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1、第六章 电气控制线路的设计第一节 学习目的和规定一、学习目的1理解电气控制线路的设计规定。.纯熟掌握电气控制线路的一般设计措施。3.掌握电气控制线路设计拖动方案和电动机的选择根据。4.纯熟掌握电气控制线路设计中电器元件的选择措施。5.理解电气设备施工设计的内容和过程。二、参照学时第一章授 课 内容总学时理论学时实训学时第一节设计的基本原则和内容1第二节电气控制线路的设计措施3第三节电气控制线路设计中的电动机选择3第四节电气控制线路设计中的元器件选择3第五节生产机械电气设备施工设计2合 计28216三、学习规定1学会灵活运用所学知识,在满足生产机械工艺规定的前提下,设计出运营安全可靠的电气控制线
2、路。.能考虑调试与维修的规定，设计方案能操作容易、维修以便。3学会线路优化，使设备投资费用节省。 第二节 学习与训练指引本章要点l 电气控制线路设计的原则和内容l 电气控制线路设计的措施l 拖动方案和控制方案的拟定原则l 元器件的选择措施本章难点l 电气控制线路的设计与优化一、设计的基本原则和内容（一） 重点内容：本节重点学习电气控制线路设计的基本内容,即拟定电力拖动方案、设计生产机械电力拖动自动控制线路、选择拖动电机及电气元件、进行生产机械电力装备施工设计、编写生产机械电气控制系统的电气阐明书与设计文献。在进行电力拖动方案的拟定期,应遵循有关原则进行选择。应当考虑电动机的调速特性与负载特性相
3、适应，以求得电动机充足合理的应用;根据生产机械的调速规定如调速范畴、调速平滑性、机械特性硬度、转速调节级数及工作可靠性等方面来选择合适的拖动方案；在满足技术指标的前提下,进行经济比较，最后拟定最佳方案。设备的电气控制措施诸多，有继电器接触器的有触点控制，有无触点逻辑控制,有可编程序控制器控制、计算机控制等。总之,合理地拟定控制方案，设计实现、简便、可靠、经济、合用的电力拖动控制系统的重要前提。应考虑如下几种方面:1控制方式与拖动需要相适应。控制方式并非越先进越好，而应当以经济效益为原则。2控制方式与通用化限度相适应。对于某些加工一种或几种零件的专用机床,它的通用化限度很低,但它可以有较高的自动
4、化限度。3控制方式应最大限度满足工艺规定。根据加工对象的工艺规定,控制线路应具有自动循环、半自动循环、手动调节、紧急快退、保护性连锁、信号批示和故障诊断等功能,以最大限度满足工艺规定。4控制电路的电源应当可靠。简朴的控制电路可直接用电网电源，元件较多、电路较复杂的控制装置,可将电网电压隔离降压,以减少故障率。影响方案拟定的因素诸多，最后选定方案的技术水平和经济水平，取决于设计人员的设计经验和设计方案的灵活运用。(二） 学习措施：1以满足生产过程中机械加工工艺的规定为切入点，理解设计前必须做的准备工作，即对生产设备的重要工作性能、构造特点、实际工作状况做充足的理解,做到心中有数。.明确电气控制线
5、路设计所涉及的工作。3.在总体方案对的的前提下，拟定电力拖动方案和控制方案。借鉴已经获得成功的通过生产实践检查的设备或生产工艺列出几种可选方案，根据条件和工艺规定进行选择。（三) 训练要点:根据给定课题,练习在设计前对课题中的设备控制系统作全面的理解,认真作好调查研究工作,按所学内容，遵循给定原则,进行电力拖动方案和控制方案的拟定。（四）、注意事项：在尽量满足机械设备和工艺规定的基本上，保证电气控制系统稳定、可靠地工作。生产过程中,对机械设备电气控制系统的可靠性和稳定性提出很高的规定，在强弱电结合的控制系统中，应充足考虑多种干扰的影响。.考虑设立多种必要的保护装置和连锁环节,以保证操作人员和设
6、备的安全。机械设备在运营中,由于电网故障、电气元件损坏、控制失灵或者误操作等因素,都也许导致人身事故或设备的损坏。在控制方式选择和线路设计中必须充足避免这些因素导致的故障。3充足考虑机械设备的调试与维修规定。比较复杂、自动化限度高的控制系统，具有诸多互相关联的运动部件和较多的信号检测与主令电器,既需要单独检查调节各个部分的动作,又需要检查一种工作周期中各个动作的配合状况,因此某些控制系统需要考虑手动、自动循环操作、点动与长动控制以及必要的信号显示，既便于调试，又有助于操作和维护。4尽量减少控制线路的电流种类，控制电源的电压级别应符合原则。控制线路比较简朴的状况下，可直接运用电网电压,即交流22
7、0V、80V供电，以省去控制变压器,当控制系统所用电器数量较多时，应采用控制变压器减少电压进行供电。照明、显示、及报警等电路应采用安全电压。二、电气控制线路的设计措施(一） 重点内容： 本节重点学习分析设计法,根据机械设备的工艺规定和工作过程，将既有的典型环节加以集聚,作合适的补充和修改，综合成所需要的电气控制线路。要重点掌握设计时应当注意的问题，尽量避免发生差错，影响控制线路的可靠性和工作性能。电气线路的一般设计顺序是：一方面设计主电路，然后设计控制电路。继电器-接触器控制系统的控制线路设计,常用的设计措施有逻辑设计法和分析设计法。.分析设计法是根据机械设备的工艺规定和工作过程，将既有的典型
8、环节集聚起来,根据经验加以补充和修改，综合成所需要的控制线路。有时候再找不到现成电路的状况下要进行部分电路或所有电路的自行设计。这种设计措施的重要缺陷如下：（1）在发现试画出来的线路达不到规定期,往往用增长电器元件或触点数量的措施加以解决,因此设计的线路往往不一定是最简朴、最经济的。(2)设计中也许由于考虑不周发生差错,影响线路的可靠性或工作性能。尽管如此，对于某些比较简朴的控制线路仍然采用分析设计法,但对于某些比较复杂的控制线路则多用逻辑设计法。.逻辑设计法是用真值表与逻辑代数式相结合对控制线路进行综合分析,就是参照在控制规定中由设计人员给出的执行元件及主令电器的工作状态表，找出执行元件线圈
9、同主令电器触点间的逻辑关系，将主令电器的触点作为逻辑自变量,执行元件线圈作为逻辑应变量,写出有关逻辑代数式,最后根据逻辑式作出相应电路,由于逻辑代数式可以通过有关计算法则进行运算和化简，因此,逻辑设计法往往能得到功能相似，但简朴优化的控制电路。（二）学习措施:1学习电气控制线路设计常用的两种措施:经验设计法和逻辑设计法，掌握这两种设计法的内容和实际应用。2.理解设计电路的反复修改和多次优化的必要性、体会控制线路不仅简朴易行并且精确可靠的重要性。3.通过学习电气控制线路设计中多种必须引起注意的问题,避免在实际应用中重犯相似的错误。(三） 训练要点:1.选择相对简朴的设计课题，进行设计练习。2.对
10、自行设计的控制线路，进行电路的连接和调试,直至完毕所规定的控制功能。(四) 注意事项： 1对于比较简朴的控制线路,并且电器元件也不多时,往往采用交流30或220V电压供电,不附加控制电源变压器。此时动力电源电路中的过电压将直接引进控制线路，不利于控制电路中电器元件的可靠工作。同步控制电路电压较高,也不利于维护与安全操作。 2电路设计中考虑完善的保护环节。3.电路设计完毕后,一定要反复分析检查,避免产生寄生回路，影响电路工作的可靠性。三、电气控制线路设计中的电动机选择(一) 重点内容: 本节重点学习选择电动机的原则，即经济、合理、安全。选择指标涉及电动机的种类、构造形式、电动机的额定电流、电动机
11、的额定转速、电动机的额定电压、电动机的额定功率,要考虑生产机械的调速规定,还要考虑电动机的工作环境。电动机的机械特性的选择中，应能满足机械设备提出的规定,要与负载机械特性相适应,以保证一定负载下的转速稳定,并具有一定的调速范畴和良好的起动、制动性能；在电动机的工作过程中，其额定功率能得到充足运用,即温升达到额定温升值。在电动机类型的选择中，优先考虑采用构造简朴、价格便宜、使用维护以便的三相交流异步电动机，如一般机床、自动生产线、传送带、风机及各类机泵等电力拖动场合，大量选用一般三相鼠笼式异步电动机;高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机合用于某些纺织机械的压缩机及皮带运送机等；对于调速规定不高的有级
12、调速机械,可选用双速或三速鼠笼式异步电动机。近年来随着晶闸管变频调速技术的迅速发展，三相异步电动机在无级调速机械上的应用越来越多，使鼠笼式异步电动机的应用范畴更加广泛。起动转矩大并有一定调速规定的机械设备，宜选用绕线式异步电动机;拖动功率大，又不规定调速的机械设备，一般采用交流同步电动机,它具有效率高并能改善电网功率因数的长处。在规定调速范畴大，调速性能好，并具有硬机械特性和起动转矩大的拖动系统中,一般都选用直流电动机。随着晶闸管交流技术的迅速发展和高性能大功率晶体管器件的不断浮现,进一步扩大了直流电机的应用范畴,数字化直流调速系统获得越来越多的使用。（二) 学习措施：学习运用有关经验公式，对
13、不同的设备拟定合理的电动机的功率和转速。通过网络在线查找、使用手册、查看产品样本等多种措施进行比较，对的选择电动机。(三)训练要点:仔细研究给定课题中的有关条件，尝试作有关计算,从有关指标、参数着手,考虑工作环境、供电电压等诸多因素合理选择电动机。（四） 注意事项:考虑工作环境选择电动机时,要特别注旨在有爆炸危险、腐蚀性气体的场合，应选择防爆型和防腐型的电动机。四、 电气控制线路设计中的元器件选择（一) 重点内容: 本节重要学习常用低压电器元件的选择措施。可以结识到对的合理地选择低压电器是电气系统安全运营、可靠工作的保证。根据各类电器在设备电器控制系统中所处的不同位置、所起的不同的作用,采用不
14、同的选择措施。熔断器的选择熔断器的类型应满足电路规定;熔断器的额定电压应不小于或等于电路的额定电压;熔断器的额定电流应不小于或等于所装熔体的额定电流。熔体的额定电流可以有如下几种选择：（)对于阻性负载的保护,应使熔体的额定电流等于或稍不小于电路的工作电流,即： ;(2）对于一台电动机的短路保护，考虑到电动机的起动冲击电流的影响，可按下式选择:;()对于多台电动机应按下式计算：IN使用熔断器时,对于螺旋式熔断器,将带色标的熔断管一端插入瓷帽,再将瓷帽连同熔管一起拧入瓷套，负载端接到金属螺纹壳的上接线端，电源线接到瓷座上的下接线端，并保证各处接触良好。还应当考虑熔体材料，铅锡锌为低熔点材料,所制成
15、的熔体不易熄弧,一般用在小电流电路中；银、铜、铝为高熔点材料，所制成的熔体容易熄弧,一般用在大电流电路中，当熔体已熔断或已严重氧化,需要更换熔体时,还应注意使新换熔体和本来熔体的规格保持一致。2接触器的选择对的地选择接触器就是要使得所选用的接触器的技术数据，能满足控制线路对它提出的规定,选择接触器可按下列环节进行:（） 根据接触器的任务，拟定用哪一系列的接触器；（)根据接触器所控制电路的额定电压拟定接触器的额定电压；()根据被控制电路的额定电流及接触器安装的条件来拟定接触器的额定电流。如接触器在长期工作制下使用时，其负载能力应合适减少。这是由于在长期工作制下，触点的氧化膜得不到清除，使接触电阻增大,因而必须减少电流值以保持锄头的容许升温;（4)一般状况下对于控制主电路为交流的应采用交流的控制电路。电磁线圈的额定电压要与所接的电源电压相符,且要考虑安全和工作的可靠性。交流电磁线圈的电压级别有：6、110 V、127 V、20 V和380V等;直流电磁线圈的电压
