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第4章电气控制线路的设计及元器件选择4．1电气控制线路设计的主要内容4．2电气控制线路的设计4．3常用电器元件的选择第4章电气控制线路的设计及元器件选择本章介绍: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。4.1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。第4章电气控制线路的设计及元器件选择4.2电气控制线路的设计4.2.1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：①合并同类触点:见图4-1示.②利用转换触点方式:见图4-2示。图4-1同类触点合并图4-2具有转换触点的中间继电器的应用③利用二极管的单向导电性减少触点数目。见图4-3示.④利用逻辑代数的方法减少触点数目。如图4-4(a)示.图4-3利用二极管简化控制电路图4-4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4-5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4-5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4-6示。图4-6节省连接导线的方法（5）线路工作时，除必要的电器元件必须通电外，其余尽量不通电以节约电能。图4-7减少通电电器的线路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4-8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4-8(a)中SQ的接法错误,应改成图4-8(b)形式。第4章电气控制线路的设计及元器件选择（2）正确连接电器线圈①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4-9（a）示。若需两个电器同时工作，其线圈应并联连接，如图4-9(b)示。图4-9线圈的正确连接第4章电气控制线路的设计及元器件选择②两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联,如图4-10(a)示。解决办法：在KA线圈电路中单独串接KM的常开触点，如图4-10(b)示。图4-10电磁铁与继电器线圈的连接（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4-11(a).解决办法：将指示灯与其相应的接触器线圈并联，如图4-11(b)示。图4-1l防止寄生电路KM1KM2KM1第4章电气控制线路的设计及元器件选择（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4-12。也可用断路器（自动开关）作短路保护，兼有过载保护功能。图4-12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4-13(a)。用于笼型电动机直接启动的过流保护见图4-13(b).图4-13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4-14过载保护第4章电气控制线路的设计及元器件选择（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4-15(a))，或通过并联在主令控制器的零位常开触点上的零压继电器的常开触点(图4-15(b))，来实现失压保护。图4-15失压保护（5）弱磁保护直流并励电动机、复励电动机在励磁减弱或消失时，会引起电动机“飞车”。必须加弱磁保护。采用弱磁继电器，吸合电流一般为额定励磁电流的0．8倍。（6）极限保护对直线运动的生产机械常设极限保护。如上、下极限，前、后极限等。常用行程开关的常闭触点来实现.（7）其他保护根据实际情况设置，如温度、水位、欠压等保护环节。第4章电气控制线路的设计及元器件选择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.4.2.2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:第4章电气控制线路的设计及元器件选择（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.第4章电气控制线路的设计及元器件选择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。第4章电气控制线路的设计及元器件选择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.4.2.3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①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。②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。主要考虑如何满足电动机的各种运转功能和生产工艺要求。③联结各单元环节，构成满足整机生产工艺要求的控制电路。④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。⑤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①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。②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。第4章电气控制线路的设计及元器件选择以三条皮带运输机为例。①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。②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4-17示.图4-17皮带运输机主电路图第4章电气控制线路的设计及元器件选择③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4-18示。第4章电气控制线路的设计及元器件选择图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、