电气控制系统设计介绍课件.pptx

1、第四章第四章 电气控制线路的设计电气控制线路的设计一、最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制线路的要求一、最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制线路的要求二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工作安全、可靠 1.电器元件的选择电器元件的选择 为了保证电气控制线路工作的安全性和可靠性，首先要为了保证电气控制线路工作的安全性和可靠性，首先要选用可靠的电器元件，也就是说应尽可能选用机械和电气选用可靠的电器元件，也就是说应尽可能选用机械和电气寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器。寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器。 二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工

2、作安全、可靠 2.正确连接电器的线圈正确连接电器的线圈 在交流控制线路中，不能通过串联两个电器的线圈在交流控制线路中，不能通过串联两个电器的线圈（如图（如图3-1a所示）达到使其同时动作的目的。其线圈所示）达到使其同时动作的目的。其线圈应并联连接，如图应并联连接，如图3-1b所示。所示。 KK M1K M2a )b )图 3 - 1 线 圈 的 连 接a )不 合 理 b )合 理KK M1K M2二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工作安全、可靠 2.正确连接电器的线圈正确连接电器的线圈 对于直流电磁线圈，最好不直接并联连接，尤其是对于直流电磁线圈，最好不直接并联连接，尤其是二

3、者电感量相差悬殊时。如图二者电感量相差悬殊时。如图3-2a所示，正确的连接所示，正确的连接如图如图3-2b所示，将电磁铁线圈和继电器线圈分别由接所示，将电磁铁线圈和继电器线圈分别由接触器触器KM的动合触头控制。的动合触头控制。 K MY ARdKKRdY AK MK Ma )b )图 3 - 2 直 流 电 磁 线 圈 的 连 接 a )不 正 确 b )正 确二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工作安全、可靠 3.正确连接电器的触头正确连接电器的触头 同一电器的动合触头和动断触头相距很近，如果分同一电器的动合触头和动断触头相距很近，如果分别接在电源的不同相上，如图别接在电源的不

4、同相上，如图3-3a所示，有可能在两所示，有可能在两个触头之间形成飞弧而造成电源短路。如果按图个触头之间形成飞弧而造成电源短路。如果按图3-3b接线，提高了线路工作的可靠性。接线，提高了线路工作的可靠性。1221 图3-3 触头的连接a)不合理 b)合理二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工作安全、可靠 4.避免多个电器元件依次接通避免多个电器元件依次接通 如图如图3-4a所示，继电器所示，继电器K3线圈的接通要经过线圈的接通要经过K、K1、K2三对动合触头，如果其中一对触头接线不牢，都会三对动合触头，如果其中一对触头接线不牢，都会造成造成K3无法正常工作。应改为图无法正常工作。

5、应改为图3-4b。 a)b)KK1K2K3K2K1KK1K2K3K2K1图 3-4 避 免 多 个 电 器 元 件 依 次 接 通 a)不 合 理 b） 合 理二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工作安全、可靠 5.电器线圈回路不能串接自身的触头电器线圈回路不能串接自身的触头SBKMKM1KM2KM3SBKMKM3KM1KM2a)b)图3-5 电器线圈回路串接自身动断触头二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工作安全、可靠 6.控制线路中应避免出现寄生电路控制线路中应避免出现寄生电路 在电气控制线路工作过程中意外接通的电路称为寄在电气控制线路工作过程中意外接通的电路称

6、为寄生电路。寄生电路的出现将影响控制线路的正常工作，生电路。寄生电路的出现将影响控制线路的正常工作，造成误动作，应尽可能避免。造成误动作，应尽可能避免。 31112221212图3-7 防 止 寄 生 电 路212123123121212212121121有 寄 生 电 路 ）无 寄 生 电 路二、保证控制线路的工作安全、可靠二、保证控制线路的工作安全、可靠 7.避免电路竞争避免电路竞争 “竞争竞争”现象的存在将造成电气控制线路不能按照设现象的存在将造成电气控制线路不能按照设计的要求完成既定动作，有可能引起控制失灵，或发计的要求完成既定动作，有可能引起控制失灵，或发生误动作，因此在设计中应尽量

7、避免。生误动作，因此在设计中应尽量避免。 8.电气联锁和机械联锁共用电气联锁和机械联锁共用S B2K M1S B1K TK M2K TK M2K M2K M1图 3 - 8 电 路 竞 争 现 象三、在满足工艺要求前提下，控制线路力求经济、简单三、在满足工艺要求前提下，控制线路力求经济、简单 1.尽量减少电器元件的品种、规格和数量，同一用途的器件尽尽量减少电器元件的品种、规格和数量，同一用途的器件尽可能选用相同品牌、相同型号的产品，以减少备品备件的种可能选用相同品牌、相同型号的产品，以减少备品备件的种类和数量。类和数量。 2.尽量减少不必要的触头，这样不但可以简化线路，而且可以尽量减少不必要的

8、触头，这样不但可以简化线路，而且可以减少出故障的机会。减少出故障的机会。 121211212图3 -9 减 少 触 头 数 量SB1KMSB2KMSB2SB1KMKMa)b)图3-10 减少连接导线 a)不合理 b)合理三、在满足工艺要求前提下，线路力求经济、简单三、在满足工艺要求前提下，线路力求经济、简单 3.尽量缩减连接导线的数量和长度。尽量缩减连接导线的数量和长度。 设计控制线路时，各个电器元件之间的接线应合理布局，设计控制线路时，各个电器元件之间的接线应合理布局，特别是安装在不同地点的电器元件之间的连线更应予以充分特别是安装在不同地点的电器元件之间的连线更应予以充分的考虑，否则不但会造

9、成导线的浪费，甚至还会影响线路工的考虑，否则不但会造成导线的浪费，甚至还会影响线路工作的安全。作的安全。 三、在满足工艺要求前提下，线路力求经济、简单三、在满足工艺要求前提下，线路力求经济、简单 4.控制线路在工作时，除必要的电器元件外，其余电器应尽控制线路在工作时，除必要的电器元件外，其余电器应尽量不长期通电，以延长电器元件的使用寿命和节约电能。量不长期通电，以延长电器元件的使用寿命和节约电能。212112221112图3-11 减少通电电器数量 a)不合理 b）合理四、应设置必要的保护环节四、应设置必要的保护环节 1.短路保护短路保护 2.过电流保护过电流保护 3.过载保护过载保护 4.断

10、相保护断相保护 5.零（欠）压保护零（欠）压保护四、应设置必要的保护环节四、应设置必要的保护环节 1.短路保护短路保护 电路发生短路时会引起电气设备绝缘损坏和电路发生短路时会引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电动力，使电路中的各种电气设备发产生强大的电动力，使电路中的各种电气设备发生机械性损坏。因此当电路出现短路电流时，必生机械性损坏。因此当电路出现短路电流时，必须迅速、可靠地切断电源，以防止短路电流流过须迅速、可靠地切断电源，以防止短路电流流过电动机，使电动机发生严重损坏。常用的短路保电动机，使电动机发生严重损坏。常用的短路保护方法是采用护方法是采用熔断器熔断器和和自动空气开关自动空气开关。四

11、、应设置必要的保护环节四、应设置必要的保护环节 2.过电流保护过电流保护 过电流会使电动机流过过大的冲击电流而损过电流会使电动机流过过大的冲击电流而损坏电动机的换向器，同时过大的电动机转矩也会坏电动机的换向器，同时过大的电动机转矩也会使机械传动部件受到损坏，因此要及时切断电源。使机械传动部件受到损坏，因此要及时切断电源。在电动机运行过程中，过电流出现的可能性比短在电动机运行过程中，过电流出现的可能性比短路要大，特别是在频繁启动和正反转运行、重复路要大，特别是在频繁启动和正反转运行、重复短时工作制的电动机中更是如此。短时工作制的电动机中更是如此。 过电流保护常用于限流启动的直流电动机和过电流保护

12、常用于限流启动的直流电动机和绕线式异步电动机中，采用绕线式异步电动机中，采用过电流继电器过电流继电器作保护作保护器件。器件。四、应设置必要的保护环节四、应设置必要的保护环节 3.过载保护过载保护 与短路保护和过电流保护相同，过载保护也与短路保护和过电流保护相同，过载保护也属于电流型保护。通常采用属于电流型保护。通常采用热继电器热继电器作长期过载作长期过载保护元件。但是由于热惯性的关系，热继电器不保护元件。但是由于热惯性的关系，热继电器不会在短路电流的冲击下而瞬时动作，当有会在短路电流的冲击下而瞬时动作，当有810倍倍额定电流通过时，热继电器需经过额定电流通过时，热继电器需经过13s的时间才的时

13、间才能动作，这样在热继电器尚未动作时，其热元件能动作，这样在热继电器尚未动作时，其热元件就可能已经烧损。因此，在使用热继电器作过载就可能已经烧损。因此，在使用热继电器作过载保护时，应与短路保护装置配合使用。保护时，应与短路保护装置配合使用。四、应设置必要的保护环节四、应设置必要的保护环节 4.断相保护断相保护 电源缺相、一相熔断器熔断、开关或接触器电源缺相、一相熔断器熔断、开关或接触器的一对触头接触不良或者电动机内部断线等都会的一对触头接触不良或者电动机内部断线等都会引起电动机缺相运行。缺相运行时，电动机转速引起电动机缺相运行。缺相运行时，电动机转速降低甚至堵转，使电动机严重发热，甚至烧损电降

14、低甚至堵转，使电动机严重发热，甚至烧损电动机的绝缘和绕组。动机的绝缘和绕组。 此时必须用带有专门为断相运行而设计的断此时必须用带有专门为断相运行而设计的断相保护机构的相保护机构的三相热继电器三相热继电器才能达到保护目的。才能达到保护目的。四、应设置必要的保护环节四、应设置必要的保护环节 5.零（欠）压保护零（欠）压保护 零压保护的作用就在于防止电源电压恢复时零压保护的作用就在于防止电源电压恢复时电动机的自行启动。在电动机运转时，过低的电电动机的自行启动。在电动机运转时，过低的电源电压会使电动机转速下降甚至堵转，从而出现源电压会使电动机转速下降甚至堵转，从而出现数倍于额定电流值的过电流，因此需要

15、在电源电数倍于额定电流值的过电流，因此需要在电源电压下降到压下降到0.50.7URT时自动将电动机电源切除，这时自动将电动机电源切除，这种保护称为欠电压保护。种保护称为欠电压保护。 通常直接利用线路中并联在启动按钮两端的通常直接利用线路中并联在启动按钮两端的接触器自锁触头接触器自锁触头来实现零（欠）压保护。来实现零（欠）压保护。一、概述一、概述(一一)为什么要正确选择电动机为什么要正确选择电动机(二二)电动机选择的主要内容电动机选择的主要内容 1.电动机种类的选择电动机种类的选择 2.电动机型式的选择电动机型式的选择 3.3.电动机额定电压的选择电动机额定电压的选择 4. 4.电动机额定转速的

16、选择电动机额定转速的选择 5. 5.电动机容量的选择电动机容量的选择 a.a.发热：发热：maxmaxa a b. b.过载能力过载能力：T TLmaxLmaxTTmaxmax= m mT TRT RT c. c.起动能力：起动能力：T TL LststT TRTRT 二、电动机的发热和冷却二、电动机的发热和冷却（一）电动机的发热过程（一）电动机的发热过程（二）电动机的冷却过程（二）电动机的冷却过程图3-14 电动机的温升、温降曲线三、不同工作制下电动机容量的选择三、不同工作制下电动机容量的选择 电动机按发热状况分为三类：电动机按发热状况分为三类： 连续工作制、短时工作制和重复短时工作制。连续

17、工作制、短时工作制和重复短时工作制。（一）连续工作制电动机容量的选择（一）连续工作制电动机容量的选择 特点：电动机的连续工作时间特点：电动机的连续工作时间tp(34) Th，运行中电动运行中电动 机的稳定温升可以达到稳定值。机的稳定温升可以达到稳定值。 连续工作制电动机的负载分为两类：恒定负载和变动负载。连续工作制电动机的负载分为两类：恒定负载和变动负载。1.带恒定负载时电动机容量的选择带恒定负载时电动机容量的选择 PRTPL图3-15 恒定负载长期连续工作负载图及温升曲线例例3-1 一台低压离心式水泵与电动机直接连接，流一台低压离心式水泵与电动机直接连接，流量量Q=50m3/h，总扬程总扬程

18、H=15m，转速转速n=1450r/min，效率效率1=0.4，试选择电动机。试选择电动机。2.带变动负载时电动机容量的选择带变动负载时电动机容量的选择 a.等效电流法为等效电流法为:IRTIeq图3-16 变动负载连续工作的负载图及温升曲线)5-(3 Ieq12222121niinnttItItI)7-(3 Peq12222121niinnttPtPtP b.等效转矩法为等效转矩法为:T RTTeq c.等效功率法为等效功率法为: PRTPeq6)-(3 Teq12222121niinnttTtTtT 例例3-23-2 某台电动机直接拖动一生产机械，其转矩某台电动机直接拖动一生产机械，其转矩

19、变化负载图如图变化负载图如图3-173-17所示，要求生产机械的转速所示，要求生产机械的转速n=1450 r/minn=1450 r/min左右。试选择电动机。左右。试选择电动机。图3-17 例3-2的负载图(二二)短时工作制电动机容量的选择短时工作制电动机容量的选择特点特点:生产机械工作时间较短生产机械工作时间较短tp(34) Th，而停车时间而停车时间 却很长却很长to(34) Th，则工作时温升达不到稳定值，则工作时温升达不到稳定值，而停车时温升可下降为零而停车时温升可下降为零 。图3-18 短时工作制下电动机的负载图与温升曲线1.选用短时工作制电动机选用短时工作制电动机标准持续运行时间

20、标准持续运行时间ts是是10min，30min，60min和和90min。 （3-83-8）选取选取PRT PS的电动机，并进行过载和起动能力的校核。的电动机，并进行过载和起动能力的校核。2.2.选用连续工作制电动机选用连续工作制电动机 PRTPL/ （3-9） 电动机短时工作过载倍数，与电动机短时工作过载倍数，与tp/Th有关有关 。 spttspsttP P p（三）重复短时工作制电动机容量的选择（三）重复短时工作制电动机容量的选择 特点：工作时间（特点：工作时间（34）Th，停车（或空载）时间停车（或空载）时间t0 （34）T h，工作时间内电动机的温升不能达到稳工作时间内电动机的温升不

21、能达到稳 定温升，停车时间内温升尚未下降到零时，下一个定温升，停车时间内温升尚未下降到零时，下一个 周期又已经开始。这样每经过一个周期（周期又已经开始。这样每经过一个周期（tp+ t0）温温 升便有所上升，经过若干个周期后，电动机温升将升便有所上升，经过若干个周期后，电动机温升将 在一稳定的小范围内波动。在一稳定的小范围内波动。 重复短时工作制具有重复性与短时性的特点，通常用负重复短时工作制具有重复性与短时性的特点，通常用负载持续率（或暂载率）载持续率（或暂载率）来表征重复短时工作制的工作来表征重复短时工作制的工作情况，即情况，即 = = 100% (3-10) 停车时间工作时间工作时间图3-

22、20 重复短时工作制电动机的负载图及温升曲线0tttpp1.选用重复短时工作制电动机选用重复短时工作制电动机 标准负载持续率标准负载持续率s规定为规定为15%、25%、40%和和60%四四 种，并以种，并以25%为额定负载持续率，同时规定一个周期为额定负载持续率，同时规定一个周期 的总时间（的总时间（tp+ t0）不超过不超过10min。 a.根据生产机械的负载图算出电动机的实际负载持续率根据生产机械的负载图算出电动机的实际负载持续率，如果算出的如果算出的值与电动机的额定负载持续率值与电动机的额定负载持续率sRT （25%）相等，即可从产品目录中查得额定功率相等，即可从产品目录中查得额定功率P

23、RT，使使PRT等等于或略大于生产机械所需功率于或略大于生产机械所需功率P。 b.如果算出的如果算出的值不等于值不等于sRT ，则按下式换算，则按下式换算 (3-11) 再根据再根据sRT从产品目录中查得从产品目录中查得PRT，选取选取PRT等于或略大于等于或略大于PS的电动机即可。的电动机即可。例例3-3 一起重机的工作负载图如图一起重机的工作负载图如图3-20所示，其中所示，其中P=10kW，工作时间工作时间tp=0.91min，空车时间空车时间t0=2.34min，要求采用转速要求采用转速为为1000r/min左右的绕线式异步电动机，试选择之。左右的绕线式异步电动机，试选择之。%25P

24、P =sRTsP2.选用连续工作制电动机选用连续工作制电动机 将将s视为视为100%，再按上述方法选择电动机。，再按上述方法选择电动机。 在重复短时工作制下，如果负载是变动的，则仍可用前面已在重复短时工作制下，如果负载是变动的，则仍可用前面已介绍过的介绍过的“等效法等效法”先算出其等效功率先算出其等效功率Peq，再按上述方法再按上述方法选取电动机。选好电动机容量后，需进行过载能力的校验。选取电动机。选好电动机容量后，需进行过载能力的校验。 负载持续率负载持续率10%时，可按短时工作制选择电动机；当时，可按短时工作制选择电动机；当70%时，则按连续工作制选择电动机。时，则按连续工作制选择电动机。

25、四、电动机容量选择的统计法和类比法四、电动机容量选择的统计法和类比法 车床车床 P=36.5D1.54,D为工件的最大直径（为工件的最大直径（m）；）； 立式车床立式车床 P=20D0.88,D为工件的最大直径（为工件的最大直径（m）；）； 摇臂钻床摇臂钻床 P=0.0646D1.19,D为最大的钻孔直径（为最大的钻孔直径（mm）；）； 卧式镗床卧式镗床 P=0.004D1.7,D为镗杆直径（为镗杆直径（mm）；）； 龙门铣床龙门铣床 P=B1.15/166,B为工作台宽度（为工作台宽度（mm）。）。 一、电气控制线路的设计方法一、电气控制线路的设计方法 电气控制线路的设计方法通常有两种，即经

26、验设电气控制线路的设计方法通常有两种，即经验设计法和逻辑设计法。计法和逻辑设计法。 经验设计法是根据生产工艺要求，凭借设计人员经验设计法是根据生产工艺要求，凭借设计人员的实际经验，将各种典型的基本控制环节加以合理综的实际经验，将各种典型的基本控制环节加以合理综合，并适当配置联锁和保护等环节，从而形成满足控合，并适当配置联锁和保护等环节，从而形成满足控制要求的控制线路。制要求的控制线路。 逻辑设计法是从满足生产工艺要求的角度出发，逻辑设计法是从满足生产工艺要求的角度出发，利用逻辑代数来设计电器控制线路，同时也可用于线利用逻辑代数来设计电器控制线路，同时也可用于线路的分析和简化。路的分析和简化。

27、二、电气控制线路设计实例二、电气控制线路设计实例放松方向夹紧方向SQ1SQ2M2123547891061-夹紧电动机；2-减速器；3-横梁；4-立柱；5-压板；6-导轨；7-夹紧杠杆；8-凸轮；9-挡块；10-偏心轴图3-24 横梁夹紧机构工作原理图二、电气控制线路设计实例二、电气控制线路设计实例横梁升降横梁升降夹紧机构的工艺要求夹紧机构的工艺要求点动操作，即按一下按钮，横梁移动一下；不按则停止。点动操作，即按一下按钮，横梁移动一下；不按则停止。横梁夹紧与横梁升降之间有一定的操作顺序，即：按下按钮，横横梁夹紧与横梁升降之间有一定的操作顺序，即：按下按钮，横梁夹紧机构自动放松，当完全放松后夹紧电

28、动机自动停止，紧接梁夹紧机构自动放松，当完全放松后夹紧电动机自动停止，紧接着升降电动机自动起动，拖动横梁上下移动；松开按钮，横梁应着升降电动机自动起动，拖动横梁上下移动；松开按钮，横梁应立即停止移动，并自动夹紧于立柱上。立即停止移动，并自动夹紧于立柱上。夹紧机构必须保证一定的夹紧力。当夹紧到一定程度时，夹紧电夹紧机构必须保证一定的夹紧力。当夹紧到一定程度时，夹紧电动机应自动停止。动机应自动停止。应限制横梁在上下两个方向的移动距离，即向上不应碰到上梁，应限制横梁在上下两个方向的移动距离，即向上不应碰到上梁，向下不应碰到左右侧刀架。向下不应碰到左右侧刀架。应具有必要的连锁保护：横梁升降与夹紧机构之

29、间不能同时动作；应具有必要的连锁保护：横梁升降与夹紧机构之间不能同时动作；横梁移动与主拖动（如工作台）之间也不能同时动作。横梁移动与主拖动（如工作台）之间也不能同时动作。 二、电气控制线路设计实例二、电气控制线路设计实例L1 L2 L3Q KFU1K M1K M2K M3K M4I移 动 电 动 机夹 紧 电 动 机a)FR1FR2K A图 3-25 龙 门 刨 床 横 梁 升 降 -夹 紧 自 动 控 制 线 路 a)主 电 路二、电气控制线路设计实例二、电气控制线路设计实例图3-25 龙门刨床横梁升降-夹紧自动控制线路二、电气控制线路设计实例二、电气控制线路设计实例FU2FR1FR2KTKM3KAKM1KM2KM4KM3HLRKM1KM2KMSB1SB2SQ3SQ4SQ5SQ1KTKM3KM4KM2KM1KM2KM1SQ1b)图3-25 龙门刨床横梁升降-夹紧自动控制线路 b)控制电路人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。