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1、电气控制技术与技能训练,电气控制技术与技能训练 电子教案,第5章 电气控制系统设计,5.1 电气控制系统设计概述 5.1.1 电气控制系统设计内容 1.电气原理图设计内容（1）拟定电气设计任务书。（2）确定电力拖动方案及控制方案。（3）确定电动机类型、电压等级、容量、转速及具体型号。（4）设计电气控制原理框图，拟定各部分的技术指标与要求。（5）设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数。（6）选择元器件，制定元器件目录清单，易损件、备用件清单。（7）编写设计说明书。2.电气工艺设计内容（1）设计并绘制系统的总装配图及总接线图。（2）设计并绘制组件的装配图及接线图。（3）绘制电器安装板和非标准的
2、电器安装零件图。,第5章 电气控制系统设计,（4）确定电气箱结构及外形尺寸。（5）编制标准件清单、外购件清单、主要材料消耗定额。（6）编写使用维护说明书。5.1.2 电气控制系统设计的一般规律及其要求 1.拟订设计任务书 2.电力拖动方案的选择（1）无电气调速要求的生产机械 笼型异步电动机用于启动，制动不频繁的场合。绕线型异步电动机用于负载静转矩很大的场合。同步电动机用于负载大或需提高功率因数的场合。（2）有电气调速要求的生产机械 调速范围D=23，调速级数24者，用双速或多速笼型异步电动机。调速范围D3，不要平滑调速，短时或断续周期负载，用绕线型异步电动机。调速范围D=310，且要求平滑调速
3、，用变频调速。,第5章 电气控制系统设计,调速范围D=10100，要求平滑调速，系统容量大，用晶闸管直流调速系统或变频调速。（3）电动机调速性质应与负载特性相适应 3.拖动电动机的选择 4.电气控制方案的决定 工作程序固定的专用机械设备用继电器接触器控制系统。经常变换工序和加工对象的设备，用可编程序控制器控制系统。按控制要求及控制过程复杂程度不同可分散控制或集中控制。5.设计电气原理图并合理选择元器件，编制元器件目录清单。6.设计各种施工图纸，编制各种材料定额清单。7.编写说明书。5.2 电气原理图的设计5.2.1 电气原理图设计方法1.分析设计法（经验设计法）,第5章 电气控制系统设计,此法
4、简单、易学，但不易获得最佳设计方案，多用。2.逻辑设计法 此法易得理想的设计方案，但难度较大，复杂，一般常规设计少用。5.2.2 设计电气原理图的基本规则 1.最大限度满足生产机械和工艺对电气控制系统的要求 2.控制电压选择标准电压等级。3.力求使控制电路简单、经济。(1)选标准元器件，选同型号元器件，减少备品。(2)选标准、常用的基本控制环节或电路。(3)尽量减少不必要的触点，简化控制电路 a)合并同类触点,第5章 电气控制系统设计,b)利用转换触点。C）利用二极管减少触点数目(4)尽量缩短连接导线的数量和长度,第5章 电气控制系统设计,(5)控制电路工作时，除必要的元器件必须通电外，其余的
5、尽量不通电以节约电能。,第5章 电气控制系统设计,4.保证控制电路工作的可靠性。(1)正确连接元器件的触点。(2)正确连接电器的线圈 a)不允许两个电器线圈串联只能并联 b)两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联。,第5章 电气控制系统设计,(3)避免出现寄生电路(4)避免多个元器件依次动作后才能接通另一个元器件,第5章 电气控制系统设计,(5)正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁。(6)由电网与电动机的容量决定，设计全压启动或减压启动的控制电路。(7)应充分考虑继电器触点的接通和分断能力。如要增加接通能力，可用多触点并联；如要增加分断能力，可用多触点串联。5.保证控制电路工作的安全性
6、常用的保护环节有：短路、过流、过载、失压、弱磁、超速、极限保护等。6.操作、维护、检测方便5.3 常用控制电器的选择5.3.1 电器选择的基本原则 1.按电器的功能要求确定电器的类型 2.确定电器承载能力的临界值及使用寿命。根据电器的工作电压、工作电流、控制功率确定电器的规格。,第5章 电气控制系统设计,3.确定电器的工作环境。4.按可靠性选择电器。5.确定电器的使用类别。5.3.2 接触器的选择 1.交流接触器的选择(1)控制电动机负载时，接触器的选择 按接触器所控制负载的工作任务选择使用类别。主触点额定电流IN可按经验公式计算 PN、UN分别为电动机额定功率和额定线电压，k=11.4为经验
7、系数。吸引线圈电压与控制电路电压相等(2)控制非电动机负载时，接触器的选择 a)电热设备,第5章 电气控制系统设计,主触点的额定电流应等于或大于1.2倍电热设备的额定电流。b)电容器 必须考虑电容器的合闸电流、持续电流和负载下的电寿命。可按表5-2选择。c)变压器 可按表5-3选择。d)照明装置 按启动电流、长期工作电流等因素选择。2.直流接触器的选择(1)控制电动机负载时接触器的选择 按控制负载工作任务选使用类别 长期工作制电动机：接触器额定电压电流大于等于电动机额定值 断续周期工作制或短时工作制电动机：接触器额定电流大于或等于电动机等效有效电流。,第5章 电气控制系统设计,(2)电磁铁 按
8、直流电磁铁额定电压、电流、通电持续率、时间常数选择。5.3.3 继电器的选择 1.类型的选择 2.使用环境的选择 3.使用类别的选择 4.额定工作电压、电流的选择 5.工作制的选择5.3.4 控制变压器的选择 1.控制变压器一、二次侧电压应与交流电源电压、控制电路和辅助电路电压要求相符。2.保证交流电磁器件在启动时能可靠地吸合。3.变压器容量S可按经验公式计算 S0.6S1+0.25S2+0.125KS3,第5章 电气控制系统设计,S1电磁器件的吸持容量，S2接触器继电器启动容量，S3电磁铁启动容量，K 修正系数。或 Sk1S1 S0.6S1+1.5S2 k1 变压器容量储备系数，K1=1.1
9、1.25。5.4 电气控制系统工艺设计 5.4.1 电气设备总体配置设计 组件的划分 电气控制设备的各部分及组件间的连接方式。电器板、控制板进出线用接线端子。被控设备与电器箱之间采用多孔接插件。印刷电路板与弱电控制组件之间用各种类型接插件。5.4.2 电器元件布置图的设计 见第2章第1节,第5章 电气控制系统设计,5.4.3 电器组件安装接线图的设计 见第2章第1节5.4.4 电器箱及非标准零件图的设计5.4.5 编制各类元器件及材料清单5.4.6 编写设计说明及使用说明书5.5 电气控制系统设计举例 以皮带运输机为例，其工作示意图见图5-12.,第5章 电气控制系统设计,5.5.1 皮带运输
10、机的工艺要求 1.三条皮带运输机启动顺序为3、2、1。2.三条皮带运输机停车顺序为1、2、3。3.2或3 机出故障，1机必须停车。4.必要的保护。5.5.2 主电路设计 由于电网容量大，皮带运输机不经常启制动，所以选用笼型异步电动机，全压启动，自由停车（无电气制动），采用热继电器作过载保护，熔断器作短路保护。主电路见图5-13。,第5章 电气控制系统设计,5.5.3 基本控制电路设计 控制三台电动机的三个接触器均采用自锁环节。KM3的常开辅助触点KM31串于KM2线圈，KM2的常开辅助触点KM21串于KM1线圈电路，实现启动顺序控制。KM1的常开辅助触点KM12与M2停止按钮SB4并联，KM2
11、的常开辅助触点KM23与M3停止按钮SB6并联，实现停车顺序控制。,第5章 电气控制系统设计,5.5.4 控制电路改进（自动控制部分）设计 以通电延时时间继电器发出启动信号，以断电延时时间继电器发出停车信号，并增加一中间继电器，得出自动控制的电路。,第5章 电气控制系统设计,5.5.5 联锁保护环节设计 完整的控制电路,第5章 电气控制系统设计,5.5.6 电路的完善与校核5.6 电气控制系统的安装与调试 5.6.1 电器元件安装工艺要求 1.检查电器元件 外观检查、触点检查、电磁机构和传动机构的检查、规格检查、时间继电器的延时检查、继电器检查。2.安装电器元件的工艺要求(1)刀开关、低压断路
12、器垂直安装，受电端在开关上方，负载侧在开关下方，组合开关分断状态为水平位置。(2)RL熔断器受电端为底座中心端。RTO、RM熔断器垂直安装，其上端为受电端。(3)带电磁线圈时间继电器垂直安装。(4)安装于电器箱或控制板上的元件间距离要适当，防止电器间漏电及便于检修。(5)安装元器件时在螺钉上加装平垫圈和弹簧垫圈。,第5章 电气控制系统设计,5.6.2 板前配线工艺要求 1.选好导线截面积，把导线伸直拉平。2.配线要短、用线要少，保证导线与接线端子接触良好，必要时将线头烫锡处理。3.排线要求横平竖直，避免导线交叉。导线变换走向应垂直变换，导线的弯曲半径为导线直径的34倍。敷好的导线束用铝线卡垫上
13、绝缘物卡好。4.主、控线路在空间的平面，不宜多于三层。同一平面层次的导线应高低一致，前后一致。5.压线必须可靠，不松动。一个接线端子上避免“一点压三线”。6.导线套线号管，按图编号。7.控制盘外元器件与盘内元器件的连接导线必须经过接线端子排压线。8.按图接线，防止接错。,第5章 电气控制系统设计,5.6.3 槽板配线工艺要求 1.确定槽板的规格型号。导线占有槽板内空间容积不超过70%。2.规划槽板的走向，合理截割槽板。3.槽板换向应拐直角弯，用横、竖各45对插。4.槽板与元器件之间间隔适当，以便压线和换件。5.安装槽板要紧固可靠。6.槽板内的导线走线应留少量裕度，避免槽内交叉。7.穿出槽板走线横平竖直，避免交叉。控制电路的检查与故障分析方法 1.检查内容（1）核对接线。（2）检查端子接线是否牢固。（3）断开控制电路，检查主电路。（4）断开主电路，检查控制电路的动作情况。,第5章 电气控制系统设计,2.检查方法 故障检查方法有电压测量法、电阻测量法、短路法三种。(1)电压测量法 分段电压测量法(a)触点故障(b)线圈故障 分阶测量法 对地测量法,第5章 电气控制系统设计,(2)电阻测量法 分段测量法(3)短接法(a)局部短接法(b)长短接法,5.6.5 通电试车 1.空操作试车 2.带负载试车,
