现代电气控制技术任振辉电子课件现代电气控制技术第3章节

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1、Ch3 电气控制电路分析与设计,卧式车床电气控制线路 电气控制系统设计基础 电气控制电路的经验设计 电气控制电路的逻辑设计,电气控制系统是机械设备的重要组成部分，了解电气控 制系统对于机械设备的正确安装、调整、维护与使用非常重要。 分析机床控制系统时应注意以下问题： 了解机床主要技术性能及机械传动、液压和气动工作原理。 弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。 初步掌握各电器的安装部位、作用及各操纵手柄、开关、 按钮的功能和操纵方法。 注意了解与机床的机械、液压发生直接联系的各种电器的 安装部位及作用，如行程开关、电磁铁等。 分析时应结合说明书等技术资料将电路划分，逐一进行分 析，如各电动机

2、的起动、制动、保护和联锁等。 本章要求：对典型生产机械电气控制线路进行分析，掌握阅读电气原理图的方法，培养读图能力，通过分析典型生产机械的工作原理，为设计、安装、调试及维护打下基础。,3.1 卧式车床电气控制电路,一、CW6163B型万能卧式车床控制线路,分析主电路 分析控制电路 分析辅助电路 分析联锁与保护环节 总体检查,床身最大工件的回转半径为630mm，工件的最大长度为4000mm。,主电动机起停指示灯,HL2,行程开关，作进给限位保护,SQ,电源指示灯,HL1,控制变压器,TC,冷却泵电动机起停 按钮,SB5SB6,快速电动机点动按钮,SB7,主电动机起停按钮,SB1 SB4,接触器，

3、快速电动机起动、停止用,快速电动机,接触器，作冷却泵电动机起停用,冷却泵电动机,M2,接触器，作主电动机起动、停止用,KM1,主电动机,M1,热继电器，作冷却泵电动机过载保护用,FR2,熔断器，作短路保护,FU1 FU4,热继电器，作主电动机过载保护用,FR1,刀开关，电源引入,QS,名称及用途,符号,CW6163B型卧式车床电气元件目录表,符号,名称及用途,KM2,M3,KM3,二、C650卧式车床电气控制线路,监视主回路负载的电流表是通过电流互感器TA接入电路的。为防止电动机起动电流对电流表造成冲击，线路中采用了一个通电延时型时间继电器KT。当起动时，KT线圈通电，而KT的延时断开的动断触

4、点尚未动作，电流互感器二次侧电流只流经该触点构成闭合回路，电流表中没有电流流过。延时时间到，KT延时断开的动断触点打开，此时电流流经电流表，能够反映出负载电流的大小。,3.2 电气控制系统设计基础,生产机械一般由机械和电气两大部分组成。其中，电气控制系统是生产机械的重要组成部分，对生产机械能否正确、可靠和安全的工作起着决定性作用。 一个好的电气控制系统，必须既能满足生产机械的工艺要求，又得符合经济性原则，还得安全可靠、操作维护方便。生产机械电气控制系统设计的合理与否，将直接影响其工作性能及先进性。,由各种低压电器组成的电气控制线路，具有线路简单、维修方便、成本低等特点，广泛应用于生产设备电气控

5、制领域。,电气控制系统设计的基本任务：根据生产机械对控制系统的要求设计和编制设备的制造、使用和维修过程中所必须的图纸、资料，主要包括电气原理图、电气元件布置图、安装接线图等，编制外购元件目录、材料消耗清单，编写说明书等资料。 电气控制系统设计主要包括电气原理图设计和电气工艺设计两大部分内容。电气原理图设计是为满足生产机械及其工艺要求而进行的电路设计，决定了生产机械的实用性和先进性，是电气控制系统设计的核心；电气工艺设计是为电气控制装置的制造、使用、运行及维修的需要而进行的生产施工设计，如开关柜柜体设计、布线工艺设计等。电气工艺设计必须在电气原理图设计完成后，根据工程现场实际要求，合理考虑。,电

6、气原理图设计的主要内容,电气设计的技术条件通常以设计任务书形式表达，根据总体技术方案拟定，是整个电气设计的依据，也是竣工验收的依据。在任务书中，除了简要说明设计的目的、用途、工艺过程、动作要求、技术性能、传动参数及现场工作条件外，还须说明以下内容： 1）控制精度、生产效率要求； 2）用户供电系统的电压等级、频率、容量及电流种类； 3）电气传动的基本特性，如电动机的数量和用途、负载特性、调速范围及起动、制动要求等； 4）电气控制的特性，如自动化程度、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、联锁条件及保护等；, 拟定电气设计任务书。, 确定电气传动控制方案与控制方式。 确定电动

7、机的类型、容量转速，选择具体型号。 设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系。 设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数。 选择电气元件，制定元器件明细表。 编写设计说明书。,5）有关操作方面的要求，如操作台的布置、操作按钮的设置 和作用、测量仪表的种类、故障报警及照明等要求； 6）机床主要执行电器的布置草图等； 7）目标成本、经费限额，工期、验收标准及方式。,电气工艺设计的主要目的在于方便电气控制装置的制 造，实现原理图设计的各项技术指标，为设备调试、使用和维护提供必要的图纸资料。其主要内容包括：,根据电气原理图和选定的电器元件，设计电气设备的总体配置，绘制电气控制系统的总装配图和总接线图。

8、总接线图应体现电动机、执行电器、电器箱组件、操作台、电源和检测元件的分布状况以及各部分间接线关系，供装配、调试及日常维护用。 按照原理框图或划分的组件进行统一编号，绘制各组件原理图，列元件目录表，并根据总图编号统计各组件进出线号。 根据组件原理电路及选定的元件目录表，设计组件装配图、接线图，图中应反映各电器元件的安装方式与接线方式。 根据组件装配要求，绘制电器安装板和非标准电器安装零件图。 设计电气箱。,电气工艺设计的主要内容,根据总图、组件原理图等资料，汇总后列出外购清单、 标准件清单和主要材料消耗定额等。 编写使用维护说明书。,电气控制系统设计的基本要求如下： 熟悉所设计生产机械的总体技术

9、要求，了解其工作过程，搞清其它系统对电气控制系统的技术要求。 妥善处理机械与电气的关系，通过技术、经济分析，选择性价比最高的方案。 在满足要求的情况下，设计尽量简单合理、技术先进、工作可靠和维修方便，使“平均无故障时间”指标高。 合理选用电器元件，尽可能选用相同的元件品种和规格。 对于新技术、新工艺要采取谨慎积极的态度。 设计要贯彻最新国家标准。,电力拖动方案的确定,拖动方式选择 电力拖动方式有单机拖动和多机拖动两种 。电力拖动发展趋向是电动机逐步接近工作机构，形成多电动机拖动方式，缩短机械传动链，提高传动效率，便于自动化。 调速方式选择 生产机械从生产工艺和节能等方面考虑往往要求能够调速，不

10、同的设备有不同的调速范围和精度要求，不同的调速性能应选用不同的调速方案。,以电动机作为原动机拖动机械设备运动的拖动方式叫 做电力拖动，也称电气传动。,电力拖动方案是指根据生产机械的结构、负载特性、工艺要求、工程技术条件等具体情况来确定电动机的数量、类型、拖动方式，并拟定电动机的控制要求，作为电气控制原理图设计和元件选择的基础和先决条件。电力拖动系统由电动机、电源装置和控制装置组成。,对于一般中小型生产机械，无特殊调速指标要求时， 应优先选用简单、经济、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱或液压调速系统。若需进一步简化结构、提高传动效率、扩大调速范围，如调速范围D=23、调速级数

11、4时，可采用双速或多速鼠笼式异步电动机。 对于大型、重型生产机械和精密机械，应尽可能采用电气 无级调速，一般采用晶闸管-直流电动机调速系统或交流电动机变频调速系统，直流电动机结构复杂、造价高、维护困难，变频调速技术已日益成熟。 变频电机采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，使生产机械的自动化程度和生产效率大为提高，目前正取代传统的机械调速和直流调速方案。,传动方式与其负载特性相适应,在确定机床电力传动方案时，必须对电力传动的调速性质和其负载特性进行分析，找出电动机在整个调速范围内转矩、功率与转速的关系T=f（n）；P=f（n）。确定负载需要恒功率传动，还是恒转矩传动 。,电动机的起

12、制动和正反转的要求,在机床的传动控制中，采用电气控制电动机的起制动和正反转是较为简单的一种控制方式。对于一般较小容量的电动机，其容量不超过供电变压器容量的20%，一般可采用直接起动。,电动机选择,在选择电动机时，首先应选择合适的功率；其次，应综合考虑电动机的转速、电压、结构形式等。选择的基本原则如下：,电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与被拖动负载特性相适应，以保证运行稳定，并具有良好的起动、制动性能，对有调速要求时应合理选择调速方案。 电动机的结构形式应能满足机械设计提出的安装要求，选择恰当的使用类别和工作制，并能适用周围的环境工作条件。 工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温

13、升尽可能达到或接近额定温升值。 电动机的电压选择应根据使用地点的电源电压来决定，额定功率根据生产机械的功率负载和转矩负载来选择。 在满足设计要求情况下，应优先采用结构简单、价格便宜、维护方便的笼型三相交流异步电动机。,电气控制方案确定,在确定控制方案时，需要综合考虑各方案的性能、成本、寿命、发展趋势等因素，主要遵循以下原则： 自动化程度要与国情相适应。尽可能选用最新科技成果，同 时要与企业自身经济实力相适应。 控制方式应与设备通用化和专用化的程度相适应。对于工作 程序固定，无需经常改变程序的普通生产机械，可采用继电 接触器控制系统，控制方法简单，价格便宜，能够控制的功 率较大；对于要求较复杂的

14、控制对象，或经常变换工序和加 工对象的设备，可采用数字控制或可编程序控制器控制系统。 控制方式随控制过程的复杂程度而变化。根据控制要求及控 制过程的复杂程度，可采用分散控制或集中控制，但单机的 控制方式和基本控制环节应尽量保持一致，以简化设计和制 造过程。,控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度 地满足工艺要求。控制方案选择，应考虑采用自动、半自动 循环，并考虑手动调整、联锁、安全保护、故障诊断、信号 指示、照明等。 控制电路的电源必须可靠。简单控制电路可直接用电网电 源；较复杂电路的控制装置，可将电网电压隔离降压，以降 低故障率；自动化程度较高的生产设备，可采用直流电源， 有助

15、于节省安装空间，方便与无触点元件连接，使元件动作 平稳，操作维修也安全。,控制方式选择,时间控制方式：利用时间继电器或可编程逻辑控制器的延时单元将感测系统接收到的输入信号经过一段时间的延时后再发出输出信号，从而实现电路的切换。 速度控制方式：利用速度继电器或测速发电机，直接或间接的检测某机械部件的运动速度，按照速度原则实现电路的控制。 电流控制方式：借助于电流继电器，其动作反映了某一电路中电流的变化，从而实现按电流原则的控制。 行程控制方式：利用生产机械的运动部件与事先安排好位置的行程开关或接近开关进行配合，达到位置控制的作用。,控制方式主要有时间控制、速度控制、电流控制及行程控制,电气控制设

16、计的基本原则,在电力拖动方案和控制方案确定后，即可着手进行电控线路具体设计。在设计时应遵循以下原则：,1最大限度满足生产机械和工艺对电控系统的要求 首先弄清设备需满足的生产工艺要求，对设备工作情况作全面了解。深入现场调研，收集资料，结合技术人员及现场操作人员经验，作为设计基础。,2在满足生产工艺要求前提下，力求使控制线路简单、经济 （1）尽量选用标准电器元件，减少电器元件数量，选用同型号电器元件以减少备用品数量。 （2）尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节或基本电控线路。,（3）尽量减少不必要的触点，以简化线路。 在满足工艺要求前提下，元件越少，触点数量越少，线路越简单。可提高工作可靠性，降低故障率。,常用减少触点数目的方法：, 合并同类触点。,KA1,KM1,KM2,KA1,KA1,KM1,KM2,KA2,KA2, 利用转换触点方式。,KA2,KM1,