《电气控制设计基础》PPT课件

学习要求：熟悉电气控制线路的设计步骤及设计规律，在了解电气控制系统技术条件（任务书）的拟定及电力拖动形式选择的基础上，着重掌握电气控制线路的基本设计方法。第四章电气控制设计基础第四章电气控制设计基础工业生产中遇到的机电设备很多，但其电气控制系统的设计原则和设计方法大体相同。一台机电设备一般由机械部分和电气部分组成。电气部分的设计通常是和机械部分的设计同时进行的。电气设计是机电设备设计工作的重要组成部分。电气部分设计的好坏直接影响到机电设备的使用效能及其先进性。§4-1电气控制线路设计的基本内容四、控制电源与导线的选择三.选择电动机一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案六.选择电器元件，制定电器元件明细表七.设计电器柜、操作台、配电板等八.绘制电器安装图和接线图九.编写设计计算说明书和使用说明书五.设计电气控制线路图§4-1（了解）§4-2（掌握）§4-3(熟悉)§4-1电气控制线路设计的基本内容电气控制线路的技术条件，通常是以设计技术任务书的形式表示的。它作为整个系统设计的主要依据，除了要简要说明所设计的机电设备的名称、型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参数以及现场的工作条件外，还必须包含以下内容：一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:⑵有关电力拖动的基本特性，如运动部件的数量和用途、负载特性、调速范围和平滑性，电动机的起动、反向和制动要求等；§4-1电气控制线路设计的基本内容⑴用户供电电网的种类、电压、频率及容量；一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:⑷有关操作方面的要求，如操作台的样式及布置、操作按钮的设置和作用，测量仪表的种类以及显示、报警和照明要求等；§4-1电气控制线路设计的基本内容一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:⑶有关电气控制的基本特性，如电气控制的基本方式、自动工作循环的组成、自动控制的动作顺序，电气保护要求及联锁条件等；§4-1电气控制线路设计的基本内容一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:⑸机电设备主要的电器元件（如电动机、执行电器和行程开关等）的布置草图。总之，设计技术条件（任务书）要由参与设计的各方面人员根据所设计的机电设备的总体技术要求共同探讨拟定的。电气传动形式的选择，是以后各部分设计内容的基础。不同的电气传动形式对于机电设备的整体结构和性能有着重大的影响。具体内容如下：§4-1电气控制线路设计的基本内容一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案§4-1电气控制线路设计的基本内容一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案1.电力拖动方式的确定拖动方式包括：单电机拖动多电机拖动多电机拖动，是指由多台电动机来分别驱动一台机电设备的各个工作机构。这种拖动方式不仅大大简化了机械传动机构，减小了机械传动累积误差，而且控制灵活，使生产设备便于实现自动化。因此现代化的机电传动基本上是采用这种拖动方式。§4-1电气控制线路设计的基本内容单电机拖动，是指由一台电动机来拖动一台设备，电机通过机械传动部分将动力传送到该设备的每一个工作机构。这种拖动方式电气控制部分简单，但机械部分结构复杂。1.电力拖动方式的确定2.调速方式的确定§4-1电气控制线路设计的基本内容一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案2.调速方式的确定机电设备的调速性能是由其使用功能决定的。例如金属切削机床，根据工件尺寸、材料性质、切削量、刀具特性、加工精度等的不同，需采用不同的切削速度，以保证产品质量和提高生产效率。实现机电设备的调速可采用液压的、机械的和电气的方法。具体选择调速方案时可考虑：§4-1电气控制线路设计的基本内容精密机械设备：坐标镗床、精密磨床、数控机床以及某些精密的机械手，为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。重型或大型设备:主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速。这有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本。§4-1电气控制线路设计的基本内容一般中小型设备：例如对于没有特殊要求的普通机床，可选用不调速的、经济可靠的三相笼型异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为了简化传动系统，扩大调速范围，也可采用多速(双速、三速或四速)的笼型异步电动机。在选择笼型异步电动机的同步转速时，应在满足技术要求的情况下，选用较低的同步转速，以简化机械传动机构。§4-1电气控制线路设计的基本内容1.电力拖动方式的确定2.调速方式的确定3.负载特性一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案§4-1电气控制线路设计的基本内容3.负载特性机电设备的各个工作机构，可具有各不相同的负载特性[P=f(n)，T=f(n)],主要分为恒转矩型和恒功率型。如车床的主轴、龙门刨工作台的传动等为恒功率负载，而机床的进给则为恒转矩负载。§4-1电气控制线路设计的基本内容TPTPnn1n2nTTPPn1n2在选择电动机的调速方案时，要使电动机的调速特性与负载特性相适应，以求得电动机充分合理的应用。§4-1电气控制线路设计的基本内容例如，双速笼型异步电动机，当定子绕组由△形联结改接成YY联结时，转速增加一倍,而功率却增加很少，因此它适用于恒功率传动；但对于低速为Y形联结的双速电动机改接成YY形后,转速和功率都增加了一倍，而电动机所输出的转矩却保持不变，故适用于恒转矩传动。再如，他励直流电动机改变电压调速的方法属于恒转矩调速；而改变励磁的调速方法属于恒功率调速。§4-1电气控制线路设计的基本内容一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案§4-1电气控制线路设计的基本内容1.电力拖动方式的确定2.调速方式的确定3.负载特性4.起动、制动和反向要求许多机电设备主轴的起动、停止、正反转运动，只要条件允许最好要由电动机来完成。机电设备主运动传动系统的起动转矩一般都比较小，因此原则上可采用任何一种起动方式。对于它的辅助运动，在起动时往往要克服较大的静转矩，所以在必要时可选用高起动转矩的电动机，或采用提高起动转矩的措施。§4-1电气控制线路设计的基本内容另外，还要考虑电网容量。对于电网容量不大而起动电流较大的电动机，一定要采取限制起动电流的措施，如串电阻降压起动等，以免电网电压波动较大而造成事故。驱动电机是否需要制动，应视机电设备工作循环的长短而定。比如对于某些高速高效金属切削机床，为了便于测量和装卸工件或更换刀具，宜采用电动机制动。若要求迅速制动，则可采用反接制动。反接制动更适合于制动后并反向运行的场合。若要求制动平稳、准确，即在制动过程中不允许有反转的可能时，宜采用能耗制动方式。在起重运输设备中，也常采用具有联锁保护功能的电磁机械制动。§4-1电气控制线路设计的基本内容选择电动机的基本依据：在满足生产设备对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求电动机结构简单、运行可靠、维护方便、成本低廉。§4-1电气控制线路设计的基本内容三.选择电动机一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案电动机是机电设备的主要动力器件，在选择时首先要选择合适的功率。功率过大，设备投资大，同时电动机欠载运行，使效率和功率因数降低，造成浪费；相反，功率过小，电动机过载运行，过热使电动机的寿命降低，或者不能充分发挥设备的效能。§4-1电气控制线路设计的基本内容另外，电动机的转速、电压、结构类型等的选择也要综合考虑。§4-1电气控制线路设计的基本内容三.选择电动机一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案1.电动机类型的选择①.不需要调速且对起动性能也无过高要求的设备，应优先选择鼠笼式异步电动机(例如YL型、JS型、Y系列等)③.需要补偿电网功率因数及获得稳定的工作速度时，应优先选用同步电动机。§4-1电气控制线路设计的基本内容②.对于要求经常起、制动，且负载转矩较大、又有一定调速要求的机电设备，应考虑选用绕线式异步电动机。1.电动机类型的选择④.对于需要大起动转矩和恒功率调速的生产设备，宜采用直流串励或复励电动机。⑥.对要求大范围无级调速，且要求经常起动、制动、正反转的生产设备，则可选用带调速装置的直流电动机或带变频调速装置的鼠笼式异步电动机。§4-1电气控制线路设计的基本内容⑤.对只需要几种速度，而不要求无级调速的生产设备，为了简化变速机构，可选用多速异步电动机。1.电动机类型的选择§4-1电气控制线路设计的基本内容三.选择电动机一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案1.电动机类型的选择2.电动机额定功率的选择⑴.确定电动机额定功率的方法：计算法统计法类比法§4-1电气控制线路设计的基本内容确定电动机的额定功率主要考虑两个因素：一是电动机的发热与温升；二是电动机的短时过载能力。此外，对于鼠笼式异步电动机还要考虑其起动能力。2.电动机额定功率的选择统计法通过对相同类型的生产机械所选用的电动机的额定功率进行统计和分析，从中找出电动机额定功率与生产机械主要参数间的关系，得到相应的电动机的额定功率的计算方法，作为选用电动机额定功率的主要依据。§4-1电气控制线路设计的基本内容计算法根据机械负载变化的规律，绘制电动机的负载图，然后依此计算电动机的温升曲线，从而确定电动机的额定功率。⑴.确定电动机额定功率的方法：类比法是调查研究经过长期运行考验的同类型或相近类型的生产机械所选用的电动机的额定功率，再考虑不同工作条件的影响，来确定所需电动机的额定功率。确定电动机额定功率的实用方法比较简单，但有一定的局限性，它们不能考虑到具体生产机械的实际工作特点，在合理选用时还需要有一定的实际运行经验和设计经验。因此，用实用方法选择的电动机，最好再通过实验进行校验。§4-1电气控制线路设计的基本内容§4-1电气控制线路设计的基本内容三.选择电动机一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案1.电动机类型的选择2.电动机额定功率的选择⑴.确定电动机额定功率的方法：⑵.确定电动机额定功率的步骤：§4-1电气控制线路设计的基本内容⑵.确定电动机额定功率的步骤：◆计算生产机械的负载功率；◆根据负载功率，预选电动机的额定功率；◆对预选的电动机进行校核：通常先校核发热与温升，然后校核短时过载能力，对鼠笼式异步电动机还要校核其起动能力，各项校核均通过后，预选的电动机便可得以确定；如果有一项校核未通过，则应从第二步起从新进行，直到通过为止。§4-1电气控制线路设计的基本内容三.选择电动机一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案1.电动机类型的选择2.电动机额定功率的选择3.电动机额定转速的选择§4-1电气控制线路设计的基本内容额定功率相同时，额定转速高的电动机体积小、价格便宜，且效率和功率因数也高，因此选用高速电动机较为经济。但如果生产机械所需转速较低，而且电动机转速很高，就会使减速机构的结构复杂。因此应通过综合分析来确定电动机的额定转速。3.电动机额定转速的选择根据工作环境的不同，可以选用开启式、防护式、封闭式和防爆式等。§4-1电气控制线路设计的基本内容4.电动机结构形式的选择三.选择电动机一.拟定技术条件（任务书）机电设备电气控制线路设计的基本步骤:二.选择传动形式与控制方案1.电动机类型的选择2.电动机额定功率的选择3.电动机额定转速的选择四、控制电源与导线的选择①控制电源选择交流控制电路电源有36、127、220、380V等规格，电路结构简单的可使用220V或380V电源，电路复杂，故障多发，宜选用低压电源，但须经变压器降压获得。其次，还可以根据安全照明和工作状态指示的要求，以及电磁线圈（电磁铁）