《电气控制设计基础》PPT课件.ppt

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）,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 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）,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,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,4-1 电气控制线路设计的基本内容,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,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,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。,4-1 电气控制线路设计的基本内容,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,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,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,4-1 电气控制线路设计的基本内容,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,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,.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),.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,.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。,. 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,4-1 电气控制线路设计的基本内容,.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,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,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,4-1 电气控制线路设计的基本内容,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,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,四、控制电源与导线的选择, 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）的负载性质等综合考虑。 变压器容量估算：STKTSXC 式中：ST -变压器所需容量； SXC为电器元件的吸持功率； SXC -控制电路在最大负载时工作电器所需要的功率； KT-变压器容量的储备系数，一般取1.11.25。 导线的选择 导线的选择包括导线的种类选择和导线的截面积的选择。导线有单股或多股导线，应根据导线的走线方式和美观要求进行选择。铜芯导线截面积一般可按5A/mm 2来估算。,4-1 电气控制线路设计的基本内容,4-2 电气控制线路的设计,一.电气控制线路设计的一般要求,1）应最大限度地满足机电设备对电气控制线路的要求，按照工艺要求能准确可靠地工作；,2）在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单经济,布局合理，电气元件选择正确并能得到充分的利用；,4-2 电气控制线路的设计,3）保证控制线路的安全、可靠，具有必要的保护装置和联锁环节,以致于误操作时不致于发生重大事故。,4）尽量便于操作和维修；,二.电气控制线路的设计方法 电气控制线路的设计方法有两种：一种是经验设计法，另一种是逻辑设计法。,经验设计法 从满足生产工艺要求出发，按照电动机的控制方法，利用各种基本控制环节和原则，借鉴典型的控制线路，把它们综合地组合成一个整体。这种设计方法虽然比较简单，但要求设计人员必须熟悉控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验。,4-2 电气控制线路的设计,由于此设计方法是靠经验进行的，因而灵活性大。对于比较复杂的线路，有可能要经过多次反复的修改，才能得到符合要求的控制线路。另外，初步设计出来的控制线路有可能有几种，这时要加以分析比较，反复修改简化，甚至要通过实验加以验证，才能确定比较合理的设计方案。此方法设计的线路可能不是最简的，所用的电器及触点不一定最少，所得的方案也不一定最佳。,4-2 电气控制线路的设计,逻辑设计法 根据生产工艺的要求，利用逻辑代数的方法来分析、化简和设计线路。这种设计方法能够确定实现一个开关量自动控制线路的逻辑功能所必须的、最少的中间继电器的数目，然后有选择地进行添置。,4-2 电气控制线路的设计,用这种逻辑设计法设计出的线路结构比较合理，所用的元件数量也较少，特别适合完成较复杂的生产工艺所要求的控制线路。但是相对而言，这种设计方法难度较大，不容易掌握。对于一个功能较复杂的控制系统，若能将其分成若干个互相联系的控制单元，用逻辑设计方法完成各单元的设计，然后再用经验设计方法把这些单元组合成一个整体，这种设计方法较为简洁、切实可行。,4-2 电气控制线路的设计,三.电气控制线路逻辑设计方法,由继电器接触器所组成的控制电路，属于开关电路。电路中的电器元件只有两种状态：即线圈的通电或断电，触点的闭合或断开。而这两种相互“对立”的状态，可以用逻辑值来表示，即用逻辑代数(或布尔代数)来描述这些电器元件在电路中所处的状态和连接方法。,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,三.电气控制线路逻辑设计方法,在逻辑代数中，用“1”和“0”表示两种对立的状态。即对于继电器、接触器、电磁铁、电磁阀等元件的线圈，通常规定通电为“1” 状态，失电为 “0” 状态；对于按钮、行程开关元件， 规定压下时为 “1” 状态，复位时为 “0” 状态； 对于元件的触点，规定触点闭合状态为 “1”状态，触点断开状态为“0”状态。,4-2 电气控制线路的设计,三.电气控制线路逻辑设计方法,这样规定后，就可以利用逻辑代数的一些运算规律、公式和定律，将继电器一接触器控制系统设计得更为合理，设计出的线路能充分发挥元件的作用，且所用元件的数量最少。下面举例说明如何使用逻辑设计方法设计电气控制线路。,例如：某电机只有在继电器K1、K2和 K3 中任何一个或两个动作时才能运转，而在其它任何情况下都不运转，试设计其控制电路。,4-2 电气控制线路的设计,根据题目要求，列出接触器通电状态真值表：,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,根据真值表：,继电器K1、K2和 K3中任何两个动作时，接触器KM动作的条件可写成：,则接触器动作的条件，即电机运转的条件为：,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,上面介绍的控制线路是一种没有反馈回路、对任何信息都没有记忆的逻辑组合网络。如果想用逻辑设计方法设计具有反馈的回路，即具有记忆功能的逻辑时序网络，设计过程比较复杂。一般按照以下步骤进行：,使用逻辑设计方法设计的控制线路比较合理，不但能节省元件数量，获得一种逻辑功能的最简线路，而且方法也不算复杂。,4-2 电气控制线路的设计,根据工艺过程作出工作循环图；,根据工作循环图作执行元件和检测元件状态表；,由状态表增设必要的中间记忆元件(中间继电器);,列出中间记忆元件逻辑函数关系式和执行元件的 逻辑函数关系式；,根据逻辑函数关系式绘出相应的电气控制线路；,检查并完善所设计的控制线路。,4-2 电气控制线路的设计,由上可见，逻辑设计方法的这种设计过程比较复杂，难度较大。因此，一般只作为经验设计方法的辅助和补充，尤其是用于简化某一部分线路，或实现某种简单逻辑功能时，是比较方便易行的；对于一般不太复杂，而又带有反馈和交叉互馈环节的电气控制线路，一般采用经验设计方法较为简单；但对于某些复杂而又重要的控制线路，特别是生产自动线的设计，逻辑设计方法可以获得准确而又简单的控制线路。,4-2 电气控制线路的设计,四.电气控制线路的设计规律 电气控制线路的特点是： 通过触点的“通”和“断” 控制电动机或其它电器设备来完成运动机构的动作。即使是复杂的控制线路,很大一部分是常开和常闭触点组合而成的。为了设计方便,把它们归纳为以下几个方面：,4-2 电气控制线路的设计,2.常开触点并联: “或”逻辑 当在几个条件中，只要具备其中任一条件时， 所控制的电器线圈就能得电，这时可将几个常开触点并联实现。,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,3.常闭触点串联: 当几个条件仅具备一个时，继电器线圈就断电，可用几个常闭触点和所控制的电器线圈串联的方法实现。,4-2 电气控制线路的设计,五.电气控制线路设计的一般问题,1.保证控制线路工作的安全和可靠,(1).线圈的连接,4-2 电气控制线路的设计,因为每个线圈上所分配的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作总有先后，先吸合的电器磁路先闭合，其阻抗比没吸合的电器大，电感显著增加，线圈上的电压也相应增大，故没吸合电器的线圈的电压达不到吸合值。同时电路电流将增加，有可能烧毁线圈。因此两个线圈需同时动作时，线圈应并联连接。,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,同一电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上。以免在触头断开时很可能形成电弧，造成电源短路。,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,(5).在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间不仅要有电气互锁，还要有机械互锁。,4-2 电气控制线路的设计,(7).设计的电路要适应所在电网情况。根据电网容量的大小、电压、频率的波动范围以及允许的冲击电流值等决定电动机的起动方式(直间接起动)。,4-2 电气控制线路的设计,(1)尽量减少触头的数目。,(2)尽量减少连接导线。,4-2 电气控制线路的设计,(4)应尽量缩减电器元件的数量，要采用标准件，并尽可能选用相同型号。,4-2 电气控制线路的设计,4-2 电气控制线路的设计,4.应具有必要的保护环节,4-3 基于导线二维标注法电气接线图设计,1、电气接线图的绘制规则 用途：电气接线图用来表示电气配电盘内部器件之间导线的连接关系。 标线号： 在电气原理图上用数字标注线号，每经过一个器件改变一次线号（接线端子除外）。 布置器件： 根据电气原理图，将电气元件在配电盘或控制盘上按先上后下，先左后右的规则排列，并以接线图的表示方法画出电器元件（方框+电气符号）。 标器件号： 给安放位置固定的器件标注编号（包括接线端子）。 二维标注： 在导线上标注导线线号和指示导线去向的器件号。 注意：配电盘的引出、引入导线均须采用接线端子连接。,2、电气互连图绘制规则,电气互连图的用途： 电气互连图表示电气配电盘与盘之间，盘与外部设备之间的连线关系。 电气互连图绘制规则： 导线连接关系 控制盘（板）之间，控制盘与外设之间用导线束表示导线的连接关系，原理图中应注明导线的颜色、数量、长度、载流面积等参数。 穿线管的使用 为保护设备外部的连接导线，经常使用穿线管走线方式。使用穿线管时，应在原