ch 电气控制系统的设计.pptx
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1、2023年2月5日2电气工艺设计内容(1)根据已设计好的电气原理图及选定的电器元件,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。总图应反映出电动机、执行电器、电气箱各组件、操作台布置、电源以及检测元件的分布情况和各部分之间的接线关系及联接方式,以供总体装配、调试以及日常维护使用。(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,列出各组件的元件目录表,并根据总图编号标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,设计各组件的电器装配图(包括电器元件布置图和安装图)、接线图,图中要反映出各电器元件的安装方式和接线方式。这部分资料是组件装
2、配和生产管理的依据。(4)根据组件的安装要求,绘制零件图纸,这些图纸是机械加工的技术资料。(5)设计电气箱,根据组件的尺寸及安装要求,确定电气箱的结构与外形尺寸,设置安装支架,标明安装方式,各组件的连接方式,通风散热及开门方式等。(6)根据总原理图、总装配图及各组件原理图等资料,列出外购件清单、标准件清单及主要材料消耗定额等。这些是生产管理和成本核算必备的技术资料。(7)编写电气设备使用说明书。第1页/共48页2023年2月5日电力拖动方案确定的原则 1拖动方式的选择 电力拖动方式有单独拖动和集中拖动两种。电气传动发展的趋向是电动机逐步接近工作机构,形成多电动机的拖动方式。在具体选择时,应根据
3、工艺及结构具体情况决定电动机的数量。2调速方案的选择 各种生产机械往往要求具有一定的调速范围和调速精度,为此,应选用不同的调速方案,如采用机械变速、多速电动机变速、变频调速等。3电动机调速性质应与负载特性相适应机械设备的各个工作机构,具有各自不同的负载特性,如机床的主运动为恒功率负载,而进给运动为恒转矩负载。在选择电动机调速方案时,要使电动机的调速性质与生产机械的负载特性相适应,以使电动机获得充分合理的使用。第2页/共48页2023年2月5日4.2 电气原理图的设计方法与步骤 电气原理图的设计方法 1经验设计法经验设计法又称分析设计法,是根据生产工艺要求和生产过程,选用适当的基本控制环节,综合
4、成所需要的电气控制线路。如没有现成的典型环节可使用,可根据实际经验自行设计,边分析边画图,通过反复修改设计以得到最佳的设计方案。2逻辑设计法 逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设计电气控制线路。从生产机械设备的工艺要求出发,将控制电路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电与断电,触点的闭合与断开,以及主令元件的接通与断开等看成是逻辑变量,根据控制线路中各逻辑变量之间所要满足的逻辑关系,按照一定的方法和步骤设计出符合生产工艺要求的电气控制线路。第3页/共48页2023年2月5日经验设计法的基本步骤 1、设计主电路 主要考虑电动机的启动、正反转、调速和制动等。、设计控制电路 主要是设计满足各电
5、动机的运转功能和工作状态相对应的控制线路,以及满足执行元件实现规定动作相适应的指令信号的控制线路。、设计联锁保护环节 主要考虑如何完善整个控制线路的设计,包括各种联锁环节以及短路、过载、失压等保护环节。、线路的综合审查 反复审查所设计电路的工作情况,对复杂电路应进行模拟试验,发现问题及时修改,直到电路动作准确无误,满足生产工艺要求为止。第4页/共48页2023年2月5日经验设计法举例 某机床有左、右两个铣削动力头,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。加工工艺要求是滑台先快速移动,到达加工位置后,自动变为慢速进给,进给到指定位置后自动停止,再由操作者发出指令
6、使滑台快速返回,回到原位后自动停车。要求两动力头在滑台电动机正向起动后才能起动,在滑台电动机正向停车时也停车。1主电路设计 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,可用一只接触器KM3控制。滑台拖动电动机需要正反转,可用两只接触器KM1、KM2控制。滑台的快速移动由电磁铁YA改变机械传动链来实现,由接触器KM4来控制。三台电动机共用一个熔断器来做短路保护,分别用三个热继电器来做过载保护。主电路如图4-1所示。第5页/共48页2023年2月5日第6页/共48页2023年2月5日2控制电路设计 滑台电动机的正反转分别用两个按钮SB1和SB2控制,停车则分别用SB3和SB4控制。由
7、于动力头电动机在滑台电动机正转后起动,停车时也停车,故可用接触器KM1的常开辅助触点控制KM3的线圈,如图4-2(a)所示。滑台的快速移动采用电磁铁YA通电时改变凸轮的变速比来实现。滑台的快速前进与返回分别用KM1和KM2的辅助触点控制KM4,再由KM4触点去通断电磁铁YA。滑台快速前进到加工位置时,要求慢速进给,因而在KM1触点控制KM4线圈的支路上串联行程开关SQ3的常闭触点,此部分电路如图4-2(b)所示。第7页/共48页2023年2月5日图4-2 控制电路草图 第8页/共48页2023年2月5日3联锁与保护环节设计 用行程开关SQ1的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车;用行程开关SQ
8、2的常闭触点控制滑台快速返回到原位时的自动停车。接触器KM1和KM2之间应有电气互锁。三个热继电器的常闭触点串联作过载保护。完整的控制电路如图4-3所示。第9页/共48页2023年2月5日4电路的完善 图4-3中用了三个KM1的常开辅助触点,而一般的接触器只有两个常开辅助触点,所以必须进行修改。分析电路的工作情况可知,KM3的常开辅助触点完全可以代替KM1的常开辅助触点去控制电磁铁YA,修改后的电路如图4-4所示。第10页/共48页2023年2月5日设计控制线路时应注意的问题 1尽量减少连接导线 设计控制电路时,应根据实际环境情况,合理考虑安排各种电气设备和电器元件的位置及实际连线,以保证它们
9、之间的连接导线的数量最少,导线的长度最短。如图4-5(a)是不合理的。因为按钮装在操作台上,接触器装在电气柜内,这样接线就需要由电气柜二次引出连接线到操作台上,所以一般都将启动按钮和停止按钮直接连接,就可以减少一次引出线,如图4-5(b)所示。第11页/共48页2023年2月5日2正确连接电器元件的触点 同一电器元件的常开和常闭触点靠的很近,如果分别接在电源的不同相上,如图4-6(a)所示的限位开关SQ的常开和常闭触点,常开触点接在电源的一相,常闭触点接在电源的另一相上,当触点断开产生电弧时,可能会在两触点间形成飞弧造成电源短路。若改成图4-6(b)的形式,由于两触点间的电位相同,则不会造成电
10、源短路。因此,设计控制线路时,应使分布在线路不同位置的同一电器触点尽量接到同一个极或共接同一等电位点,以避免在电器触点上引起短路。第12页/共48页2023年2月5日3正确连接电器的线圈 电压线圈不允许串联使用,即使外加电压是两个线圈额定电压之和也不可以,如图4-7(a)所示。若需要两个电器元件同时工作,其线圈应并联连接。两电感量相差悬殊的电压线圈不能直接并联。如图4-7(b)中的直流电磁铁YA与继电器KA并联,在接通电源时可正常工作,但在断开电源时,由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大很多,所以断电时,继电器很快释放,但电磁铁线圈产生的自感电势可能使继电器又吸合一段时间,从而造成继电器的
11、误动作。为此,解决方法可各用一个接触器的触点来控制,如图4-7(c)所示。第13页/共48页2023年2月5日4避免出现寄生电路 在控制电路运行中,由正常操作而产生意外接通的电路称为寄生电路。如图4-8所示是一个具有指示灯和过载保护的电动机正反向控制电路。正常工作时,能完成正反向启动、停止和信号指示。但当热继电器FR动作时,线路中就会出现图中虚线所示的寄生电路,使接触器不能可靠释放,起不到保护作用。若将FR常闭触点移接到SB1上端就可避免寄生电路。第14页/共48页2023年2月5日5尽量减少电器元件的数量、选用标准件和相同型号的电器 尽量减少不必要的触点以简化线路,提高线路工作的可靠性。如图
12、4-9(a)的线路改成图4-9(b)后可减少一个触点。第15页/共48页2023年2月5日6多个电器的依次动作问题 在控制线路中应尽量避免许多电器元件依次动作才能接通另一个电器元件的线路。7可逆线路的联锁 在频繁操作的可逆线路中,正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁。8要有完善的保护措施 在电气控制线路中,为保证操作人员、电气设备及生产机械的安全,一定要有完善的保护措施。常用的保护有漏电流、短路、过载、过流、失压等环节,有时还设有合闸、断开、事故和安全等必须的指示信号。第16页/共48页2023年2月5日4.3 电路设计中元器件的选择 电动机的选择 电动机是生产机械电力拖动系统的拖动元件,选
13、择电动机时,主要应考虑电动机的功率、结构型式、额定转速和额定电压等。1电动机功率的选择 选择电动机功率的依据是负载功率。电动机功率选得过大,设备投资大将造成浪费,同时由于电动机欠载运行,会导致效率和功率因数降低,运行费用也会提高。反之,功率选得过小,电动机过载运行,会使电动机寿命降低。当主拖动和进给拖动用一台电动机拖动时,应按主拖动电动机的功率计算。若采用单独的进给拖动电动机,且具有快速移动功能时,应按快速移动所需功率来计算。快速移动所需功率一般按经验数据来选择,可查阅有关资料。第17页/共48页2023年2月5日2电动机结构型式的选择 电动机的结构型式按其安装方式的不同可分为卧式(轴是水平的
14、)和立式(轴是垂直的)。以电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择,如立式钻床、龙门铣等机床的主轴都是垂直于工作台的,所以采用立式电动机更为合适。电动机具有不同的防护方式,如开启式、防护式、封闭式和防爆式等,具体要根据电动机的工作条件来选择。粉尘多的场合,如铸造车间、磨削加工等,应选择封闭式的电动机;易燃易爆的场合应选用防爆式的电动机。按机床电气设备通用技术条件中规定,机床应采用全封闭扇冷式电动机。3电动机额定电压的选择电动机电压等级、相数、频率都要与供电电压相一致。第18页/共48页2023年2月5日4电动机额定转速的选择对于额定功率相同的电动机,额定转速越高,电动机尺寸、重量和成本越小
15、,因此选用高速电动机较为经济。但由于生产机械所需转速一定,电动机转速越高,传动机构转速比越大,传动机构越复杂。所以应通过综合分析来确定电动机的额定转速。5笼型异步电动机有关电阻的计算(1)笼型异步电动机启动电阻的计算 在电动机降压启动方式中,定子回路串联的限流电阻可按下式近似计算 第19页/共48页2023年2月5日式中 Rst每相限流电阻的阻值,单位为;IN 电动机的额定电流,单位为A;Kst不加电阻时电动机的启动电流与额定电流之比,可由手册查出;Kstr加入启动限流电阻后,电动机的启动电流与额定电流之比,可根据需要选取。如果只在电动机的两相中串入限流电阻,Rst的值可近似取计算值的1.5倍
16、。第20页/共48页2023年2月5日(2)笼型异步电动机反接制动电阻的计算 式中 Rrb每相反接制动限流电阻的阻值,单位为;Krbr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联制动限流电阻,则Rrb的值可取计算值的1.5倍。第21页/共48页2023年2月5日常用低压电器的选择 1接触器的选用(1)交流接触器的选用 交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、辅助触点的数量与种类、线圈电压等。主触点额定电流应等于或稍大于实际负载电流,对于电动机负载,可按下面经验公式计算IN=PN103/KUN式中 PN 被控电动机的额定功率,单位为kW;UN 被控电动机的额
17、定线电压,单位为V;K 经验系数,一般取1 1.4。主触点的额定电压应等于或大于负载电路的额定电压。根据控制回路的电压来选择接触器的线圈电压。为了保证安全,一般接触器吸引线圈选择较低的电压。但如果在控制线路比较简单的情况下,为了省去变压器,可直接选用380V或220V。值得注意的是,接触器产品系列是按使用类别设计的,所以要根据接触器负担的工作任务来选择相应的使用类别。第22页/共48页2023年2月5日(2)直流接触器的选用 直流接触器主要用于控制直流电动机和电磁铁。控制直流电动机时的选用。应先弄清电动机实际运行的主要技术参数。接触器的额定电压、额定电流(或额定控制功率)均不得低于电动机的相应
18、值。当用于反复短时工作制或短时工作制时,接触器的额定发热电流应不低于电动机实际运行的等效有效电流,接触器的额定操作频率也不应低于电动机实际运行的操作频率。然后根据电动机的使用类别,选择相应使用类别的接触器系列。控制直流电磁铁时的选用。应根据额定电压、额定电流、通电持续率和时间常数等主要技术参数,选用合适的直流接触器。第23页/共48页2023年2月5日2继电器的选用(1)电磁式继电器的选用 选用时,除满足继电器线圈电压或线圈电流的要求外,还应根据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。另外,电压和电流继电器还有交流和直流之分,选用时也应注意。(2)
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