第三章继电接触器及电动机的电气控制

第三章电气系统设计自动化系刘彬2/5/20233.1电气控制系统的电路图及绘制原则（一）常用图形、文字符号电气控制系统图中，电气元件的图形符号和文字符号都有统一的国家标准。近年来，我国采用GB4728-84“电气图用图形符号”、GB6988-87“电气制图”和GB7159-87“电气技术中的文字符号制定通则”等新标准，在绘制电气控制系统图时必须严格遵循。电气图形符号：符号要素限定符号一般符号非电操作动作符号电气文字符号：基本文字符号●表示电气设备、装置和元器件的类型、特性等。辅助文字符号●表示电气设备、装置和元器件的功能、状态和特征等。图形符号组合示例

部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号

一般三极电源开关低压断路器常开触点常闭触点复合触点限位开关QKQFSQ熔断器常开常闭复合按钮FUSB线圈主触点常开辅助触点常闭辅助触点接触器KM线圈常开延时闭合触点常闭延时打开触点常开延时打开触点常闭延时闭合触点时间继电器KT部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号

常开触点常闭触点速度继电器热元件常闭触点热继电器线圈常开触点常闭触点中间继电器KVFRKA电磁铁YA线圈常开触点常闭触点电压继电器KU线圈常开触点常闭触点电流继电器KI信号灯HL直流电动机M变压器三相异步电动机M转换开关SA主电路标号由文字符号和数字组成。

文字符号：标明主电路的元件或线路的主要特征数字：区分电路不同线段注意：三相电源引入线使用L1、L2、L3表示

电源开关后的三相交流电源使用U、V、W表示（二）电气原理图的绘制电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。用规定的图形符号，按主电路和辅助电路相互分开并依据各电器元件动作顺序等原则所绘制的线路图。包括所有电器元件的导电部件和接线端点，不表示电气元件的形状、大小和安装方式。绘制电气原理图应遵循以下原则(1)电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，一般画在原理图的左边。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触点等组成，一般画在原理图的右边。(2)表示导线、信号通路、连接线等的图线都应是交叉或折弯最少的直线。可以水平布置，也可以垂直布置。(3)电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家统一标准，未规定时应尽可能采用优选形式（简单）。(4)为了突出和区分某些电路，导线和连接线等可采用粗细不同的连接线来表示。(5)采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电器元件。可在文字符号后加上数字序号的下标，如SB1、SB2、KA1、KA2等。(6)所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。●继电器和接触器的线圈在非激励状态；●断路器和隔离开关在断开位置；●零位操作的手动控制开关在零位状态，不带零位的手动控制开关在图中规定的位置；●机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态；●保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况加以说明。(7)控制电路的分支线路原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。根据图面布置需要，可将图形符号旋转绘制，一般逆时针旋转900，但文字符号不可倒置。(8)图纸上方的1、2、3…是图区的编号，便于检索电气线路、方便阅读分析，也可设置与图的下方。(9)符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法。当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而当每个图号仅有一页图纸时，索引代号可简化成：对继电器，上述表示法各栏的含义：

左栏右栏辅助常开触头辅助常闭触头所在图区号所在图区号

例图中KM1线圈下方的是接触器KM相应触头的索引。（10）在原理图中相应线圈的下方，绘出触点的图形（或文字）符号，并在下边标明相应触点的索引代码，未使用的用“×”表示。有时也可省去触头的表示。对接触器，上述表示法中各栏的含义如下：

右栏 中栏左栏主触头所辅助常开触头辅助常闭触头在图区号所在图区号所在图区号（三）电器布置图电器元件布置图是用来表明电气设备上所有电机、电器的实际位置，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的档案资料。

某机床的电器元件布置图（四）电器接线图在绘制安装接线图时一般应遵循以下原则。(1)各电器元件用规定的图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件的位置应与实际安装位置一致。(2)不在同一控制柜或操作台上的电器元件的电气连接必须通过端子排进行。各电器元件的文字符号及端子编号应与原理图一致，并按原理图的接线进行连接。(3)走向相同的多根导线可用单线表示，但线径不同的导线例外。(4)画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数等规格要求，以便施工人员顺利施工。

例如，车床的电气安装接线图图幅尺寸(mm)图幅尺寸选择：电气图的规模与复杂程度；能够清晰地反映电气图的细节；整套图纸的幅面尽量保持一致；便于装订和管理；CAD绘制时，输出设备（打印机、绘图仪等）对于输出幅面的限制。幅面A0A1A2A3A4长1189841594420297宽841594420297210幅面A3×3A3×4A4×3A4×4A4×5长89111896308411051宽420420297297297（四）其他图框线：根据图纸是否需要装订以及图纸幅面的大小确定。

需要装订的图纸的图框线A0、A1、A2：a＝25mm，c＝10mm其它：a＝25mm，c＝5mm不需要装订的图纸的图框线A0、A1：e＝20mm其它：e＝15mm图幅分区：对各种幅面的图纸进行分区表示电气图中各个组成部分在图上的位置，便于直观反映绘图的范围及确定相互之间的关系。

分区的编号，水平方向用阿拉伯数字，垂直方向用大写英文字母。编号从图纸的左上角开始，分区代号用行与列两个编号组合而成。分区数一般为偶数，每一分区的长度为25~75mm，分区在水平和垂直两个方向的长度可以不同；标题栏：画在图框的右下角，绘制方向应该与看图方向一致。标准A3图纸，标题栏可以绘制成通长的格式。内容：设计单位名称、用户单位名称、专业名、设计阶段、比例尺、设计人、审核人、图纸名称、图纸编号、日期、页次等。标题栏格式式样

图线：线型：粗实线、细实线、虚线、点划线、双点划线、加粗实线、较细实线、波浪线、双折线等。线宽：0.25mm、0.35mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.4mm。常用图线上加限定符号或文字符号可表示用途，形成新的图线符号。同一套图纸绘制时，应事先确定2~3种线宽及平行线距，平行线距不小于粗线宽的两倍，且不小于0.7mm。3.2电气控制系统的设计为电气控制装置本身的制造、使用、运行及维修的需要而进行的生产工艺设计。电气控制设计包括：1、电气原理图设计为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制设计。2、电气工艺设计原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进性，工艺设计决定电气控制系统是否具有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点，所以电气控制系统设计要全面考虑两方面的内容。电气控制系统设计的基本原则1）最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。2）在满足控制要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。3）正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作。4）为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当裕量。3.2.1电气控制系统设计要求1、电气控制原理应满足工艺的要求在设计之前必须对生产机械的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解，对同类产品进行调查、分析、研究，并在此基础上来考虑控制方式，起动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及保护装置。2、在满足生产要求的前提下，力求控制线路简单、经济(1)尽量选用标准的、成熟的环节和线路。(2)尽量缩短连接导线的数量和长度。(3)尽量减少电器数量，采用标准件，尽可能选用相同型号的电器元件，以减少备用量。(4)尽量减少不必要的触头，简化控制线路以减小控制线路的故障率，提高系统工作的可靠性。①合并同类触头。②利用转换触头。③利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数④利用逻辑代数进行化简，以便得到最简化的线路。(5)线路在工作时，除必要的电路必须通电外，其余的尽量不通电以节约电能，并延长电路的使用寿命3、保证控制线路工作的可靠性(1)选用的电器元件要可靠、抗干扰性能好。(2)正确连接电器的线圈。因为每个线圈上所分配到的电压与线圈阻抗成正比，两个电器动作总是有先有后，不能同时吸合。若接触器KM1先吸合，线圈电感显著增加，其阻抗比未吸合的接触器KM2的阻抗大，因而在该线圈上的电压降增大，使KM2的电压达不到动作电压。在直流控制电路中，对于电感较大的电磁线圈，如电磁阀、电磁铁或直流电动机励磁线圈等，不宜与相同电压等级的继电器直接并联工作。(3)正确连接电器的触头设计时，应使分布在线路不同位置的同一电器触头尽量接到同一极或同一相上，以避免在电器触头上引起短路。(4)在控制线路中，采用小容量继电器的触头来断开或接通大容量接触器的线路时，要计算继电器触头断开或接通容量是否足够，不够时必须加小容量的接触器或中间继电器，否则工作不可靠。(5)在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器应选加重型的接触器，同时应有电气和机械的联锁。(6)在线路中应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。(7)防止触头竞争现象。(8)设计的线路应能适应所在电网情况，如电网容量的大小，电压频率的波动范围，以及允许的冲击电流数值等。据此决定电动机的启动方式是直接启动还是间接(降压)启动。(9)防止寄生电路。4、控制线路工作的安全性控制电路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大。为此，在控制电路中应采取一定的保护措施，必要时还可设置相应的指示信号。常用的保护环节有短路、过流、过载、过压、失压、弱磁、超限、极限等。5.保证操作、安装、调整、维修方便和安全控制电路应从操作与维修人员的工作出发，力求操作简单、维修方便。原理设计内容：拟定电气设计任务书选择电动机确定电气传动总体控制方案设计电气控制原理图计算主要技术参数并选择电气元件编写元件目录清单及设计说明书3.2.2电气控制系统设计基本内容工艺设计内容1）根据设计出的电气原理图及选定的电气元件,设计电气设备的总体配置,绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。2）按照原理框图或划分的组件，对总原理图进行编号，绘制各组件原理电路图，列出各部件的元件目录表，并根据总图编号列出各组件的进出线号。3）根据组件原理电路图及选定的元件目录表，设计组件电器装配图（电器元件布置与安装图）、接线图、图中应反映出各电器元件的安装方式和接线方式。4）根据组件装配要求，绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图样。是机械加工和外协作加工所必需的技术资料。5）设计电气箱，根据组件尺寸及安装要求确定电气柜结构与外形尺寸，设置安装支架，标明安装方式，各组件的连接方式，通风散热方式及开门方式等。6）汇总总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，列出外构件清单，标准件清单，主要材料消耗定额等。生产管理(如采购、调度、配料等)和成本核算所必须具备的技术资料。7）编写使用维护说明书。

3.2.3电气控制系统设计步骤1、拟订设计任务书设计任务书是整个电气控制系统的设计依据，又是设备竣工验收的依据。由技术领导部门、设备使用部门和任务设计部门等共同完成。电气控制系统的设计任务书中，主要包括以下内容：

（1）设备名称、用途、基本结构、动作要求及工艺过程介绍。（2）电力拖动的方式及控制要求等。（3）联锁、保护要求。（4）自动化程度、稳定性及抗干扰要求。（5）操作台、照明、信号指示、报警方式等要求。（6）设备验收标准。（7）其它要求。2、确定电力拖动方案电力拖动方案选择是电气控制系统设计的主要内容之一，也是以后各部分设计内容的基础和先决条件。主要从几个方面考虑电力拖动方案：（1）拖动方式的选择：电力拖动方式，独立拖动？集中拖动？（2）调速方案的选择：大型、重型设备的主运动和进给运动，应尽可能采用无级调速，有利于简化机械结构、降低成本；精密机械设备为保证加工精度也应采用无级调速；对于一般中小型设备，在没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机。（3）电动机调速性质要与负载特性适应恒功率负载？恒转矩负载？在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速特性与生产机械的负载特性相适应，使电动机得到充分合理应用。3、拖动电动机的选择基本原则（1）根据生产机械调速的要求选择电动机的种类。（2）工作过程中电动机容量要得到充分利用。（3）根据工作环境选择电动机的结构型式。4、选择控制方式控制方式要实现拖动方案的控制要求。随着现代电气技术的迅速发展，生产机械电力拖动的控制方式从传统的继电接触器控制向PLC控制、CNC控制、计算机网络控制等方面发展，控制方式越来越多。控制方式的选择应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺的要求。5、设计电气控制原理图，并合理选用元器件，编制元器件明细表。6、设计电气设备的各种施工图纸。7、编写设计说明书和使用说明书。电气控制系统的设计方法（一）分析设计法所谓分析设计法指根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节(单元电路)或将经过考验的成熟电路按各部分的联锁条件组合起来并加以补充和修改，以综合成满足控制要求的完整线路。当找不到现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号。1、设计各控制单元环节中拖动电动机的起动、正反向运转、制动、调速、停车等的主电路或执行元件的电路。2、设计满足各电