搜索
项目十七电气控制电路设计与测绘教学目标:知识目标：熟悉电气控制电路设计的基本原则、方法。掌握电气控制电路的测绘方法。技能目标：能设计简单生产机械的电气控制电路。能对生产设备的电气控制电路进行测绘。任务一电气控制电路的设计原则一、电气控制电路的设计原则1．最大限度满足生产设备对电气控制电路的控制要求和保护要求。2．在满足生产工艺要求的前提下，力求电路简单、经济、合理。3．保证控制的安全性和可靠性。4．操作和维修方便。你知道电路设计是根据什么原则进行的吗？二、电气控制电路的设计内容1．确定电力拖动方案和控制方案。2．选择拖动电动机的结构形式、型号和容量。3．设计电气控制系统原理图。4．绘制电气安装位置图、电气系统互连图。5．设计和选择电气设备元器件，并列出电器元件明细表。6．编写电气控制系统工作原理和使用说明书。你知道电路设计的内容有哪些吗？三、电气控制电路的设计方法常用的电气控制电路的设计方法有：经验设计法逻辑分析设计法(逻辑设计法)经验设计法是根据生产工艺的要求去选择适当的基本控制环节或经过考验成熟的电路，按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，综合成满足控制要求的完整电路。经验设计法——一般设计简单电路经常使用逻辑分析设计法，是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、化简、设计电路的方法。逻辑分析设计法———一般设计较复杂电路使用一般技术人员常用经验设计法四、电气控制电路的设计步骤1．分析设计要求2．确定拖动方案和控制方式3．设计主电路4．设计控制电路5．将主电路和控制电路合并6．检查与完善如果你设计电路你会做哪些工作？1．分析设计要求分析所设计设备的总体要求及工作过程，明了设备生产工艺对电气控制电路的总体要求。通过技术分析，选择合理的传动方案和最佳控制方案。保证设计的安全可靠性。对初步设计的电路进行模拟试验，验证控制电路能否满足设计要求。2．确定拖动方案和控制方式电力拖动方案主要包括：起动、制动、正反转和传动的调速方式等。电气控制方案主要有:继电——接触器控制系统、可编程序控制器控制、数控装置及微机控制等。控制方式的选择主要有:时间控制、速度控制、电流控制及行程控制。经验设计法的设计过程为：主电路控制电路联锁和保护电路总体检查与完善3．设计主电路按着电气控制要求、保护要求，根据经验绘制主电路原理草图。4．设计控制电路几个规律：1）当要求在几个条件中，只要具备其中任何一个条件被控电器的线圈就能得电时，可用几个常开触头并联后与被控线圈串联来实现。2）当要求在几个条件中，只要具备其中任何一个条件被控电器的线圈就能断电时，可用几个常闭触头串联后与被控线圈串联来实现。3）当要求必须同时具备几个条件，被控电器的线圈才能得电时，可用几个常开触头与被控线圈串联来实现。4）当要求必须同时具备几个条件，被控电器的线圈才能断电时，可用几个常闭触头并联后与被控线圈串联来实现。5．将主电路和控制电路合并将设计好的主电路和控制电路合并成一个完整的电气控制电路。6．检查与完善控制电路初步设计完成后，可能还有不可靠、不合理和不安全的地方，应进一步仔细校验是否符合控制要求，对不符合控制要求的地方做进一步的完善和修改，直至完全符合控制要求为止，以确保电路的正确性和实用性。五、电路设计注意事项1．合理选择控制电源2．正确连接电器的线圈3．正确连接电器的触头4．简化电路，减少电器的数量及触头5.合理放置电器触头位置，减少连接导线的数量或长度6.尽量减少电器不必要通电时间7.避免出现寄生电路8.保证控制电路工作可靠和安全9.电路应设有必要的保护环节设计电路应注意哪些问题？1．合理选择控制电源1）电路较简单，电器较少时：控制电路直接选用主电路电源，380V或220V；2）电路较复杂，电器较多时：采用控制变压器，将控制电压降到110V以下。3）直流电磁器件：采用直流电源，如液压系统的电磁阀2．正确连接电器的线圈图17-1电器元件线圈应并联接入电路a)不正确×（达不到额定电压吸力不够）b)正确√哪个电路接线正确？？3．正确连接电器的触头图17-1电器元件线圈应并联接入电路a)不合理×（出盘线4根，按钮常开、常闭触头不等电位）b)合理√（出盘线3根）哪个电路接线正确？？4．简化电路，减少电器的数量及触头例一：图17-3简化电路，减少电器数量a)不合理×（多用一个KM1常开，SB4亦可省略）b)合理√哪个电路更合理？例二：图17-4简化电路，减少触头数量a)不合理×（多用一个常开触头KA1）b)合理√哪个电路更合理？5.合理放置电器触头位置，减少连接导线的数量或长度图17-5合理放置电器触头的位置a)不合理×（出盘线4根）b)合理√（出盘线3根）哪个电路更合理？6.尽量减少电器不必要通电时间图17-6减少电器不必要通电时间a）电动机降压起动后KM1、KT一直处于通电状态，不合理b）合理哪个电路更合理？7.避免出现寄生电路下图是一个具有指示电路和过载保护的正反转控制电路，试分析如果电动机出现过载，FR能否切断控制电路使电动机停转？不能！电流可以沿着1，2，3，5，7，6，8形成回路，无法实现过载保护。动脑筋分析电路功能？8.保证控制电路工作可靠和安全最主要的是选用可靠的电器元件。在选用电器时，尽量选用机械和电气寿命长、结构合理、动作可靠、抗干扰性能好的电器。在电路中采用小容量继电器的触头接通和断开大容量接触器的线圈时，要计算电器触头和接通容量是否足够。若不够，必须加大继电器容量或增加中间继电器。9.电路应设有必要的保护环节一般选用过载、短路、过流、过压、失压、弱磁等保护环节，必要时还应考虑设置合闸、断开、事故、安全等指示信号，以保证即时在误操作情况下也不至于造成事故。任务二、选用电动机和电器元件一、电动机的选择1．选择的原则1)电动机能够完全满足生产机械特性方面的要求。如速度、启动、制动、调速等要求。2)生产过程中，电动机的功率被充分的利用，即温升达到国家规定的温升标准。3)电动机的结构形式应符合生产环境的要求。正确、合理地选择电动机和元器件是系统安全、稳定、经济、可靠、合理运行的重要保证！2．参数选择想一想：电动机有哪些参数？额定功率、额定电压、额定转速，电动机的种类和电动机的结构形式。其中额定功率的选择最为重要。（1）额定功率的选择（2）额定电压的选择（3）额定转速的选择（4）电动机种类的选择（5）电动机形式的选择综上所述，对电动机的选择应从额定功率、额定电压、额定转速、种类和形式综合考虑做到既经济又合理。如何选择电动机的参数？（1）额定功率的选择电动机工作方式：连续工作制短时工作制周期性断续工作制1）连续工作制：恒定负载：PN≥PL变化负载：PN=∑PLt/∑t2）短时工作制：PN≥PL。标准工作时间:15min，30min，60min，90min四种。3）周期性断续工作：PN=∑PLt/∑t负载持续率小于10%时，按短时工作制选则负载持续率大于70%时，按长期工作制选择标准负载持续率有15%，25%，40%，60%四种，一个周期的时间规定不大于10min。（2）额定电压的选择电动机的额定电压应与现场的电源电压相符。中小型交流电动机的额定电压一般为380V；大型交流电动机的额定电压一般为3千伏或6千伏；直流电动机的额定电压一般为110V，220V，440V等，最常用直流的电压等级为220V；直流电源的获得一般由车间交流电压整流后获得，若车间电压为380V，采用晶闸管整流装置直接供电，若为三相桥式整流可获得440V直流电，即选电动机额定电压为440V，若为单相整流可获得160V直流电，即电动机额定电压选160V。（3）额定转速的选择额定功率相同的电动机，转速高的电动机体积小，重量轻，价格低，如果应用在低转速负载上，需用的传动机构较复杂。所以选择电动机的转速必须全面考虑，一般在电动机能满足生产机械特性的前提下，力求电能损耗小，设备投资少，维修费用低。通常电动机的额定转速选择在750～1500r/min比较合适。电动机额定转速的选择将直接影响到电动机的价格、能量损耗及生产机械的生产效率等各项技术指标和经济指标。（4）电动机种类的选择优先选用：结构简单，价格便宜，运行可靠，维护方便的电动机电动机的性价比较：交流电动机优于直流电动机鼠笼式异步电动机优于绕线式异步电动机异步电动机优于同步电动机详见P180页表17-1电动机性能对照表。想一想：鼠笼式异步电动机、绕线式异步电动机、直流电动、同步电动机各有什么优缺点?分别适用什么场合？（5）电动机形式的选择电动机按其安装方式不同可分为：立式（价格较贵，如深水泵，钻床等选用）卧式（首选）电动机按轴伸个数分为：单轴（首选）双轴（特殊情况，需双轴连接的）根据电动机周围环境对电动机的影响，选用开启式、封闭式、防护式和防暴式等不同形式的电动机。二、常用电器元件的选择1．低压断路器的选择2．按钮的选择3．熔断器的选择4．接触器的选择5．热继电器的选择6．时间继电器的选择7．中间继电器的选择8．制动电磁铁的选择你能完成Y/△降压起动控制电路各电器元件的选择吗？三相异步电动机Y112M-4，4KW，380V，8.8A，△接1.低压断路器的选择（1）低压断路器的额定电压和额定电流：不小于电路、设备的正常工作电压和工作电流。（2）热脱扣器的整定电流：与电动机的额定电流或负载的额定电流一致。（3）电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流：大于负载电路正常工作时的尖峰电流对于电动机来说，DZ系列断路器应按下式计算：IZ≥（1.5～1.7）Ist式中Ist为电动机的启动电流。（4）欠压脱扣器的额定电压：等于电路的额定电压（5）断路器的极限通断能力：不小于电路的最大短路电流。做一做：选择控制4KW，380V，8.8A的三相异步电动机的低压断路器。低压断路器有哪些保护功能？怎样选择低压断路器？2．按钮的选择（１）选择按钮的种类：开启式、光标式、钥匙操作式等（２）颜色的选择：根据工作状态指示和工作情况要求选择启动按钮：选白、灰或黑色，优先选用白色，也允许选用绿色急停按钮：选红色，停止按钮：可选黑、灰或白，优先选黑色，也允许选红色（３）选择按钮的数量：根据控制回路的需要选择按钮的数量，如单联按钮，双联按钮，三联按钮等。按钮的颜色有什么含义？怎样选择按钮？3．熔断器的选择（１）选择熔断器类型：照明电路可选RC1系列插入式熔断器；开关柜或配电屏可选RM10系列无填料封闭管式熔断器；机床控制电路可选RL1系列螺旋式熔断器；半导体功率元件及晶闸管保护可选RLS或RS系列快速熔断器；（２）额定电压和电流的选择：熔断器额定电压：必须大于电路的额定电压；熔断器额定电流：必须大于或等于所装熔体的额定电流（３）熔体额定电流的选择１）照明或电热负载熔体额定电流等于或稍大于负载额定电流；２）不经常启动单台电动机的熔体：IRN≥1.5～2.5IN频繁启动单台电动机的熔体：IRN≥3～3.5IN３）多台电动机熔体额定电流：IRN≥1.5～2.5INmax+∑IN（４）分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流你会选择熔断器吗？机床控制电路应选哪种熔断器做短路保护？4．接触器的选择（1）类型的选择：交流电动机或负载——交流接触器交流电动机或负载——交流接触器直流电动机或负载容量较小时，可选触头额定电流大些的交流接触器。（2）主触头额定电压的选择：大于或等于负载额定电压（3）主触头额定电流的选择：控制电阻性负载时IN=IL控制电动机时，主触头的额定电流稍大于电动机的额定电流；如果控制频繁启动、制动或可逆运行的电动机，接触器主触头额定电流应选大一个等级；（4）接触器触头的数量种类应满足控制电路要求；（5）接触器的线圈电压等于控制回路电源电压。（6）额定操作频率（次/h）满足允许接通的最多次数。你会选择接触器吗？５．热继电器的选择（１）热继电器额定电流一般略大于电动机额定电流（２）热元件整定电流为电动机额定电流0.95～1.05倍，特殊情况：冲击性负载，起动时间较长或拖动的设备