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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 电子教案电子教案 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.1 5.1 电气控制系统设计概述电气控制系统设计概述 5.1.1 5.1.1 电气控制系统设计内容电气控制系统设计内容 1.1.电气原理图设计内容电气原理图设计内容 （1 1）拟定电气设计任务书。）拟定电气设计任务书。（2 2）确定电力拖动方案及控制方案。）确定电力拖动方案及控制方案。（3 3）确定电动机类型、电压等级、容量、转速及具体型号。）确定电动机类型、电压等级、容量、转速及具体型号。（4 4）设计电气控制原理框图，拟定各部分的
2、技术指标与要求。）设计电气控制原理框图，拟定各部分的技术指标与要求。（5 5）设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数。）设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数。（6 6）选择元器件，制定元器件目录清单，易损件、备用件清单。）选择元器件，制定元器件目录清单，易损件、备用件清单。（7 7）编写设计说明书。）编写设计说明书。2.2.电气工艺设计内容电气工艺设计内容 （1 1）设计并绘制系统的总装配图及总接线图。）设计并绘制系统的总装配图及总接线图。（2 2）设计并绘制组件的装配图及接线图。）设计并绘制组件的装配图及接线图。（3 3）绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图。）绘制电器安装板和非
3、标准的电器安装零件图。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计（4 4）确定电气箱结构及外形尺寸。）确定电气箱结构及外形尺寸。（5 5）编制标准件清单、外购件清单、主要材料消耗定额。）编制标准件清单、外购件清单、主要材料消耗定额。（6 6）编写使用维护说明书。）编写使用维护说明书。5.1.2 5.1.2 电气控制系统设计的一般规律及其要求电气控制系统设计的一般规律及其要求 1.1.拟订设计任务书拟订设计任务书 2.2.电力拖动方案的选择电力拖动方案的选择 （1 1）无电气调速要求的生产机械）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。绕线型异步电动笼型异步电动机
4、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。因数的场合。（2 2）有电气调速要求的生产机械）有电气调速要求的生产机械 调速范围调速范围D=2D=23 3，调速级数，调速级数2 24 4者，用双速或多速笼型异步电动者，用双速或多速笼型异步电动机。机。调速范围调速范围D3D3，不要平滑调速，短时或断续周期负载，用绕线型异，不要平滑调速，短时或断续周期负载，用绕线型异步电动机。步电动机。调速范围调速范围D=3D=31010，且要求平滑调速，用变频调速。，且要求平滑调速，用
5、变频调速。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 调速范围调速范围D=10D=10100100，要求平滑调速，系统容量大，用晶闸管直流，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。调速系统或变频调速。（3 3）电动机调速性质应与负载特性相适应）电动机调速性质应与负载特性相适应 3.3.拖动电动机的选择拖动电动机的选择 4.4.电气控制方案的决定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工作程序固定的专用机械设备用继电器接触器控制系统。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。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
6、。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。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。5.5.设计电气原理图并合理选择元器件，编制元器件目录清单。设计电气原理图并合理选择元器件，编制元器件目录清单。6.6.设计各种施工图纸，编制各种材料定额清单。设计各种施工图纸，编制各种材料定额清单。7.7.编写说明书。编写说明书。5.2 5.2 电气原理图的设计电气原理图的设计5.2.1 5.2.1 电气原理图设计方法电气原理图设计方法1.1.分析设计法（经验设计法）分析设计法（经验设计法）第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 此法简单、易学，但不易获得最佳设计方案，多用
7、。此法简单、易学，但不易获得最佳设计方案，多用。2.2.逻逻辑设计法辑设计法 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。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 5.2.2 设设计电气原理图的基本规则计电气原理图的基本规则 1.1.最大限度满足生产机械和工艺对电气控制系统的要求最大限度满足生产机械和工艺对电气控制系统的要求 2.2.控制电压选择标准电压等级。控制电压选择标准电压等级。3.3.力求使控制电路简单力求使控制电路简单、经济。、经济。(1)(1)选标准元器件，选同型号元器件，选标准元器件，选同型号元器件，减少备品。减少备品。(2)(2)选
8、标准、常用的基本控制环节或选标准、常用的基本控制环节或电路。电路。(3)(3)尽量减少不必要的触点，简化控尽量减少不必要的触点，简化控制电路制电路 a)a)合并同类触点合并同类触点 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计b)b)利用转换触点。利用转换触点。C C）利用二极管减少触点数目）利用二极管减少触点数目(4)(4)尽量缩短连接导线的数量和长度尽量缩短连接导线的数量和长度 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 (5)(5)控制电路工作时，除必要的元器件必须通电外，其余的尽量不控制电路工作时，除必要的元器件必须通电外，其余的尽量不通电以节约电能。通电以节约电能。第第5
9、5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 4.4.保证控制电路工作的可靠性。保证控制电路工作的可靠性。(1)(1)正确连接元器件的触点。正确连接元器件的触点。(2)(2)正确连接电器的线圈正确连接电器的线圈 a)a)不允许两个电器线圈串联只能并联不允许两个电器线圈串联只能并联 b)b)两电感量相差悬殊的直流电压线圈不两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联。能直接并联。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计(3)(3)避免出现寄生电路避免出现寄生电路 (4)(4)避免多个元器件依次动作后才能接通另一个元器件避免多个元器件依次动作后才能接通另一个元器件 第第5 5章章 电气控制系统设
10、计电气控制系统设计 (5)(5)正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁。正反向接触器之间要有电气联锁和机械联锁。(6)(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。路。(7)(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，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。可用多触点并联；如要增加分断能力，可用多触点串联。5.5.保证控制电路工作的安全性保证控制电路工作的安全性 常用的保护环节有：短路、过流、过载、失压、弱磁、超速、极限常用的保护环节有
11、：短路、过流、过载、失压、弱磁、超速、极限保护等。保护等。6.6.操作、维护、检测方便操作、维护、检测方便5.3 5.3 常用控制电器的选择常用控制电器的选择5.3.1 5.3.1 电器选择的基本原则电器选择的基本原则 1.1.按电器的功能要求确定电器的类型按电器的功能要求确定电器的类型 2.2.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、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。工作电流、控制功率确定电器的规格。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 3.3.确定电器的工作环境。确定电器的工作环境。4.4.按可靠性选择电器
12、。按可靠性选择电器。5.5.确定电器的使用类别。确定电器的使用类别。5.3.2 5.3.2 接触器的选择接触器的选择 1.1.交流接触器的选择交流接触器的选择 (1)(1)控制电动机负载时，接触器的选择控制电动机负载时，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。按接触器所控制负载的工作任务选择使用类别。主触点额定电流主触点额定电流I IN N可按经验公式计算可按经验公式计算 P PN N、U UN N分别为电动机额定功率和额定线电压，分别为电动机额定功率和额定线电压，k=1k=1为经验系数。为经验系数。吸引线圈电压与控制电路电压相等吸引线圈电压与控制电路电压相等 (2)(2)控制
13、非电动机负载时，接触器的选择控制非电动机负载时，接触器的选择 a)a)电热设备电热设备 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 主触点的额定电流应等于或大于倍电热设备的额定电流。主触点的额定电流应等于或大于倍电热设备的额定电流。b)b)电容器电容器 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。可按表表5-25-2选择。选择。c)c)变压器变压器 可按表可按表5-35-3选择。选择。d)d)照明装置照明装置 按启动电流、长期工作电流等因素选择。按启动电流、长期工作电流等因素选择。2.2.直流接触器的选择直流接触器的选择 (
14、1)(1)控制电动机负载时接触器的选择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。于电动机等效有效电流。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 (2)(2)电磁铁电磁铁 按直流电磁铁额定电压、电流、通电持续率、时间常数选择。按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 5.3.
15、3 继电器的选择继电器的选择 1.1.类型的选择类型的选择 2.2.使用环境的选择使用环境的选择 3.3.使用类别的选择使用类别的选择 4.4.额定工作电压、电流的选择额定工作电压、电流的选择 5.5.工作制的选择工作制的选择5.3.4 5.3.4 控制变压器的选择控制变压器的选择 1.1.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。电路电压要求相符。2.2.保证交流电磁器件在启动时能可靠地吸合。保证交流电磁器件在启动时能可靠地吸合。3.3.变压器容量变压器容量S S可按经验公式计算可按经验公式计算 S0.6
16、SS0.6S1 1+0.25S+0.25S2 2+0.125KS+0.125KS3 3 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 S S1 1电磁器件的吸持容量，电磁器件的吸持容量，S S2 2接触器继电器启动容量，接触器继电器启动容量，S S3 3电磁铁启动电磁铁启动容量，容量，K K 修正系数。修正系数。或或 SkSk1 1SS1 1 S0.6S S0.6S1 1+1.5S+1.5S2 2 k k1 1 变压器容量储备系数，变压器容量储备系数，K K1 1。5.4 5.4 电气控制系统工艺设计电气控制系统工艺设计 5.4.1 5.4.1 电气设备总体配置设计电气设备总体配置设计 组
17、件的划分组件的划分 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。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。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。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 5.4.2 电器元件布置图的设计电器元件布置图的设计 见第见第2 2章第章第1 1节节 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.4.3 5.4.3 电器组件安装接线图的设计电器组件安装接线图的设计 见第见第2 2章第章第1 1节节5.4.4 5.4
18、.4 电器箱及非标准零件图的设计电器箱及非标准零件图的设计5.4.5 5.4.5 编制各类元器件及材料清单编制各类元器件及材料清单5.4.6 5.4.6 编写设计说明及使用说明书编写设计说明及使用说明书5.5 5.5 电气控制系统设计举例电气控制系统设计举例 以皮带运输机为例，其工作示以皮带运输机为例，其工作示意图见图意图见图5-12.5-12.第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.5.1 5.5.1 皮带运输机的工艺要求皮带运输机的工艺要求 1.1.三条皮带运输机启动顺序为三条皮带运输机启动顺序为3 3、2 2、1 1。2.2.三条皮带运输机停车顺序为三条皮带运输机停车顺序为1
19、 1、2 2、3 3 。3.23.2或或3 3 机出故障，机出故障，1 1机必须停车。机必须停车。4.4.必要的保护。必要的保护。5.5.2 5.5.2 主电路设计主电路设计 由于电网容量大，皮带由于电网容量大，皮带运输机不经常启制动，所以运输机不经常启制动，所以选用笼型异步电动机，全压选用笼型异步电动机，全压启动，自由停车（无电气制启动，自由停车（无电气制动），采用热继电器作过载动），采用热继电器作过载保护，熔断器作短路保护。保护，熔断器作短路保护。主电路见图主电路见图5-135-13。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.5.3 5.5.3 基本控制电路设计基本控制电路设计
20、控制三台电动机的三个接触器均采用自锁环节。控制三台电动机的三个接触器均采用自锁环节。KM3KM3的常开辅助触点的常开辅助触点KM3KM31 1串于串于KM2KM2线圈，线圈，KM2KM2的常开辅助触点的常开辅助触点KM2KM21 1串于串于KM1KM1线圈电路，实现启动顺序控制。线圈电路，实现启动顺序控制。KM1KM1的常开辅助触点的常开辅助触点KM1KM12 2与与M2M2停止按钮停止按钮SB4SB4并联，并联，KM2KM2的常开辅助的常开辅助触点触点KM2KM23 3与与M3M3停止按钮停止按钮SB6SB6并联，实现停车顺序控制。并联，实现停车顺序控制。第第5 5章章 电气控制系统设计电气
21、控制系统设计5.5.4 5.5.4 控制电路改进（自动控制部分）设计控制电路改进（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。出停车信号，并增加一中间继电器，得出自动控制的电路。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.5.5 5.5.5 联锁保护环节设计联锁保护环节设计 完整的控制电路完整的控制电路 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.5.6 5.5.6 电路的完善与校核电路的完善与校核5.6 5.6 电气控制系统的安装与调试电
22、气控制系统的安装与调试 5.6.1 5.6.1 电器元件安装工艺要求电器元件安装工艺要求 1.1.检查电器元件检查电器元件 外观检查、触点检查、电磁机构和传动机构的检查、规格检查、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。时间继电器的延时检查、继电器检查。2.2.安装电器元件的工艺要求安装电器元件的工艺要求 (1)(1)刀开关、低压断路器垂直安装，受电端在开关上方，负载侧在刀开关、低压断路器垂直安装，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。开关下方，组合开关分断状态为水平位置。(2)RL(2)RL熔断器受电端为底座中心端。
23、熔断器受电端为底座中心端。RTORTO、RMRM熔断器垂直安装，其熔断器垂直安装，其上端为受电端。上端为受电端。(3)(3)带电磁线圈时间继电器垂直安装。带电磁线圈时间继电器垂直安装。(4)(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。电及便于检修。(5)(5)安装元器件时在螺钉上加装平垫圈和弹簧垫圈。安装元器件时在螺钉上加装平垫圈和弹簧垫圈。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.6.2 5.6.2 板前配线工艺要求板前配线工艺要求 1.1.选好导线截面积，把导线伸直拉平。选好导线截面积，把导线伸直
24、拉平。2.2.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。线头烫锡处理。3.3.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，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导线的弯曲半径为导线直径的3 34 4倍。敷好的导线束用铝线卡垫上绝倍。敷好的导线束用铝线卡垫上绝缘物卡好。缘物卡好。4.4.主、控线路在空间的平面，不宜多于三层。同一平面层次的主、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。导线应高低一致，前后一致。5.5.压线必须可
25、靠，不松动。一个接线端子上避免压线必须可靠，不松动。一个接线端子上避免“一点压三线一点压三线”。6.6.导线套线号管，按图编号。导线套线号管，按图编号。7.7.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。压线。8.8.按图接线，防止接错。按图接线，防止接错。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计5.6.3 5.6.3 槽板配线工艺要求槽板配线工艺要求 1.1.确定槽板的规格型号。导线占有槽板内空间容积不超过确定槽板的规格型号。导线占有槽板内空间容积不超过70%70%。2.2.规划槽板的走向，合理截割槽板。规划槽板的
26、走向，合理截割槽板。3.3.槽板换向应拐直角弯，用横、竖各槽板换向应拐直角弯，用横、竖各4545对插。对插。4.4.槽板与元器件之间间隔适当，以便压线和换件。槽板与元器件之间间隔适当，以便压线和换件。5.5.安装槽板要紧固可靠。安装槽板要紧固可靠。6.6.槽板内的导线走线应留少量裕度，避免槽内交叉。槽板内的导线走线应留少量裕度，避免槽内交叉。7.7.穿出槽板走线横平竖直，避免交叉。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控制电路的检查与故障分析方法 1.1.检查内容检查内容 （1 1）核对接线。）核对接线。（2 2）检查端子接线是否牢固。）检查端子接线是否牢固。（3 3）断
27、开控制电路，检查主电路。）断开控制电路，检查主电路。（4 4）断开主电路，检查控制电路的动作情况。）断开主电路，检查控制电路的动作情况。第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 2.2.检查方法检查方法 故障检查方法有电压测量法、电阻测量法、短路法三种。故障检查方法有电压测量法、电阻测量法、短路法三种。(1)(1)电压测量法电压测量法 分段电压测量法分段电压测量法 (a)(a)触点故障触点故障 (b)(b)线圈故障线圈故障 分阶测量法分阶测量法 对地测量法对地测量法 第第5 5章章 电气控制系统设计电气控制系统设计 (2)(2)电阻测量法电阻测量法 分段测量法分段测量法(3)(3)短接法短接法 (a)(a)局部短接法局部短接法 (b)(b)长短接法长短接法 5.6.5 5.6.5 通电试车通电试车 1.1.空操作试车空操作试车 2.2.带负载试车带负载试车