操作时 根据总体技术要求和系统复杂程度 对上述步骤适当调整 2 3 2电气控制线路的设计一 设计的基本原则在电力拖动方案和控制方案确定后 即可着手进行电控线路具体设计 电控系统设计一般应遵循以下原则 1 最大限度满足生产机械和工艺对电控系统的要求首先弄清设备需满足的生产工艺要求 对设备工作情况作全面了解 深入现场调研 收集资料 结合技术人员及现场操作人员经验 作为设计基础 2 在满足生产工艺要求前提下 力求使控制线路简单 经济 1 尽量选用标准电器元件 减少电器元件数量 选用同型号电器元件以减少备用品数量 2 尽量选用标准的 常用的或经过实践考验的典型环节或基本电控线路 3 尽量减少不必要的触点 以简化线路 在满足工艺要求前提下 元件越少 触点数量越少 线路越简单 可提高工作可靠性 降低故障率 常用减少触点数目的方法 合并同类触点 见图1示 利用转换触点方式 见图2示 图1同类触点合并图2具有转换触点的中间继电器的应用 利用二极管的单向导电性减少触点数目 见图3示 利用逻辑代数的方法减少触点数目 如图4 a 示 图3利用二极管简化控制电路图4利用逻辑代数减少触点 4 尽量缩短连接导线的数量和长度设计时 应根据实际情况 合理考虑并安排电气设备和元件的位置及实际连线 使连接导线数量最少 长度最短 图5中 图 a 接线不合理 从电气柜到操作台需4根导线 图 b 接线合理 从电气柜到操作台只需3根导线 图5线路的合理连接 注意 同一电器的不同触点在线路中应尽可能具有公共连接线 以减少导线段数和缩短导线长度 如图6示 图6节省连接导线的方法 3 保证电控线路工作可靠最主要的是选择可靠的电器元件 同时 设计时要注意几点 1 正确连接电器元件的触点 图8触点的正确连接 同一电器元件的常开和常闭触点靠得很近 如果分别接在电源不同相上 当触点断开产生电弧时 可能在两触点间形成飞弧造成电源短路 图8 a 中SQ的接法错误 应改成图8 b 形式 2 正确连接电器线圈在交流线路中 即使外加电压是两个线圈额定电压之和 也不允许两个电器元件的线圈串联 如图9 a 示 若需两个电器同时工作 其线圈应并联连接 如图9 b 示 图9线圈的正确连接 3 避免出现寄生电路线路工作时 发生意外接通的电路称为寄生电路 寄生电路破坏电器元件和控制线路的工作顺序或造成误动作 见图11 a 解决办法 将指示灯与其相应的接触器线圈并联 如图11 b 示 图1l防止寄生电路 KM1 KM2 KM1 4 应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一电器的现象 5 在可逆线路中 正反向接触器间要有电气联锁和机械联锁 6 线路应能适应所在电网的情况 并据此决定电动机起动方式是直接起动还是间接起动 7 应充分考虑继电器触点的接通和分断能力 若要增加接通能力 可用多触点并联 若要增加分断能力 可用多触点串联 4 保证电控线路工作的安全性应有完善的保护环节 保证设备安全运行 常用有短路 过流 过载 失压 弱磁 超速 极限保护等 1 短路保护强大的短路电流容易引起各种电气设备和元件的绝缘损坏及机械损坏 因此 短路时应迅速可靠地切断电源 采用熔断器作短路保护的电路见图12 也可用断路器 自动开关 作短路保护 兼有过载保护功能 图12熔断器短路保护 2 过电流保护不正确的启动和过大的负载引起电动机很大的过电流 过大的冲击负载引起电动机过大的冲击电流 损坏电动机换向器 过大的电动机转矩使生产机械的机械传动部分受到损坏 采用过电流继电器的保护电路见图13 a 用于笼型电动机直接启动的过流保护见图13 b 图13过电流保护 3 过载保护电动机长期过载运行 其绕组温升将超过允许值 损坏电动机 多采用具有反时限特性的热继电器进行保护 同时装有熔断器或过流继电器配合使用 图 a 适于三相均衡过载的保护 图 b 适于任一相断线或三相均衡过载的保护 图 c 为三相保护 能可靠地保护电动机的各种过载 图14过载保护 4 失压保护防止电压恢复时电动机自行起动的保护称为失压保护 通过并联在启动按钮上接触器的常开触点 图15 实现失压保护 图15失压保护 5 应使操作 维护 检修方便具体安装与配线时 电器元件应留备用触点 必要时留备用元件 为检修方便 应设置电气隔离 避免带电检修 为调试方便 控制应简单 能迅速实现从一种方式到另一种方式的转换 设置多点控制 便于在生产机械旁调试 操作回路较多时 如要求正反转并调速 应采用主令控制器 不要用许多按钮 二 电气控制线路设计的基本规律设计程序 1 拟定设计任务书设计任务书是整个系统设计的依据 拟定时 应聚集电气 机械工艺 机械结构三方面设计人员 根据机械设备总体技术要求 共同商讨 任务书应简要说明所设计设备的型号 用途 工艺过程 技术性能 传动要求 工作条件 使用环境等 还应说明 1 控制精度 生产效率要求 2 有关电力拖动的基本特性 如电动机的数量 用途 负载特性 调速范围以及对反向 起动和制动的要求等 3 用户供电系统的电源种类 电压等级 频率及容量等要求 4 有关电气控制的特性 如自动控制的电气保护 联锁条件 动作程序等 5 其他要求 如主要电气设备的布置草图 照明 信号指示 报警方式等 6 目标成本及经费限额 7 验收标准及方式 2 电力拖动方案与控制方式选择根据生产工艺要求 生产机械结构 运动部件数量 运动要求 负载特性 调速要求以及投资额等条件 确定电动机的类型 数量 拖动方式 拟定电动机的启动 运行 调速 转向 制动等控制要求 作为电气原理图设计及电器元件选择的依据 3 电动机的选择根据拖动方案 选择电动机的类型 数量 结构形式以及容量 额定电压 额定转速等 基本原则 1 电动机机械特性应满足生产机械要求 与负载特性相适应 保证运行稳定性 有一定调速范围与良好的起 制动性能 2 结构形式应满足设计提出的安装要求 适应周围环境 3 根据负载和工作方式 正确选择电动机容量 4 电动机电压 应根据使用地点的电源电压来决定 5 在无特殊要求的场合 一般采用交流电动机 4 电气控制方案的确定综合考虑各方案的性能 设备投资 使用周期 维护检修 发展等因素 主要原则 1 自动化程度与国情相适应 2 控制方式应与设备的通用及专用化相适应对工作程序固定的专用设备 可采用继电接触器控制系统 对要求较复杂的控制对象或要求经常变换工序和加工对象的设备 可采用可编程序控制器控制系统 3 控制方式随控制过程的复杂程度而变化根据控制要求及控制过程的复杂程度 可采用分散控制或集中控制方案 但各单机的控制方式和基本控制环节应尽量一致 以简化设计和制造过程 4 控制系统的工作方式 应在经济 安全的前提下 最大限度地满足工艺要求 5 设计电气原理图并合理选择元器件 编制元器件目录清单 6 设计制造 安装 调试所必须的各种施工图纸 并以此为依据编制各种材料定额清单 7 编写说明书 三 电气控制线路的设计步骤和方法常用方法 经验设计法 逻辑设计法 1 经验设计法又称为一般设计法 分析设计法 根据生产机械工艺要求和生产过程 选择适当的基本环节 单元电路 或典型电路综合而成 要求设计人员必须熟悉和掌握大量的基本环节和典型电路 具有丰富的实际设计经验 适用于不太复杂的 继电接触式 电气控制线路设计 1 基本步骤 主电路设计 主要考虑电动机的起动 点动 正反转 制动和调速 控制电路设计 包括基本控制线路和特殊部分的设计 以及选择控制参量和确定控制原则 联结各单元环节 构成满足整机生产工艺要求的控制电路 联锁保护环节设计 主要考虑如何完善整个控制线路的设计 包含各种联锁环节以及短路 过载 过流 失压等保护 线路的综合审查 反复审查所设计的线路是否满足设计原则和生产工艺要求 在条件允许情况下 进行模拟实验 逐步完善设计 直至满足要求 2 基本方法 根据生产机械工艺要求和工作过程 适当选用已有典型基本环节 将它们有机地组合起来 加以适当补充和修改 综合成所需线路 若无合适的典型环节 则根据机械工艺要求和生产过程自行设计 边分析边画图 将输入主令信号适当转换 得到执行元件所需的工作信号 随时增减电器元件和触点 满足给定的工作条件 3 经验设计法举例以皮带运输机为例 一种连续平移运输机械 常用于粮库 矿山等的生产流水线上 将粮食 矿石等从一个地方运到另一个地方 一般由多条皮带机组成 可以改变运输的方向和斜度 属长期工作制 不需调速 无特殊要求 也不需反转 拖动电机多采用笼型异步电动机 若考虑事故情况下可能有重载启动 要求启动转矩大 可由双笼型异步电动机或绕线型异步电动机拖动 也可二者配合使用 以三条皮带运输机为例 工艺要求 a 启动顺序为3 2 1 并要有一定时间间隔 以免货物在皮带上堆积 造成后面皮带重载启动 b 停车顺序为1 2 3 保证停车后皮带上不残存货物 c 不论2 或3 哪一个出故障 1 必须停车 以免继续进料 造成货物堆积 d 必要的保护 主电路设计三条皮带分别由三台电机拖动 均采用笼型异步电机 由于电网容量足够大 且三台电机不同时起动 故采用直接启动 由于不经常启动 制动 对于制动时间和停车准确度也无特殊要求 制动时采用自由停车 三台电机都用熔断器作短路保护 用热继电器作过载保护 由此 设计出主电路如图17示 图17皮带运输机主电路图 基本控制电路设计三台电机由三个接触器控制启 停 启动顺序为3 2 1 可用3 接触器的常开 动合 触点控制2 接触器线圈 用2 接触器常开触点控制1 接触器线圈 制动顺序为1 2 3 用1 接触器常开触点与控制2 接触器的常闭 动断 按钮并联 用2 接触器常开触点与控制3 接触器的常闭按钮并联 基本控制线路如图18示 图18控制电路的基本部分 图4 18控制电路的基本部分可见 只有KM3动作后 按下SB3 KM2线圈才能通电动作 然后按下SB1 KM1线圈通电动作 实现了电动机的顺序起动 同理 只有KM1断电释放 按下SB4 KM2线圈才能断电 然后按下SB6 KM3线圈断电 实现电动机的顺序停车 控制线路特殊部分设计为实现自动控制 皮带运输机启动和停车可用行程参量或时间参量控制 由于