第四章 电气控制系统的设计精选文档.ppt

第四章 电气控制系统的设计本讲稿第一页，共四十五页第一节 电气控制电路设计基础n电气控制系统设计的基本内容电气控制系统设计的基本内容：n拟定电气设计任务书拟定电气设计任务书n确定电气传动控制方案，选择电动机确定电气传动控制方案，选择电动机n设计电气控制原理图设计电气控制原理图n选择电气元件，制定明细表选择电气元件，制定明细表n设计操作台、电气柜及非标准电气元件设计操作台、电气柜及非标准电气元件n设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图n编写电气说明书和使用操作说明书编写电气说明书和使用操作说明书n 电气控制系统设计的原则：电气控制系统设计的原则：1.电力拖动方案确定的原则：电力拖动方案确定的原则：无电气调速要求电力拖动方案确定无电气调速要求电力拖动方案确定:n 笼型异步电动机：笼型异步电动机：起动不频繁的场合起动不频繁的场合n 绕线转子异步电动机：绕线转子异步电动机：负载静转矩大的拖动装置负载静转矩大的拖动装置n 笼型异步电动机：笼型异步电动机：起动不频繁的场合起动不频繁的场合 第四章 继电器接触器控制系统设计本讲稿第二页，共四十五页要求电气调速电力拖动方案确定要求电气调速电力拖动方案确定:n调速范围调速范围D2m/min3、调速级数、调速级数24：改变极对数的双速或多速笼型异步电动机改变极对数的双速或多速笼型异步电动机n调速范围调速范围D3，且不要求平滑调速，且不要求平滑调速：绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机，短时或重复短时负载短时或重复短时负载n调运范围调运范围D310，且要求平滑调速，且要求平滑调速：容容量量不不大大时时可可采采用用带带滑滑差差离离合合器器的的异异步步电电动动机机。长长期期运运转转在在低低速速时时，也也可考虑采用晶闸管直流拖动系统。可考虑采用晶闸管直流拖动系统。n调速范围调速范围D10100：直流拖动系统或交流调速系统直流拖动系统或交流调速系统n三相异步电动机：三相异步电动机：变更定子绕组的极数和改变转子电路的电阻变更定子绕组的极数和改变转子电路的电阻电动机调速性质的确定电动机调速性质的确定:与生产机械的负载特性相适应与生产机械的负载特性相适应n双双速速笼笼型型异异步步电电动动机机，当当定定子子绕绕组组由由三三角角形形联联结结改改为为双双星星形形联联结结时时，转转速速由由低低速速升升为为高高速速，功功率率却却变变化化不不大大，适适用用于于恒恒功功率率传传动动。由由星星形形联联结结改改为为双双星星形形联联结时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动。结时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动。n直直流流他他励励电电动动机机，改改变变电电枢枢电电压压调调速速为为恒恒转转矩矩调调速速；而而改改变变励励磁磁调调速速为为恒恒功功率调速。率调速。n恒恒转转矩矩负负载载采采用用恒恒功功率率调调速速或或恒恒功功率率负负载载采采用用恒恒转转矩矩调调速速，将将使使电电动动机机额额定定功功率率增增大大D倍（倍（D为调速范围），部分转矩未得到充分利用。为调速范围），部分转矩未得到充分利用。本讲稿第三页，共四十五页2.控制方案确定控制方案确定:n控控制制方方式式与与拖拖动动需需要要相相适适应应：以以经经济济效效益益为为标标准准。控控制制逻逻辑辑简简单单、加加工工程程序序基基本本固固定定，采采用用继继电电器器接接点点控控制制方方式式较较为为合合理理；经经常常改改变变加加工工程程序序或或控控制制逻逻辑复杂，采用可编程序控制器较为合理。辑复杂，采用可编程序控制器较为合理。n控控制制方方式式与与通通用用化化程程度度相相适适应应：加加工工一一种种或或几几种种零零件件的的专专用用设设备备，通通用用化化程程度度低低，可可以以有有较较高高的的自自动动化化程程度度，宜宜采采用用固固定定的的控控制制电电路路；单单件件、小小批批量量且且可可加加工工形形状状复复杂杂零零件件的的通通用用设设备备，采采用用数数字字程程序序控控制制或或可可编编程程序序控控制制器器控控制，可以根据不同加工对象设定不同的加工程序，有较好的通用性和灵活性。制，可以根据不同加工对象设定不同的加工程序，有较好的通用性和灵活性。n控控制制方方式式应应最最大大限限度度满满足足工工艺艺要要求求：自自动动循循环环、半半自自动动循循环环、手手动动调调整整、紧急快退、保护性联锁、信号指示和故障诊断等功能。紧急快退、保护性联锁、信号指示和故障诊断等功能。n控控制制电电路路的的电电源源应应可可靠靠：简简单单控控制制电电路路可可直直接接用用电电网网电电源源；电电路路较较复复杂杂的的控控制制装装置置，可可将将电电网网电电压压隔隔离离降降压压，以以降降低低故故障障率率；自自动动化化程程度度较较高高的的生生产产设设备备，可可采采用用直直流流电电源源，有有助助于于节节省省安安装装空空间间，便便于于同同无无触触点点元元件件连连接接，元元件件动动作作平平稳稳，操操作维修也较安全。作维修也较安全。本讲稿第四页，共四十五页n电气控制电路设计方法：电气控制电路设计方法：n先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照明电路等先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照明电路等控制电路设计要求：控制电路设计要求：n满足生产机械的工艺要求，满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可靠地工作。能按照工艺的顺序准确而可靠地工作。n电路结构力求简单，电路结构力求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过的电路。尽量选用常用的且经过实际考验过的电路。n操作、调整和检修方便。操作、调整和检修方便。n具有各种必要的保护装置和联锁环节。具有各种必要的保护装置和联锁环节。控制电路设计方法：控制电路设计方法：n经经验验设设计计法法：根根据据生生产产工工艺艺的的要要求求，按按照照电电动动机机的的控控制制方方法法，采采用用典典型型环环节电路直接进行设计节电路直接进行设计。n逻辑设计法：逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计。采用逻辑代数进行设计。通过下面的例子来说明如何用经验设计法来设计控制电路：通过下面的例子来说明如何用经验设计法来设计控制电路：例题：例题：某机床有左、右两个动力头，用以铣削加工，它们各由一台交流电动机拖动；某机床有左、右两个动力头，用以铣削加工，它们各由一台交流电动机拖动；另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。加工工艺是在开始工作时，另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。加工工艺是在开始工作时，要求滑台先快速移动到加工位置，然后自动变为记速进给，进给到指定位置自动停止，要求滑台先快速移动到加工位置，然后自动变为记速进给，进给到指定位置自动停止，再由操作者发出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。要求两动力头电动机在再由操作者发出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。要求两动力头电动机在滑台电动机正向起动后起动，而在滑台电动机正向停车时也停车。滑台电动机正向起动后起动，而在滑台电动机正向停车时也停车。本讲稿第五页，共四十五页主电路主电路主电路设计：主电路设计：n动力头拖动电动机只要求单方向动力头拖动电动机只要求单方向旋转，为使两台电动机同步起动，旋转，为使两台电动机同步起动，可用一只接触器可用一只接触器KM3控制。滑台控制。滑台拖动电动机需要正转、反转，可拖动电动机需要正转、反转，可用两只接触器用两只接触器KM1、KM2接制。滑接制。滑台的快速移动由电台的快速移动由电磁铁磁铁YA改变机改变机械传动链来实现，由接触器械传动链来实现，由接触器KM4来控制。来控制。本讲稿第六页，共四十五页控制电路设计控制电路设计n滑滑台台电电动动机机的的正正转转、反反转转分分别别用用两两个个按按钮钮SBl与与SB2控控制制，停停车车则则分分别别用用SB3与与SB4控控制制。由由于于动动力力头头电电动动机机在在滑滑台台电电动动机机正正转转后后起起动动，停停车车时时也也停停车车，故故可可用接触器用接触器KM1的常开辅助触点控制的常开辅助触点控制KM3的线圈，如图的线圈，如图a所示。所示。n滑滑台台的的快快速速移移动动可可采采用用电电磁磁铁铁YA通通电电时时，改改变变凸凸轮轮的的变变速速比比来来实实现现。滑滑台台的的快快速速前前进进与与返返回回分分别别用用KM1与与KM2的的辅辅助助触触点点控控制制KM4，再再由由KM4触触点点去去通通断断电电磁磁铁铁YA。滑滑台台快快速速前前进进到到加加工工位位置置时时，要要求求慢慢速速进进给给，因因而而在在KM1触触点点控控制制KM4的的支支路路上上串串联联限限位位开开关关SQ3的的常常闭闭触触点点。此此部部分分的的辅辅助助电电路路如如图图b所所示。示。控制电路草图控制电路草图本讲稿第七页，共四十五页联锁与保护环节设计：联锁与保护环节设计：n用限位开关用限位开关SQ1的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车；用限位开关的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车；用限位开关SQ2的的常闭触点控制滑台快速返回至原位时的自动停车。接触器常闭触点控制滑台快速返回至原位时的自动停车。接触器KMl与与KM2之间应互相之间应互相联锁，三台电动机均应用热继电器作过载保护。联锁，三台电动机均应用热继电器作过载保护。控制电路控制电路本讲稿第八页，共四十五页电路的完善：电路的完善：n电电路路初初步步设设计计完完后后，可可能能还还有有不不够够合合理理的的地地方方，因因此此需需仔仔细细校校核核。一一共共用用了了三三个个KMl的的常常开开辅辅助助触触点点，而而一一般般的的接接触触器器只只有有两两个个常常开开辅辅助助触触点点。因因此此，必必须须进进行行修修改改。从从电电路路的的工工作作情情况况可可以以看看出出，KM3的的常常开开辅辅助助触触点点完完全全可可以以代代替替KM1的的常常开开辅辅助助触触点点去去控控制制电电磁磁铁铁YA，修改后的辅助电路如图所示。，修改后的辅助电路如图所示。修改后的控制电路修改后的控制电路本讲稿第九页，共四十五页u控制电路设计时应注意的问题控制电路设计时应注意的问题：尽量减少连接导线尽量减少连接导线 。设计控制电路时，应考虑电器元件的实际位设计控制电路时，应考虑电器元件的实际位 置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不合理的。是不合理的。按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜内，这样接线就需要由按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直接连电器柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少一次引出线，如图接，就可以减少一次引出线，如图b所示。所示。电器连接图电器连接图本讲稿第十页，共四十五页正确连接电器的线圈正确连接电器的线圈 。a)电压线圈通常不能串联使用，电压线圈通常不能串联使用，如图如图a所示。由于它们的阻抗不尽相同，会造成两所示。由于它们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，个线圈上的电压分配不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，则其线圈阻也不允许。因为电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大抗增大,该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使电该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使电路烧毁。路烧毁。b)电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图图b中直流电磁铁中直流电磁铁YA与继与继电器电器KA并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。如图作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。如图c所示。所示。电磁线圈的串并联电磁线圈的串并联本讲稿第十一页，共四十五页控制电路中应避免出现寄生电路控制电路中应避免出现寄生电路:寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所示具有指示灯寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所示具有指示灯HL和热和热保护的正反向电路保护的正反向电路.正常工作时，正常工作时，能完能完成正反向起动、停成正反向起动、停止和信号指示。止和信号指示。当热继电器当热继电器FR动作时，电动作时，电路就出现了寄生电路路就出现了寄生电路，如图，如图中虚线所示，使正向接触器中虚线所示，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保不能有效释放，起不了保护作用。护作用。寄生电路寄生电路本讲稿第十二页，共四十五页尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器:如图所示。如图所示。当控制的支路数较多，而当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路中间继电器增加控制支路的数量。的数量。简化电路简化电路去掉不必要的去掉不必要的KM1，简化电路，提高电，简化电路，提高电路可靠性路可靠性本讲稿第十三页，共四十五页多个电器的依次动作问题多个电器的依次动作问题 在电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电路。在电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电路。可逆电路的联锁可逆电路的联锁 在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且 还有机械联锁。还有机械联锁。要有完善的保护措施要有完善的保护措施 常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、过电压、失电压等保常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、过电压、失电压等保 护护 环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。n 电气控制电路设计中元器件的选择电气控制电路设计中元器件的选择1.电动机的选择：电动机的选择：选择电动机时，要考虑电动机的功率、转速、结构型式、额定电压等选择电动机时，要考虑电动机的功率、转速、结构型式、额定电压等 a)电动机功率的选择电动机功率的选择:依据的是负载功率。依据的是负载功率。选择电动机功率的一种实用方法是调查统计类比法。选择电动机功率的一种实用方法是调查统计类比法。目前采用的拖动电动机功率的统计分析公式如下：目前采用的拖动电动机功率的统计分析公式如下：(1)卧式车床主电动机的功率卧式车床主电动机的功率 式中，式中，P为主拖动电动机功率（为主拖动电动机功率（kW）；）；D为工件最大直径（为工件最大直径（m）。）。本讲稿第十四页，共四十五页(2)立式车床主电动机的功率立式车床主电动机的功率 式中，式中，P为主拖动电动机功率（为主拖动电动机功率（kW）；）；D为工件最大直径（为工件最大直径（m）。）。(3)摇臂钻床主电动机的功率摇臂钻床主电动机的功率 式中，式中，P为主拖动电动机功率（为主拖动电动机功率（kW）；）；D为最大钻孔直径（为最大钻孔直径（mm）。）。(4)卧式镗床主电动机的功率卧式镗床主电动机的功率 式中，式中，P为主拖动电动机功率（为主拖动电动机功率（kW）；）；D为镗杆直径（为镗杆直径（mm）。）。(5)龙门铣床主电动机的功率龙门铣床主电动机的功率 式中，式中，P为主拖动电动机功率（为主拖动电动机功率（kW）；）；B为工作台宽度（为工作台宽度（mm）。）。主拖动和进给拖动用一台电动机的场合，按主拖动电动机的功率计算。主拖动和进给拖动用一台电动机的场合，按主拖动电动机的功率计算。对于采用单独的进给拖动电动机，出于其不仅拖动进给运动外还拖动工作台对于采用单独的进给拖动电动机，出于其不仅拖动进给运动外还拖动工作台的快速移动，应按快速移动所需功率来选择。快速移动所需功率，的快速移动，应按快速移动所需功率来选择。快速移动所需功率，般按经般按经验数据来选择，可查阅有关资料。验数据来选择，可查阅有关资料。机床进给拖动的功率一般较小。按经验，车床、钻床的进给拖动功率为机床进给拖动的功率一般较小。按经验，车床、钻床的进给拖动功率为主拖动功率的主拖动功率的0.03-0.05，而铣床的进给拖动功率为主拖动功率的，而铣床的进给拖动功率为主拖动功率的0.2-0.25。本讲稿第十五页，共四十五页b)电动机额定电压的选择电动机额定电压的选择n交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。中小型异步电动机中小型异步电动机额定电压为额定电压为220V/380V（三角形（三角形/Y联结）及联结）及6380V/660V（三角形（三角形/Y联结）两种，后者可用联结）两种，后者可用Y/三角形起动；三角形起动；当电动机功率较大时，当电动机功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。可选用相应电压的高压电动机。n直流电动机的额定电压也要与电源电压相一致。直流电动机的额定电压也要与电源电压相一致。c)电动机额定转速的选择电动机额定转速的选择 对于额定功率相同的电动机，额定转速愈高，电动机尺寸、质量愈小，成本愈低，对于额定功率相同的电动机，额定转速愈高，电动机尺寸、质量愈小，成本愈低，选用高速电动机较为经济。选用高速电动机较为经济。由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机构愈复杂。因此应通过综合分析来确定电动机的额定转速。构愈复杂。因此应通过综合分析来确定电动机的额定转速。d)电动机结构型式的选择电动机结构型式的选择 电动机的电动机的结构型式结构型式按其安装位置的不同可分为卧式（轴是水平的）和立式（轴是垂直的）按其安装位置的不同可分为卧式（轴是水平的）和立式（轴是垂直的）两种，应以电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择。两种，应以电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择。电动机具有不同的电动机具有不同的防护型式防护型式，如防护式、封闭式、防爆式等，具体要根据电动机的工，如防护式、封闭式、防爆式等，具体要根据电动机的工作条件来选择。作条件来选择。本讲稿第十六页，共四十五页e)笼型异步电动机有关电阻的计算笼型异步电动机有关电阻的计算 (1)笼型异步电动机起动电阻的计算：在电动机减压起动方式中，定子回笼型异步电动机起动电阻的计算：在电动机减压起动方式中，定子回 路串联的限流电阻可按下式近似计算：路串联的限流电阻可按下式近似计算：式中，式中，Rst为每相启动限流电阻值（为每相启动限流电阻值（）；）；IN为电动机额定电流（为电动机额定电流（A）；）；Kst为不加电为不加电 阻时，电动机的起动电流与额定电流之比，可由手册查出；阻时，电动机的起动电流与额定电流之比，可由手册查出；Ksrt为加入起动限流电为加入起动限流电 阻后，电动机的起动电流与额定电流之比、可根据需要选取。阻后，电动机的起动电流与额定电流之比、可根据需要选取。(2)笼型异步电动机反接制动电阻的计算：电动机在反接制动瞬间，定子的旋转磁笼型异步电动机反接制动电阻的计算：电动机在反接制动瞬间，定子的旋转磁 场已经反向旋转，而转子的转向尚未来得及改变，转差率场已经反向旋转，而转子的转向尚未来得及改变，转差率s接近接近2，因此反接制，因此反接制 动时的电流比起动电流大。为了限制制动电流，在电动机定子回路中也应串入动时的电流比起动电流大。为了限制制动电流，在电动机定子回路中也应串入 限流电阻。反接制动的限流电阻可按下式近似计算：限流电阻。反接制动的限流电阻可按下式近似计算：式中，式中，Rrb为每相反接制动限流电阻阻值（为每相反接制动限流电阻阻值（）；）；Krbr为接入限流电阻后，反接制为接入限流电阻后，反接制 动电流与额定电流之比。如果只在电动机的两相中串入制动限流电阻，动电流与额定电流之比。如果只在电动机的两相中串入制动限流电阻，Rrb值可取值可取 计算值的计算值的1.5倍。倍。本讲稿第十七页，共四十五页2.常用低压电器的选择常用低压电器的选择 a)接触器的选用接触器的选用 选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定选择接触器主要依据以下数据：电源种类（直流或交流）；主触点额定 电流；辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频电流；辅助触点的种类、数量和触点的额定电流；电磁线圈的电源种类、频 率和额定电压；额定操作频率等。机床应用最多的是交流接触器。率和额定电压；额定操作频率等。机床应用最多的是交流接触器。交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等。(1)主触点额定电流主触点额定电流IN可根据下面经验公式进行选择：可根据下面经验公式进行选择：式中，式中，IN为接触器主触点额定电流（为接触器主触点额定电流（A）;K为比例系数，一般取为比例系数，一般取1-1.4；PN为被控电动机额定功率（为被控电动机额定功率（kW）；）；UN为被控电动机额定线电压（为被控电动机额定线电压（V）。）。(2)交流接触器主触点额定电压一般按高于电路额定电压来确定。交流接触器主触点额定电压一般按高于电路额定电压来确定。(3)根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压 (4)接触器辅助触点的数量、种类应满足电路的需要。接触器辅助触点的数量、种类应满足电路的需要。本讲稿第十八页，共四十五页b)继电器的选择继电器的选择n一般继电器的选择一般继电器的选择 一般继电器也叫电磁继电器。选用时，除满足继电一般继电器也叫电磁继电器。选用时，除满足继电 器线圈电压或线圈电流的要求外，还应按照控制需要分别选用过电流继器线圈电压或线圈电流的要求外，还应按照控制需要分别选用过电流继 电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器、中间继电器等。电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器、中间继电器等。另外电压、电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应注意。另外电压、电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应注意。n时间继电器的选择时间继电器的选择 从以下几方面考虑：从以下几方面考虑：1)根据控制电路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。根据控制电路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。2)根据延时准确度要求和延时长、短要求来选择。根据延时准确度要求和延时长、短要求来选择。3)根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。n热继电器的选择热继电器的选择 按照电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。按照电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。(1)热继电器结构形式的选择。星形联结的电动机可选用两相或三相结构热热继电器结构形式的选择。星形联结的电动机可选用两相或三相结构热 继电器，三角形联结的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器继电器，三角形联结的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器 (2)热元件额定电流的选择。一般可按下式选取：热元件额定电流的选择。一般可按下式选取：式中，式中，IR为热元件的额定电流；为热元件的额定电流；IN为电动机的额定电流。为电动机的额定电流。对于工作环境恶劣、起动频繁的电动机，则按下式选取：对于工作环境恶劣、起动频繁的电动机，则按下式选取：热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。本讲稿第十九页，共四十五页c)熔断器的选择熔断器的选择 熔断器选择内容主要是熔断器种类、额定电压、额定电流等级和熔体额定电流。熔体额定熔断器选择内容主要是熔断器种类、额定电压、额定电流等级和熔体额定电流。熔体额定电流电流IR的选择是主要参数。的选择是主要参数。n单台长期工作的异步电动机单台长期工作的异步电动机 式中，式中，IN为异步电动机额定电流。为异步电动机额定电流。n用一组熔断器保护多台电动机用一组熔断器保护多台电动机 式中，式中，Imax为容量最大的电动机的额定电流；为容量最大的电动机的额定电流；IN为其他电动机额定电为其他电动机额定电 流之和。流之和。d)其他电器的选择其他电器的选择 (1)断路器的选择断路器的选择 (2)控制变压器容量的选择控制变压器容量的选择 (3)控制按钮的选择控制按钮的选择 (4)行程开关的选择行程开关的选择 (5)万能转换开关的选择万能转换开关的选择 (6)接近开关的选择接近开关的选择 本讲稿第二十页，共四十五页u 电气控制系统中的保护环节电气控制系统中的保护环节 1.短路保护短路保护 电路发生短路时的电路发生短路时的危害危害，短路电流会，短路电流会引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电动力，使电动机和电路中的各种电气设动力，使电动机和电路中的各种电气设备产生机械性损坏，备产生机械性损坏，图图a为采用熔断器作短路保护的电路。为采用熔断器作短路保护的电路。图图b为采用断路器作为短路保护和过载为采用断路器作为短路保护和过载保护的电路。保护的电路。若主电动机容量较小，若主电动机容量较小，主电路中的主电路中的熔断器可同时作为控制电路的短路保护熔断器可同时作为控制电路的短路保护若主电动机容量较大，若主电动机容量较大，则控制电路则控制电路一定要单独设置短路保护熔断器。一定要单独设置短路保护熔断器。若主电路采用三相四线制或对变压若主电路采用三相四线制或对变压器采用中性点接地的三相三线制的供电器采用中性点接地的三相三线制的供电电路中，必须采用三相短路保护。电路中，必须采用三相短路保护。短路电路短路电路本讲稿第二十一页，共四十五页2.过电流保护过电流保护n不正确的起动和过大的冲击负载，不正确的起动和过大的冲击负载，常常引起电动机出现很大的过电流。常常引起电动机出现很大的过电流。n过电流的危害过电流的危害，导致电机损坏，引起过大的电动机转矩，使机械的转动部件受到，导致电机损坏，引起过大的电动机转矩，使机械的转动部件受到损坏。损坏。工作原理：工作原理：n 当电动机起动时，当电动机起动时，时间继电器时间继电器KT的动断触点仍闭合，动合触点尚未的动断触点仍闭合，动合触点尚未闭合，过电流继电器闭合，过电流继电器KI的线圈不接的线圈不接入电路。起动结束后，入电路。起动结束后，KT动断触点动断触点断开，动合触点闭合，断开，动合触点闭合，KI线圈得电，线圈得电，开始起保护作用。开始起保护作用。n 工作过程中工作过程中，某种原因而引起过电，某种原因而引起过电流时，流时，TA输出电压增加，输出电压增加，KI动作，其动作，其动断触点断开，电动机便停止运转。动断触点断开，电动机便停止运转。图图a所示是过电流保护用在绕线转子异步电动机的限流起动电路。所示是过电流保护用在绕线转子异步电动机的限流起动电路。图图b为笼型电动机工作时的过电流保护电路。为笼型电动机工作时的过电流保护电路。过流保护过流保护本讲稿第二十二页，共四十五页3.过载保护过载保护n电动机长期超载运行的电动机长期超载运行的危害危害，使其绕组的温升将超过额定值而损坏，使其绕组的温升将超过额定值而损坏，n常采用常采用热继电器热继电器作为过载保护元件。作为过载保护元件。单相、两相、三相过载保护单相、两相、三相过载保护由于热惯性的关系，热继电由于热惯性的关系，热继电器不会受短路电流的冲击而器不会受短路电流的冲击而瞬时动作。但当有瞬时动作。但当有810倍额倍额定电流通过热继电器时，有可定电流通过热继电器时，有可能使热继电器的发热元件烧坏。能使热继电器的发热元件烧坏。在使用热继电器作过载保护时，在使用热继电器作过载保护时，还必须装有熔断器或过流继电还必须装有熔断器或过流继电器配合使用器配合使用。原因原因本讲稿第二十三页，共四十五页4.失电压保护失电压保护n失电压保护失电压保护:是指防止电压恢复时电动机自起动的保护。是指防止电压恢复时电动机自起动的保护。n通常采用通常采用接触器的自锁控制电路接触器的自锁控制电路来实现，来实现，按下按钮按下按钮SB2，接触器线圈得电，其动合触点闭合。，接触器线圈得电，其动合触点闭合。SB2按钮松开后，接触器线圈由于动合触点的闭合按钮松开后，接触器线圈由于动合触点的闭合仍然得电。当电源断开，接触器线圈失电，其动仍然得电。当电源断开，接触器线圈失电，其动合触点断开，故当恢复通电时，接触器线圈便不合触点断开，故当恢复通电时，接触器线圈便不可能得电。要使接触器工作，必须再次按压起动可能得电。要使接触器工作，必须再次按压起动按钮按钮SB2。失电压保护失电压保护5.欠电压保护欠电压保护n 欠电压保护欠电压保护:当电动机正常运转时，由于电压过分降低，将引起一些电当电动机正常运转时，由于电压过分降低，将引起一些电 器释放，造成控制电路工作失调，可能产生事故。因此，必须在电源器释放，造成控制电路工作失调，可能产生事故。因此，必须在电源 电压降到一定值以下时切断电源，即为欠电压保护。电压降到一定值以下时切断电源，即为欠电压保护。n 一般常用一般常用电磁式电压继电器电磁式电压继电器实现欠电压保护。当电源电压过低或消失实现欠电压保护。当电源电压过低或消失 时，电压继电器就释放，从而切断控制回路，电压再恢复时，要重新时，电压继电器就释放，从而切断控制回路，电压再恢复时，要重新 起动才能工作。起动才能工作。本讲稿第二十四页，共四十五页第二节 机床电气控制电路设计举例设计设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。型卧式车床的电气控制电路。n机床电气传动的特点及控制要求机床电气传动的特点及控制要求n机床主运动和进给运动由电动机机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动，主轴运动的正反向（满足螺纹集中传动，主轴运动的正反向（满足螺纹加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。n主轴制动采用液压制动器。主轴制动采用液压制动器。n冷却泵由电动机冷却泵由电动机M2拖动。拖动。n刀架快速移动由单独的快速电动机刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动。拖动。n进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动，都集中由一进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动，都集中由一个手柄操纵。个手柄操纵。电动机型号：电动机型号：n主电动机主电动机M1：Y160M-4，1l kW，380V，23.0A，1460 r/min；n冷却泵电动机冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15kW，380V，0.43A，2790 r/min；n快速移动电动机快速移动电动机M3：Y90S-4，1.1kW，380V，2.8 A，1400 r/min。本讲稿第二十五页，共四十五页u 电气控制电路设计电气控制电路设计主回路设计主回路设计 根据电气传动的要求，由接触器根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机分别控制电动机M1、M2及及M3，如图所示。，如图所示。n 三相电源由开关三相电源由开关QS引入。引入。n 主电动机主电动机M1的过载保护由的过载保护由 热继电器热继电器FR1实现。实现。n 主电动机的短路保护可由主电动机的短路保护可由 机床的前一级配电箱中的机床的前一级配电箱中的 熔断器充任。熔断器充任。n 冷却泵电动机冷却泵电动机M2的过载保的过载保 护由热继电器护由热继电器FR2实现。实现。n 快速移动电动机快速移动电动机M3由于是由于是 短时工作，不设过载保护。短时工作，不设过载保护。n 电动机电动机M2、M3共同设短共同设短 路保护熔断器路保护熔断器FU1。主电路和控制电路设计主电路和控制电路设计本讲稿第二十六页，共四十五页控制电路设计控制电路设计 考虑到操作方便，主电动机考虑到操作方便，主电动机M1可在床头操作板上和刀架拖板上分别设起动和停止按钮可在床头操作板上和刀架拖板上分别设起动和停止按钮 SB1、SB2、SB3、SB4进行操纵。接触器进行操纵。接触器KM1与控制按钮与控制按钮 组成带自锁的起停控制电路。组成带自锁的起停控制电路。冷却泵电动机冷却泵电动机M2由由SB5、SB6进行起停操作，装在机床头部。快速移动电动机进行起停操作，装在机床头部。快速移动电动机M3工作时间短，为了操作灵活由按钮工作时间短，为了操作灵活由按钮SB7与接触器与接触器KM3组成点动组成点动 控制电路。控制电路。n 信号指示与照明电路信号指示与照明电路 可设电源指示灯可设电源指示灯HL2（绿色），在电源开关（绿色），在电源开关QS接通后，立即发光显示，表示接通后，立即发光显示，表示机床电气电路已处于供电状态。设指示灯机床电气电路已处于供电状态。设指示灯HL1（红色）显示主电动机是否运行。（红色）显示主电动机是否运行。这两个指示灯可由接触器这两个指示灯可由接触器KM1的动合和动断两对辅助触点进行切换显示，如图右的动合和动断两对辅助触点进行切换显示，如图右上方所示。上方所示。在操作板上设有交流电流表在操作板上设有交流电流表A，它串联在电动机主回路中，用以指示机床的工作电流。这，它串联在电动机主回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高生产率，并能提高电动样可根据电动机工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高生产率，并能提高电动机功率因数。机功率因数。EL照明灯为照明灯为36V安全电压。安全电压。本讲稿第二十七页，共四十五页控制电路电源控制电路电源 考虑安全可靠及满足考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求，照明指示灯的要求，采用变压器供电，采用变压器供电，控制电路控制电路127V，照，照明明36V，指示灯，指示灯6.3V。绘制电气原理图绘制电气原理图 根据各局部电路之根据各局部电路之间互相关系和电气间互相关系和电气保护电路，画成电保护电路，画成电气原理图，如图所气原理图，如图所示。示。CW6163型卧式车床电气原理图型卧式车床电气原理图本讲稿第二十八页，共四十五页u 选择电气元件选择电气元件 电源引入开关电源引入开关QS QS主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电 动机额定电流来选。在这里应该根据三台电动机来选。在中小型机床常动机额定电流来选。在这里应该根据三台电动机来选。在中小型机床常 用组合开关中，可选用用组合开关中，可选用HZl0-25/3型，额定电流为型，额定电流为25A，三极组合开关。，三极组合开关。热继电器热继电器FR1、FR2 主电动机主电动机M1额定电流额定电流23.0A，FR1可选用可选用JR0-40型热继电器，热元件型热继电器，热元件 电流为电流为25A，电流整定范围为，电流整定范围为1625A，工作时将额定电流调整为，工作时将额定电流调整为23.0A。同理，同理，FR2可选用可选用JRl0-10型热继电器，选用型热继电器，选用1号元件，电流整定范围号元件，电流整定范围 是是0.400.64A，整定在，整定在0.43A。熔断器熔断器FU1、FU2、FU3 FU1是对是对M2、M3两台电动机进行保护的熔断器。熔体电流为两台电动机进行保护的熔断器。熔体电流为 可选用可选用RLl-15型熔断器，配用型熔断器，配用10 A的熔体。的熔体。FU2、FU3选用选用RLl-15型熔断器，配用最小等级的熔断体型熔断器，配用最小等级的熔断体2A。本讲稿第二十九页，共四十五页接触器接触器KM1、KM2及及KM3 接触器接触器KM1，根据主电动机，根据主电动机M1的额定电流的额定电流IN=23.0A，控制回路电源，控制回路电源 127V，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对，根据上述，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对，根据上述 情况，选用情况，选用CT0-40型接触器，电磁线圈电压为型接触器，电磁线圈电压为