电力电气拖动系统自动化控制的设计任务分析.doc

电力电气拖动系统自动化控制的设计任务分析 张鹏飞 （邯郸派瑞节能控制技术有限公司河北邯郸056000） 【摘要】文章对电气控制系统设计的基本任务、电力拖动系统自动控制原理进行概述。并依据控制原理，提出了如何进行系统设计、电气控制设计任务拟定、电动机选择、电器控制线路设计，最后讨论了如何对电力拖动系统进行安全保护。 关键词电力控制系统；安全保护；电器控制线路；自动控制 Designtaskautomationandcontrolelectricalpowerdrivesystemanalysis ZhangPeng-fei (HandanPerryEnergySavingControlTechnologyCo.,LtdHandanHebei056000) 【Abstract】Thebasictaskofthearticleontheelectricalcontrolsystemdesign,electricdrivesystemtoautomaticallycontrolprinciplesoutlined.Andbasedoncontroltheory,thequestionofhowthesystemdesign,electricalcontroldesigntaskformulation,motorselection,electricalcontrolcircuitdesign,andfinallydiscusseshowelectricdrivesystemssecurity. 【Keywords】Powercontrolsystem;security;electricalcontrolcircuit;automaticcontrol 1.电气控制系统设计的基本任务 电气控制系统设计的基本任务是根据生产机械对控制系统的要求，设计和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、电气元器件布置图、安装接线图等，编制外购元器件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等资料。由于系统从初步设计、技术设计到产品设计过程中的每一个环节都与产品质量和成本密切相关，因此设计工作首先要树立科学的设计思想，树立工程实践的观点。正确的设计思想和工程观点是高质量完成设计任务的保证。电气控制系统设计的基本要求是： （1）熟悉所设计设备的总体技术要求及工作过程，取得电气设计的依据，最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制系统的要求。（2）优化设计方案，妥善处理机械与电气的关系，通过技术经济分析，选用性能价格比最佳的电气设计方案，在满足要求的前提下，设计简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电路。（3）正确合理地选用电器元器件，尽可能减少元件的品种和规格。（4）取得良好的平均无故障时间指标，确保使用的安全可靠。（5）谨慎积极地采用新技术、新工艺。（6）设计中贯彻最新的国家标准。 2.电力拖动系统自动控制原理及其设计 2.1控制原理。 （1）电力拖动系统中电动机本身有各种反馈，如：速度反馈、电流反馈、电压反馈、频率反馈等。电力拖动系统的控制部分主要是由电气设备来完成的。控制部分即电器保护，主要包括过电流保护、热保护、欠电压保护、短路保护等。而启动连锁、运行连锁、安全保护、信息显示等是由计算机系统来实现的。 （2）在计算机系统中，普遍通过编程、功能模块化、逻辑计算、画面操作等步骤来实现电力拖动系统自动控制，呈现给用户的仪器驱动程序几乎与设备无关，这样使用者就可以比较迅速将仪器连入自己的测试系统，不仅方便编程，还能促进组态的可靠性。由于工艺条件不同，对电力拖动系统及其控制的要求也就不同。但就实质来说并没有很大差别，通过信号输入输出，在计算机系统上实现电力拖动系统的集中控制。输入计算机系统的信号主要有启动连锁、运行连锁、电动机的运行信号、就地集中控制信号、热故障信号等。计算机系统输出的信号主要有电动机的启/停，变频调节等。电力拖动系统在计算机中的自动控制过程如图1所示： 2.2电动机的选择。当电力拖动系统设计方案确定后，要进一步考虑选择电动机类型、数量、结构形式及电机功率、电流、额定电压与额定转速等。电动机选择的基本原则如下： 图1电力拖动系统自动控制图 2.2.1电动机的功率应该满足生产机械提出的标准要求，能够与相应的负载很好结合，保证正常运行。决定电动机功率时，需要考虑电动机的发热、启动能力、允许过载能力三个主要因素。电动机容量是选择的关键，由于受到外界条件的影响，需要试验校验选出电动机的额定功率。 2.2.2对于选择直流电动机还是交流电动机要考虑生产机械在技术和经济等方面的要求，一般是尽量选择几个便宜的、结构简单的、维护比较方便的交流异步电动机。而直流电动机的调速性较优，主要应用在调速范围要求大、功率大的生产机械上。 2.2.3电动机的额定转速选择要根据电机与机械配合的技术经济情况来决定。可以分为两种情况： （1）电动机长期工作，很少启动、制动和反转。此时要考虑设备的投资、占地面积、维护检修等方面的技术经济，决定电动机的额定转速。 （2）电动机经常启动、制动和反转，此时要根据电动机的动能储存量来决定电动机的额定转速。 2.2.4电动机的额定电压要求电压的等级、相数、频率都必须与供电电网的电压一致。 2.2.5电动机机构形式的选择取决于电动机安装位置和周围的环境的要求，根据不同的工作方式可相应选择连续、短时、断续周期性工作的电动机。 总之，要根据不同的性质和使用条件的要求，合理选择不同类型和不同规格的电动机。正确、合理的选用电动机可以保证其具有良好的运行特性，同时还可以保证经济型和可靠性。 2.3电器控制线的设计。电力拖动系统电器控制线的设计应根据不同的生产要求，作业环境，生产性质来决定配备什么规格的电器控制线路与其匹配。在此基础上，对控制线路的设计力求做到精炼，安全可靠，便于操作维修并达到最优的经济效益。一般设计电器控制线路的方法是：根据要求，参考基本线路先局部设计，然后根据各部分的相互关系，综合成一个完整的控制线路。设计过程中应遵循的规则如下： （1）电器线路设计者要明确生产要求，因为控制线路是为整个设备和工艺过程服务的，要根据实际准确地设计线路是首要遵循的原则。力求做到最到限度地满足生产机械和工艺对电器控制线路的要求。 （2）在满足生产条件的要求的前提下，尽可能地让控制线路简单经济。在设计时就要尽量减少不必要的触头和电器数量，尽量选用比较标准的、常用的以及经过实际考验的线路并尽可能地缩短连接导线的长度和数量，同时要减少通电电路。 （3）要确保控制线路工作的可靠、安全，首先要选用可靠的元器件同时在具体的线路中正确地连接电器触头和电器线圈。此外，在线路还要尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路并且要确保电路中有短路、过流、过压、过载、欠压等保护环节。 （4）应力争使控制机构操作和维修方便，要求能迅速并正确地由一种控制方式转换到另一种控制方式。总之，不管控制电路如何复杂，它都是由一些基本的单元电路组合而成的。设计者在设计控制线路时，只要根据生产和工艺的要求，选择正确的基本环节，然后将它们合理地组合起来，就可以完成控制线路的设计。 3.电力拖动系统的安全保护 电力拖动系统的安全保护有电器保护和计算机系统保护，最基本的保护就是电器保护，一般包括欠压保护、过流保护、热保护以及短路保护。而计算机系统保护也是必不可少的保护，它是上层保护，主要包括安全链、运行连锁和启动连锁以及整体系统故障的停车等。下面主要介绍一下安全保护作用： （1）短路保护：短路电流会造成一些电气的绝缘设备损坏，强大的电流产生较大的电动应力，从而使电动机绕组和电路中的各种电器设备机械性的损坏。 （2）过流保护：如果不正确启动电动机或者电动机拥有过大的负载常常会引起较大的过电流，这种电流通常是启电流的1.2倍，会造成电动机和机械传动部件的损坏。 （3）欠压保护：在电动机正常的运行过程中，如果电源电压过分降低就会引起电动机的转速降低甚至会停止，当负载矩一定时，此时就要增加电源。此外电动机的电压降低还会引起部分电气释放，从而造成电路不能够正常工作，或许还产生故障。因此要在电压下降到最小允许的电压值范围内尽可能地切断电源。 （4）热保护：如果电动机长期的超载运行、电动机绕组的升温超过了允许值，就会造成电动机的损坏，做好热保护工作室防止这一点发生的有效措施。 （5）安全链：包括了欠压保护和过流保护，它还包括油压、水压和轴瓦温度保护。安全链是一个串行条件，如果其中有一个条件不满足要求，计算机会通过自动控制系统将电动机关闭。 （6）运行连锁和启动连锁的保护：输入信号进入计算机后，由计算机内部由程序或模块化程序来实现的自动控制过程，这一过程主要是完成在电动机启动前和运行过程中条件不具备或信号消失时的保护。 （7）计算机系统不仅处理的信息安全可靠，而且还要系统本身的硬件和软件保证自动控制系统的安全可靠性。一旦有什么意外发生，计算机会及时作出反应，停运现场的所有运行设备。 4.结束语 作为一名电气工程技术人员，必须掌握电气控制系统设计的基本原则，设计内容和设计方法以及如何安全保护电气拖动设备等，以便根据生产