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1、第四章第四章 继电器继电器-接触器接触器 控制系统设计控制系统设计目的：目的：明确电气设计的主要内容，重点明确电气设计的主要内容，重点掌握电动机的选择依据，掌握电气设计的一掌握电动机的选择依据，掌握电气设计的一般规律和方法。般规律和方法。要求：要求：学会制定电力拖动和电气控制方学会制定电力拖动和电气控制方案，选择电动机及其他电气元器件，熟练绘案，选择电动机及其他电气元器件，熟练绘制各种电气图纸，利用设计的一般方法设计制各种电气图纸，利用设计的一般方法设计控制电路。控制电路。1 1、确定电气设计的技术条件和任务书、确定电气设计的技术条件和任务书2 2、选择电力拖动和控制方案（电机工作方式；控制方
2、、选择电力拖动和控制方案（电机工作方式；控制方式）式）3 3、选择电动机、选择电动机4 4、设计电气原理图（主回路；控制回路、设计电气原理图（主回路；控制回路）5 5、设计机电设备的电气装配图和电气接线图、设计机电设备的电气装配图和电气接线图6 6、设计电气柜、操纵台等非标部件和专用安装零件、设计电气柜、操纵台等非标部件和专用安装零件7 7、选用电气元件，编制电气元件清单、选用电气元件，编制电气元件清单8 8、编写设计计算说明书和使用说明书、编写设计计算说明书和使用说明书第一节第一节 电气设计主要内容电气设计主要内容一、电气设计的技术条件一、电气设计的技术条件设备功能；运动部件数量；工艺流程；
3、工作方式；设备功能；运动部件数量；工艺流程；工作方式；使用环境和特殊要求。使用环境和特殊要求。二、电力拖动形式的选择二、电力拖动形式的选择 电动机传动方式；调速性能；起制动要求；负电动机传动方式；调速性能；起制动要求；负载特性。载特性。三、系统控制方案的确定三、系统控制方案的确定1 1、控制方式：继电器、控制方式：继电器-接触器；顺序控制器；数控接触器；顺序控制器；数控系统；微机控制。系统；微机控制。2 2、控制系统的工作方式：手动；自动；单头半自动、控制系统的工作方式：手动；自动；单头半自动等等3 3、自动工作循环简图，转换条件，工作节拍，（电、自动工作循环简图，转换条件，工作节拍，（电磁铁
4、接通表）磁铁接通表）4 4、联锁条件；保护要求、联锁条件；保护要求第二节第二节 电动机的选择电动机的选择一、电动机容量（分析计算法；统计计算法）一、电动机容量（分析计算法；统计计算法）1 1、负载功率、负载功率 2 2、容许温升、容许温升 3 3、过载能力、过载能力二、电动机转速二、电动机转速对于相同功率电机，转速越高，电机的尺寸越小，质量对于相同功率电机，转速越高，电机的尺寸越小，质量越高，成本越低。越高，成本越低。1 1、不需调速的高、中速机械，选用相应转速电机。、不需调速的高、中速机械，选用相应转速电机。2 2、不需调速的低速机械，选稍高转速电机，通过减速机、不需调速的低速机械，选稍高转
5、速电机，通过减速机构传动。构传动。3 3、需要调速的机械，电机最高转速与机械最高转速相适、需要调速的机械，电机最高转速与机械最高转速相适应。应。三、电动机类型三、电动机类型1 1、电压级别、电流类型（与电源相匹配）、电压级别、电流类型（与电源相匹配）2 2、转速特性、转速特性3 3、工作原理、工作原理四、电动机结构形式四、电动机结构形式1 1、安装形式：立式、卧式、安装形式：立式、卧式2 2、环境条件：防护式、封闭式、防爆型、防腐型、环境条件：防护式、封闭式、防爆型、防腐型第三节第三节 电气控制线路的设计电气控制线路的设计一、设计的一般要求一、设计的一般要求1 1、最大限度满足机电设备的控制要
6、求，按照工艺、最大限度满足机电设备的控制要求，按照工艺流程可靠工作。流程可靠工作。2 2、控制线路力求简单、经济。、控制线路力求简单、经济。3 3、保证机械设备和控制线路安全可靠。、保证机械设备和控制线路安全可靠。4 4、便于操作和维护。、便于操作和维护。二、电气控制线路的设计方法二、电气控制线路的设计方法：1 1、经验设计法、经验设计法2 2、逻辑代数设计法。、逻辑代数设计法。1 1、经验设计法、经验设计法电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。的设计。主电路：主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动主电路：主要考虑电动机起动、点
7、动、正反转、制动及多速控制的要求。及多速控制的要求。控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。动的电气控制电路。辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过流、过载、零压、连锁（互锁）、限位等电路保护措流、过载、零压、连锁（互锁）、限位等电路保护措施，以及信号指示、照明等电路。施，以及信号指示、照明等电路。反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必要时可以进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至要时可以进行模拟实验，修改和完善电路设
8、计，直至符合设计要求。符合设计要求。常用的经验设计方法常用的经验设计方法根据生产机械的要求，选用典型环节，将它们有根据生产机械的要求，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。制电路。没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。触点，以满足给定的工作条件和要求。经验设计的特点经验设计的特点设计方法简单易于掌握，使用广泛。设计方法简单易于掌握，使用广泛。要求设计
9、者有一定的设计经验，需要反复修改图要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。纸，设计速度较慢。设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。不宜获得最佳设计方案。不宜获得最佳设计方案。2 2、逻辑设计法、逻辑设计法 利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量关系，在状态波形图的基础上，按照中逻辑变量关系，在状态波形图的基础上，按照一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制电路。电路。该方法设计出的电路较为合理、精练可靠，特该方法设计出的电路较为合理、精练
10、可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的设计优点。设计优点。继继接系统中，电气元件都可用接系统中，电气元件都可用“通通”、“断断”两态来表示，控制线路的规律符合逻辑运算两态来表示，控制线路的规律符合逻辑运算规律（规律（“与与”、“或或”），因而可用逻辑代数加），因而可用逻辑代数加以分析、化简，然后按照简化的逻辑表达式画出以分析、化简，然后按照简化的逻辑表达式画出相应线路图。相应线路图。例；某电机在继电器例；某电机在继电器KA1KA1、KA2KA2、KA3KA3中任一个或中任一个或任两个继电器动作时才能运转。任两个继电器动作时才能运转。三、设计
11、规律三、设计规律1 1、常开触点串联、常开触点串联-几个条件同时具备，才能使电器几个条件同时具备，才能使电器线圈得电。线圈得电。与与 2 2、常开触点并联、常开触点并联-几个条件中，任一条件具备，就几个条件中，任一条件具备，就可使电器线圈得电。可使电器线圈得电。或或 3 3、常闭触点串联、常闭触点串联-几个条件中，任一条件具备，就几个条件中，任一条件具备，就可使电器线圈失电。可使电器线圈失电。4 4、常闭触点并联、常闭触点并联-几个条件同时具备，电器线圈才几个条件同时具备，电器线圈才失电。失电。5 5、正确选择电气线路和环节，尽量选用经过实际考、正确选择电气线路和环节，尽量选用经过实际考验的完
12、善的线路和环节（避免因某个电气元件损验的完善的线路和环节（避免因某个电气元件损坏而引起故障）。坏而引起故障）。四、线路设计的一般问题四、线路设计的一般问题1 1、尽量避免许多电器依次动作后才能接通另一电器的现象。、尽量避免许多电器依次动作后才能接通另一电器的现象。2 2、线路中，触点、线圈的位置合理安排，控制回路中不允、线路中，触点、线圈的位置合理安排，控制回路中不允许出现线圈的串联。许出现线圈的串联。3 3、线路中应尽量减少元件数、元件触点数、导线数、线路中应尽量减少元件数、元件触点数、导线数 4 4、尽量减少线路工作时的通电电器数量尽量减少线路工作时的通电电器数量（下图中，（下图中，KM1
13、KM1，KT1KT1在起动完毕即完成任务，可断在起动完毕即完成任务，可断电）电）5 5、线路中避免出现竟争现象线路中避免出现竟争现象图中，若图中，若KM2KM2常开触点闭合时间常开触点闭合时间tKM2tKM2常闭触点断开常闭触点断开时间时间t1+KT1t1+KT1常开触点断开时间常开触点断开时间t2t2，则发生竟争现，则发生竟争现象。象。6 6、避免产生寄生回路、避免产生寄生回路 FRFR一一旦旦脱脱开开，出出现现寄寄生生回回路路，使使得得KM3KM3（或或KM4KM4）线线圈圈上上电电压压下降，不能可靠释放。下降，不能可靠释放。按按SB4SB4，实现点动向前，出现寄生回路，使得主轴电机旋转。
14、，实现点动向前，出现寄生回路，使得主轴电机旋转。7 7、应具有完善的保护环节：、应具有完善的保护环节：设计线路应考虑各种联锁保护、油压保护、设计线路应考虑各种联锁保护、油压保护、限位保护，以及电气系统应有过载、短路、过流、限位保护，以及电气系统应有过载、短路、过流、过压、失压、弱磁和热保护等。还应设置相应的过压、失压、弱磁和热保护等。还应设置相应的合闸、断开、事故、安全等指示灯。合闸、断开、事故、安全等指示灯。8 8、设计线路应能适应所在电网情况，根据现场的设计线路应能适应所在电网情况，根据现场的电网容量、电压、频率，以及允许的冲击电流值电网容量、电压、频率，以及允许的冲击电流值等，决定电动机
15、是采取直接或降压起动。等，决定电动机是采取直接或降压起动。五、线路设计的应用举例五、线路设计的应用举例二、设计深孔钻三次进给的控制电路。控制要求如下：二、设计深孔钻三次进给的控制电路。控制要求如下：按按SB1 SB1 滑台第一次进给滑台第一次进给 SQ2 SQ2 滑台快退回原位滑台快退回原位 SQ1 SQ1 滑台第二次进给滑台第二次进给 SQ3 SQ3 滑台快退回原位滑台快退回原位 SQ1 SQ1 滑台第三次进给滑台第三次进给 SQ4 SQ4 滑台快退回原位滑台快退回原位 SQ1 SQ1 原位停。（原位停。（YAYA得电进给，失电后退）得电进给，失电后退）思考题：思考题：用按钮、继电器、灯泡等
16、设计一个三位抢答器控制电路。用按钮、继电器、灯泡等设计一个三位抢答器控制电路。课堂作业课堂作业2 2：设计一个工作台前进后退控制线路。工作台由电动设计一个工作台前进后退控制线路。工作台由电动机机M M带动，行程开关带动，行程开关ST1ST1、ST2ST2、分别装在终点和原、分别装在终点和原点。要求：前进到终点后停顿一下再后退到原点停点。要求：前进到终点后停顿一下再后退到原点停止；前进过程中能立即后退到原点。（画出主、控止；前进过程中能立即后退到原点。（画出主、控制电路，并用文字简单说明）制电路，并用文字简单说明）SB0SB1KA1KA2KA3HL1SB2KA2KA1KA3HL2SB3KA3KA
17、1KA2HL3KA1KA2KA3例例1 1：图：图2-112-11（b b）为电机能耗制动控制电路，若用断）为电机能耗制动控制电路，若用断电延时时间继电器控制，设计控制电路。电延时时间继电器控制，设计控制电路。例例2 2：设计一控制电路、要求第一台电动机启动：设计一控制电路、要求第一台电动机启动10S10S后，后，第二台电机自行启动，运行第二台电机自行启动，运行10S10S后，第一台电机停止，后，第一台电机停止，同时第三台电机自行启动，再运行同时第三台电机自行启动，再运行15S15S后，全部停止。后，全部停止。思考题思考题1 1：用继电接触器设计三台交流电机相隔：用继电接触器设计三台交流电机相隔3 3秒顺秒顺序起动同时停止的控制线路。序起动同时停止的控制线路。2 2：某生产机械要求由：某生产机械要求由M1M1、M2M2两台电动机拖动，两台电动机拖动，M2M2能在能在M1M1启动一段时间后自行起动，但启动一段时间后自行起动，但M1M1、M2M2可单独控制起可单独控制起动和停止。动和停止。