电力托动第四章工业电气控制系统的设计

1、第四章工业电气控制系统设计陈建光，4.1电气控制电路设计基本原则4.2电气控制电路设计基本程序4.3电气控制电路设计方法4.4电气控制电路制图方法，4.1电气控制设计基本原则陈建光，4.1.1满足生产机械和工艺要求的系统要求，1。为了满足生产过程中加工工艺的要求，了解设计前必须做的准备工作，即充分了解生产设备的主要工作性能、结构特点和实际工作条件，并有较好的了解。2.定义电气控制电路设计中涉及的工作。3.在总体方案正确的前提下，确定电气传动方案和控制方案。从已通过生产实践测试的成功设备或生产工艺中吸取经验教训，列出几种备选方案，并根据条件和工艺要求进行选择。4.1.2控制电路应简单经济。陈建光

2、：(1)尽量减少电气元件的数量，选择标准电气元件，并尽可能选择同类型的电气元件，以减少备件的数量。(2)尽量选择标准、常用或测试过的典型环节或基本电气控制电路。(3)减少不必要的接触，简化电气控制电路，降低故障率，提高工作可靠性。陈建光，(4)尽量缩短连接线和长度。电气元件触点的合理布置可以减少导线数量，缩短导线长度，简化布线，这是不合理的，也是合理的。如图所示，启动按钮和停止按钮位于操作台上，而接触器位于电气柜中。从按钮到接触器有很长的距离，所以启动按钮和停止按钮必须直接连接，这样可以减少连接线的数量。控制电路运行时，除必要的电气元件必须长时间通电外，其他电器应尽量长时间不通电，以延长电气元

3、件的使用寿命，节约电能。(5)尽量减少电器不必要的通电时间；(4.1.3)确保电气控制电路的可靠性；(1)选用的电气元件应可靠、牢固、动作时间短、抗干扰性能好。(2)正确连接电气部件的线圈。正确，不正确，(3)正确连接电气部件的触点。(4)在控制电路中，当用小容量继电器的触点断开或连接大容量接触器的线圈时，需要计算小容量继电器的触点容量是否足够，如果不够，必须增加小容量接触器或中间继电器；(5)在运行频繁的可逆电路中，正反接触器之间不仅要有电气联锁，还要有机械联锁。(6)在电气控制电路中，我们应尽最大努力避免许多电气元件在依次动作后可以连接到另一个电气元件上的现象，从而提高电路的可靠性。(7)

4、设计的电气控制电路应能适应电网的情况，如电网容量的大小、电压和频率的波动范围、允许的浪涌电流值等。(8)防止线内接触竞争。为了防止寄生电路，控制线在工作中意外导通的电路称为寄生电路。如图A所示，当电机正转时过载，热继电器工作时会出现寄生电路，如图中虚线所示，接触器KM1不能断电，不能起到保护作用。4.1.4在保证电气控制回路安全的原则下，电气控制应保证生产机械的安全运行，消除异常运行的影响，避免误操作造成的事故。常见的保护环节包括短路、过流、过压、电压损失、弱点、超速、极限保护等。1)短路保护在电气控制电路中，保险丝或断路器通常用于短路保护。2)过电流保护通常小于短路电流。过电流继电器和触点任

5、务书的具体技术指标和要求由技术部和承担设计任务的部门共同协商确定。除了简要说明设计设备的型号、用途、工艺流程、动作要求、传动参数和工作条件外，还应说明以下主要技术指标和要求。4.2电气控制电路设计的基本程序，4.2.1编制设计任务书，1)控制精度和生产效率。2)电驱动的基本特征。3)自动化程度。4)目标成本和费用限制。5)工期、验收标准和验收方法。6)其他要求，如设备布局、安装要求、控制柜布局、稳定性、抗干扰、照明、信号指示和报警方式等。生产机械的技术要求和结构：选择电机数量、运动机构要求的调速范围，选择调速方案。注意：电机的调速特性可以适应负载特性。4.2.2电气传动方案的选择。1.电动驱动

6、模式：独立驱动和离散驱动。电机调速特性是指电机在整个调速范围内的转矩、功率和速度之间的关系。调速性能分类：恒功率驱动和恒转矩驱动电机的调速性能应适应生产机械的负载特性。车床主轴运动：恒功率驱动车床进给运动：恒转矩驱动双速笼型异步电机： YY连接为恒功率驱动 YY连接为恒转矩驱动注：非对应调速特性：电机额定功率增加D倍(D为调速范围)，部分转矩未充分利用。2.电机调速性能的确定，3。负载特性，即要求电机调速特性适应负载特性，以保证电机的充分合理应用。4.起动、制动、正向和反向旋转的要求。选择指标包括电机的类型、结构、额定电流、额定速度、额定电压和额定功率。应考虑生产机械的调速要求和电机的工作环境

7、。在选择电机的机械特性时，应满足机械设备的要求和适应负载的机械特性，以保证在一定负载下的速度稳定性，并具有一定的调速范围和良好的起动和制动性能；在电机工作过程中，其额定功率可以得到充分利用，即温升达到额定温升。4.2.3选择电机的原则是经济、合理和安全的。在电机选型上，以结构简单、价格低廉、使用维护方便的三相交流异步电机为主。对于起动转矩大且有一定调速要求的机械设备，应选用绕组异步电动机；驱动功率大、无需调速的机械设备一般采用交流同步电机，具有效率高、提高电网功率因数的优点。(1)自动化程度适应国情；(2)控制方案与设备的通用化和专业化相适应；(3)控制方案随着控制过程的复杂性而变化；(4)控

8、制系统的工作方式应在经济和安全的前提下最大限度地满足工艺要求。4.2.4电气控制方案的确定4.2.5控制方式的选择、时间控制、速度控制、电流控制和行程控制，人们希望在掌握电气控制的基本原理和控制环节后，不仅能分析生产机械电气控制电路的工作原理，还能根据生产过程的要求设计电气控制电路。电气控制电路通常有两种设计方法：经验设计法和逻辑设计法。4.3电气控制电路的设计方法，4.3.1经验设计方法，经验设计是根据生产机械的工艺要求和加工工艺，利用各种典型的基本控制环节进行修理、补充和改进，最终得到最佳方案。如果没有典型的控制环节可采用，则应根据生产机械的工艺要求逐步进行设计。经验数据(1)主电路设计；

9、(2)控制电路设计；(3)连接各单元环节，形成满足整机生产工艺要求的控制电路，实现生产过程的自动或半自动调整；(4)联锁保护环节设计；(5)线路综合审查。经验设计法的基本步骤：4.3.2逻辑设计法，它利用逻辑代数作为数学工具来设计电气控制电路，也可以用来简化电路。打开和关闭电气控制电路中的接触器、继电器和其他电气元件的线圈，以及打开和关闭触点被视为逻辑变量，并且操作结果通过简单的基本操作获得，例如逻辑与、逻辑或和逻辑非，其指示电气控制电路的结果。对逻辑函数公式进行简化，然后从简化的逻辑函数公式中绘制相应的电气原理图。最后对其进行进一步的检验和改进，以获得既满足工艺要求，又经济合理、安全可靠的最

10、佳设计电路。电气控制系统由几个按照一定要求连接的电气部件组成。这些电气元件和它们的连接用一个特定的图形来表示，这个图形叫做电气控制图或电气图。只有正确识别和使用电气图形符号和字符，我们才能阅读电气图和绘制标准电气图。4.4、电气控制回路的绘制方法，电气图中的图形符号和文字符号，绘制电气原理图的原理，电路图是一种用图形符号并按工作顺序排列的草图，详细显示回路或成套设备的所有基本元件和连接关系，而不考虑其实际位置。绘制电气原理图时，一般应遵循以下原则：(1)指示线、信号路径、连接线等绘制线应为相交和弯曲最少的直线；它可以水平排列，也可以斜交排列。(2)电路或部件应根据功能进行布置，并尽可能处于工作

11、状态。对于因果顺序清晰的图表，布局顺序应从左到右，从上到下。(3)为了突出和区分某些电路和功能，导线符号、信号路径和连接线可以用不同粗细的线来表示。(4)元件、装置和设备的可移动部分通常应在非激励或非工作状态或位置进行指示。(5)使用的图形符号应符合国家标准。如果采用国家标准中未规定的图形符号，必须对其进行说明。(6)同一电气部件不同部分的线圈和触点应标有相同的字符和符号。电气元件布局，绘制电气元件布局时应遵循的原则：(1)大型和重型电器应安装在控制柜下；(2)安装加热元件时，注意保持控制柜内所有元件的温升在允许范围内；(3)为了提高电子设备的抗干扰能力，弱电部分应屏蔽隔离；(4)部件安装必须遵循规定的间隔和爬电距离；(5)需要经常维护和维修的电器安装位置不应过高或过低；(6)尽量将相同形状和结构尺寸的部件安装在一起；(7)电气布置中应考虑对称性。电气接线图的绘制，是根据