① 控制系統的原則設計包括有哪些
電氣原理圖設計 為滿足生產機械及工藝要求進行的電氣控制電路的設計 電氣工藝設計 為電氣控制裝置的製造,使用,運行,維修的需要進行的生產施工設計 第一節 電氣控制設計的原則和內容 一,電氣控制設計的原則 1)最大限度滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求 2)在滿足要求的前提下,使控制系統簡單,經濟,合理,便於操作,維修方便,安全可靠 3)電器元件選用合理,正確,使系統能正常工作 4)為適應工藝的改進,設備能力應留有裕量 二,電氣控制設計的基本內容 1.電氣原理圖設計內容 1) 擬定電氣設計任務書 2)選擇電力拖動方案和控制方式 3)確定電動機的類型,型號,容量,轉速 4)設計電氣控制原理圖 5)選擇電器元件及清單 6)編寫設計計算說明書 2. 電氣工藝設計內容 1)設計電氣設備的總體配置,繪制總裝配圖和總接線圖 2)繪制各組件電器元件布置圖與安裝接線圖,標明安裝方式,接線方式 3)編寫使用維護說明書 第二節 電力拖動方案的確定和電動機的選擇 一,電力拖動方案的確定 1,拖動方式的選擇 2,調速方案的選擇 3,電動機調速性質應與負載特性相適應 二,拖動電動機的選擇 (一)電動機選擇的基本原則 1)電動機的機械特性應滿足生產機械的要求,與負載的特性相適應 2)電動機的容量要得到充分的利用 3)電動機的結構形式要滿足機械設計的安裝要求,適合工作環境 4)在滿足設計要求前提下,優先採用三相非同步電動機 (二)根據生產機械調速要求選擇電動機 一般---三相籠型非同步電動機,雙速電機 調速,起動轉矩大---三相籠型非同步電動機 調速高---直流電動機,變頻調速交流電動機 (三)電動機結構形式的選擇 根據工作性質,安裝方式,工作環境選擇 (四)電動機額定電壓的選擇 (五)電動機額定轉速的選擇 (六)電動機容量的選擇 1,分析計演算法: 此外,還可通過對長期運行的同類生產機械的電動機容量進行調查,並對機械主要參數,工作條件進行類比,然後再確定電動機的容量. 第三節 電氣控制電路設計的一股要求 一,電氣控制應最大限度地滿足生產機械加工工藝的要求 設計前,應對生產機械工作性能,結構特點,運動情況,加工工藝過程及加工情況有充 分的了解,並在此基礎上設計控制方案,考慮控制方式,起動,制動,反向和調速的要求, 安置必要的聯鎖與保護,確保滿足生產機械加工工藝的要求. 二,對控制電路電流,電壓的要求 應盡量減少控制電路中的電流,電壓種類,控制電壓應選擇標准電壓等級.電氣控制電 各常用的電壓等級如表10-2所示. 三,控制電路力求簡單,經濟 1.盡量縮短連接導線的長度和導線數量 設計控制電路時,應考慮各電器元件的安裝 立置,盡可能地減少連接導線的數量,縮短連接導線的長度.如圖10-l. 2.盡量減少電器元件的品種,數量和規格 同一用途的器件盡可能選用同品牌,型號的產品,並且電器數量減少到最低限度. 3.盡量減少電器元件觸頭的數目.在控制電路中,盡量減少觸頭是為了提高電路運行 的可靠性.例如圖10-2a所示. 4.盡量減少通電電器的數目,以利節能與延長電器元件壽命,減少故障.如圖10-3a所示. 四,確保控制電路工作的安全性和可靠性 1.正確連接電器的線圈 在交流控制電路中,同時動作的兩個電器線圈不能串聯,兩個電磁線圈需要同時吸合時其線圈應並聯連接,如圖10-4b所示. 在直流控制電路中,兩電感值相差懸殊的直流電壓線圈不能並聯連接. 2正確連接電器元件的觸頭 設計時,應使分布在電路中不同位置的同一電器觸頭接到電源的同一相上,以避免在電器觸頭上引起短路故障. 3防止寄生電路 在控制電路的動作過程中.意外接通的電路叫寄生電路. 4.在控制電路中控制觸頭應合理布置. 5.在設計控制電路中應考慮繼電器觸頭的接通與分斷能力. 6,避免發生觸頭"競爭","冒險"現象 競爭:當控制電路狀態發生變換時,常伴隨電路中的電器元件的觸頭狀態發生變換.由於電器元件總有一定的固有動作時間,對於一個時序電路來說,往往發生不按時序動作的情況,觸頭爭先吸合,就會得到幾個不同的輸出狀態,這種現象稱為電路的"競爭". 冒險:對於開關電路,由於電器元件的釋放延時作用,也會出現開關元件不按要求的邏輯功能輸出,這種現象稱為"冒險". 7.採用電氣聯鎖與機械聯鎖的雙重聯鎖. 五,具有完善的保護環節 電氣控制電路應具有完善的保護環節,常用的有漏電保護,短路,過載,過電流,過電壓,欠電壓與零電壓,弱磁,聯鎖與限位保護等. 六,要考慮操作,維修與調試的方便 第四節 電氣控制電路設計的方法與步驟 一,電氣控制電路設計方法簡介 設計電氣控制電路的方法有兩種,一種是分析設計法,另一種是邏輯設計法. 分析設計法(經驗設計法):根據生產工藝的要求選擇一些成熟的典型基本環節來實現這些基本要求,而後再逐步完善其功能,並適當配 置聯鎖和保護等環節,使其組合成一個整體,成為滿足控制要求的完整電路. 邏輯設計法:利用邏輯代數這一數學工具設計電氣控制電路. 在繼電接觸器控制電路中,把表示觸頭狀態的邏輯變數稱為輸人邏輯變數,把表示繼電 器接觸器線圈等受控元件的邏輯變數稱為輸出邏輯變數.輸人,輸出邏輯變數之間的相互關 系稱為邏輯函數關系,這種相互關系表明了電氣控制電路的結構.所以,根據控制要求,將 這些邏輯變數關系寫出其邏輯函數關系式,再運用邏輯函數基本公式和運算規律對邏輯函數 式進行化簡,然後根據化簡了的邏輯關系式畫出相應的電路結構圖,最後再作進一步的檢查 和優化,以期獲得較為完善的設計方案. 二,分析設計法的基本步驟 分析設計法設計電氣控制電路的基本步驟是: l)按工藝要求提出的起動,制動,反向和調速等要求設計主電路. 2)根據所設計出的主電路,設計控制電路的基本環節,即滿足設計要求的起動,制動, 反向和調速等的基本控制環節. 3)根據各部分運動要求的配合關系及聯鎖關系,確定控制參量並設計控制電路的特殊 環節. 4)分析電路工作中可能出現的故障,加入必要的保護環節. 5)綜合審查,仔細檢查電氣控制電路動作是否正確 關鍵環節可做必要實驗,進一步 3.設計控制電路的特殊環節 第五節 常用控制電器的選擇 一,接觸器的選擇 一般按下列步驟進行: 1.接觸器種類的選擇:根據接觸器控制的負載性質來相應選擇直流接觸器還是交流接觸器;一般場合選用電磁式接觸器,對頻繁操作的帶交流負載的場合,可選用帶直流電磁線圈的交流按觸器. 2.接觸器使用類別的選擇:根據接觸器所控制負載的工作任務來選擇相應使用類別的接觸器.如負載是一般任務則選用AC—3使用類別;負載為重任務則應選用AC-4類別,如果負載為一般任務與重任務混合時,則可根據實際情況選用AC—3或AC-4類接觸器,如選用AC—3類時,應降級使用. 3.接觸器額定電壓的確定: 接觸器主觸頭的額定電壓應根據主觸頭所控制負載電路的額定電壓來確定. 4.接觸器額定電流的選擇 一般情況下,接觸器主觸頭的額定電流應大於等於負載或電動機的額定電流,計算公式為 式中I.——接觸器主觸頭額定電流(A); H ——經驗系數,一般取l～1.4; P.——被控電動機額定功率(kw); U.——被控電動機額定線電壓(V). 當接觸器用於電動機頻繁起動,制動或正反轉的場合,一般可將其額定電流降一個等級來選用. 5.接觸器線圈額定電壓的確定: 接觸器線圈的額定電壓應等於控制電路的電源電壓.為保證安全,一般接觸器線圈選用110V,127V,並由控制變壓器供電.但如果控制電路比較簡單,所用接觸器的數量較少時,為省去控制變壓器,可選用380V,220V電壓. 6.接觸器觸頭數目: 在三相交流系統中一般選用三極接觸器,即三對常開主觸頭,當需要同時控制中勝線時,則選用四極交流接觸器.在單相交流和直流系統中則常用兩極或三極並聯接觸器.交流接觸器通常有三對常開主觸頭和四至六對輔助觸頭,直流接觸器通常有兩對常開主觸頭和四對輔助觸頭. 7.接觸器額定操作頻率 交,直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h,1200次/h等幾種,一般說來,額定電流越大,則操作頻率越低,可根據實際需要選擇. 二,電磁式繼電器的選擇 應根據繼電器的功能特點,適用性,使用環境,工作制,額定工作電壓及額定工作電流來選擇. 1.電磁式電壓繼電器的選擇 根據在控制電路中的作用,電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種類型. 表10-3列出了電磁式繼電器的類型與用途. 交流過電壓繼電器選擇的主要參數是額定電壓和動作電壓,其動作電壓按系統額定電壓的1.l-1.2倍整定. 交流欠電壓繼電器常用一般交流電磁式電壓繼電器,其選用只要滿足一般要求即可,對釋放電壓值無特殊要求.而直流欠電壓繼電器吸合電壓按其額定電壓的0.3-0.5倍整定,釋放電壓按其額定電壓的0.07-0.2倍整定. 2.電磁式電流繼電器的選擇 根據負載所要求的保護作用,分為過電流繼電器和欠電流繼電器兩種類型. 過電流繼電器:交流過電流繼電器,直流過電流繼電器. 欠電流繼電器:只有直流欠電流繼電器,用於直流電動機及電磁吸盤的弱磁保護. 過電流繼電器的主要參數是額定電流和動作電流,其額定電流應大於或等於被保護電動機的額定電流;動作電流應根據電動機工作情況按其起動電流的1.回一1.3倍整定.一般繞線型轉子非同步電動機的起動電流按2.5倍額定電流考慮,籠型非同步電動機的起動電流按4-7倍額定電流考慮.直流過電流繼電器動作電流接直流電動機額定電流的1.1-3.0倍整定. 欠電流繼電器選擇的主要參數是額定電流和釋放電流,其額定電流應大於或等於直流電動機及電磁吸盤的額定勵磁電流;釋放電流整定值應低於勵磁電路正常工作范圍內可能出現的最小勵磁電流,一般釋放電流按最小勵磁電流的0.85倍整定. 3.電磁式中間繼電器的選擇 應使線圈的電流種類和電壓等級與控制電路一致,同時,觸頭數量,種類及容量應滿足控制電路要求. 三,熱繼電器的選擇 熱繼電器主要用於電動機的過載保護,因此應根據電動機的形式,工作環境,起動情況,負載情況,工作制及電動機允許過載能力等綜合考慮. 1.熱繼電器結構形式的選擇 對於星形聯結的電動機,使用一般不帶斷相保護的三相熱繼電器能反映一相斷線後的過載,對電動機斷相運行能起保護作用. 對於三角形聯結的電動機,則應選用帶斷相保護的三相結構熱繼電器. 2.熱繼電器額定電流的選擇 原則上按被保護電動機的額定電流選取熱繼電器.對於長期正常工作的電動機,熱繼電器中熱元件的整定電流值為電動機額定電流的0.95-1.05倍;對於過載能力較差的電動機,熱繼電器熱元件整定電流值為電動機額定電流的0.6一0.8倍. 對於不頻繁起動的電動機,應保證熱繼電器在電動機起動過程中不產生誤動作,若電動機起動電流不超過其額定電流的6倍,並且起動時間不超過6S,可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器. 對於重復短時工作制的電動機,首先要確定熱繼電器的允許操作頻率,然後再根據電動機的起動時間,起動電流和通電持續率來選擇. 四,時間繼電器的選擇 1)電流種類和電壓等級:電磁阻尼式和空氣阻尼式時間繼電器,其線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同;電動機或與晶體管式時間繼電器,其電源的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同. 2)延時方式:根據控制電路的要求來選擇延時方式,即通電延時型和斷電延時型. 3)觸頭形式和數量:根據控制電路要求來選擇觸頭形式(延時閉合型或延時斷開型)及觸頭數量. 4)延時精度:電磁阻尼式時間繼電器適用於延時精度要求不高的場合,電動機式或晶體管式時間繼電器適用於延時精度要求高的場合. 5)延時時間:應滿足電氣控制電路的要求. 6)操作頻率:時間繼電器的操作頻率不宜過高,否則會影響其使用壽命,甚至會導致延時動作失調. 五,熔斷器的選擇 1.一般熔斷器的選擇:根據熔斷器類型,額定電壓,額定電流及熔體的額定電流來選擇. (1)熔斷器類型:熔斷器類型應根據電路要求,使用場合及安裝條件來選擇,其保護特性應與被保護對象的過載能力相匹配.對於容量較小的照明和電動機,一般是考慮它們的過載保護,可選用熔體熔化系數小的熔斷器,對於容量較大的照明和電動機,除過載保護外,還應考慮短路時的分斷短路電流能力,若短路電流較小時,可選用低分斷能力的熔斷器,若短路電流較大時,可選用高分斷能力的RLI系列熔斷器,若短路電流相當大時,可選用有限流作用的Rh及RT12系列熔斷器. (2)熔斷器額定電壓和額定電流:熔斷器的額定電壓應大於或等於線路的工作電壓,額定電流應大於或等於所裝熔體的額定電流. (3)熔斷器熔體額定電流 1)對於照明線路或電熱設備等沒有沖擊電流的負載,應選擇熔體的額定電流等於或稍 大於負載的額定電流,即 IRN≥IN 式中IRN——熔體額定電流(A); IN——負載額定電流(A). 2)對於長期工作的單台電動機,要考慮電動機起動時不應熔斷,即 IRN≥(1.5~2.5)IN 輕載時系數取1.5,重載時系數取2.5. 3)對於頻繁起動的單台電動機,在頻繁起動時,熔體不應熔斷,即 IRN≥(3~3.5)IN 4)對於多台電動機長期共用一個熔斷器,熔體額定電流為 IRN≥(1.5~2.5)INMmax+∑INM 式中INMmax——容量最大電動機的額定電流(A); ∑INM——除容量最大電動機外,其餘電動機額定電流之和(A). (4)適用於配電系統的熔斷器:在配電系統多級熔斷器保護中,為防止越級熔斷,使上,下級熔斷器間有良好的配合,選用熔斷器時應使上一級(干線)熔斷器的熔體額定電流比下一級(支線)的熔體額定電流大1-2個級差. 2.快速熔斷器的選擇 (l)快速熔斷器的額定電壓:快速熔斷器額定電壓應大於電源電壓,且小於晶閘管的反向峰值電壓U.,因為快速熔斷器分斷電流的瞬間,最高電弧電壓可達電源電壓的1.5-2倍.因此,整流二極體或晶閘管的反向峰值電壓必須大於此電壓值才能安全工作.即 UF≥KI URE 式中UF-一硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓(V); URE——快速熔斷器額定電壓(V); KI——安全系數,一般取1,5-2. (2)快速熔斷器的額定電流:快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的,而整流M極管和晶閘管的額定電流是用平均值表示的.當快速熔斷器接人交流側,熔體的額定電流為 IRN≥KI IZmax 式中IZmax——可能使用的最大整流電流(A); KI——與整流電路形式及導電情況有關的系數,若保護整流M極管時,KI按表10-4 取值,若保護晶閘管時,KI按表10-5取值. 當快速熔斷器接入整流橋臂時,熔體額定電流為 IRN≥1.5IGN 式中IGN——硅整流元件或晶閘管的額定電流(A). 六,開關電器的選擇 (一)刀開關的選擇 刀開關主要根據使用的場合,電源種類,電壓等級,負載容量及所需極數來選擇. (1)根據刀開關在線路中的作用和安裝位置選擇其結構形式.若用於隔斷電源時,選用無滅弧罩的產品;若用於分斷負載時,則應選用有滅弧罩,且用杠桿來操作的產品. (2)根據線路電壓和電流來選擇.刀開關的額定電壓應大於或等於所在線路的額定電壓;刀開關額定電流應大於負載的額定電流,當負載為非同步電動機時,其額定電流應取為電動機額定電流的1.5倍以上. (3)刀開關的極數應與所在電路的極數相同. (二)組合開關的選擇 組合開關主要根據電源種類,電壓等級,所需觸頭數及電動機容量來選擇.選擇時應掌握以下原則: (1)組合開關的通斷能力並不是很高,因此不能用它來分斷故障電流.對用於控制電動機可逆運行的組合開關,必須在電動機完全停止轉動後才允許反方向接通. (2)組合開關接線方式多種,使用時應根據需要正確選擇相應產品. (3)組合開關的操作頻率不宜太高,一般不宜超過300次/h,所控制負載的功率因數也不能低於規定值,否則組合開關要降低容量使用. (4)組合開關本身不具備過載,短路和欠電壓保護,如需這些保護,必須另設其他保護電器. (三)低壓斷路器的選擇 低壓斷路器主要根據保護特性要求,分斷能力,電網電壓類型及等級,負載電流,操作頻率等方面進行選擇. (1)額定電壓和額定電流:低壓斷路器的額定電壓和額定電流應大於或等於線路的額定電壓和額定電流. (2)熱脫扣器:熱脫扣器整定電流應與被控制電動機或負載的額定電流一致. (3)過電流脫扣器:過電流脫扣器瞬時動作整定電流由下式確定 IZ≥KIS 式中IZ——瞬時動作整定電流(A); Is——線路中的尖峰電流.若負載是電動機,則Is為起動電流(A); K考慮整定誤差和起動電流允許變化的安全系數.當動作時間大於20ms時,取 K=1.35;當動作時間小於 20ms時,取 K=1.7. (4)欠電壓脫扣器:欠電壓脫扣器的額定電壓應等於線路的額定電壓. (四)電源開關聯鎖機構 電源開關聯鎖機構與相應的斷路器和組合開關配套使用,用於接通電源,斷開電源和櫃 門開關聯鎖,以達到在切斷電源後才能打開門,將門關閉好後才能接通電源的效果,實現安 全保護. 七,控制變壓器的選擇 控制變壓器用於降低控制電路或輔助電路的電壓,以保證控制電路的安全可靠.控制變壓器主要根據一次和二次電壓等級及所需要的變壓器容量來選擇. (1)控制變壓器一,二次電壓應與交流電源電壓,控制電路電壓與輔助電路電壓相符合. (2)控制變壓器容量按下列兩種情況計算,依計算容量大者決定控制變壓器的容量. l)變壓器長期運行時,最大工作負載時變壓器的容量應大於或等於最大工作負載所需要的功率,計算公式為 ST≥KT ∑PXC 式中ST——控制變壓器所需容量(VA); ∑PXC——控制電路最大負載時工作的電器所需的總功率,其中PXC為電磁器件的吸持功 率(W); KT一一一控制變壓器容量儲備系數,一般取1.1-1.25. 2)控制變壓器容量應使已吸合的電器在起動其他電器時仍能保持吸會狀態,而起動電器也能可靠地吸合,其計算公式為 ST≥0.6 ∑PXC +1.5∑Pst 式中 ∑Pst_同時起動的電器總吸持功率(W). 第六節 電氣控制的施工設計與施工 一,電氣設備總體配置設計 組件的劃分原則是: l)將功能類似的元件組成在一起,構成控制面板組件,電氣控制盤組件,電源組件等. 2)將接線關系密切的電器元件置於在同一組件中,以減少組件之間的連線數量. 3)強電與弱電控制相分離,以減少干擾. 4)為求整齊美觀,將外形尺寸相同,重量相近的電器元件組合在一起. 5)為便於檢查與調試,將需經常調節,維護和易損元件組合在一起. 電氣設備的各部分及組件之間的接線方式通常有: l)電器控制盤,機床電器的進出線一般採用接線端子. 2)被控制設備與電氣箱之間為便於拆裝,搬運,盡可能採用多孔接插件. 3)印刷電路板與弱電控制組件之間宜採用各種類型接插件. 總體配置設計是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達出來的,圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關系,走線方式及使用管線要求.總體設計要使整個系統集中,緊湊;要考慮發熱量高和雜訊振動大的電氣部件,使其離開操作者一定距離;電源緊急控制開關應安放在方便且明顯的位置. 二,電氣元器件布置圖的設計 電氣元器件布置圖是指將電氣元器件按一定原則組合的安裝位置圖.電氣元器件布置的依據是各部件的原理圖,同一組件中的電器元件的布置應按國家標准執行. 電櫃內的電器可按下述原則布置: l)體積大或較重的電器應置於控制櫃下方. 2)發熱元件安裝在櫃的上方,並將發熱元件與感溫元件隔開. 3)強電弱電應分開,弱電部分應加屏蔽隔離,以防強電及外界的干擾. 4)電器的布置應考慮整齊,美觀,對稱. 5)電器元器件間應留有一定間距,以利布線,接線,維修和調整操作. 6)接線座的布置:用於相鄰櫃間連接用的接線座應布置在櫃的兩側;用於與櫃外電氣 元件連接的接線座應布置在櫃的下部,且不得低於200mrn. 一般通過實物排列來確定各電器元件的位置,進而繪制出控制櫃的電器布置圖.布置圖 是根據電器元件的外形尺寸按比例繪制,並標明各元件間距尺寸,同時還要標明進出線的數 量和導線規格,選擇適當的接線端子板和接插件並在其上標明接線號. 三,電氣控制裝置接線圖的繪制 根據電氣控制電路圖和電氣元器件布置圖來繪制電氣控制裝置的接線圖.接線圖應按以 下原則來繪制: 1)接線圖的繪制應符合GB6988.3—1997《電氣技術用文件的編制 第3部分:接線圖 和接線表》中的規定. 2)電氣元器件相對位置與實際安裝相對位置一致. 3)接線圖中同一電器元件中各帶電部件,如線圈,觸頭等的繪制採用集中表示法,且 在一個細實線方框內. 4)所有電器元件的文字元號及其接線端鈕的線號標注均與電氣控制電路圖完全相符. 5)電氣接線圖一律採用細實線繪制,應清楚表明各電器元件的接線關系和接線去向,其連接關系應與控制電路圖完全相符.連接導線的走線方式有板前走線與板後走線兩種,一般採用板前走線.對於簡單電氣控制裝置,電器元件數量不多,接線關系較簡單,可在接線圖中直接畫出元件之間的連線.對於復雜的電氣裝置,電器元件數量多,接線較復雜時,一般採用走線槽走線,此時,只要在各電器元件上標出接線號,不必畫出各元件之間的連接線. 6)接線圖中應標明連接導線的型號,規格,截面積及顏色. 7)進出控制裝置的導線,除大截面動力電路導線外,都應經過接線端子板.端子板上 各端鈕按接線號順序排列,並將動力線,交流控制線,直流控制線,信號指示線分類排開. 四,電力裝備的施工 (一)電氣控制櫃內的配線施工 1)不同性質與作用的電路選用不同顏色導線:交流或直流動力電路用黑色;交流控制 電路用紅色;直流控制電路用藍色;聯鎖控制電路用桔黃色或黃色;與保護導線連接的電路 用白色;保護導線用黃綠雙色;動力電路中的中線用淺藍色;備用線用與備用對象電路導線 顏色一致. 弱電電路可採用不同顏色的花線,以區別不同電路,顏色自由選擇. 2)所有導線,從一個接線端到另一個接線端必須是連續的,中間不許有接頭. 3)控制櫃常用配線方式有板前配線,板後交叉配線與行線槽配線,視控制櫃具體情況 而定. (二)電櫃外部配線 丨)所用導線皆為中間無接頭的絕緣多股硬導線. 2)電櫃外部的全部導線(除有適當保護的電纜線外)一律都要安放在導線通道內,使 其有適當的機械保護,具有防水,防鐵屑,防塵作用. 3)導線通道應有一定裕量,若用鋼管,其管壁厚度應大於1——;若用其他材料,其壁 厚應具有上述鋼管相應的強度. 4)所有穿管導線,在其兩端頭必須標明線號,以便查找和維修. 5)穿行在同一保護管路中的導線束應加人備用導線,其根數按表10-6的規定配置. (三)導線截面積的選用 導線截面積應按正常工作條件下流過的最大穩定電流來選擇,並考慮環境條件.表107 列出了機床用導線的載流容量,這些數值為正常工作條件下的最大穩定電流.另外還應考慮 電動機的起動,電磁線圈吸合及其他電流峰值引起的電壓降. 五,檢查,調整與試運行 主要步驟: 1.檢查接線圖:在接線前,根據電氣控制電路圖即原理圖,仔細檢查接線圖是否准確 無誤,特別要注意線路標號與接線端子板觸點標號是否一致. 2.檢查電器元件 對照電器元件明細表,逐個檢查所裝電器元件的型號,規格是否相 符,產品是否完好無損,特別要注意線圈額定電壓是否與工作電壓相符,電器元件觸頭數是 否夠用等. 3.檢查接線是否正確 對照電氣原理圖和電氣接線圖認真檢查接線是否正確.為判斷 連接導線是否斷線或接觸是否良好,可在斷電情況下藉助萬用表上的歐姆檔進行檢測. 4.進行絕緣試驗 為確保絕緣可靠,必須進行絕緣試驗.試驗包括將電容器及線圈短 接;將隔離變壓器二次側短路後接地;對於主電路及與主電路相連接的輔助電路,應載入 2.skV的正弦電壓有效值歷時1分鍾,試驗其能否承受;不與主電路相連接的輔助電路,應 在載入2倍額定電壓的基礎上再加 IkV,且歷時 1分鍾,如不被擊穿方為合格. 5.檢查,調整電路動作的正確性 在上述檢查通過後,就可通電檢查電路動作情況. 通電檢查可按控制環節一部分一部分地進行.注意觀察各電器的動作順序是否正確,指示裝 置指示是否正常.在各部分電路工作完成正確的基礎上才可進行整個電路的系統檢查.在這 個過程中常伴有一些電器元件的調整,如時間繼電器,行程開關等.這時,往往需與機修鉗 工,操作人員協同進行,直至全部符合工藝和設計要求,這時控制系統的設計與安裝工作才 算全面完成.
② 電氣控制設備設計所遵循的原則
電氣原理圖設計
為滿足生產機械及工藝要求進行的電氣控制電路的設計
電氣工藝設計
為電氣控制裝置的製造,使用,運行,維修的需要進行的生產施工設計
第一節 電氣控制設計的原則和內容
一,電氣控制設計的原則
1)最大限度滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求
2)在滿足要求的前提下,使控制系統簡單,經濟,合理,便於操作,維修方便,安全可靠
3)電器元件選用合理,正確,使系統能正常工作
4)為適應工藝的改進,設備能力應留有裕量
二,電氣控制設計的基本內容
1.電氣原理圖設計內容
1) 擬定電氣設計任務書
2)選擇電力拖動方案和控制方式
3)確定電動機的類型,型號,容量,轉速
4)設計電氣控制原理圖
5)選擇電器元件及清單
6)編寫設計計算說明書
2. 電氣工藝設計內容
1)設計電氣設備的總體配置,繪制總裝配圖和總接線圖
2)繪制各組件電器元件布置圖與安裝接線圖,標明安裝方式,接線方式
3)編寫使用維護說明書
第二節 電力拖動方案的確定和電動機的選擇
一,電力拖動方案的確定
1,拖動方式的選擇
2,調速方案的選擇
3,電動機調速性質應與負載特性相適應
二,拖動電動機的選擇
(一)電動機選擇的基本原則
1)電動機的機械特性應滿足生產機械的要求,與負載的特性相適應
2)電動機的容量要得到充分的利用
3)電動機的結構形式要滿足機械設計的安裝要求,適合工作環境
4)在滿足設計要求前提下,優先採用三相非同步電動機
(二)根據生產機械調速要求選擇電動機
一般---三相籠型非同步電動機,雙速電機
調速,起動轉矩大---三相籠型非同步電動機
調速高---直流電動機,變頻調速交流電動機
(三)電動機結構形式的選擇
根據工作性質,安裝方式,工作環境選擇
(四)電動機額定電壓的選擇
(五)電動機額定轉速的選擇
(六)電動機容量的選擇
1,分析計演算法:
此外,還可通過對長期運行的同類生產機械的電動機容量進行調查,並對機械主要參數,工作條件進行類比,然後再確定電動機的容量.
第三節 電氣控制電路設計的一股要求
一,電氣控制應最大限度地滿足生產機械加工工藝的要求
設計前,應對生產機械工作性能,結構特點,運動情況,加工工藝過程及加工情況有充
分的了解,並在此基礎上設計控制方案,考慮控制方式,起動,制動,反向和調速的要求,
安置必要的聯鎖與保護,確保滿足生產機械加工工藝的要求.
二,對控制電路電流,電壓的要求
應盡量減少控制電路中的電流,電壓種類,控制電壓應選擇標准電壓等級.電氣控制電
各常用的電壓等級如表10-2所示.
三,控制電路力求簡單,經濟
1.盡量縮短連接導線的長度和導線數量 設計控制電路時,應考慮各電器元件的安裝
立置,盡可能地減少連接導線的數量,縮短連接導線的長度.如圖10-l.
2.盡量減少電器元件的品種,數量和規格 同一用途的器件盡可能選用同品牌,型號的產品,並且電器數量減少到最低限度.
3.盡量減少電器元件觸頭的數目.在控制電路中,盡量減少觸頭是為了提高電路運行
的可靠性.例如圖10-2a所示.
4.盡量減少通電電器的數目,以利節能與延長電器元件壽命,減少故障.如圖10-3a所示.
四,確保控制電路工作的安全性和可靠性
1.正確連接電器的線圈 在交流控制電路中,同時動作的兩個電器線圈不能串聯,兩個電磁線圈需要同時吸合時其線圈應並聯連接,如圖10-4b所示.
在直流控制電路中,兩電感值相差懸殊的直流電壓線圈不能並聯連接.
2正確連接電器元件的觸頭 設計時,應使分布在電路中不同位置的同一電器觸頭接到電源的同一相上,以避免在電器觸頭上引起短路故障.
3防止寄生電路 在控制電路的動作過程中.意外接通的電路叫寄生電路.
4.在控制電路中控制觸頭應合理布置.
5.在設計控制電路中應考慮繼電器觸頭的接通與分斷能力.
6,避免發生觸頭"競爭","冒險"現象
競爭:當控制電路狀態發生變換時,常伴隨電路中的電器元件的觸頭狀態發生變換.由於電器元件總有一定的固有動作時間,對於一個時序電路來說,往往發生不按時序動作的情況,觸頭爭先吸合,就會得到幾個不同的輸出狀態,這種現象稱為電路的"競爭".
冒險:對於開關電路,由於電器元件的釋放延時作用,也會出現開關元件不按要求的邏輯功能輸出,這種現象稱為"冒險".
7.採用電氣聯鎖與機械聯鎖的雙重聯鎖.
五,具有完善的保護環節
電氣控制電路應具有完善的保護環節,常用的有漏電保護,短路,過載,過電流,過電壓,欠電壓與零電壓,弱磁,聯鎖與限位保護等.
六,要考慮操作,維修與調試的方便
第四節 電氣控制電路設計的方法與步驟
一,電氣控制電路設計方法簡介
設計電氣控制電路的方法有兩種,一種是分析設計法,另一種是邏輯設計法.
分析設計法(經驗設計法):根據生產工藝的要求選擇一些成熟的典型基本環節來實現這些基本要求,而後再逐步完善其功能,並適當配 置聯鎖和保護等環節,使其組合成一個整體,成為滿足控制要求的完整電路.
邏輯設計法:利用邏輯代數這一數學工具設計電氣控制電路.
在繼電接觸器控制電路中,把表示觸頭狀態的邏輯變數稱為輸人邏輯變數,把表示繼電
器接觸器線圈等受控元件的邏輯變數稱為輸出邏輯變數.輸人,輸出邏輯變數之間的相互關
系稱為邏輯函數關系,這種相互關系表明了電氣控制電路的結構.所以,根據控制要求,將
這些邏輯變數關系寫出其邏輯函數關系式,再運用邏輯函數基本公式和運算規律對邏輯函數
式進行化簡,然後根據化簡了的邏輯關系式畫出相應的電路結構圖,最後再作進一步的檢查
和優化,以期獲得較為完善的設計方案.
二,分析設計法的基本步驟
分析設計法設計電氣控制電路的基本步驟是:
l)按工藝要求提出的起動,制動,反向和調速等要求設計主電路.
2)根據所設計出的主電路,設計控制電路的基本環節,即滿足設計要求的起動,制動,
反向和調速等的基本控制環節.
3)根據各部分運動要求的配合關系及聯鎖關系,確定控制參量並設計控制電路的特殊
環節.
4)分析電路工作中可能出現的故障,加入必要的保護環節.
5)綜合審查,仔細檢查電氣控制電路動作是否正確 關鍵環節可做必要實驗,進一步
完善和簡化電路a
三,分析設計法設計舉例
下面以橫梁升降機構的電氣控制設計為例來說明分析設計法設計電氣控制電路的方法與
步驟.
在龍門刨床上裝有橫梁升降機構,加工工件時,橫梁應夾緊在立柱上,當加工工件高低
不同時,則橫梁應先松開立柱然後沿立柱上下移動,移動到位後,橫梁應夾緊在立柱上.所
以,橫梁的升降由橫梁升降電動機拖動,橫梁的放鬆,夾緊動作由夾緊電動機,傳動裝置與
夾緊裝置配合來完成.
(一)橫梁升降機構的工藝要求:
(1)橫樑上升時,自動按照先放鬆橫梁一橫樑上升一夾緊橫梁的順序進行.
(2)橫梁下降時,自動按照放鬆橫梁一橫梁下降一橫梁回升一夾緊橫梁的順序進行.
(3)橫梁夾緊後,夾緊電動機自動停止轉動.
(4)橫梁升降應設有上下行程的限位保護,夾緊電動機應設有夾緊力保護.
(二)電氣控制電路設計過程
1.主電路設計: 橫梁升降機構分別由橫梁升降電動機MI與橫梁夾緊放鬆電動機W拖
動.巴兩台電動機均為三相籠型非同步電動機,均要求實現正反轉.因此採用KM1I,KM2.
KM3,KM4四個接觸器分別控制M1和M2的正反轉,如圖10-9所示.
2.控制電路基本環節的設計:由於橫梁升降為調整運動,故對M1採用點動控制,一個
點動按鈕只能控制一種運動,故用上升點動按鈕犯 與下降點動按鈕明 來控制橫梁的升降,但在移動前要求先松開橫梁,移動到位松開點動按鈕時又要求橫梁夾緊,也就是說點動按鈕要控制KMI-KM4四個接觸器,所以引入上升中間繼電器KA1與下降中間繼電器KA2,再由中間繼電器去控制四個接觸器.於是設計出橫梁升降電氣控制電路草圖之一,如圖10-9所示.
3.設計控制電路的特殊環節
1)橫樑上升時,必須使夾緊電動機MZ先工作,將橫梁放鬆後,發出信號,使MZ停止
工作,同時使升降電動機MI工作,帶動橫樑上升.按下上升點動按鈕,中間繼電器KAI線圈通電吸合,其常開觸頭閉合,使接觸器KM4通電吸合,MZ反轉起動旋轉,橫梁開始放鬆;橫梁放鬆的程度採用行程開關地 控制,當橫梁放鬆到一定程度,撞塊壓下你用地 的常閉觸頭斷開來控制接觸器KM4線圈的斷電,常開觸頭閉合控制接觸器KMI線圈的通電,KMI的主觸頭閉合使MI正轉,橫梁開始作上升運動.
2)升降電動機拖動橫樑上升至所需位置時,松開上升點動按鈕犯,中間繼電器KAI
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放,接觸器KM3線圈通電吸合,使升降電動機停止工作,同時
使夾緊電動機開始正轉,使橫梁夾緊.在夾緊過程中.行程開關 SQI復位,因此 KM3應加
自鎖觸頭,當夾緊到一定程度時,發出信號切斷夾緊電動機電源.這里採用過電流繼電器控
制夾緊的程度,即將過電流繼電器KA3線圈串接在夾緊電動機主電路任一相中.當橫梁夾
緊時,相當於電動機工作在堵轉狀態,電動機定子電流增大,將過電流繼電器的動作電流整
定在兩倍額定電流左右;當橫梁夾緊後電流繼電器動作,其常閉觸頭將接觸器KM3線圈電
路切斷.
3)橫梁的下降仍按先放鬆再下降的方式控制,但下降結束後需有短時間的回升運動,該回升運動可採用斷電延時型時間繼電器進行控制.時間繼電器KT的線圈由下降接觸器 KMZ常開觸頭控制,其斷電延時斷開的常開觸頭與夾緊接觸器KM3常開觸頭串聯後並接於上升電路中間繼電器KAI常開觸頭兩端.這樣,當橫梁下降時,時間繼電器KT線圈通電吸合,其斷電延時斷開的常開觸頭立即閉合,為回升電路工作作好准備.當橫梁下降至所需位置時,松開下降點動按鈕田.KMZ線圈斷電釋放,時間繼電器KT線圈斷電,夾緊接觸器.
3.設計控制電路的特殊環節
1)橫樑上升時,必須使夾緊電動機MZ先工作,將橫梁放鬆後,發出信號,使MZ停止
IW,同時使升降電動機 MI工作,帶動橫樑上升.按下上升點動按鈕犯,中間繼電器
KAI線圈通電吸合,其常開觸頭閉合,使接觸器KM4通電吸合,MZ反轉起動旋轉,橫梁開
始放鬆;橫梁放鬆的程度採用行程開關地 控制,當橫梁放鬆到一定程度,撞塊壓下 SQI,
用明 的常閉觸頭斷開來控制接觸器KM4線圈的斷電,常開觸頭閉合控制接觸器KMI線圈
的通電,KMI的主觸頭閉合使MI正轉,橫梁開始作上升運動.
2)升降電動機拖動橫樑上升至所需位置時,松開上升點動按鈕肥,中間繼電器KAI
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放,接觸器KM3線圈通電吸合,使升降電動機停止工作,同時
使夾緊電動機開始正轉,使橫梁夾緊.在夾緊過程中,行程開關地 復位,因此 KM應加
自鎖觸頭,當夾緊到一定程度時,發出信號切斷夾緊電動機電源.這里採用過電流繼電器控
制夾緊的程度,即將過電流繼電器KA3線圈串接在夾緊電動機主電路任一相中.當橫梁夾
緊時,相當於電動機工作在堵轉狀態,電動機定子電流增大,將過電流繼電器的動作電流整
定在兩倍額定電流左右;當橫梁夾緊後電流繼電器動作,其常閉觸頭將接觸器KM3線圈電
路切斷.KM3線圈通電吸合,橫梁開始夾緊.此時,上升接觸器KMI線圈通過閉合的時間斷電器KT常開觸頭及KM3常開觸頭而通電吸合,橫梁開始回升,經一段時間延時,延時斷開的常開觸頭KT斷開,KMI線圈斷電釋放,回升運動結束,而橫梁還在繼續夾緊,夾緊到一定程度,過電流繼電器動作,夾緊運動停止.此時的橫梁升降電氣控制電路設計草圖如圖10-10
所示.
4.設計聯鎖保護環節
橫樑上升限位保護由行程開關SQZ來實現;下降限位保護由行程開關SQ3來實現;上
升與下降的互鎖,夾緊與放鬆的互鎖均由中間繼電器KAI和KAZ的常閉觸頭來實現;升降
電動機短路保護由熔斷器FUI來實現;夾緊電動機短路保護由熔斷器FUZ實現;控制電路
的短路保護由熔斷器F[J3來實現.
綜合以上保護,就使橫梁升降電氣控制電路比較完善了,從而得到圖10-11所示完整的
橫梁升降機構控制電路.
第五節 常用控制電器的選擇
一,接觸器的選擇
一般按下列步驟進行:
1.接觸器種類的選擇:根據接觸器控制的負載性質來相應選擇直流接觸器還是交流接觸器;一般場合選用電磁式接觸器,對頻繁操作的帶交流負載的場合,可選用帶直流電磁線圈的交流按觸器.
2.接觸器使用類別的選擇:根據接觸器所控制負載的工作任務來選擇相應使用類別的接觸器.如負載是一般任務則選用AC—3使用類別;負載為重任務則應選用AC-4類別,如果負載為一般任務與重任務混合時,則可根據實際情況選用AC—3或AC-4類接觸器,如選用AC—3類時,應降級使用.
3.接觸器額定電壓的確定: 接觸器主觸頭的額定電壓應根據主觸頭所控制負載電路的額定電壓來確定.
4.接觸器額定電流的選擇 一般情況下,接觸器主觸頭的額定電流應大於等於負載或電動機的額定電流,計算公式為
式中I.——接觸器主觸頭額定電流(A);
H ——經驗系數,一般取l～1.4;
P.——被控電動機額定功率(kw);
U.——被控電動機額定線電壓(V).
當接觸器用於電動機頻繁起動,制動或正反轉的場合,一般可將其額定電流降一個等級來選用.
5.接觸器線圈額定電壓的確定: 接觸器線圈的額定電壓應等於控制電路的電源電壓.為保證安全,一般接觸器線圈選用110V,127V,並由控制變壓器供電.但如果控制電路比較簡單,所用接觸器的數量較少時,為省去控制變壓器,可選用380V,220V電壓.
6.接觸器觸頭數目: 在三相交流系統中一般選用三極接觸器,即三對常開主觸頭,當需要同時控制中勝線時,則選用四極交流接觸器.在單相交流和直流系統中則常用兩極或三極並聯接觸器.交流接觸器通常有三對常開主觸頭和四至六對輔助觸頭,直流接觸器通常有兩對常開主觸頭和四對輔助觸頭.
7.接觸器額定操作頻率 交,直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h,1200次/h等幾種,一般說來,額定電流越大,則操作頻率越低,可根據實際需要選擇.
二,電磁式繼電器的選擇
應根據繼電器的功能特點,適用性,使用環境,工作制,額定工作電壓及額定工作電流來選擇.
1.電磁式電壓繼電器的選擇
根據在控制電路中的作用,電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種類型.
表10-3列出了電磁式繼電器的類型與用途.
交流過電壓繼電器選擇的主要參數是額定電壓和動作電壓,其動作電壓按系統額定電壓的1.l-1.2倍整定.
交流欠電壓繼電器常用一般交流電磁式電壓繼電器,其選用只要滿足一般要求即可,對釋放電壓值無特殊要求.而直流欠電壓繼電器吸合電壓按其額定電壓的0.3-0.5倍整定,釋放電壓按其額定電壓的0.07-0.2倍整定.
2.電磁式電流繼電器的選擇
根據負載所要求的保護作用,分為過電流繼電器和欠電流繼電器兩種類型.
過電流繼電器:交流過電流繼電器,直流過電流繼電器.
欠電流繼電器:只有直流欠電流繼電器,用於直流電動機及電磁吸盤的弱磁保護.
過電流繼電器的主要參數是額定電流和動作電流,其額定電流應大於或等於被保護電動機的額定電流;動作電流應根據電動機工作情況按其起動電流的1.回一1.3倍整定.一般繞線型轉子非同步電動機的起動電流按2.5倍額定電流考慮,籠型非同步電動機的起動電流按4-7倍額定電流考慮.直流過電流繼電器動作電流接直流電動機額定電流的1.1-3.0倍整定.
欠電流繼電器選擇的主要參數是額定電流和釋放電流,其額定電流應大於或等於直流電動機及電磁吸盤的額定勵磁電流;釋放電流整定值應低於勵磁電路正常工作范圍內可能出現的最小勵磁電流,一般釋放電流按最小勵磁電流的0.85倍整定.
3.電磁式中間繼電器的選擇
應使線圈的電流種類和電壓等級與控制電路一致,同時,觸頭數量,種類及容量應滿足控制電路要求.
三,熱繼電器的選擇
熱繼電器主要用於電動機的過載保護,因此應根據電動機的形式,工作環境,起動情況,負載情況,工作制及電動機允許過載能力等綜合考慮.
1.熱繼電器結構形式的選擇
對於星形聯結的電動機,使用一般不帶斷相保護的三相熱繼電器能反映一相斷線後的過載,對電動機斷相運行能起保護作用.
對於三角形聯結的電動機,則應選用帶斷相保護的三相結構熱繼電器.
2.熱繼電器額定電流的選擇
原則上按被保護電動機的額定電流選取熱繼電器.對於長期正常工作的電動機,熱繼電器中熱元件的整定電流值為電動機額定電流的0.95-1.05倍;對於過載能力較差的電動機,熱繼電器熱元件整定電流值為電動機額定電流的0.6一0.8倍.
對於不頻繁起動的電動機,應保證熱繼電器在電動機起動過程中不產生誤動作,若電動機起動電流不超過其額定電流的6倍,並且起動時間不超過6S,可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器.
對於重復短時工作制的電動機,首先要確定熱繼電器的允許操作頻率,然後再根據電動機的起動時間,起動電流和通電持續率來選擇.
四,時間繼電器的選擇
1)電流種類和電壓等級:電磁阻尼式和空氣阻尼式時間繼電器,其線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同;電動機或與晶體管式時間繼電器,其電源的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同.
2)延時方式:根據控制電路的要求來選擇延時方式,即通電延時型和斷電延時型.
3)觸頭形式和數量:根據控制電路要求來選擇觸頭形式(延時閉合型或延時斷開型)及觸頭數量.
4)延時精度:電磁阻尼式時間繼電器適用於延時精度要求不高的場合,電動機式或晶體管式時間繼電器適用於延時精度要求高的場合.
5)延時時間:應滿足電氣控制電路的要求.
6)操作頻率:時間繼電器的操作頻率不宜過高,否則會影響其使用壽命,甚至會導致延時動作失調.
五,熔斷器的選擇
1.一般熔斷器的選擇:根據熔斷器類型,額定電壓,額定電流及熔體的額定電流來選擇.
(1)熔斷器類型:熔斷器類型應根據電路要求,使用場合及安裝條件來選擇,其保護特性應與被保護對象的過載能力相匹配.對於容量較小的照明和電動機,一般是考慮它們的過載保護,可選用熔體熔化系數小的熔斷器,對於容量較大的照明和電動機,除過載保護外,還應考慮短路時的分斷短路電流能力,若短路電流較小時,可選用低分斷能力的熔斷器,若短路電流較大時,可選用高分斷能力的RLI系列熔斷器,若短路電流相當大時,可選用有限流作用的Rh及RT12系列熔斷器.
(2)熔斷器額定電壓和額定電流:熔斷器的額定電壓應大於或等於線路的工作電壓,額定電流應大於或等於所裝熔體的額定電流.
(3)熔斷器熔體額定電流
1)對於照明線路或電熱設備等沒有沖擊電流的負載,應選擇熔體的額定電流等於或稍
大於負載的額定電流,即 IRN≥IN
式中IRN——熔體額定電流(A);
IN——負載額定電流(A).
2)對於長期工作的單台電動機,要考慮電動機起動時不應熔斷,即
IRN≥(1.5~2.5)IN
輕載時系數取1.5,重載時系數取2.5.
3)對於頻繁起動的單台電動機,在頻繁起動時,熔體不應熔斷,即
IRN≥(3~3.5)IN
4)對於多台電動機長期共用一個熔斷器,熔體額定電流為
IRN≥(1.5~2.5)INMmax+∑INM
式中INMmax——容量最大電動機的額定電流(A);
∑INM——除容量最大電動機外,其餘電動機額定電流之和(A).
(4)適用於配電系統的熔斷器:在配電系統多級熔斷器保護中,為防止越級熔斷,使上,下級熔斷器間有良好的配合,選用熔斷器時應使上一級(干線)熔斷器的熔體額定電流比下一級(支線)的熔體額定電流大1-2個級差.
2.快速熔斷器的選擇
(l)快速熔斷器的額定電壓:快速熔斷器額定電壓應大於電源電壓,且小於晶閘管的反向峰值電壓U.,因為快速熔斷器分斷電流的瞬間,最高電弧電壓可達電源電壓的1.5-2倍.因此,整流二極體或晶閘管的反向峰值電壓必須大於此電壓值才能安全工作.即
UF≥KI URE
式中UF-一硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓(V);
URE——快速熔斷器額定電壓(V);
KI——安全系數,一般取1,5-2.
(2)快速熔斷器的額定電流:快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的,而整流M極管和晶閘管的額定電流是用平均值表示的.當快速熔斷器接人交流側,熔體的額定電流為
IRN≥KI IZmax
式中IZmax——可能使用的最大整流電流(A);
KI——與整流電路形式及導電情況有關的系數,若保護整流M極管時,KI按表10-4
取值,若保護晶閘管時,KI按表10-5取值.
當快速熔斷器接入整流橋臂時,熔體額定電流為
IRN≥1.5IGN
式中IGN——硅整流元件或晶閘管的額定電流(A).
六,開關電器的選擇
(一)刀開關的選擇
刀開關主要根據使用的場合,電源種類,電壓等級,負載容量及所需極數來選擇.
(1)根據刀開關在線路中的作用和安裝位置選擇其結構形式.若用於隔斷電源時,選用無滅弧罩的產品;若用於分斷負載時,則應選用有滅弧罩,且用杠桿來操作的產品.
(2)根據線路電壓和電流來選擇.刀開關的額定電壓應大於或等於所在線路的額定電壓;刀開關額定電流應大於負載的額定電流,當負載為非同步電動機時,其額定電流應取為電動機額定電流的1.5倍以上.
(3)刀開關的極數應與所在電路的極數相同.
(二)組合開關的選擇
組合開關主要根據電源種類,電壓等級,所需觸頭數及電動機容量來選擇.選擇時應掌握以下原則:
(1)組合開關的通斷能力並不是很高,因此不能用它來分斷故障電流.對用於控制電動機可逆運行的組合開關,必須在電動機完全停止轉動後才允許反方向接通.
(2)組合開關接線方式多種,使用時應根據需要正確選擇相應產品.
(3)組合開關的操作頻率不宜太高,一般不宜超過300次/h,所控制負載的功率因數也不能低於規定值,否則組合開關要降低容量使用.
(4)組合開關本身不具備過載,短路和欠電壓保護,如需這些保護,必須另設其他保護電器.
(三)低壓斷路器的選擇
低壓斷路器主要根據保護特性要求,分斷能力,電網電壓類型及等級,負載電流,操作頻率等方面進行選擇.
(1)額定電壓和額定電流:低壓斷路器的額定電壓和額定電流應大於或等於線路的額定電壓和額定電流.
(2)熱脫扣器:熱脫扣器整定電流應與被控制電動機或負載的額定電流一致.
(3)過電流脫扣器:過電流脫扣器瞬時動作整定電流由下式確定
IZ≥KIS
式中IZ——瞬時動作整定電流(A);
Is——線路中的尖峰電流.若負載是電動機,則Is為起動電流(A);
K考慮整定誤差和起動電流允許變化的安全系數.當動作時間大於20ms時,取
K=1.35;當動作時間小於 20ms時,取 K=1.7.
(4)欠電壓脫扣器:欠電壓脫扣器的額定電壓應等於線路的額定電壓.
(四)電源開關聯鎖機構
電源開關聯鎖機構與相應的斷路器和組合開關配套使用,用於接通電源,斷開電源和櫃
門開關聯鎖,以達到在切斷電源後才能打開門,將門關閉好後才能接通電源的效果,實現安
全保護.
七,控制變壓器的選擇
控制變壓器用於降低控制電路或輔助電路的電壓,以保證控制電路的安全可靠.控制變壓器主要根據一次和二次電壓等級及所需要的變壓器容量來選擇.
(1)控制變壓器一,二次電壓應與交流電源電壓,控制電路電壓與輔助電路電壓相符合.
(2)控制變壓器容量按下列兩種情況計算,依計算容量大者決定控制變壓器的容量.
l)變壓器長期運行時,最大工作負載時變壓器的容量應大於或等於最大工作負載所需要的功率,計算公式為
ST≥KT ∑PXC
式中ST——控制變壓器所需容量(VA);
∑PXC——控制電路最大負載時工作的電器所需的總功率,其中PXC為電磁器件的吸持功
率(W);
KT一一一控制變壓器容量儲備系數,一般取1.1-1.25.
2)控制變壓器容量應使已吸合的電器在起動其他電器時仍能保持吸會狀態,而起動電器也能可靠地吸合,其計算公式為
ST≥0.6 ∑PXC +1.5∑Pst
式中 ∑Pst_同時起動的電器總吸持功率(W).
第六節 電氣控制的施工設計與施工
一,電氣設備總體配置設計
組件的劃分原則是:
l)將功能類似的元件組成在一起,構成控制面板組件,電氣控制盤組件,電源組件等.
2)將接線關系密切的電器元件置於在同一組件中,以減少組件之間的連線數量.
3)強電與弱電控制相分離,以減少干擾.
4)為求整齊美觀,將外形尺寸相同,重量相近的電器元件組合在一起.
5)為便於檢查與調試,將需經常調節,維護和易損元件組合在一起.
電氣設備的各部分及組件之間的接線方式通常有:
l)電器控制盤,機床電器的進出線一般採用接線端子.
2)被控制設備與電氣箱之間為便於拆裝,搬運,盡可能採用多孔接插件.
3)印刷電路板與弱電控制組件之間宜採用各種類型接插件.
總體配置設計是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達出來的,圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關系,走線方式及使用管線要求.總體設計要使整個系統集中,緊湊;要考慮發熱量高和雜訊振動大的電氣部件,使其離開操作者一定距離;電源緊急控制開關應安放在方便且明顯的位置.
二,電氣元器件布置圖的設計
電氣元器件布置圖是指將電氣元器件按一定原則組合的安裝位置圖.電氣元器件布置的依據是各部件的原理圖,同一組件中的電器元件的布置應按國家標准執行.
電櫃內的電器可按下述原則布置:
l)體積大或較重的電器應置於控制櫃下方.
2)發熱元件安裝在櫃的上方,並將發熱元件與感溫元件隔開.
3)強電弱電應分開,弱電部分應加屏蔽隔離,以防強電及外界的干擾.
4)電器的布置應考慮整齊,美觀,對稱.
5)電器元器件間應留有一定間距,以利布線,接線,維修和調整操作.
6)接線座的布置:用於相鄰櫃間連接用的接線座應布置在櫃的兩側;用於與櫃外電氣
元件連接的接線座應布置在櫃的下部,且不得低於200mrn.
一般通過實物排列來確定各電器元件的位置,進而繪制出控制櫃的電器布置圖.布置圖
是根據電器元件的外形尺寸按比例繪制,並標明各元件間距尺寸,同時還要標明進出線的數
量和導線規格,選擇適當的接線端子板和接插件並在其上標明接線號.
三,電氣控制裝置接線圖的繪制
根據電氣控制電路圖和電氣元器件布置圖來繪制電氣控制裝置的接線圖.接線圖應按以
下原
③ 電氣設計要領
電氣原理圖設計
為滿足生產機械及工藝要求進行的電氣控制電路的設計
電氣工藝設計
為電氣控制裝置的製造,使用,運行,維修的需要進行的生產施工設計
第一節 電氣控制設計的原則和內容
一,電氣控制設計的原則
1)最大限度滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求
2)在滿足要求的前提下,使控制系統簡單,經濟,合理,便於操作,維修方便,安全可靠
3)電器元件選用合理,正確,使系統能正常工作
4)為適應工藝的改進,設備能力應留有裕量
二,電氣控制設計的基本內容
1.電氣原理圖設計內容
1) 擬定電氣設計任務書
2)選擇電力拖動方案和控制方式
3)確定電動機的類型,型號,容量,轉速
4)設計電氣控制原理圖
5)選擇電器元件及清單
6)編寫設計計算說明書
2. 電氣工藝設計內容
1)設計電氣設備的總體配置,繪制總裝配圖和總接線圖
2)繪制各組件電器元件布置圖與安裝接線圖,標明安裝方式,接線方式
3)編寫使用維護說明書
第二節 電力拖動方案的確定和電動機的選擇
一,電力拖動方案的確定
1,拖動方式的選擇
2,調速方案的選擇
3,電動機調速性質應與負載特性相適應
二,拖動電動機的選擇
(一)電動機選擇的基本原則
1)電動機的機械特性應滿足生產機械的要求,與負載的特性相適應
2)電動機的容量要得到充分的利用
3)電動機的結構形式要滿足機械設計的安裝要求,適合工作環境
4)在滿足設計要求前提下,優先採用三相非同步電動機
(二)根據生產機械調速要求選擇電動機
一般---三相籠型非同步電動機,雙速電機
調速,起動轉矩大---三相籠型非同步電動機
調速高---直流電動機,變頻調速交流電動機
(三)電動機結構形式的選擇
根據工作性質,安裝方式,工作環境選擇
(四)電動機額定電壓的選擇
(五)電動機額定轉速的選擇
(六)電動機容量的選擇
1,分析計演算法:
此外,還可通過對長期運行的同類生產機械的電動機容量進行調查,並對機械主要參數,工作條件進行類比,然後再確定電動機的容量.
第三節 電氣控制電路設計的一股要求
一,電氣控制應最大限度地滿足生產機械加工工藝的要求
設計前,應對生產機械工作性能,結構特點,運動情況,加工工藝過程及加工情況有充
分的了解,並在此基礎上設計控制方案,考慮控制方式,起動,制動,反向和調速的要求,
安置必要的聯鎖與保護,確保滿足生產機械加工工藝的要求.
二,對控制電路電流,電壓的要求
應盡量減少控制電路中的電流,電壓種類,控制電壓應選擇標准電壓等級.電氣控制電
各常用的電壓等級如表10-2所示.
三,控制電路力求簡單,經濟
1.盡量縮短連接導線的長度和導線數量 設計控制電路時,應考慮各電器元件的安裝
立置,盡可能地減少連接導線的數量,縮短連接導線的長度.如圖10-l.
2.盡量減少電器元件的品種,數量和規格 同一用途的器件盡可能選用同品牌,型號的產品,並且電器數量減少到最低限度.
3.盡量減少電器元件觸頭的數目.在控制電路中,盡量減少觸頭是為了提高電路運行
的可靠性.例如圖10-2a所示.
4.盡量減少通電電器的數目,以利節能與延長電器元件壽命,減少故障.如圖10-3a所示.
四,確保控制電路工作的安全性和可靠性
1.正確連接電器的線圈 在交流控制電路中,同時動作的兩個電器線圈不能串聯,兩個電磁線圈需要同時吸合時其線圈應並聯連接,如圖10-4b所示.
在直流控制電路中,兩電感值相差懸殊的直流電壓線圈不能並聯連接.
2正確連接電器元件的觸頭 設計時,應使分布在電路中不同位置的同一電器觸頭接到電源的同一相上,以避免在電器觸頭上引起短路故障.
3防止寄生電路 在控制電路的動作過程中.意外接通的電路叫寄生電路.
4.在控制電路中控制觸頭應合理布置.
5.在設計控制電路中應考慮繼電器觸頭的接通與分斷能力.
6,避免發生觸頭"競爭","冒險"現象
競爭:當控制電路狀態發生變換時,常伴隨電路中的電器元件的觸頭狀態發生變換.由於電器元件總有一定的固有動作時間,對於一個時序電路來說,往往發生不按時序動作的情況,觸頭爭先吸合,就會得到幾個不同的輸出狀態,這種現象稱為電路的"競爭".
冒險:對於開關電路,由於電器元件的釋放延時作用,也會出現開關元件不按要求的邏輯功能輸出,這種現象稱為"冒險".
7.採用電氣聯鎖與機械聯鎖的雙重聯鎖.
五,具有完善的保護環節
電氣控制電路應具有完善的保護環節,常用的有漏電保護,短路,過載,過電流,過電壓,欠電壓與零電壓,弱磁,聯鎖與限位保護等.
六,要考慮操作,維修與調試的方便
第四節 電氣控制電路設計的方法與步驟
一,電氣控制電路設計方法簡介
設計電氣控制電路的方法有兩種,一種是分析設計法,另一種是邏輯設計法.
分析設計法(經驗設計法):根據生產工藝的要求選擇一些成熟的典型基本環節來實現這些基本要求,而後再逐步完善其功能,並適當配 置聯鎖和保護等環節,使其組合成一個整體,成為滿足控制要求的完整電路.
邏輯設計法:利用邏輯代數這一數學工具設計電氣控制電路.
在繼電接觸器控制電路中,把表示觸頭狀態的邏輯變數稱為輸人邏輯變數,把表示繼電
器接觸器線圈等受控元件的邏輯變數稱為輸出邏輯變數.輸人,輸出邏輯變數之間的相互關
系稱為邏輯函數關系,這種相互關系表明了電氣控制電路的結構.所以,根據控制要求,將
這些邏輯變數關系寫出其邏輯函數關系式,再運用邏輯函數基本公式和運算規律對邏輯函數
式進行化簡,然後根據化簡了的邏輯關系式畫出相應的電路結構圖,最後再作進一步的檢查
和優化,以期獲得較為完善的設計方案.
二,分析設計法的基本步驟
分析設計法設計電氣控制電路的基本步驟是:
l)按工藝要求提出的起動,制動,反向和調速等要求設計主電路.
2)根據所設計出的主電路,設計控制電路的基本環節,即滿足設計要求的起動,制動,
反向和調速等的基本控制環節.
3)根據各部分運動要求的配合關系及聯鎖關系,確定控制參量並設計控制電路的特殊
環節.
4)分析電路工作中可能出現的故障,加入必要的保護環節.
5)綜合審查,仔細檢查電氣控制電路動作是否正確 關鍵環節可做必要實驗,進一步
完善和簡化電路a
三,分析設計法設計舉例
下面以橫梁升降機構的電氣控制設計為例來說明分析設計法設計電氣控制電路的方法與
步驟.
在龍門刨床上裝有橫梁升降機構,加工工件時,橫梁應夾緊在立柱上,當加工工件高低
不同時,則橫梁應先松開立柱然後沿立柱上下移動,移動到位後,橫梁應夾緊在立柱上.所
以,橫梁的升降由橫梁升降電動機拖動,橫梁的放鬆,夾緊動作由夾緊電動機,傳動裝置與
夾緊裝置配合來完成.
(一)橫梁升降機構的工藝要求:
(1)橫樑上升時,自動按照先放鬆橫梁一橫樑上升一夾緊橫梁的順序進行.
(2)橫梁下降時,自動按照放鬆橫梁一橫梁下降一橫梁回升一夾緊橫梁的順序進行.
(3)橫梁夾緊後,夾緊電動機自動停止轉動.
(4)橫梁升降應設有上下行程的限位保護,夾緊電動機應設有夾緊力保護.
(二)電氣控制電路設計過程
1.主電路設計: 橫梁升降機構分別由橫梁升降電動機MI與橫梁夾緊放鬆電動機W拖
動.巴兩台電動機均為三相籠型非同步電動機,均要求實現正反轉.因此採用KM1I,KM2.
KM3,KM4四個接觸器分別控制M1和M2的正反轉,如圖10-9所示.
2.控制電路基本環節的設計:由於橫梁升降為調整運動,故對M1採用點動控制,一個
點動按鈕只能控制一種運動,故用上升點動按鈕犯 與下降點動按鈕明 來控制橫梁的升降,但在移動前要求先松開橫梁,移動到位松開點動按鈕時又要求橫梁夾緊,也就是說點動按鈕要控制KMI-KM4四個接觸器,所以引入上升中間繼電器KA1與下降中間繼電器KA2,再由中間繼電器去控制四個接觸器.於是設計出橫梁升降電氣控制電路草圖之一,如圖10-9所示.
3.設計控制電路的特殊環節
1)橫樑上升時,必須使夾緊電動機MZ先工作,將橫梁放鬆後,發出信號,使MZ停止
工作,同時使升降電動機MI工作,帶動橫樑上升.按下上升點動按鈕,中間繼電器KAI線圈通電吸合,其常開觸頭閉合,使接觸器KM4通電吸合,MZ反轉起動旋轉,橫梁開始放鬆;橫梁放鬆的程度採用行程開關地 控制,當橫梁放鬆到一定程度,撞塊壓下你用地 的常閉觸頭斷開來控制接觸器KM4線圈的斷電,常開觸頭閉合控制接觸器KMI線圈的通電,KMI的主觸頭閉合使MI正轉,橫梁開始作上升運動.
2)升降電動機拖動橫樑上升至所需位置時,松開上升點動按鈕犯,中間繼電器KAI
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放,接觸器KM3線圈通電吸合,使升降電動機停止工作,同時
使夾緊電動機開始正轉,使橫梁夾緊.在夾緊過程中.行程開關 SQI復位,因此 KM3應加
自鎖觸頭,當夾緊到一定程度時,發出信號切斷夾緊電動機電源.這里採用過電流繼電器控
制夾緊的程度,即將過電流繼電器KA3線圈串接在夾緊電動機主電路任一相中.當橫梁夾
緊時,相當於電動機工作在堵轉狀態,電動機定子電流增大,將過電流繼電器的動作電流整
定在兩倍額定電流左右;當橫梁夾緊後電流繼電器動作,其常閉觸頭將接觸器KM3線圈電
路切斷.
3)橫梁的下降仍按先放鬆再下降的方式控制,但下降結束後需有短時間的回升運動,該回升運動可採用斷電延時型時間繼電器進行控制.時間繼電器KT的線圈由下降接觸器 KMZ常開觸頭控制,其斷電延時斷開的常開觸頭與夾緊接觸器KM3常開觸頭串聯後並接於上升電路中間繼電器KAI常開觸頭兩端.這樣,當橫梁下降時,時間繼電器KT線圈通電吸合,其斷電延時斷開的常開觸頭立即閉合,為回升電路工作作好准備.當橫梁下降至所需位置時,松開下降點動按鈕田.KMZ線圈斷電釋放,時間繼電器KT線圈斷電,夾緊接觸器.
3.設計控制電路的特殊環節
1)橫樑上升時,必須使夾緊電動機MZ先工作,將橫梁放鬆後,發出信號,使MZ停止
IW,同時使升降電動機 MI工作,帶動橫樑上升.按下上升點動按鈕犯,中間繼電器
KAI線圈通電吸合,其常開觸頭閉合,使接觸器KM4通電吸合,MZ反轉起動旋轉,橫梁開
始放鬆;橫梁放鬆的程度採用行程開關地 控制,當橫梁放鬆到一定程度,撞塊壓下 SQI,
用明 的常閉觸頭斷開來控制接觸器KM4線圈的斷電,常開觸頭閉合控制接觸器KMI線圈
的通電,KMI的主觸頭閉合使MI正轉,橫梁開始作上升運動.
2)升降電動機拖動橫樑上升至所需位置時,松開上升點動按鈕肥,中間繼電器KAI
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放,接觸器KM3線圈通電吸合,使升降電動機停止工作,同時
使夾緊電動機開始正轉,使橫梁夾緊.在夾緊過程中,行程開關地 復位,因此 KM應加
自鎖觸頭,當夾緊到一定程度時,發出信號切斷夾緊電動機電源.這里採用過電流繼電器控
制夾緊的程度,即將過電流繼電器KA3線圈串接在夾緊電動機主電路任一相中.當橫梁夾
緊時,相當於電動機工作在堵轉狀態,電動機定子電流增大,將過電流繼電器的動作電流整
定在兩倍額定電流左右;當橫梁夾緊後電流繼電器動作,其常閉觸頭將接觸器KM3線圈電
路切斷.KM3線圈通電吸合,橫梁開始夾緊.此時,上升接觸器KMI線圈通過閉合的時間斷電器KT常開觸頭及KM3常開觸頭而通電吸合,橫梁開始回升,經一段時間延時,延時斷開的常開觸頭KT斷開,KMI線圈斷電釋放,回升運動結束,而橫梁還在繼續夾緊,夾緊到一定程度,過電流繼電器動作,夾緊運動停止.此時的橫梁升降電氣控制電路設計草圖如圖10-10
所示.
4.設計聯鎖保護環節
橫樑上升限位保護由行程開關SQZ來實現;下降限位保護由行程開關SQ3來實現;上
升與下降的互鎖,夾緊與放鬆的互鎖均由中間繼電器KAI和KAZ的常閉觸頭來實現;升降
電動機短路保護由熔斷器FUI來實現;夾緊電動機短路保護由熔斷器FUZ實現;控制電路
的短路保護由熔斷器F[J3來實現.
綜合以上保護,就使橫梁升降電氣控制電路比較完善了,從而得到圖10-11所示完整的
橫梁升降機構控制電路.
第五節 常用控制電器的選擇
一,接觸器的選擇
一般按下列步驟進行:
1.接觸器種類的選擇:根據接觸器控制的負載性質來相應選擇直流接觸器還是交流接觸器;一般場合選用電磁式接觸器,對頻繁操作的帶交流負載的場合,可選用帶直流電磁線圈的交流按觸器.
2.接觸器使用類別的選擇:根據接觸器所控制負載的工作任務來選擇相應使用類別的接觸器.如負載是一般任務則選用AC—3使用類別;負載為重任務則應選用AC-4類別,如果負載為一般任務與重任務混合時,則可根據實際情況選用AC—3或AC-4類接觸器,如選用AC—3類時,應降級使用.
3.接觸器額定電壓的確定: 接觸器主觸頭的額定電壓應根據主觸頭所控制負載電路的額定電壓來確定.
4.接觸器額定電流的選擇 一般情況下,接觸器主觸頭的額定電流應大於等於負載或電動機的額定電流,計算公式為
式中I.——接觸器主觸頭額定電流(A);
H ——經驗系數,一般取l～1.4;
P.——被控電動機額定功率(kw);
U.——被控電動機額定線電壓(V).
當接觸器用於電動機頻繁起動,制動或正反轉的場合,一般可將其額定電流降一個等級來選用.
5.接觸器線圈額定電壓的確定: 接觸器線圈的額定電壓應等於控制電路的電源電壓.為保證安全,一般接觸器線圈選用110V,127V,並由控制變壓器供電.但如果控制電路比較簡單,所用接觸器的數量較少時,為省去控制變壓器,可選用380V,220V電壓.
6.接觸器觸頭數目: 在三相交流系統中一般選用三極接觸器,即三對常開主觸頭,當需要同時控制中勝線時,則選用四極交流接觸器.在單相交流和直流系統中則常用兩極或三極並聯接觸器.交流接觸器通常有三對常開主觸頭和四至六對輔助觸頭,直流接觸器通常有兩對常開主觸頭和四對輔助觸頭.
7.接觸器額定操作頻率 交,直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h,1200次/h等幾種,一般說來,額定電流越大,則操作頻率越低,可根據實際需要選擇.
二,電磁式繼電器的選擇
應根據繼電器的功能特點,適用性,使用環境,工作制,額定工作電壓及額定工作電流來選擇.
1.電磁式電壓繼電器的選擇
根據在控制電路中的作用,電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種類型.
表10-3列出了電磁式繼電器的類型與用途.
交流過電壓繼電器選擇的主要參數是額定電壓和動作電壓,其動作電壓按系統額定電壓的1.l-1.2倍整定.
交流欠電壓繼電器常用一般交流電磁式電壓繼電器,其選用只要滿足一般要求即可,對釋放電壓值無特殊要求.而直流欠電壓繼電器吸合電壓按其額定電壓的0.3-0.5倍整定,釋放電壓按其額定電壓的0.07-0.2倍整定.
2.電磁式電流繼電器的選擇
根據負載所要求的保護作用,分為過電流繼電器和欠電流繼電器兩種類型.
過電流繼電器:交流過電流繼電器,直流過電流繼電器.
欠電流繼電器:只有直流欠電流繼電器,用於直流電動機及電磁吸盤的弱磁保護.
過電流繼電器的主要參數是額定電流和動作電流,其額定電流應大於或等於被保護電動機的額定電流;動作電流應根據電動機工作情況按其起動電流的1.回一1.3倍整定.一般繞線型轉子非同步電動機的起動電流按2.5倍額定電流考慮,籠型非同步電動機的起動電流按4-7倍額定電流考慮.直流過電流繼電器動作電流接直流電動機額定電流的1.1-3.0倍整定.
欠電流繼電器選擇的主要參數是額定電流和釋放電流,其額定電流應大於或等於直流電動機及電磁吸盤的額定勵磁電流;釋放電流整定值應低於勵磁電路正常工作范圍內可能出現的最小勵磁電流,一般釋放電流按最小勵磁電流的0.85倍整定.
3.電磁式中間繼電器的選擇
應使線圈的電流種類和電壓等級與控制電路一致,同時,觸頭數量,種類及容量應滿足控制電路要求.
三,熱繼電器的選擇
熱繼電器主要用於電動機的過載保護,因此應根據電動機的形式,工作環境,起動情況,負載情況,工作制及電動機允許過載能力等綜合考慮.
1.熱繼電器結構形式的選擇
對於星形聯結的電動機,使用一般不帶斷相保護的三相熱繼電器能反映一相斷線後的過載,對電動機斷相運行能起保護作用.
對於三角形聯結的電動機,則應選用帶斷相保護的三相結構熱繼電器.
2.熱繼電器額定電流的選擇
原則上按被保護電動機的額定電流選取熱繼電器.對於長期正常工作的電動機,熱繼電器中熱元件的整定電流值為電動機額定電流的0.95-1.05倍;對於過載能力較差的電動機,熱繼電器熱元件整定電流值為電動機額定電流的0.6一0.8倍.
對於不頻繁起動的電動機,應保證熱繼電器在電動機起動過程中不產生誤動作,若電動機起動電流不超過其額定電流的6倍,並且起動時間不超過6S,可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器.
對於重復短時工作制的電動機,首先要確定熱繼電器的允許操作頻率,然後再根據電動機的起動時間,起動電流和通電持續率來選擇.
四,時間繼電器的選擇
1)電流種類和電壓等級:電磁阻尼式和空氣阻尼式時間繼電器,其線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同;電動機或與晶體管式時間繼電器,其電源的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同.
2)延時方式:根據控制電路的要求來選擇延時方式,即通電延時型和斷電延時型.
3)觸頭形式和數量:根據控制電路要求來選擇觸頭形式(延時閉合型或延時斷開型)及觸頭數量.
4)延時精度:電磁阻尼式時間繼電器適用於延時精度要求不高的場合,電動機式或晶體管式時間繼電器適用於延時精度要求高的場合.
5)延時時間:應滿足電氣控制電路的要求.
6)操作頻率:時間繼電器的操作頻率不宜過高,否則會影響其使用壽命,甚至會導致延時動作失調.
五,熔斷器的選擇
1.一般熔斷器的選擇:根據熔斷器類型,額定電壓,額定電流及熔體的額定電流來選擇.
(1)熔斷器類型:熔斷器類型應根據電路要求,使用場合及安裝條件來選擇,其保護特性應與被保護對象的過載能力相匹配.對於容量較小的照明和電動機,一般是考慮它們的過載保護,可選用熔體熔化系數小的熔斷器,對於容量較大的照明和電動機,除過載保護外,還應考慮短路時的分斷短路電流能力,若短路電流較小時,可選用低分斷能力的熔斷器,若短路電流較大時,可選用高分斷能力的RLI系列熔斷器,若短路電流相當大時,可選用有限流作用的Rh及RT12系列熔斷器.
(2)熔斷器額定電壓和額定電流:熔斷器的額定電壓應大於或等於線路的工作電壓,額定電流應大於或等於所裝熔體的額定電流.
(3)熔斷器熔體額定電流
1)對於照明線路或電熱設備等沒有沖擊電流的負載,應選擇熔體的額定電流等於或稍
大於負載的額定電流,即 IRN≥IN
式中IRN——熔體額定電流(A);
IN——負載額定電流(A).
2)對於長期工作的單台電動機,要考慮電動機起動時不應熔斷,即
IRN≥(1.5~2.5)IN
輕載時系數取1.5,重載時系數取2.5.
3)對於頻繁起動的單台電動機,在頻繁起動時,熔體不應熔斷,即
IRN≥(3~3.5)IN
4)對於多台電動機長期共用一個熔斷器,熔體額定電流為
IRN≥(1.5~2.5)INMmax+∑INM
式中INMmax——容量最大電動機的額定電流(A);
∑INM——除容量最大電動機外,其餘電動機額定電流之和(A).
(4)適用於配電系統的熔斷器:在配電系統多級熔斷器保護中,為防止越級熔斷,使上,下級熔斷器間有良好的配合,選用熔斷器時應使上一級(干線)熔斷器的熔體額定電流比下一級(支線)的熔體額定電流大1-2個級差.
2.快速熔斷器的選擇
(l)快速熔斷器的額定電壓:快速熔斷器額定電壓應大於電源電壓,且小於晶閘管的反向峰值電壓U.,因為快速熔斷器分斷電流的瞬間,最高電弧電壓可達電源電壓的1.5-2倍.因此,整流二極體或晶閘管的反向峰值電壓必須大於此電壓值才能安全工作.即
UF≥KI URE
式中UF-一硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓(V);
URE——快速熔斷器額定電壓(V);
KI——安全系數,一般取1,5-2.
(2)快速熔斷器的額定電流:快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的,而整流M極管和晶閘管的額定電流是用平均值表示的.當快速熔斷器接人交流側,熔體的額定電流為
IRN≥KI IZmax
式中IZmax——可能使用的最大整流電流(A);
KI——與整流電路形式及導電情況有關的系數,若保護整流M極管時,KI按表10-4
取值,若保護晶閘管時,KI按表10-5取值.
當快速熔斷器接入整流橋臂時,熔體額定電流為
IRN≥1.5IGN
式中IGN——硅整流元件或晶閘管的額定電流(A).
六,開關電器的選擇
(一)刀開關的選擇
刀開關主要根據使用的場合,電源種類,電壓等級,負載容量及所需極數來選擇.
(1)根據刀開關在線路中的作用和安裝位置選擇其結構形式.若用於隔斷電源時,選用無滅弧罩的產品;若用於分斷負載時,則應選用有滅弧罩,且用杠桿來操作的產品.
(2)根據線路電壓和電流來選擇.刀開關的額定電壓應大於或等於所在線路的額定電壓;刀開關額定電流應大於負載的額定電流,當負載為非同步電動機時,其額定電流應取為電動機額定電流的1.5倍以上.
(3)刀開關的極數應與所在電路的極數相同.
(二)組合開關的選擇
組合開關主要根據電源種類,電壓等級,所需觸頭數及電動機容量來選擇.選擇時應掌握以下原則:
(1)組合開關的通斷能力並不是很高,因此不能用它來分斷故障電流.對用於控制電動機可逆運行的組合開關,必須在電動機完全停止轉動後才允許反方向接通.
(2)組合開關接線方式多種,使用時應根據需要正確選擇相應產品.
(3)組合開關的操作頻率不宜太高,一般不宜超過300次/h,所控制負載的功率因數也不能低於規定值,否則組合開關要降低容量使用.
(4)組合開關本身不具備過載,短路和欠電壓保護,如需這些保護,必須另設其他保護電器.
(三)低壓斷路器的選擇
低壓斷路器主要根據保護特性要求,分斷能力,電網電壓類型及等級,負載電流,操作頻率等方面進行選擇.
(1)額定電壓和額定電流:低壓斷路器的額定電壓和額定電流應大於或等於線路的額定電壓和額定電流.
(2)熱脫扣器:熱脫扣器整定電流應與被控制電動機或負載的額定電流一致.
(3)過電流脫扣器:過電流脫扣器瞬時動作整定電流由下式確定
IZ≥KIS
式中IZ——瞬時動作整定電流(A);
Is——線路中的尖峰電流.若負載是電動機,則Is為起動電流(A);
K考慮整定誤差和起動電流允許變化的安全系數.當動作時間大於20ms時,取
K=1.35;當動作時間小於 20ms時,取 K=1.7.
(4)欠電壓脫扣器:欠電壓脫扣器的額定電壓應等於線路的額定電壓.
(四)電源開關聯鎖機構
電源開關聯鎖機構與相應的斷路器和組合開關配套使用,用於接通電源,斷開電源和櫃
門開關聯鎖,以達到在切斷電源後才能打開門,將門關閉好後才能接通電源的效果,實現安
全保護.
七,控制變壓器的選擇
控制變壓器用於降低控制電路或輔助電路的電壓,以保證控制電路的安全可靠.控制變壓器主要根據一次和二次電壓等級及所需要的變壓器容量來選擇.
(1)控制變壓器一,二次電壓應與交流電源電壓,控制電路電壓與輔助電路電壓相符合.
(2)控制變壓器容量按下列兩種情況計算,依計算容量大者決定控制變壓器的容量.
l)變壓器長期運行時,最大工作負載時變壓器的容量應大於或等於最大工作負載所需要的功率,計算公式為
ST≥KT ∑PXC
式中ST——控制變壓器所需容量(VA);
∑PXC——控制電路最大負載時工作的電器所需的總功率,其中PXC為電磁器件的吸持功
率(W);
KT一一一控制變壓器容量儲備系數,一般取1.1-1.25.
2)控制變壓器容量應使已吸合的電器在起動其他電器時仍能保持吸會狀態,而起動電器也能可靠地吸合,其計算公式為
ST≥0.6 ∑PXC +1.5∑Pst
式中 ∑Pst_同時起動的電器總吸持功率(W).
第六節 電氣控制的施工設計與施工
一,電氣設備總體配置設計
組件的劃分原則是:
l)將功能類似的元件組成在一起,構成控制面板組件,電氣控制盤組件,電源組件等.
2)將接線關系密切的電器元件置於在同一組件中,以減少組件之間的連線數量.
3)強電與弱電控制相分離,以減少干擾.
4)為求整齊美觀,將外形尺寸相同,重量相近的電器元件組合在一起.
5)為便於檢查與調試,將需經常調節,維護和易損元件組合在一起.
電氣設備的各部分及組件之間的接線方式通常有:
l)電器控制盤,機床電器的進出線一般採用接線端子.
2)被控制設備與電氣箱之間為便於拆裝,搬運,盡可能採用多孔接插件.
3)印刷電路板與弱電控制組件之間宜採用各種類型接插件.
總體配置設計是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達出來的,圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關系,走線方式及使用管線要求.總體設計要使整個系統集中,緊湊;要考慮發熱量高和雜訊振動大的電氣部件,使其離開操作者一定距離;電源緊急控制開關應安放在方便且明顯的位置.
二,電氣元器件布置圖的設計
電氣元器件布置圖是指將電氣元器件按一定原則組合的安裝位置圖.電氣元器件布置的依據是各部件的原理圖,同一組件中的電器元件的布置應按國家標准執行.
電櫃內的電器可按下述原則布置:
l)體積大或較重的電器應置於控制櫃下方.
2)發熱元件安裝在櫃的上方,並將發熱元件與感溫元件隔開.
3)強電弱電應分開,弱電部分應加屏蔽隔離,以防強電及外界的干擾.
4)電器的布置應考慮整齊,美觀,對稱.
5)電器元器件間應留有一定間距,以利布線,接線,維修和調整操作.
6)接線座的布置:用於相鄰櫃間連接用的接線座應布置在櫃的兩側;用於與櫃外電氣
元件連接的接線座應布置在櫃的下部,且不得低於200mrn.
一般通過實物排列來確定各電器元件的位置,進而繪制出控制櫃的電器布置圖.布置圖
是根據電器元件的外形尺寸按比例繪制,並標明各元件間距尺寸,同時還要標明進出線的數
量和導線規格,選擇適當的接線端子板和接插件並在其上標明接線號.
④ 關於現在的電氣設計要求有哪些
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電氣原理圖設計
為滿足生產機械及工藝要求進行的電氣控制電路的設計
電氣工藝設計
為電氣控制裝置的製造,使用,運行,維修的需要進行的生產施工設計
第一節 電氣控制設計的原則和內容
一,電氣控制設計的原則
1)最大限度滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求
2)在滿足要求的前提下,使控制系統簡單,經濟,合理,便於操作,維修方便,安全可靠
3)電器元件選用合理,正確,使系統能正常工作
4)為適應工藝的改進,設備能力應留有裕量
二,電氣控制設計的基本內容
1.電氣原理圖設計內容
1) 擬定電氣設計任務書
2)選擇電力拖動方案和控制方式
3)確定電動機的類型,型號,容量,轉速
4)設計電氣控制原理圖
5)選擇電器元件及清單
6)編寫設計計算說明書
2. 電氣工藝設計內容
1)設計電氣設備的總體配置,繪制總裝配圖和總接線圖
2)繪制各組件電器元件布置圖與安裝接線圖,標明安裝方式,接線方式
3)編寫使用維護說明書
第二節 電力拖動方案的確定和電動機的選擇
一,電力拖動方案的確定
1,拖動方式的選擇
2,調速方案的選擇
3,電動機調速性質應與負載特性相適應
二,拖動電動機的選擇
(一)電動機選擇的基本原則
1)電動機的機械特性應滿足生產機械的要求,與負載的特性相適應
2)電動機的容量要得到充分的利用
3)電動機的結構形式要滿足機械設計的安裝要求,適合工作環境
4)在滿足設計要求前提下,優先採用三相非同步電動機
(二)根據生產機械調速要求選擇電動機
一般---三相籠型非同步電動機,雙速電機
調速,起動轉矩大---三相籠型非同步電動機
調速高---直流電動機,變頻調速交流電動機
(三)電動機結構形式的選擇
根據工作性質,安裝方式,工作環境選擇
(四)電動機額定電壓的選擇
(五)電動機額定轉速的選擇
(六)電動機容量的選擇
1,分析計演算法:
此外,還可通過對長期運行的同類生產機械的電動機容量進行調查,並對機械主要參數,工作條件進行類比,然後再確定電動機的容量.
第三節 電氣控制電路設計的一股要求
一,電氣控制應最大限度地滿足生產機械加工工藝的要求
設計前,應對生產機械工作性能,結構特點,運動情況,加工工藝過程及加工情況有充
分的了解,並在此基礎上設計控制方案,考慮控制方式,起動,制動,反向和調速的要求,
安置必要的聯鎖與保護,確保滿足生產機械加工工藝的要求.
二,對控制電路電流,電壓的要求
應盡量減少控制電路中的電流,電壓種類,控制電壓應選擇標准電壓等級.電氣控制電
各常用的電壓等級如表10-2所示.
三,控制電路力求簡單,經濟
1.盡量縮短連接導線的長度和導線數量 設計控制電路時,應考慮各電器元件的安裝
立置,盡可能地減少連接導線的數量,縮短連接導線的長度.如圖10-l.
2.盡量減少電器元件的品種,數量和規格 同一用途的器件盡可能選用同品牌,型號的產品,並且電器數量減少到最低限度.
3.盡量減少電器元件觸頭的數目.在控制電路中,盡量減少觸頭是為了提高電路運行
的可靠性.例如圖10-2a所示.
4.盡量減少通電電器的數目,以利節能與延長電器元件壽命,減少故障.如圖10-3a所示.
四,確保控制電路工作的安全性和可靠性
1.正確連接電器的線圈 在交流控制電路中,同時動作的兩個電器線圈不能串聯,兩個電磁線圈需要同時吸合時其線圈應並聯連接,如圖10-4b所示.
在直流控制電路中,兩電感值相差懸殊的直流電壓線圈不能並聯連接.
2正確連接電器元件的觸頭 設計時,應使分布在電路中不同位置的同一電器觸頭接到電源的同一相上,以避免在電器觸頭上引起短路故障.
3防止寄生電路 在控制電路的動作過程中.意外接通的電路叫寄生電路.
4.在控制電路中控制觸頭應合理布置.
5.在設計控制電路中應考慮繼電器觸頭的接通與分斷能力.
6,避免發生觸頭"競爭","冒險"現象
競爭:當控制電路狀態發生變換時,常伴隨電路中的電器元件的觸頭狀態發生變換.由於電器元件總有一定的固有動作時間,對於一個時序電路來說,往往發生不按時序動作的情況,觸頭爭先吸合,就會得到幾個不同的輸出狀態,這種現象稱為電路的"競爭".
冒險:對於開關電路,由於電器元件的釋放延時作用,也會出現開關元件不按要求的邏輯功能輸出,這種現象稱為"冒險".
7.採用電氣聯鎖與機械聯鎖的雙重聯鎖.
五,具有完善的保護環節
電氣控制電路應具有完善的保護環節,常用的有漏電保護,短路,過載,過電流,過電壓,欠電壓與零電壓,弱磁,聯鎖與限位保護等.
六,要考慮操作,維修與調試的方便
第四節 電氣控制電路設計的方法與步驟
一,電氣控制電路設計方法簡介
設計電氣控制電路的方法有兩種,一種是分析設計法,另一種是邏輯設計法.
分析設計法(經驗設計法):根據生產工藝的要求選擇一些成熟的典型基本環節來實現這些基本要求,而後再逐步完善其功能,並適當配 置聯鎖和保護等環節,使其組合成一個整體,成為滿足控制要求的完整電路.
邏輯設計法:利用邏輯代數這一數學工具設計電氣控制電路.
在繼電接觸器控制電路中,把表示觸頭狀態的邏輯變數稱為輸人邏輯變數,把表示繼電
器接觸器線圈等受控元件的邏輯變數稱為輸出邏輯變數.輸人,輸出邏輯變數之間的相互關
系稱為邏輯函數關系,這種相互關系表明了電氣控制電路的結構.所以,根據控制要求,將
這些邏輯變數關系寫出其邏輯函數關系式,再運用邏輯函數基本公式和運算規律對邏輯函數
式進行化簡,然後根據化簡了的邏輯關系式畫出相應的電路結構圖,最後再作進一步的檢查
和優化,以期獲得較為完善的設計方案.
二,分析設計法的基本步驟
分析設計法設計電氣控制電路的基本步驟是:
l)按工藝要求提出的起動,制動,反向和調速等要求設計主電路.
2)根據所設計出的主電路,設計控制電路的基本環節,即滿足設計要求的起動,制動,
反向和調速等的基本控制環節.
3)根據各部分運動要求的配合關系及聯鎖關系,確定控制參量並設計控制電路的特殊
環節.
4)分析電路工作中可能出現的故障,加入必要的保護環節.
5)綜合審查,仔細檢查電氣控制電路動作是否正確 關鍵環節可做必要實驗,進一步
完善和簡化電路a
三,分析設計法設計舉例
下面以橫梁升降機構的電氣控制設計為例來說明分析設計法設計電氣控制電路的方法與
步驟.
在龍門刨床上裝有橫梁升降機構,加工工件時,橫梁應夾緊在立柱上,當加工工件高低
不同時,則橫梁應先松開立柱然後沿立柱上下移動,移動到位後,橫梁應夾緊在立柱上.所
以,橫梁的升降由橫梁升降電動機拖動,橫梁的放鬆,夾緊動作由夾緊電動機,傳動裝置與
夾緊裝置配合來完成.
(一)橫梁升降機構的工藝要求:
(1)橫樑上升時,自動按照先放鬆橫梁一橫樑上升一夾緊橫梁的順序進行.
(2)橫梁下降時,自動按照放鬆橫梁一橫梁下降一橫梁回升一夾緊橫梁的順序進行.
(3)橫梁夾緊後,夾緊電動機自動停止轉動.
(4)橫梁升降應設有上下行程的限位保護,夾緊電動機應設有夾緊力保護.
(二)電氣控制電路設計過程
1.主電路設計: 橫梁升降機構分別由橫梁升降電動機MI與橫梁夾緊放鬆電動機W拖
動.巴兩台電動機均為三相籠型非同步電動機,均要求實現正反轉.因此採用KM1I,KM2.
KM3,KM4四個接觸器分別控制M1和M2的正反轉,如圖10-9所示.
2.控制電路基本環節的設計:由於橫梁升降為調整運動,故對M1採用點動控制,一個
點動按鈕只能控制一種運動,故用上升點動按鈕犯 與下降點動按鈕明 來控制橫梁的升降,但在移動前要求先松開橫梁,移動到位松開點動按鈕時又要求橫梁夾緊,也就是說點動按鈕要控制KMI-KM4四個接觸器,所以引入上升中間繼電器KA1與下降中間繼電器KA2,再由中間繼電器去控制四個接觸器.於是設計出橫梁升降電氣控制電路草圖之一,如圖10-9所示.
3.設計控制電路的特殊環節
1)橫樑上升時,必須使夾緊電動機MZ先工作,將橫梁放鬆後,發出信號,使MZ停止
工作,同時使升降電動機MI工作,帶動橫樑上升.按下上升點動按鈕,中間繼電器KAI線圈通電吸合,其常開觸頭閉合,使接觸器KM4通電吸合,MZ反轉起動旋轉,橫梁開始放鬆;橫梁放鬆的程度採用行程開關地 控制,當橫梁放鬆到一定程度,撞塊壓下你用地 的常閉觸頭斷開來控制接觸器KM4線圈的斷電,常開觸頭閉合控制接觸器KMI線圈的通電,KMI的主觸頭閉合使MI正轉,橫梁開始作上升運動.
2)升降電動機拖動橫樑上升至所需位置時,松開上升點動按鈕犯,中間繼電器KAI
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放,接觸器KM3線圈通電吸合,使升降電動機停止工作,同時
使夾緊電動機開始正轉,使橫梁夾緊.在夾緊過程中.行程開關 SQI復位,因此 KM3應加
自鎖觸頭,當夾緊到一定程度時,發出信號切斷夾緊電動機電源.這里採用過電流繼電器控
制夾緊的程度,即將過電流繼電器KA3線圈串接在夾緊電動機主電路任一相中.當橫梁夾
緊時,相當於電動機工作在堵轉狀態,電動機定子電流增大,將過電流繼電器的動作電流整
定在兩倍額定電流左右;當橫梁夾緊後電流繼電器動作,其常閉觸頭將接觸器KM3線圈電
路切斷.
3)橫梁的下降仍按先放鬆再下降的方式控制,但下降結束後需有短時間的回升運動,該回升運動可採用斷電延時型時間繼電器進行控制.時間繼電器KT的線圈由下降接觸器 KMZ常開觸頭控制,其斷電延時斷開的常開觸頭與夾緊接觸器KM3常開觸頭串聯後並接於上升電路中間繼電器KAI常開觸頭兩端.這樣,當橫梁下降時,時間繼電器KT線圈通電吸合,其斷電延時斷開的常開觸頭立即閉合,為回升電路工作作好准備.當橫梁下降至所需位置時,松開下降點動按鈕田.KMZ線圈斷電釋放,時間繼電器KT線圈斷電,夾緊接觸器.
3.設計控制電路的特殊環節
1)橫樑上升時,必須使夾緊電動機MZ先工作,將橫梁放鬆後,發出信號,使MZ停止
IW,同時使升降電動機 MI工作,帶動橫樑上升.按下上升點動按鈕犯,中間繼電器
KAI線圈通電吸合,其常開觸頭閉合,使接觸器KM4通電吸合,MZ反轉起動旋轉,橫梁開
始放鬆;橫梁放鬆的程度採用行程開關地 控制,當橫梁放鬆到一定程度,撞塊壓下 SQI,
用明 的常閉觸頭斷開來控制接觸器KM4線圈的斷電,常開觸頭閉合控制接觸器KMI線圈
的通電,KMI的主觸頭閉合使MI正轉,橫梁開始作上升運動.
2)升降電動機拖動橫樑上升至所需位置時,松開上升點動按鈕肥,中間繼電器KAI
接觸器KMI線圈相繼斷電釋放,接觸器KM3線圈通電吸合,使升降電動機停止工作,同時
使夾緊電動機開始正轉,使橫梁夾緊.在夾緊過程中,行程開關地 復位,因此 KM應加
自鎖觸頭,當夾緊到一定程度時,發出信號切斷夾緊電動機電源.這里採用過電流繼電器控
制夾緊的程度,即將過電流繼電器KA3線圈串接在夾緊電動機主電路任一相中.當橫梁夾
緊時,相當於電動機工作在堵轉狀態,電動機定子電流增大,將過電流繼電器的動作電流整
定在兩倍額定電流左右;當橫梁夾緊後電流繼電器動作,其常閉觸頭將接觸器KM3線圈電
路切斷.KM3線圈通電吸合,橫梁開始夾緊.此時,上升接觸器KMI線圈通過閉合的時間斷電器KT常開觸頭及KM3常開觸頭而通電吸合,橫梁開始回升,經一段時間延時,延時斷開的常開觸頭KT斷開,KMI線圈斷電釋放,回升運動結束,而橫梁還在繼續夾緊,夾緊到一定程度,過電流繼電器動作,夾緊運動停止.此時的橫梁升降電氣控制電路設計草圖如圖10-10
所示.
4.設計聯鎖保護環節
橫樑上升限位保護由行程開關SQZ來實現;下降限位保護由行程開關SQ3來實現;上
升與下降的互鎖,夾緊與放鬆的互鎖均由中間繼電器KAI和KAZ的常閉觸頭來實現;升降
電動機短路保護由熔斷器FUI來實現;夾緊電動機短路保護由熔斷器FUZ實現;控制電路
的短路保護由熔斷器F[J3來實現.
綜合以上保護,就使橫梁升降電氣控制電路比較完善了,從而得到圖10-11所示完整的
橫梁升降機構控制電路.
第五節 常用控制電器的選擇
一,接觸器的選擇
一般按下列步驟進行:
1.接觸器種類的選擇:根據接觸器控制的負載性質來相應選擇直流接觸器還是交流接觸器;一般場合選用電磁式接觸器,對頻繁操作的帶交流負載的場合,可選用帶直流電磁線圈的交流按觸器.
2.接觸器使用類別的選擇:根據接觸器所控制負載的工作任務來選擇相應使用類別的接觸器.如負載是一般任務則選用AC—3使用類別;負載為重任務則應選用AC-4類別,如果負載為一般任務與重任務混合時,則可根據實際情況選用AC—3或AC-4類接觸器,如選用AC—3類時,應降級使用.
3.接觸器額定電壓的確定: 接觸器主觸頭的額定電壓應根據主觸頭所控制負載電路的額定電壓來確定.
4.接觸器額定電流的選擇 一般情況下,接觸器主觸頭的額定電流應大於等於負載或電動機的額定電流,計算公式為
式中I.——接觸器主觸頭額定電流(A);
H ——經驗系數,一般取l～1.4;
P.——被控電動機額定功率(kw);
U.——被控電動機額定線電壓(V).
當接觸器用於電動機頻繁起動,制動或正反轉的場合,一般可將其額定電流降一個等級來選用.
5.接觸器線圈額定電壓的確定: 接觸器線圈的額定電壓應等於控制電路的電源電壓.為保證安全,一般接觸器線圈選用110V,127V,並由控制變壓器供電.但如果控制電路比較簡單,所用接觸器的數量較少時,為省去控制變壓器,可選用380V,220V電壓.
6.接觸器觸頭數目: 在三相交流系統中一般選用三極接觸器,即三對常開主觸頭,當需要同時控制中勝線時,則選用四極交流接觸器.在單相交流和直流系統中則常用兩極或三極並聯接觸器.交流接觸器通常有三對常開主觸頭和四至六對輔助觸頭,直流接觸器通常有兩對常開主觸頭和四對輔助觸頭.
7.接觸器額定操作頻率 交,直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h,1200次/h等幾種,一般說來,額定電流越大,則操作頻率越低,可根據實際需要選擇.
二,電磁式繼電器的選擇
應根據繼電器的功能特點,適用性,使用環境,工作制,額定工作電壓及額定工作電流來選擇.
1.電磁式電壓繼電器的選擇
根據在控制電路中的作用,電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種類型.
表10-3列出了電磁式繼電器的類型與用途.
交流過電壓繼電器選擇的主要參數是額定電壓和動作電壓,其動作電壓按系統額定電壓的1.l-1.2倍整定.
交流欠電壓繼電器常用一般交流電磁式電壓繼電器,其選用只要滿足一般要求即可,對釋放電壓值無特殊要求.而直流欠電壓繼電器吸合電壓按其額定電壓的0.3-0.5倍整定,釋放電壓按其額定電壓的0.07-0.2倍整定.
2.電磁式電流繼電器的選擇
根據負載所要求的保護作用,分為過電流繼電器和欠電流繼電器兩種類型.
過電流繼電器:交流過電流繼電器,直流過電流繼電器.
欠電流繼電器:只有直流欠電流繼電器,用於直流電動機及電磁吸盤的弱磁保護.
過電流繼電器的主要參數是額定電流和動作電流,其額定電流應大於或等於被保護電動機的額定電流;動作電流應根據電動機工作情況按其起動電流的1.回一1.3倍整定.一般繞線型轉子非同步電動機的起動電流按2.5倍額定電流考慮,籠型非同步電動機的起動電流按4-7倍額定電流考慮.直流過電流繼電器動作電流接直流電動機額定電流的1.1-3.0倍整定.
欠電流繼電器選擇的主要參數是額定電流和釋放電流,其額定電流應大於或等於直流電動機及電磁吸盤的額定勵磁電流;釋放電流整定值應低於勵磁電路正常工作范圍內可能出現的最小勵磁電流,一般釋放電流按最小勵磁電流的0.85倍整定.
3.電磁式中間繼電器的選擇
應使線圈的電流種類和電壓等級與控制電路一致,同時,觸頭數量,種類及容量應滿足控制電路要求.
三,熱繼電器的選擇
熱繼電器主要用於電動機的過載保護,因此應根據電動機的形式,工作環境,起動情況,負載情況,工作制及電動機允許過載能力等綜合考慮.
1.熱繼電器結構形式的選擇
對於星形聯結的電動機,使用一般不帶斷相保護的三相熱繼電器能反映一相斷線後的過載,對電動機斷相運行能起保護作用.
對於三角形聯結的電動機,則應選用帶斷相保護的三相結構熱繼電器.
2.熱繼電器額定電流的選擇
原則上按被保護電動機的額定電流選取熱繼電器.對於長期正常工作的電動機,熱繼電器中熱元件的整定電流值為電動機額定電流的0.95-1.05倍;對於過載能力較差的電動機,熱繼電器熱元件整定電流值為電動機額定電流的0.6一0.8倍.
對於不頻繁起動的電動機,應保證熱繼電器在電動機起動過程中不產生誤動作,若電動機起動電流不超過其額定電流的6倍,並且起動時間不超過6S,可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器.
對於重復短時工作制的電動機,首先要確定熱繼電器的允許操作頻率,然後再根據電動機的起動時間,起動電流和通電持續率來選擇.
四,時間繼電器的選擇
1)電流種類和電壓等級:電磁阻尼式和空氣阻尼式時間繼電器,其線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同;電動機或與晶體管式時間繼電器,其電源的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同.
2)延時方式:根據控制電路的要求來選擇延時方式,即通電延時型和斷電延時型.
3)觸頭形式和數量:根據控制電路要求來選擇觸頭形式(延時閉合型或延時斷開型)及觸頭數量.
4)延時精度:電磁阻尼式時間繼電器適用於延時精度要求不高的場合,電動機式或晶體管式時間繼電器適用於延時精度要求高的場合.
5)延時時間:應滿足電氣控制電路的要求.
6)操作頻率:時間繼電器的操作頻率不宜過高,否則會影響其使用壽命,甚至會導致延時動作失調.
五,熔斷器的選擇
1.一般熔斷器的選擇:根據熔斷器類型,額定電壓,額定電流及熔體的額定電流來選擇.
(1)熔斷器類型:熔斷器類型應根據電路要求,使用場合及安裝條件來選擇,其保護特性應與被保護對象的過載能力相匹配.對於容量較小的照明和電動機,一般是考慮它們的過載保護,可選用熔體熔化系數小的熔斷器,對於容量較大的照明和電動機,除過載保護外,還應考慮短路時的分斷短路電流能力,若短路電流較小時,可選用低分斷能力的熔斷器,若短路電流較大時,可選用高分斷能力的RLI系列熔斷器,若短路電流相當大時,可選用有限流作用的Rh及RT12系列熔斷器.
(2)熔斷器額定電壓和額定電流:熔斷器的額定電壓應大於或等於線路的工作電壓,額定電流應大於或等於所裝熔體的額定電流.
(3)熔斷器熔體額定電流
1)對於照明線路或電熱設備等沒有沖擊電流的負載,應選擇熔體的額定電流等於或稍
大於負載的額定電流,即 IRN≥IN
式中IRN——熔體額定電流(A);
IN——負載額定電流(A).
2)對於長期工作的單台電動機,要考慮電動機起動時不應熔斷,即
IRN≥(1.5~2.5)IN
輕載時系數取1.5,重載時系數取2.5.
3)對於頻繁起動的單台電動機,在頻繁起動時,熔體不應熔斷,即
IRN≥(3~3.5)IN
4)對於多台電動機長期共用一個熔斷器,熔體額定電流為
IRN≥(1.5~2.5)INMmax+∑INM
式中INMmax——容量最大電動機的額定電流(A);
∑INM——除容量最大電動機外,其餘電動機額定電流之和(A).
(4)適用於配電系統的熔斷器:在配電系統多級熔斷器保護中,為防止越級熔斷,使上,下級熔斷器間有良好的配合,選用熔斷器時應使上一級(干線)熔斷器的熔體額定電流比下一級(支線)的熔體額定電流大1-2個級差.
2.快速熔斷器的選擇
(l)快速熔斷器的額定電壓:快速熔斷器額定電壓應大於電源電壓,且小於晶閘管的反向峰值電壓U.,因為快速熔斷器分斷電流的瞬間,最高電弧電壓可達電源電壓的1.5-2倍.因此,整流二極體或晶閘管的反向峰值電壓必須大於此電壓值才能安全工作.即
UF≥KI URE
式中UF-一硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓(V);
URE——快速熔斷器額定電壓(V);
KI——安全系數,一般取1,5-2.
(2)快速熔斷器的額定電流:快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的,而整流M極管和晶閘管的額定電流是用平均值表示的.當快速熔斷器接人交流側,熔體的額定電流為
IRN≥KI IZmax
式中IZmax——可能使用的最大整流電流(A);
KI——與整流電路形式及導電情況有關的系數,若保護整流M極管時,KI按表10-4
取值,若保護晶閘管時,KI按表10-5取值.
當快速熔斷器接入整流橋臂時,熔體額定電流為
IRN≥1.5IGN
式中IGN——硅整流元件或晶閘管的額定電流(A).
六,開關電器的選擇
(一)刀開關的選擇
刀開關主要根據使用的場合,電源種類,電壓等級,負載容量及所需極數來選擇.
(1)根據刀開關在線路中的作用和安裝位置選擇其結構形式.若用於隔斷電源時,選用無滅弧罩的產品;若用於分斷負載時,則應選用有滅弧罩,且用杠桿來操作的產品.
(2)根據線路電壓和電流來選擇.刀開關的額定電壓應大於或等於所在線路的額定電壓;刀開關額定電流應大於負載的額定電流,當負載為非同步電動機時,其額定電流應取為電動機額定電流的1.5倍以上.
(3)刀開關的極數應與所在電路的極數相同.
(二)組合開關的選擇
組合開關主要根據電源種類,電壓等級,所需觸頭數及電動機容量來選擇.選擇時應掌握以下原則:
(1)組合開關的通斷能力並不是很高,因此不能用它來分斷故障電流.對用於控制電動機可逆運行的組合開關,必須在電動機完全停止轉動後才允許反方向接通.
(2)組合開關接線方式多種,使用時應根據需要正確選擇相應產品.
(3)組合開關的操作頻率不宜太高,一般不宜超過300次/h,所控制負載的功率因數也不能低於規定值,否則組合開關要降低容量使用.
(4)組合開關本身不具備過載,短路和欠電壓保護,如需這些保護,必須另設其他保護電器.
(三)低壓斷路器的選擇
低壓斷路器主要根據保護特性要求,分斷能力,電網電壓類型及等級,負載電流,操作頻率等方面進行選擇.
(1)額定電壓和額定電流:低壓斷路器的額定電壓和額定電流應大於或等於線路的額定電壓和額定電流.
(2)熱脫扣器:熱脫扣器整定電流應與被控制電動機或負載的額定電流一致.
(3)過電流脫扣器:過電流脫扣器瞬時動作整定電流由下式確定
IZ≥KIS
式中IZ——瞬時動作整定電流(A);
Is——線路中的尖峰電流.若負載是電動機,則Is為起動電流(A);
K考慮整定誤差和起動電流允許變化的安全系數.當動作時間大於20ms時,取
K=1.35;當動作時間小於 20ms時,取 K=1.7.
(4)欠電壓脫扣器:欠電壓脫扣器的額定電壓應等於線路的額定電壓.
(四)電源開關聯鎖機構
電源開關聯鎖機構與相應的斷路器和組合開關配套使用,用於接通電源,斷開電源和櫃
門開關聯鎖,以達到在切斷電源後才能打開門,將門關閉好後才能接通電源的效果,實現安
全保護.
七,控制變壓器的選擇
控制變壓器用於降低控制電路或輔助電路的電壓,以保證控制電路的安全可靠.控制變壓器主要根據一次和二次電壓等級及所需要的變壓器容量來選擇.
(1)控制變壓器一,二次電壓應與交流電源電壓,控制電路電壓與輔助電路電壓相符合.
(2)控制變壓器容量按下列兩種情況計算,依計算容量大者決定控制變壓器的容量.
l)變壓器長期運行時,最大工作負載時變壓器的容量應大於或等於最大工作負載所需要的功率,計算公式為
ST≥KT ∑PXC
式中ST——控制變壓器所需容量(VA);
∑PXC——控制電路最大負載時工作的電器所需的總功率,其中PXC為電磁器件的吸持功
率(W);
KT一一一控制變壓器容量儲備系數,一般取1.1-1.25.
2)控制變壓器容量應使已吸合的電器在起動其他電器時仍能保持吸會狀態,而起動電器也能可靠地吸合,其計算公式為
ST≥0.6 ∑PXC +1.5∑Pst
式中 ∑Pst_同時起動的電器總吸持功率(W).
第六節 電氣控制的施工設計與施工
一,電氣設備總體配置設計
組件的劃分原則是:
l)將功能類似的元件組成在一起,構成控制面板組件,電氣控制盤組件,電源組件等.
2)將接線關系密切的電器元件置於在同一組件中,以減少組件之間的連線數量.
3)強電與弱電控制相分離,以減少干擾.
4)為求整齊美觀,將外形尺寸相同,重量相近的電器元件組合在一起.
5)為便於檢查與調試,將需經常調節,維護和易損元件組合在一起.
電氣設備的各部分及組件之間的接線方式通常有:
l)電器控制盤,機床電器的進出線一般採用接線端子.
2)被控制設備與電氣箱之間為便於拆裝,搬運,盡可能採用多孔接插件.
3)印刷電路板與弱電控制組件之間宜採用各種類型接插件.
總體配置設計是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達出來的,圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關系,走線方式及使用管線要求.總體設計要使整個系統集中,緊湊;要考慮發熱量高和雜訊振動大的電氣部件,使其離開操作者一定距離;電源緊急控制開關應安放在方便且明顯的位置.
二,電氣元器件布置圖的設計
電氣元器件布置圖是指將電氣元器件按一定原則組合的安裝位置圖.電氣元器件布置的依據是各部件的原理圖,同一組件中的電器元件的布置應按國家標准執行.
電櫃內的電器可按下述原則布置:
l)體積大或較重的電器應置於控制櫃下方.
2)發熱元件安裝在櫃的上方,並將發熱元件與感溫元件隔開.
3)強電弱電應分開,弱電部分應加屏蔽隔離,以防強電及外界的干擾.
4)電器的布置應考慮整齊,美觀,對稱.
5)電器元器件間應留有一定間距,以利布線,接線,維修和調整操作.
6)接線座的布置:用於相鄰櫃間連接用的接線座應布置在櫃的兩側;用於與櫃外電氣
元件連接的接線座應布置在櫃的下部,且不得低於200mrn.
一般通過實物排列來確定各電器元件的位置,進而繪制出控制櫃的電器布置圖.布置圖
是根據電器元件的外形尺寸按比例繪制,並標明各元件間距尺寸,同時還要標明進出線的數
量和導線規格,選擇適當的接線端子板和接插件並在其上標明接線號.
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字數己滿.後文待發
⑤ 電器控制裝置設計的基本步驟和方法有哪些
設計方法及步驟
在接到設計任務書後，按原理設計和工藝設計兩方面進行。
1．原理圖設計的步驟
(1)根據要求擬定設計任務。
(2)根據拖動要求設計主電路。在繪制主電路時，可考慮以下幾個方面：
①每台電動機的控制方式，應根據其容量及拖動負載性質考慮其啟動要求，選擇適當的啟動線路。對於容量小(7.5kw以下)、啟動負載不大的電動機，可採用直接啟動}對於大容量電動機應採用降壓啟動。
②根據運動要求決定轉向控制。
③根據每台電動機的工作制，決定是否需要設置過載保護或過電流控制措施。
④根據拖動負載及工藝要求決定停車時是否需要制動控制，並決定採用何種控制方式。
⑤設置短路保護及其他必要的電氣保護。
⑥考慮其他特殊要求：調速要求、主電路參數測量、信號檢測等。
(3)根據主電路的控制要求設計控制迴路，其設計方法是：
①正確選擇控制電路電壓種類及大小。
②根據每台電動機的啟動、運行、調速、制動及保護要求，依次繪制各控制環節(基本單元控制線路)。
③設置必要的聯鎖(包括同一台電動機各動作之間以及各台電動機之間的動作聯鎖)。
④設置短路保護以及設計任務書中要求的位置保護(如極限位、越位、相對位置保護)、電壓保護、電流保護和各種物理量保護(溫度、壓力、流量等)。
⑤根據拖動要求，設計特殊要求控制環節，如自動抬刀、變速與自動循環、工藝參數測量等控制。
⑥按需要設置應急操作。
(4)根據照明、指示、報警等要求設計輔助電路。
(5)總體檢查、修改、補充及完善。主要內容包括：
①校核各種動作控制是否滿足要求，是否有矛盾或遺漏。
②檢查接觸器、繼電器、主令電器的觸點使用是否合理，是否超過電器元件允許的數量。
③檢查聯鎖要求能否實現。
④檢查各種保護能否實現。
⑤檢查發生誤操作所引起的後果與防範措施。
(6)進行必要的參數計算。
(7)正確、合理地選擇各電器元件，按規定格式編制元件目錄表。
(8)根據完善後的設計草圖，按GB/T 6988電氣制圖標准繪制電氣原理線路圖，並按GB/T 5094-1985《電氣技術中的項目代號》要求標注器件的項目代號，按GB 4884-1985《絕緣導線的標記》的要求對線路進行統一編號。
2．工藝設計步驟
(1)根據電氣設備的總體配置及電器元件的分布狀況和操作要求劃分電器組件，繪制電氣控制系統的總裝配圖和接線圖。
(2)根據電器元件的型號、外形尺寸、安裝尺寸繪制每一組件的元件布置圖(如電器安裝板、控制面板、電源、放大器等)。
(3)根據元件布置圖及電氣原理編號繪制組件接線圖，統計組件進出線的數量、編號以及各組件之間的連接方式。
(4)繪制並修改工藝設計草圖後，便可按機械、電氣制圖要求繪制工程圖。最後按設計過程和設計結果編寫設計說明書及使用說明書。
⑥ 電工知識
二 常用電工儀表和測試的認識及應用
1. 電工儀表的基本原理
磁電式儀表用符號 『∩』表示.其工作原理為：可動線圈通電時，線圈和永久磁鐵的磁場磁場相互作用的結果產生電磁力，從而形成轉動力矩，使指針偏轉．
電磁式儀表用符號 『 『表示,分為吸引型和排斥型兩種.
吸引型電磁式儀表工作原理：線圈通電後,鐵片被磁化,無論在那種情況下都能使時鍾順時方向轉動.
排斥型電磁式儀表工作原理：線圈通電後,動定鐵片被磁化, 動定鐵片的同極相對,互相排斥,使動鐵片轉動.
電動式儀表用符號 『 『表示. 其工作原理為：固定線圈產生磁場,可動線圈有電流通過時受到安培力作用,使指針順時針轉動.
2. 常用的測量儀表
電工測量項目：電流、電壓、電阻、電功率、電能、頻率、功率因素等.
電流表和電壓表
電流測量
電流測量的條件：電流表須與被測電路串聯；電流流量不超過量程．
電流測量的方法：
a圖 電流表直接接入式
UE 負載 適用:交直流小電流測量
A
b圖 直流電流表與分流器接入
UE A R不 適用:擴大儀表量程
RfL的確定：1. 測出R表;2.定出量程范圍
例:假定A表的量程為A1(1A,1m)
解:因U表=RfL,則A1 x R表 = (A2 – A1) x RfL
1 x 0.1 = (10 – 1) x RfL
即RfL = = m
c圖 交流電流表通過電流互感器接入
R 適用:交流大電流測量
A
互感器的選用：
1) 選用穿互感器的匝數必須滿足母線電流,小於允許電流;
2) 購買配套儀表:例如選用1匝150/5,則選用150/5儀表
電壓測量
電壓測量條件：電壓表必須與被測電流並聯,電壓值不得超出量程.
電壓測量方法：
a圖 直接接入法
R 適用:交直流低壓測量
V
b圖 通過附加電阻加入
R 適用:擴大儀表量程,一般不超過2000V
V
c圖
通過電流互感器接入
V 適用:交流高電壓測量
R
電功率測量
功率表的選用：功率表大都採用電動式.因為要反映電壓、電流要素,要使實際電壓小於電壓線圈耐壓,實際電流小於電流線圈額定電流.
接線守則：符號 『*』,端接電源.電流端鈕與電路串聯,電壓端鈕與電路並聯.
接線圖：
I2 *
A B
I1 * A1 a R
R 負載
單相功率及三相功率測量接線：
a圖 *W
A * 測量出ZA的功率
⑦ 機床電氣設計論述題： 1.論述機床電氣設計的基本原則 2.論述機床電氣控制的可靠性
機床電氣設抄計中應遵襲循的基本原則
1. 最大限度地滿足生產機械和生產工藝對電氣控制系統的要求。
2. 設計方案要合理。
3. 機械設計與電氣設計應相互配合。
4. 確保控制系統安全可靠地工作。
電氣控制系統設計的基本任務
電氣控制系統設計的基本任務是根據控制要求設計、編制出設備製造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料等。
電氣控制系統設計的內容主要包含原理設計與工藝設計兩個部分。
電氣控制系統設計的一般步驟
1. 擬訂設計任務書
2. 確定電力拖動方案
3. 拖動電動機的選擇基本原則
4. 選擇控制方式
5. 設計電氣控制原理圖，並合理選用元器件，編制元器件明細表。
6. 設計電氣設備的各種施工圖紙。
7. 編寫設計說明書和使用說明書。
⑧ 簡述電氣控制系統電氣原理圖的設計要點
O(∩_∩)O哈哈~劉老師好我也是上網找答案的
⑨ 設計電氣控制電路圖時的原則主要是什麼
電氣原理圖設計
為滿足生產機械及工藝要求進行的電氣控制電路的設計
電氣工藝設計
為電氣控制裝置的製造,使用,運行,維修的需要進行的生產施工設計
第一節 電氣控制設計的原則和內容
一,電氣控制設計的原則
1)最大限度滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求
2)在滿足要求的前提下,使控制系統簡單,經濟,合理,便於操作,維修方便,安全可靠
3)電器元件選用合理,正確,使系統能正常工作
4)為適應工藝的改進,設備能力應留有裕量
二,電氣控制設計的基本內容
1.電氣原理圖設計內容
1) 擬定電氣設計任務書
2)選擇電力拖動方案和控制方式
3)確定電動機的類型,型號,容量,轉速
4)設計電氣控制原理圖
5)選擇電器元件及清單
6)編寫設計計算說明書
2. 電氣工藝設計內容
1)設計電氣設備的總體配置,繪制總裝配圖和總接線圖
2)繪制各組件電器元件布置圖與安裝接線圖,標明安裝方式,接線方式
3)編寫使用維護說明書
第二節 電力拖動方案的確定和電動機的選擇
一,電力拖動方案的確定
1,拖動方式的選擇
2,調速方案的選擇
3,電動機調速性質應與負載特性相適應
二,拖動電動機的選擇
(一)電動機選擇的基本原則
1)電動機的機械特性應滿足生產機械的要求,與負載的特性相適應
2)電動機的容量要得到充分的利用
3)電動機的結構形式要滿足機械設計的安裝要求,適合工作環境
4)在滿足設計要求前提下,優先採用三相非同步電動機
(二)根據生產機械調速要求選擇電動機
一般---三相籠型非同步電動機,雙速電機
調速,起動轉矩大---三相籠型非同步電動機
調速高---直流電動機,變頻調速交流電動機
(三)電動機結構形式的選擇
根據工作性質,安裝方式,工作環境選擇
(四)電動機額定電壓的選擇
(五)電動機額定轉速的選擇
(六)電動機容量的選擇
1,分析計演算法:
此外,還可通過對長期運行的同類生產機械的電動機容量進行調查,並對機械主要參數,工作條件進行類比,然後再確定電動機的容量.
第三節 電氣控制電路設計的一股要求
一,電氣控制應最大限度地滿足生產機械加工工藝的要求
設計前,應對生產機械工作性能,結構特點,運動情況,加工工藝過程及加工情況有充
分的了解,並在此基礎上設計控制方案,考慮控制方式,起動,制動,反向和調速的要求,
安置必要的聯鎖與保護,確保滿足生產機械加工工藝的要求.
二,對控制電路電流,電壓的要求
應盡量減少控制電路中的電流,電壓種類,控制電壓應選擇標准電壓等級.電氣控制電
各常用的電壓等級如表10-2所示.
三,控制電路力求簡單,經濟
1.盡量縮短連接導線的長度和導線數量 設計控制電路時,應考慮各電器元件的安裝
立置,盡可能地減少連接導線的數量,縮短連接導線的長度.如圖10-l.
2.盡量減少電器元件的品種,數量和規格 同一用途的器件盡可能選用同品牌,型號的產品,並且電器數量減少到最低限度.
3.盡量減少電器元件觸頭的數目.在控制電路中,盡量減少觸頭是為了提高電路運行
的可靠性.例如圖10-2a所示.
4.盡量減少通電電器的數目,以利節能與延長電器元件壽命,減少故障.如圖10-3a所示.
四,確保控制電路工作的安全性和可靠性
1.正確連接電器的線圈 在交流控制電路中,同時動作的兩個電器線圈不能串聯,兩個電磁線圈需要同時吸合時其線圈應並聯連接,如圖10-4b所示.
在直流控制電路中,兩電感值相差懸殊的直流電壓線圈不能並聯連接.
2正確連接電器元件的觸頭 設計時,應使分布在電路中不同位置的同一電器觸頭接到電源的同一相上,以避免在電器觸頭上引起短路故障.
3防止寄生電路 在控制電路的動作過程中.意外接通的電路叫寄生電路.
4.在控制電路中控制觸頭應合理布置.
5.在設計控制電路中應考慮繼電器觸頭的接通與分斷能力.
6,避免發生觸頭"競爭","冒險"現象
競爭:當控制電路狀態發生變換時,常伴隨電路中的電器元件的觸頭狀態發生變換.由於電器元件總有一定的固有動作時間,對於一個時序電路來說,往往發生不按時序動作的情況,觸頭爭先吸合,就會得到幾個不同的輸出狀態,這種現象稱為電路的"競爭".
冒險:對於開關電路,由於電器元件的釋放延時作用,也會出現開關元件不按要求的邏輯功能輸出,這種現象稱為"冒險".
7.採用電氣聯鎖與機械聯鎖的雙重聯鎖.
五,具有完善的保護環節
電氣控制電路應具有完善的保護環節,常用的有漏電保護,短路,過載,過電流,過電壓,欠電壓與零電壓,弱磁,聯鎖與限位保護等.
六,要考慮操作,維修與調試的方便
第四節 電氣控制電路設計的方法與步驟
一,電氣控制電路設計方法簡介
設計電氣控制電路的方法有兩種,一種是分析設計法,另一種是邏輯設計法.
分析設計法(經驗設計法):根據生產工藝的要求選擇一些成熟的典型基本環節來實現這些基本要求,而後再逐步完善其功能,並適當配 置聯鎖和保護等環節,使其組合成一個整體,成為滿足控制要求的完整電路.
邏輯設計法:利用邏輯代數這一數學工具設計電氣控制電路.
在繼電接觸器控制電路中,把表示觸頭狀態的邏輯變數稱為輸人邏輯變數,把表示繼電
器接觸器線圈等受控元件的邏輯變數稱為輸出邏輯變數.輸人,輸出邏輯變數之間的相互關
系稱為邏輯函數關系,這種相互關系表明了電氣控制電路的結構.所以,根據控制要求,將
這些邏輯變數關系寫出其邏輯函數關系式,再運用邏輯函數基本公式和運算規律對邏輯函數
式進行化簡,然後根據化簡了的邏輯關系式畫出相應的電路結構圖,最後再作進一步的檢查
和優化,以期獲得較為完善的設計方案.
二,分析設計法的基本步驟
分析設計法設計電氣控制電路的基本步驟是:
l)按工藝要求提出的起動,制動,反向和調速等要求設計主電路.
2)根據所設計出的主電路,設計控制電路的基本環節,即滿足設計要求的起動,制動,
反向和調速等的基本控制環節.
3)根據各部分運動要求的配合關系及聯鎖關系,確定控制參量並設計控制電路的特殊
環節.
4)分析電路工作中可能出現的故障,加入必要的保護環節.
5)綜合審查,仔細檢查電氣控制電路動作是否正確 關鍵環節可做必要實驗,進一步
3.設計控制電路的特殊環節
第五節 常用控制電器的選擇
一,接觸器的選擇
一般按下列步驟進行:
1.接觸器種類的選擇:根據接觸器控制的負載性質來相應選擇直流接觸器還是交流接觸器;一般場合選用電磁式接觸器,對頻繁操作的帶交流負載的場合,可選用帶直流電磁線圈的交流按觸器.
2.接觸器使用類別的選擇:根據接觸器所控制負載的工作任務來選擇相應使用類別的接觸器.如負載是一般任務則選用AC—3使用類別;負載為重任務則應選用AC-4類別,如果負載為一般任務與重任務混合時,則可根據實際情況選用AC—3或AC-4類接觸器,如選用AC—3類時,應降級使用.
3.接觸器額定電壓的確定: 接觸器主觸頭的額定電壓應根據主觸頭所控制負載電路的額定電壓來確定.
4.接觸器額定電流的選擇 一般情況下,接觸器主觸頭的額定電流應大於等於負載或電動機的額定電流,計算公式為
式中I.——接觸器主觸頭額定電流(A);
H ——經驗系數,一般取l～1.4;
P.——被控電動機額定功率(kw);
U.——被控電動機額定線電壓(V).
當接觸器用於電動機頻繁起動,制動或正反轉的場合,一般可將其額定電流降一個等級來選用.
5.接觸器線圈額定電壓的確定: 接觸器線圈的額定電壓應等於控制電路的電源電壓.為保證安全,一般接觸器線圈選用110V,127V,並由控制變壓器供電.但如果控制電路比較簡單,所用接觸器的數量較少時,為省去控制變壓器,可選用380V,220V電壓.
6.接觸器觸頭數目: 在三相交流系統中一般選用三極接觸器,即三對常開主觸頭,當需要同時控制中勝線時,則選用四極交流接觸器.在單相交流和直流系統中則常用兩極或三極並聯接觸器.交流接觸器通常有三對常開主觸頭和四至六對輔助觸頭,直流接觸器通常有兩對常開主觸頭和四對輔助觸頭.
7.接觸器額定操作頻率 交,直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h,1200次/h等幾種,一般說來,額定電流越大,則操作頻率越低,可根據實際需要選擇.
二,電磁式繼電器的選擇
應根據繼電器的功能特點,適用性,使用環境,工作制,額定工作電壓及額定工作電流來選擇.
1.電磁式電壓繼電器的選擇
根據在控制電路中的作用,電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種類型.
表10-3列出了電磁式繼電器的類型與用途.
交流過電壓繼電器選擇的主要參數是額定電壓和動作電壓,其動作電壓按系統額定電壓的1.l-1.2倍整定.
交流欠電壓繼電器常用一般交流電磁式電壓繼電器,其選用只要滿足一般要求即可,對釋放電壓值無特殊要求.而直流欠電壓繼電器吸合電壓按其額定電壓的0.3-0.5倍整定,釋放電壓按其額定電壓的0.07-0.2倍整定.
2.電磁式電流繼電器的選擇
根據負載所要求的保護作用,分為過電流繼電器和欠電流繼電器兩種類型.
過電流繼電器:交流過電流繼電器,直流過電流繼電器.
欠電流繼電器:只有直流欠電流繼電器,用於直流電動機及電磁吸盤的弱磁保護.
過電流繼電器的主要參數是額定電流和動作電流,其額定電流應大於或等於被保護電動機的額定電流;動作電流應根據電動機工作情況按其起動電流的1.回一1.3倍整定.一般繞線型轉子非同步電動機的起動電流按2.5倍額定電流考慮,籠型非同步電動機的起動電流按4-7倍額定電流考慮.直流過電流繼電器動作電流接直流電動機額定電流的1.1-3.0倍整定.
欠電流繼電器選擇的主要參數是額定電流和釋放電流,其額定電流應大於或等於直流電動機及電磁吸盤的額定勵磁電流;釋放電流整定值應低於勵磁電路正常工作范圍內可能出現的最小勵磁電流,一般釋放電流按最小勵磁電流的0.85倍整定.
3.電磁式中間繼電器的選擇
應使線圈的電流種類和電壓等級與控制電路一致,同時,觸頭數量,種類及容量應滿足控制電路要求.
三,熱繼電器的選擇
熱繼電器主要用於電動機的過載保護,因此應根據電動機的形式,工作環境,起動情況,負載情況,工作制及電動機允許過載能力等綜合考慮.
1.熱繼電器結構形式的選擇
對於星形聯結的電動機,使用一般不帶斷相保護的三相熱繼電器能反映一相斷線後的過載,對電動機斷相運行能起保護作用.
對於三角形聯結的電動機,則應選用帶斷相保護的三相結構熱繼電器.
2.熱繼電器額定電流的選擇
原則上按被保護電動機的額定電流選取熱繼電器.對於長期正常工作的電動機,熱繼電器中熱元件的整定電流值為電動機額定電流的0.95-1.05倍;對於過載能力較差的電動機,熱繼電器熱元件整定電流值為電動機額定電流的0.6一0.8倍.
對於不頻繁起動的電動機,應保證熱繼電器在電動機起動過程中不產生誤動作,若電動機起動電流不超過其額定電流的6倍,並且起動時間不超過6S,可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器.
對於重復短時工作制的電動機,首先要確定熱繼電器的允許操作頻率,然後再根據電動機的起動時間,起動電流和通電持續率來選擇.
四,時間繼電器的選擇
1)電流種類和電壓等級:電磁阻尼式和空氣阻尼式時間繼電器,其線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同;電動機或與晶體管式時間繼電器,其電源的電流種類和電壓等級應與控制電路的相同.
2)延時方式:根據控制電路的要求來選擇延時方式,即通電延時型和斷電延時型.
3)觸頭形式和數量:根據控制電路要求來選擇觸頭形式(延時閉合型或延時斷開型)及觸頭數量.
4)延時精度:電磁阻尼式時間繼電器適用於延時精度要求不高的場合,電動機式或晶體管式時間繼電器適用於延時精度要求高的場合.
5)延時時間:應滿足電氣控制電路的要求.
6)操作頻率:時間繼電器的操作頻率不宜過高,否則會影響其使用壽命,甚至會導致延時動作失調.
五,熔斷器的選擇
1.一般熔斷器的選擇:根據熔斷器類型,額定電壓,額定電流及熔體的額定電流來選擇.
(1)熔斷器類型:熔斷器類型應根據電路要求,使用場合及安裝條件來選擇,其保護特性應與被保護對象的過載能力相匹配.對於容量較小的照明和電動機,一般是考慮它們的過載保護,可選用熔體熔化系數小的熔斷器,對於容量較大的照明和電動機,除過載保護外,還應考慮短路時的分斷短路電流能力,若短路電流較小時,可選用低分斷能力的熔斷器,若短路電流較大時,可選用高分斷能力的RLI系列熔斷器,若短路電流相當大時,可選用有限流作用的Rh及RT12系列熔斷器.
(2)熔斷器額定電壓和額定電流:熔斷器的額定電壓應大於或等於線路的工作電壓,額定電流應大於或等於所裝熔體的額定電流.
(3)熔斷器熔體額定電流
1)對於照明線路或電熱設備等沒有沖擊電流的負載,應選擇熔體的額定電流等於或稍
大於負載的額定電流,即 IRN≥IN
式中IRN——熔體額定電流(A);
IN——負載額定電流(A).
2)對於長期工作的單台電動機,要考慮電動機起動時不應熔斷,即
IRN≥(1.5~2.5)IN
輕載時系數取1.5,重載時系數取2.5.
3)對於頻繁起動的單台電動機,在頻繁起動時,熔體不應熔斷,即
IRN≥(3~3.5)IN
4)對於多台電動機長期共用一個熔斷器,熔體額定電流為
IRN≥(1.5~2.5)INMmax+∑INM
式中INMmax——容量最大電動機的額定電流(A);
∑INM——除容量最大電動機外,其餘電動機額定電流之和(A).
(4)適用於配電系統的熔斷器:在配電系統多級熔斷器保護中,為防止越級熔斷,使上,下級熔斷器間有良好的配合,選用熔斷器時應使上一級(干線)熔斷器的熔體額定電流比下一級(支線)的熔體額定電流大1-2個級差.
2.快速熔斷器的選擇
(l)快速熔斷器的額定電壓:快速熔斷器額定電壓應大於電源電壓,且小於晶閘管的反向峰值電壓U.,因為快速熔斷器分斷電流的瞬間,最高電弧電壓可達電源電壓的1.5-2倍.因此,整流二極體或晶閘管的反向峰值電壓必須大於此電壓值才能安全工作.即
UF≥KI URE
式中UF-一硅整流元件或晶閘管的反向峰值電壓(V);
URE——快速熔斷器額定電壓(V);
KI——安全系數,一般取1,5-2.
(2)快速熔斷器的額定電流:快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的,而整流M極管和晶閘管的額定電流是用平均值表示的.當快速熔斷器接人交流側,熔體的額定電流為
IRN≥KI IZmax
式中IZmax——可能使用的最大整流電流(A);
KI——與整流電路形式及導電情況有關的系數,若保護整流M極管時,KI按表10-4
取值,若保護晶閘管時,KI按表10-5取值.
當快速熔斷器接入整流橋臂時,熔體額定電流為
IRN≥1.5IGN
式中IGN——硅整流元件或晶閘管的額定電流(A).
六,開關電器的選擇
(一)刀開關的選擇
刀開關主要根據使用的場合,電源種類,電壓等級,負載容量及所需極數來選擇.
(1)根據刀開關在線路中的作用和安裝位置選擇其結構形式.若用於隔斷電源時,選用無滅弧罩的產品;若用於分斷負載時,則應選用有滅弧罩,且用杠桿來操作的產品.
(2)根據線路電壓和電流來選擇.刀開關的額定電壓應大於或等於所在線路的額定電壓;刀開關額定電流應大於負載的額定電流,當負載為非同步電動機時,其額定電流應取為電動機額定電流的1.5倍以上.
(3)刀開關的極數應與所在電路的極數相同.
(二)組合開關的選擇
組合開關主要根據電源種類,電壓等級,所需觸頭數及電動機容量來選擇.選擇時應掌握以下原則:
(1)組合開關的通斷能力並不是很高,因此不能用它來分斷故障電流.對用於控制電動機可逆運行的組合開關,必須在電動機完全停止轉動後才允許反方向接通.
(2)組合開關接線方式多種,使用時應根據需要正確選擇相應產品.
(3)組合開關的操作頻率不宜太高,一般不宜超過300次/h,所控制負載的功率因數也不能低於規定值,否則組合開關要降低容量使用.
(4)組合開關本身不具備過載,短路和欠電壓保護,如需這些保護,必須另設其他保護電器.
(三)低壓斷路器的選擇
低壓斷路器主要根據保護特性要求,分斷能力,電網電壓類型及等級,負載電流,操作頻率等方面進行選擇.
(1)額定電壓和額定電流:低壓斷路器的額定電壓和額定電流應大於或等於線路的額定電壓和額定電流.
(2)熱脫扣器:熱脫扣器整定電流應與被控制電動機或負載的額定電流一致.
(3)過電流脫扣器:過電流脫扣器瞬時動作整定電流由下式確定
IZ≥KIS
式中IZ——瞬時動作整定電流(A);
Is——線路中的尖峰電流.若負載是電動機,則Is為起動電流(A);
K考慮整定誤差和起動電流允許變化的安全系數.當動作時間大於20ms時,取
K=1.35;當動作時間小於 20ms時,取 K=1.7.
(4)欠電壓脫扣器:欠電壓脫扣器的額定電壓應等於線路的額定電壓.
(四)電源開關聯鎖機構
電源開關聯鎖機構與相應的斷路器和組合開關配套使用,用於接通電源,斷開電源和櫃
門開關聯鎖,以達到在切斷電源後才能打開門,將門關閉好後才能接通電源的效果,實現安
全保護.
七,控制變壓器的選擇
控制變壓器用於降低控制電路或輔助電路的電壓,以保證控制電路的安全可靠.控制變壓器主要根據一次和二次電壓等級及所需要的變壓器容量來選擇.
(1)控制變壓器一,二次電壓應與交流電源電壓,控制電路電壓與輔助電路電壓相符合.
(2)控制變壓器容量按下列兩種情況計算,依計算容量大者決定控制變壓器的容量.
l)變壓器長期運行時,最大工作負載時變壓器的容量應大於或等於最大工作負載所需要的功率,計算公式為
ST≥KT ∑PXC
式中ST——控制變壓器所需容量(VA);
∑PXC——控制電路最大負載時工作的電器所需的總功率,其中PXC為電磁器件的吸持功
率(W);
KT一一一控制變壓器容量儲備系數,一般取1.1-1.25.
2)控制變壓器容量應使已吸合的電器在起動其他電器時仍能保持吸會狀態,而起動電器也能可靠地吸合,其計算公式為
ST≥0.6 ∑PXC +1.5∑Pst
式中 ∑Pst_同時起動的電器總吸持功率(W).
第六節 電氣控制的施工設計與施工
一,電氣設備總體配置設計
組件的劃分原則是:
l)將功能類似的元件組成在一起,構成控制面板組件,電氣控制盤組件,電源組件等.
2)將接線關系密切的電器元件置於在同一組件中,以減少組件之間的連線數量.
3)強電與弱電控制相分離,以減少干擾.
4)為求整齊美觀,將外形尺寸相同,重量相近的電器元件組合在一起.
5)為便於檢查與調試,將需經常調節,維護和易損元件組合在一起.
電氣設備的各部分及組件之間的接線方式通常有:
l)電器控制盤,機床電器的進出線一般採用接線端子.
2)被控制設備與電氣箱之間為便於拆裝,搬運,盡可能採用多孔接插件.
3)印刷電路板與弱電控制組件之間宜採用各種類型接插件.
總體配置設計是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達出來的,圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關系,走線方式及使用管線要求.總體設計要使整個系統集中,緊湊;要考慮發熱量高和雜訊振動大的電氣部件,使其離開操作者一定距離;電源緊急控制開關應安放在方便且明顯的位置.
二,電氣元器件布置圖的設計
電氣元器件布置圖是指將電氣元器件按一定原則組合的安裝位置圖.電氣元器件布置的依據是各部件的原理圖,同一組件中的電器元件的布置應按國家標准執行.
電櫃內的電器可按下述原則布置:
l)體積大或較重的電器應置於控制櫃下方.
2)發熱元件安裝在櫃的上方,並將發熱元件與感溫元件隔開.
3)強電弱電應分開,弱電部分應加屏蔽隔離,以防強電及外界的干擾.
4)電器的布置應考慮整齊,美觀,對稱.
5)電器元器件間應留有一定間距,以利布線,接線,維修和調整操作.
6)接線座的布置:用於相鄰櫃間連接用的接線座應布置在櫃的兩側;用於與櫃外電氣
元件連接的接線座應布置在櫃的下部,且不得低於200mrn.
一般通過實物排列來確定各電器元件的位置,進而繪制出控制櫃的電器布置圖.布置圖
是根據電器元件的外形尺寸按比例繪制,並標明各元件間距尺寸,同時還要標明進出線的數
量和導線規格,選擇適當的接線端子板和接插件並在其上標明接線號.
三,電氣控制裝置接線圖的繪制
根據電氣控制電路圖和電氣元器件布置圖來繪制電氣控制裝置的接線圖.接線圖應按以
下原則來繪制:
1)接線圖的繪制應符合GB6988.3—1997《電氣技術用文件的編制 第3部分:接線圖
和接線表》中的規定.
2)電氣元器件相對位置與實際安裝相對位置一致.
3)接線圖中同一電器元件中各帶電部件,如線圈,觸頭等的繪制採用集中表示法,且
在一個細實線方框內.
4)所有電器元件的文字元號及其接線端鈕的線號標注均與電氣控制電路圖完全相符. 5)電氣接線圖一律採用細實線繪制,應清楚表明各電器元件的接線關系和接線去向,其連接關系應與控制電路圖完全相符.連接導線的走線方式有板前走線與板後走線兩種,一般採用板前走線.對於簡單電氣控制裝置,電器元件數量不多,接線關系較簡單,可在接線圖中直接畫出元件之間的連線.對於復雜的電氣裝置,電器元件數量多,接線較復雜時,一般採用走線槽走線,此時,只要在各電器元件上標出接線號,不必畫出各元件之間的連接線.
6)接線圖中應標明連接導線的型號,規格,截面積及顏色.
7)進出控制裝置的導線,除大截面動力電路導線外,都應經過接線端子板.端子板上
各端鈕按接線號順序排列,並將動力線,交流控制線,直流控制線,信號指示線分類排開.
四,電力裝備的施工
(一)電氣控制櫃內的配線施工
1)不同性質與作用的電路選用不同顏色導線:交流或直流動力電路用黑色;交流控制
電路用紅色;直流控制電路用藍色;聯鎖控制電路用桔黃色或黃色;與保護導線連接的電路
用白色;保護導線用黃綠雙色;動力電路中的中線用淺藍色;備用線用與備用對象電路導線
顏色一致.
弱電電路可採用不同顏色的花線,以區別不同電路,顏色自由選擇.
2)所有導線,從一個接線端到另一個接線端必須是連續的,中間不許有接頭.
3)控制櫃常用配線方式有板前配線,板後交叉配線與行線槽配線,視控制櫃具體情況
而定.
(二)電櫃外部配線
丨)所用導線皆為中間無接頭的絕緣多股硬導線.
2)電櫃外部的全部導線(除有適當保護的電纜線外)一律都要安放在導線通道內,使
其有適當的機械保護,具有防水,防鐵屑,防塵作用.
3)導線通道應有一定裕量,若用鋼管,其管壁厚度應大於1——;若用其他材料,其壁
厚應具有上述鋼管相應的強度.
4)所有穿管導線,在其兩端頭必須標明線號,以便查找和維修.
5)穿行在同一保護管路中的導線束應加人備用導線,其根數按表10-6的規定配置.
(三)導線截面積的選用
導線截面積應按正常工作條件下流過的最大穩定電流來選擇,並考慮環境條件.表107
列出了機床用導線的載流容量,這些數值為正常工作條件下的最大穩定電流.另外還應考慮
電動機的起動,電磁線圈吸合及其他電流峰值引起的電壓降.
五,檢查,調整與試運行
主要步驟:
1.檢查接線圖:在接線前,根據電氣控制電路圖即原理圖,仔細檢查接線圖是否准確
無誤,特別要注意線路標號與接線端子板觸點標號是否一致.
2.檢查電器元件 對照電器元件明細表,逐個檢查所裝電器元件的型號,規格是否相
符,產品是否完好無損,特別要注意線圈額定電壓是否與工作電壓相符,電器元件觸頭數是
否夠用等.
3.檢查接線是否正確 對照電氣原理圖和電氣接線圖認真檢查接線是否正確.為判斷
連接導線是否斷線或接觸是否良好,可在斷電情況下藉助萬用表上的歐姆檔進行檢測.
4.進行絕緣試驗 為確保絕緣可靠,必須進行絕緣試驗.試驗包括將電容器及線圈短
接;將隔離變壓器二次側短路後接地;對於主電路及與主電路相連接的輔助電路,應載入
2.skV的正弦電壓有效值歷時1分鍾,試驗其能否承受;不與主電路相連接的輔助電路,應
在載入2倍額定電壓的基礎上再加 IkV,且歷時 1分鍾,如不被擊穿方為合格.
5.檢查,調整電路動作的正確性 在上述檢查通過後,就可通電檢查電路動作情況.
通電檢查可按控制環節一部分一部分地進行.注意觀察各電器的動作順序是否正確,指示裝
置指示是否正常.在各部分電路工作完成正確的基礎上才可進行整個電路的系統檢查.在這
個過程中常伴有一些電器元件的調整,如時間繼電器,行程開關等.這時,往往需與機修鉗
工,操作人員協同進行,直至全部符合工藝和設計要求,這時控制系統的設計與安裝工作才
算全面完成.
⑩ 電氣控制系統原理圖設計，求附帶接線圖以及功能分析，要比吊車上下行和水塔自動差不多難度的
根據需要設計，要有具體要求才行