电气控制技术掌握

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1、学习要求： 熟悉电气控制线路的设计步骤及 设计规律，在了解电气控制系统技术 条件（任务书）的拟定及电力拖动形 式选择的基础上，着重掌握电气控制 线路的基本设计方法 。 第四章 电气控制设计基础 第四章 电气控制设计基础 工业生产中遇到的机电设备很多，但其电气 控制系统的设计原则和设计方法大体相同。一台 机电设备一般由机械部分和电气部分组成。电气 部分的设计通常是和机械部分的设计同时进行的 。电气设计是机电设备设计工作的重要组成部分 。电气部分设计的好坏直接影响到机电设备的使 用效能及其先进性。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 四、控制电源与导线的选择 三.选择电动机 一.拟定技术条件（任务

2、书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 六.选择电器元件，制定电器元件明细表 七.设计电器柜、操作台、配电板等 八.绘制电器安装图和接线图 九.编写设计计算说明书和使用说明书 五.设计电气控制线路图 4-1（了解） 4-2（掌握） 4-3(熟悉) 4-1 电气控制线路设计的基本内容 电气控制线路的技术条件，通常是以设计技术 任务书的形式表示的。它作为整个系统设计的主要 依据，除了要简要说明所设计的机电设备的名称、 型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参数以及 现场的工作条件外，还必须包含以下内容： 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤:

3、 有关电力拖动的基本特性，如运动部件的数 量和用途、负载特性、调速范围和平滑性，电动机 的起动、反向和制动要求等； 4-1 电气控制线路设计的基本内容 用户供电电网的种类、电压、频率及容量； 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 有关操作方面的要求，如操作台的样式及布 置、操作按钮的设置和作用，测量仪表的种类以及 显示、报警和照明要求等； 4-1 电气控制线路设计的基本内容 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 有关电气控制的基本特性，如电气控制的基 本方式、自动工作循环的组成、自动控制的动作顺 序，电气保护要求及联锁条件等； 4-1 电

4、气控制线路设计的基本内容 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 机电设备主要的电器元件（如电动机、执行 电器和行程开关等）的布置草图。 总之，设计技术条件（任务书）要由参与 设计的各方面人员根据所设计的机电设备的总 体技术要求共同探讨拟定的。 电气传动形式的选择，是以后各部分 设计内容的基础。不同的电气传动形式对 于机电设备的整体结构和性能有着重大的 影响。具体内容如下： 4-1 电气控制线路设计的基本内容 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 4-1 电气控制线路设计的基本内容 一.拟定技术条件（任务书） 机

5、电设备电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 1. 电力拖动方式的确定 拖动方式包括： 单电机拖动 多电机拖动 多电机拖动，是指由多台电动机来分别驱动一 台机电设备的各个工作机构。这种拖动方式不仅大 大简化了机械传动机构，减小了机械传动累积误差 ，而且控制灵活，使生产设备便于实现自动化。因 此现代化的机电传动基本上是采用这种拖动方式。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 单电机拖动，是指由一台电动机来拖动一台设 备，电机通过机械传动部分将动力传送到该设备的 每一个工作机构。这种拖动方式电气控制部分简单 ，但机械部分结构复杂。 1. 电力拖动方式的确定 2. 调速方式的确定 4

6、-1 电气控制线路设计的基本内容 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 2. 调速方式的确定 机电设备的调速性能是由其使用功能决定的 。例如金属切削机床，根据工件尺寸、材料性质 、切削量、刀具特性、加工精度等的不同，需采 用不同的切削速度，以保证产品质量和提高生产 效率。实现机电设备的调速可采用液压的、机械 的和电气的方法。具体选择调速方案时可考虑： 4-1 电气控制线路设计的基本内容 精密机械设备： 坐标镗床、精密磨 床、数控机床以及某些精密的机械手，为了 保证加工精度和动作的准确性，便于自动控 制，也应采用电气无级调速方案。 重型或大

7、型设备: 主运动及进给运动 ，应尽可能采用无级调速。这有利于简化机 械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 一般中小型设备： 例如对于没有特殊 要求的普通机床，可选用不调速的、经济可靠 的三相笼型异步电动机，配以适当级数的齿轮 变速箱。为了简化传动系统，扩大调速范围， 也可采用多速(双速、三速或四速)的笼型异步 电动机。在选择笼型异步电动机的同步转速时 ，应在满足技术要求的情况下，选用较低的同 步转速，以简化机械传动机构。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 1. 电力拖动方式的确定 2. 调速方式的确定 3. 负载特性 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备

8、电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 4-1 电气控制线路设计的基本内容 3. 负载特性 机电设备的各个工作机构，可具有各不相同的 负载特性P=f(n)，T=f(n),主要分为恒转矩型和恒 功率型。如车床的主轴、龙门刨工作台的传动等为 恒功率负载，而机床的进给则为恒转矩负载。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范 围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，负 载转矩不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性 质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择 有很大的影响。 TPT P n n1n2 n T T P P n1n2 在选择电动机的

9、调速方案时，要使电动机的 恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒 功率范围相一致时，即所谓“匹配”的情况下，电 动机的容量最小。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 例如，双速笼型异步电动机，当定子绕组由 形联结改接成 YY联结时，转速增加一倍,而功 率却增加很少，因此它适用于恒功率传动；但对 于低速为Y形联结的双速电动机改接成YY形后,转 速和功率都增加了一倍，而电动机所输出的转矩 却保持不变，故适用于恒转矩传动。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 再如，对于他励直流电动机： 改变电压调速的方法属于恒转矩调速； 而改变励磁的调速方法属于恒功率调速。 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备

10、电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 4-1 电气控制线路设计的基本内容 1. 电力拖动方式的确定 2. 调速方式的确定 3. 负载特性 4. 起动、制动和反向要求 许多机电设备主轴的起动、停止、正反 转运动，只要条件允许最好要由电动机来完 成。 机电设备主运动传动系统的起动转矩一般 都比较小，因此原则上可采用任何一种起动方 式。对于它的辅助运动，在起动时往往要克服 较大的静转矩，所以在必要时可选用高起动转 矩的电动机，或采用提高起动转矩的措施。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 另外，还要考虑电网容量。对于电网容量 不大而起动电流较大的电动机，一定要采取限 制起动电流的

11、措施，如串电阻降压起动等，以 免电网电压波动较大而造成事故。 驱动电机是否需要制动，应视机电设备工 作循环的长短而定。比如对于某些高速高效金 属切削机床，为了便于测量和装卸工件或更换 刀具，宜采用电动机制动。若要求迅速制动， 则可采用反接制动。反接制动更适合于制动后 并反向运行的场合。若要求制动平稳、准确， 即在制动过程中不允许有反转的可能时，宜采 用能耗制动方式。在起重运输设备中，也常采 用具有联锁保护功能的电磁机械制动。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 选择电动机的基本依据： 在满足生产设备对拖动系统静态和动 态特性要求的前提下，力求电动机结构简 单、运行可靠、维护方便、成本低廉。 4

12、-1 电气控制线路设计的基本内容 三.选择电动机 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 电动机是机电设备的主要动力器件，在选择 时首先要选择合适的功率。功率过大，设备投资 大，同时电动机欠载运行，使效率和功率因数降 低，造成浪费；相反，功率过小，电动机过载运 行，过热使电动机的寿命降低，或者不能充分发 挥设备的效能。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 另外，电动机的转速、电压、结构类型等 的选择也要综合考虑。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 三.选择电动机 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传

13、动形式与控制方案 1.电动机类型的选择 .不需要调速且对起动性能也无过高要求的 设备，应优先选择鼠笼式异步电动机(例如YL型、 JS型、Y系列等) .需要补偿电网功率因数及获得稳定的工作 速度时，应优先选用同步电动机。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 .对于要求经常起、制动，且负载转矩较大 、又有一定调速要求的机电设备，应考虑选用绕 线式异步电动机。 1.电动机类型的选择 .对于需要大起动转矩和恒功率调速的生产 设备，宜采用直流串励或复励电动机。 . 对要求大范围无级调速，且要求经常 起动、制动、正反转的生产设备，则可选用带 调速装置的直流电动机或带变频调速装置的鼠 笼式异步电动机。 4-

14、1 电气控制线路设计的基本内容 . 对只需要几种速度，而不要求无级调 速的生产设备，为了简化变速机构，可选用多 速异步电动机。 1.电动机类型的选择 4-1 电气控制线路设计的基本内容 三.选择电动机 一.拟定技术条件（任务书） 机电设备电气控制线路设计的基本步骤: 二.选择传动形式与控制方案 1.电动机类型的选择 2.电动机额定功率的选择 .确定电动机额定功率的方法： 计算法 统计法 类比法 4-1 电气控制线路设计的基本内容 确定电动机的额定功率主要考虑两个因素： 一是电动机的发热与温升；二是电动机的短时过 载能力。此外，对于鼠笼式异步电动机还要考虑 其起动能力。 2.电动机额定功率的选择

15、 统计法 通过对相同类型的生产机械所选 用的电动机的额定功率进行统计和分析，从中找 出电动机额定功率与生产机械主要参数间的关系 ，得到相应的电动机的额定功率的计算方法，作 为选用电动机额定功率的主要依据。 4-1 电气控制线路设计的基本内容 计算法 根据机械负载变化的规律，绘制 电动机的负载图，然后依此计算电动机的温升曲 线，从而确定电动机的额定功率。 .确定电动机额定功率的方法： 类比法 是调查研究经过长期运行考验的 同类型或相近类型的生产机械所选用的电动机的 额定功率，再考虑不同工作条件的影响，来确定 所需电动机的额定功率。 确定电动机额定功率的实用方法比较简单， 但有一定的局限性，它们不能考虑到具体生产机 械的实际工作特点，在合理选用时还需要有一定 的实际运行经验和设计经验。因此，用实用方法 选择的电动机，最好再通过实验进行校验。 4-1 电气控制线路设