电气控制电路设计与测绘ppt课件

项目十七电气控制电路设计与测绘,学习目标,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。,1,一、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？,任务一电气控制电路的设计原则,2,二、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？,任务一电气控制电路的设计原则,3,三、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,任务一电气控制电路的设计原则,4,四、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？,任务一电气控制电路的设计原则,5,1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。,任务一电气控制电路的设计原则,6,2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,任务一电气控制电路的设计原则,7,3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。,任务一电气控制电路的设计原则,8,5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。,任务一电气控制电路的设计原则,9,五、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？,任务一电气控制电路的设计原则,10,1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,11,2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？,任务一电气控制电路的设计原则,12,3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？,任务一电气控制电路的设计原则,13,4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？,任务一电气控制电路的设计原则,14,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？,任务一电气控制电路的设计原则,15,5.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？,任务一电气控制电路的设计原则,16,6.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？,任务一电气控制电路的设计原则,17,7.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？,任务一电气控制电路的设计原则,18,8.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。,任务一电气控制电路的设计原则,19,一、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！,任务二选用电动机和电器元件,20,2参数选择想一想：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？,任务二选用电动机和电器元件,21,（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：PNPL变化负载：PN=PLt/t2）短时工作制：PNPL。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。,任务二选用电动机和电器元件,22,（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。,任务二选用电动机和电器元件,23,（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7501500r/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。,任务二选用电动机和电器元件,24,（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？,任务二选用电动机和电器元件,25,（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。,任务二选用电动机和电器元件,26,二、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,任务二选用电动机和电器元件,27,1.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（1.51.7）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？,任务二选用电动机和电器元件,28,2按钮的选择（）选择按钮的种类：开启式、光标式、钥匙操作式等（）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（）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？,任务二选用电动机和电器元件,29,3熔断器的选择（）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；（）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（）熔体额定电流的选择）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；）不经常启动单台电动机的熔体：IRN1.52.5IN频繁启动单台电动机的熔体：IRN33.5IN）多台电动机熔体额定电流：IRN1.52.5INmax+IN（）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？,任务二选用电动机和电器元件,30,4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？,任务二选用电动机和电器元件,31,热继电器的选择（）热继电器额定电流一般略大于电动机额定电流（）热元件整定电流为电动机额定电流0.951.05倍，特殊情况：冲击性负载，起动时间较长或拖动的设备不允许停电的场合，整定电流取1.11.5倍电动机的额定电流。电动机的过载能力较差，整定电流取0.60.8倍电动机的额定电流。（）根据电动机定子绕组的连接方式选择热继电器的结构形式。定子绕组Y接：选用三相结构的热继电器定子绕组接：选用三相带断相保护装置热继电器,你知道热继电器的作用和结构吗？,任务二选用电动机和电器元件,32,6时间继电器的选择（1）根据系统的延时范围和精度选择时间继电器的类型和系列。精度要求不高空气阻尼式时间继电器精度要求较高晶体管式时间继电器（2）根据控制电路的要求选择时间继电器的延时方式（通电延时或断电延时），同时还须考虑电路对延时动作触头的要求；（3）根据控制电路电压选择时间继电器的线圈电压。,任务二选用电动机和电器元件,33,7.中间继电器的选择（1）中间继电器的触头和线圈电压类型应与控制电路电压类型一致。（2）中间继电器的触头和线圈电压的大小应满足控制电路要求。（3）中间继电器的数量、种类、容量必须满足控制电路要求。,中间继电器的作用是什么？如何选择？,任务二选用电动机和电器元件,34,8.制动电磁铁的选择（1）制动电磁铁的选取原则：遵循就近、容易、方便的原则。当制动次数超过300次/时，应选用直流电磁铁；（2）制动电磁铁行程的长短，主要是跟据制动装置制动力矩的大小、制动时间的长短及安装位置来确定；（3）串励电动机的制动装置都是采用串励电磁铁，并励电动机的制动装置则采用并励电磁铁。有时为安全起见，在一台电动机的制动中，既用串励电磁铁又用并励电磁铁；（4）制动电磁铁的形式确定以后，要进一步确定容量、吸力、行程和回转角等参数。,制动电磁铁有几种类型？如何选择？,任务二选用电动机和电器元件,35,设计要求：某控制机床需要两台电动机拖动，电动机型号均为Y132M6，4KW，9.4A，接。该机床可以两地控制，其中一台电动机M1需拖动生产机械做往返运动，另一台电动机M2拖动生产机械旋转，要求M1启动3min后M2才可以启动，而且逆序停止。并且要求要过载、短路、失压欠压保护。你的设计思路是什么？工艺分析电路的初步设计（主电路、控制电路）控制电路的检查与完善电动机和电器元件的选择,任务三电气控制电路设计举例,36,1工艺分析基本功能：两地控制、正反转控制、顺序控制、逆序停止。保护：还要求有过载、短路、失压欠压保护无调速、制动和指示电路，属于基本控制电路组合。2电路的初步设计（1）主电路设计M1正反转控制，选择接触器控制的正反转控制电路顺序控制要求在控制电路中实现；主电路的短路保护由熔断器FU1来实现；过载保护分别由热继电器FR1、FR2实现；失压和欠压保护由接触器KM1、KM2、KM3来实现本电路要求M1启动3min后M2才可以启动，用时间继电器来完成时间控制，主电路草图如图17-8所示,任务三电气控制电路设计举例,37,短路保护,M1正反转,M1过载保护,KM1/KM2/KM3实现失压、欠压保护,M2连续运转,M2过载保护,图17-8主电路草图,任务三电气控制电路设计举例,38,（2）控制电路设计,1）电动机M1采用双重联锁正反转控制2）顺序控制采用延时时间继电器控制3）逆序停止采用停止按钮并接KM3常开辅助触头实施控制图17-9控制电路草图,双重联锁正反转,过载保护,短路保护,顺序控制,逆序停止,39,（3）完整的控制电路草图,图17-10完整的控制电路（主电路和控制电路合并）,请分析该控制电路能否完成设计要求？,图17-10完整的控制电路（主电路和控制电路合并）,40,3控制电路的检查与完善控制电路设计初步完成以后，首先按照设计好的电路分析电路功能，并与设计要求核对、校验，对不合理、不可靠、不安全的地方进行改进和完善，直至完全符合控制要求设计电路即告完成。4电动机和电器元件的选择根据电动机型号Y132M6，4KW，9.4A，接”，选择电器元件。低压动力电路额定电压：380V。需选择控制电路的电器元件：低压断路器、熔断器、接触器、热继电器、按钮、时间继电器和连接导线。,动手做一做,任务三电气控制电路设计举例,41,（1）电源断路器的选择1）确定断路器的种类：初步确定选用DZ5一20型低压断路器。2）确定热脱扣器额定电流：电动机的额定电流9.4A，查电工手册选择热脱扣器的额定电流为15A，相应的电流整定范围为1015A。3）校验电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流：电磁脱扣器瞬时脱扣整定电流IZ=1015=150A，KIst=1.779.4=111.86A，满足IZKIst，符合要求。4）确定低压断路器的型号规格：根据以上分析计算，应选用DZ5一20/330型低压断路器。,你选对了吗？,任务三电气控制电路设计举例,42,（2）熔断器的选择1）熔断器类型：选择RL1-60型熔断器；2）主电路熔体的选择：多台电动机的短路保护：IRN1.52.5INmax+INIRN23.532.9A，取30A，选用RL1-60/30熔断器三个；3）控制电路熔体的选择：控制电路电流较小，可选5A熔体，即选择RL1-60/5熔断器二个,你选对了吗？,任务三电气控制电路设计举例,43,（3）接触器的选择选CJX系列交流接触器，主触头电流20A，线圈电压380V。（4）热继电器的选择电动机额定电流9.4A，查电工手册热继电器技术数据，选额定电流为20A的热继电器，整定电流取11A，调节范围为6.8911A，由于电动机采用接，所以选带断相保护的热继电器。选型号为JR16B-20/3D的热继电器。,你选对了吗？,任务三电气控制电路设计举例,44,（5）按钮的选择M1的控制按钮选择红、绿、黑三色的三联按钮M2的控制按钮选择黑、红双色两联按钮。（6）时间继电器的选择本任务要求延时3min，故选用通电延时的晶体管时间继电器。（7）导线的选择主电路通过的额定电流为9.4A，所以应选1.5mm2铜芯硬塑导线，控制电路可选0.75mm2铜芯软塑导线。5.电路的安装和实验按着安装工艺对所设计的电路进行安装，安装好以后通电试车检查是否能完全完成设计工艺要求，如果有不妥之处，立即修改，修改后再进行试车，直至达到要求为止。,你选对了吗？,任务三电气控制电路设计举例,45,电气测绘是根据现有的电气电路、机械控制电路和电气装置进行现场测绘，然后经过整理后测绘出的安装接线图和控制原理图。一、测绘的步骤1了解机床的基本结构和运动形式。2测量工具和测量仪器等的准备。3通电试车进一步熟悉机械运动情况。4草图的绘制。草图的绘制原则是：先测绘主电路，再测绘控制电路；先测绘输入端，后测绘输出端；先测绘主干线，再依次按节点测绘各支路；先简单后复杂，最后要一个回路一个回路进行校验。5整理测绘草图，画出的正规安装接线图和控制原理图。,你知道吗？,任务四电气控制电路测绘步骤与方法,46,二、测绘的方法电气图的绘制方法有：布置图接线图原理图法、查对法和综合法。1布置图接线图原理图先绘制布置图，再绘制接线图，最后绘制原理图。这是最常用的电气图绘制法。2查对法在调查了解的基础上，分析判断产生设备控制电路中采用的基本控制环节，并画出控制草图，然后与实际电路进行查对，不对的地方加以修改，最后绘制出完整的电气原理图。采用查对法绘制电气图，要求绘制者具备一定的电气原理知识基础。3综合法根据生产设备中所用电动机的控制要求及各环节的作用，将上述两种方法相结合，进行电气图的绘制方法。如先查对画出草图，再按实物绘制、检查、核对、修改，画出完整的电气原理图。,你知道吗？,任务四电气控制电路测绘步骤与方法,47,三、测绘注意事项1电气测绘前要切断被测设备或装置电源，尽量做到无电测绘。如果确需带电测绘，要做好防范措施。2要避免大拆大卸，对拆下的线头要做好标记。3两人测绘要由一人指挥，协调一致防止事故发生。4测绘过程中，如确需开动机床或设备时，要断开执行元件或请熟练的操作工操作，同时要有人监护。对于可能发生的人身或设备事故要有防范。5测绘过程中如果发现有掉线或接错线时，首先做好记录，然后继续测绘，待电路图绘制完成后再作处理。切记不要把掉线随意接在某个元件上，以免发生更大的电气事故。,你注意了吗？,任务四电气控制电路测绘步骤与方法,48,测绘CA6140型卧式车床的电气控制电路。一、通过试车了解CA6140型卧式车床的运动形式CA6140型卧式车床有两种主要运动，一是主轴上卡盘带着工件的旋转运动，即主运动；一是溜板箱带著刀架的直线运动，即进给运动。车床的切削运动包括工件旋转的主运动和刀具的直线进给运动。车削速度是指加工件与刀具接触点的相对速度。根据工件的材料性质、几何形状、工件直径、加工方式及冷却液的不同，要求主轴有不同的切削速度。,任务五电气控制电路测绘举例,49,CA6140型车床电器位置示意图,图17-11CA6140型车床电器位置示意图,电源开关,车床照明,冷却泵电动机,刀架快速移动电动机,主轴电动机,SQ1、SQ2断电安全保护,冷却泵开关,主轴起动按钮,主轴停止按钮,刀架快速移动按钮,电源钥匙开关,电源指示灯,50,二、了解电气控制要求1主轴运动由三相笼型异步电动机M1拖动，主轴调速、反转均采用机械方式实现，按下绿色起动按钮SB1接触器KM1线圈获电吸合并自锁，M1直接起动。按下红色蘑菇型停止按钮SB2，电动机M1停止转动，此按钮按下后即行锁住，右旋后方能复位，热继电器FR1实现主轴电动机M1的过载保护。2冷却液由冷却泵电动机M2拖动供给，单向连续旋转，且主拖电动机起动后方可起动，即顺序控制。转动转换开关SA1，接触器KM2线圈获电吸合，冷却泵电动机起动，热继电器FR2实现对冷却泵电动机的过载保护。3刀架快速移动由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3来控制，它与接触器KM3组成点动控制电路。将操纵手柄扳到所需方向，压下按钮SB3，接触器KM3获电吸合，电动机M3起动，刀架按指定方向快速移动。,任务五电气控制电路测绘举例