电气控制线路的设计及元器件选择.ppt

第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,41 电气控制线路设计的主要内容42 电气控制线路的设计43 常用电器元件的选择,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,本章介绍:继电接触器电控线路设计方法，包括设计内容、一般程序、设计原则、设计方法和步骤，电控系统的安装、调试方法。4.1 设计的主要内容基本任务：根据控制要求，设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料，包括电气原理图、元件布置图、电气安装接线图、电气箱图及控制面板等，编制外购件目录、单台消耗清单、设备说明书等资料。设计：原理设计、工艺设计。以电力拖动控制系统为例说明。4.1.1 原理设计内容1.拟定电气设计任务书(技术条件)；2.确定电力拖动方案(电气传动形式)及控制方案；3.选择电动机，包括类型、电压等级、容量及转速，并选择出具体型号；4.设计电气控制原理框图，包括主电路、控制电路和辅助控制电路，确定各部分间关系，拟订各部分技术要求。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,5.设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数；6.选择电器元件，制定电机和电器元件明细表。以及装置易损件及备用件清单；7.编写设计说明书。4.1.2 工艺设计内容主要目的：便于组织电气控制装置的制造，实现所要求的各项技术指标，为设备使用、维修提供必要的图纸资料。主要内容：1.根据原理图及选定的电器元件，设计电气设备的总体配置，绘制系统的总装配图及总接线图。2.按照电气原理框图或划分的组件，对总原理图编号、绘制各组件原理电路图，列出元件目录表，标出各组件进出线号；3.根据各组件原理电路及选定元件目录表，设计各组件装配图(包括电器元件布置图和安装图)、接线图.4.根据组件安装要求，绘制零件图纸，并标明技术要求.5.设计电气箱，根据组件尺寸及安装要求，确定电气箱结构与外形尺寸.6.根据总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，进行汇总，分别列,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,出外购件清单、标准件清单以及主要材料消耗定额.7.编写使用说明书。实际操作时，根据总体技术要求和系统复杂程度,对上述步骤适当调整。4.2 电气控制线路的设计4.2.1设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。电控系统设计一般应遵循以下原则：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。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,（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：合并同类触点见图4-1示.利用转换触点方式见图4-2示。图4-1 同类触点合并 图4-2具有转换触点的中间继电器的应用,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,利用二极管的单向导电性减少触点数目。见图4-3示.利用逻辑代数的方法减少触点数目。如图4-4(a)示.图4-3 利用二极管简化控制电路 图4-4 利用逻辑代数减少触点（4）尽量缩短连接导线的数量和长度设计时，应根据实际情况，合理考虑并安排电气设备和元件的位置及实际连线，使连接导线数量最少，长度最短。图4-5中，图(a)接线不合理，从电气柜到操作台需4根导线。图(b)接线合理，从电气柜到操作台只需3根导线。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,注意：同一电器的不同触点在线路中应尽可能具有公共连接线。以减少导线段数和缩短导线长度，如图4-6示.图4-5 线路的合理连接 图4-6 节省连接导线的方法（5）线路工作时，除必要的电器元件必须通电外，其余尽量不通电以节约电能。如图4-7示.3保证电控线路工作可靠最主要的是选择可靠的电器元件。同时，设计时要注意几点：（1）正确连接电器元件的触点,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-7 减少通电电器的线路 图4-8 触点的正确连接 同一电器元件的常开和常闭触点靠得很近，如果分别接在电源不同相上，当触点断开产生电弧时，可能在两触点间形成飞弧造成电源短路。图4-8(a)中SQ的接法错误,应改成图4-8(b)形式.（2）正确连接电器线圈 在交流线路中，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也不允许两个电器元件的线圈串联，如图4-9（a）示。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,若需两个电器同时工作，其线圈应并联连接，如图4-9(b)示.图4-9 线圈的正确连接 图4-10 电磁铁与继电器线圈的连接 两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联,如图4-10(a)示。解决办法：在KA线圈电路中单独串接KM的常开触点，如图4-10(b)示。（3）避免出现寄生电路线路工作时，发生意外接通的电路称为寄生电路。寄生电路破坏电器元件和控制线路的工作顺序或造成误动作。见图4-11(a).解决办法：将指示灯与其相应的接触器线圈并联，如图4-11(b)示。（4）应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一电器的现象。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-1l 防止寄生电路（5）在可逆线路中，正反向接触器间要有电气联锁和机械联锁。（6）线路应能适应所在电网的情况，并据此决定电动机起动方式是直接起动还是间接起动。（7）应充分考虑继电器触点的接通和分断能力。若要增加接通能力，可用多触点并联；若要增加分断能力，可用多触点串联。4保证电控线路工作的安全性应有完善的保护环节，保证设备安全运行。常用有短路、过流、过载、失压、弱磁、超速、极限保护等。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,(1）短路保护强大的短路电流容易引起各种电气设备和元件的绝缘损坏及机械损坏。因此，短路时应迅速可靠地切断电源。采用熔断器作短路保护的电路见图4-12。也可用断路器（自动开关）作短路保护，兼有过载保护功能。图4-12 熔断器短路保护（2）过电流保护不正确的启动和过大的负载引起电动机很大的过电流；过大的冲击负载引起电动机过大的冲击电流，损坏电动机换向器；过大的电动机转矩使生产机械的机械传动部分受到损坏。采用过电流继电器的保护电路见图4-13(a),继电器动作值一般整定为电动机启动电流的1.2倍。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,用于笼型电动机直接启动的过流保护见图4-13(b).图4-13 过电流保护（3）过载保护电动机长期过载运行，其绕组温升将超过允许值，损坏电动机。多采用具有反时限特性的热继电器进行保护，同时装有熔断器或过流继电器配合使用。如图4-14示。图(a)适于三相均衡过载的保护。图(b)适于任一相断线或三相均衡过载的保护。图(c)为三相保护，能可靠地保护电动机的各种过载。图(b)和图(c)中，如电动机定子绕组为三角形联接，应采用差动式热继电器。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-14 过载保护 图4-15 失压保护（4）失压保护防止电压恢复时电动机自行起动的保护称为失压保护。通过并联在启动按钮上接触器的常开触点(图4-15(a)，或通过并联在主令控制器的零位常开触点上的零压继电器的常开触点(图4-15(b)，来实现失压保护。（5）弱磁保护直流并励电动机、复励电动机在励磁减弱或消失时，会引起电动机“飞车”。必须加弱磁保护。采用弱磁继电器，吸合电流一般为额定励磁电流的08倍.,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,（6）极限保护对直线运动的生产机械常设极限保护。如上、下极限，前、后极限等。常用行程开关的常闭触点来实现.（7）其他保护根据实际情况设置，如温度、水位、欠压等保护环节。5应使操作、维护、检修方便具体安装与配线时，电器元件应留备用触点，必要时留备用元件；为检修方便，应设置电气隔离，避免带电检修；为调试方便，控制应简单，能迅速实现从一种方式到另一种方式的转换。设置多点控制，便于在生产机械旁调试；操作回路较多时，如要求正反转并调速，应采用主令控制器，不要用许多按钮.4.2.2 电气控制线路设计的基本规律设计程序：1.拟定设计任务书设计任务书是整个系统设计的依据，拟定时，应聚集电气、机械工艺、机械结构三方面设计人员，根据机械设备总体技术要求，共同商讨。任务书应简要说明所设计设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动要求、工作条件、使用环境等。还应说明:,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,（1）控制精度，生产效率要求；（2）有关电力拖动的基本特性，如电动机的数量、用途、负载特性、调速范围以及对反向、起动和制动的要求等；（3）用户供电系统的电源种类，电压等级、频率及容量等要求；（4）有关电气控制的特性，如自动控制的电气保护，联锁条件，动作程序等；（5）其他要求，如主要电气设备的布置草图，照明，信号指示，报警方式等；（6）目标成本及经费限额;（7）验收标准及方式.2.电力拖动方案与控制方式选择根据生产工艺要求，生产机械结构，运动部件数量、运动要求、负载特性、调速要求以及投资额等条件，确定电动机的类型、数量、拖动方式，拟定电动机的启动、运行、调速、转向、制动等控制要求。作为电气原理图设计及电器元件选择的依据.,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,3.电动机的选择根据拖动方案，选择电动机的类型、数量、结构形式以及容量，额定电压，额定转速等。基本原则:（1）电动机机械特性应满足生产机械要求，与负载特性相适应，保证运行稳定性、有一定调速范围与良好的起、制动性能；（2）结构形式应满足设计提出的安装要求，适应周围环境；（3）根据负载和工作方式，正确选择电动机容量；对于恒定负载长期工作制的电动机，应保证电动机额定功率等于或大于负载所需功率；对于变动负载长期工作制电动机，应保证负载变到最大时，电动机仍能给出所需功率，而电动机温升不超过允许值；对于短时工作制电动机，应按照电动机过载能力来选择；对于重复短时工作制电动机，原则上可按电动机在一个工作循环内的平均功耗来选择；（4）电动机电压：应根据使用地点的电源电压来决定。（5）在无特殊要求的场合，一般采用交流电动机。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,4.电气控制方案的确定综合考虑各方案的性能，设备投资、使用周期、维护检修、发展等因素.主要原则：（1）自动化程度与国情相适应尽可能选用最新科技，同时要与企业自身经济实力相适应。（2）控制方式应与设备的通用及专用化相适应对工作程序固定的专用设备，可采用继电接触器控制系统；对要求较复杂的控制对象或要求经常变换工序和加工对象的设备，可采用可编程序控制器控制系统。（3）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方案，但各单机的控制方式和基本控制环节应尽量一致，以简化设计和制造过程。（4）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，还应考虑采用自动、半自动循环，工序变更、联锁、安全保护、故障诊断、信号指示、照明等。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,5.设计电气原理图并合理选择元器件，编制元器件目录清单。6.设计制造、安装、调试所必须的各种施工图纸，并以此为依据编制各种材料定额清单。7.编写说明书.4.2.3 电气控制线路的设计步骤和方法常用方法：经验设计法，逻辑设计法。1.经验设计法又称为一般设计法、分析设计法。根据生产机械工艺要求和生产过程，选择适当的基本环节（单元电路）或典型电路综合而成。要求设计人员必须熟悉和掌握大量的基本环节和典型电路，具有丰富的实际设计经验。适用于不太复杂的（继电接触式）电气控制线路设计.（1）基本步骤 主电路设计：主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动和调速。控制电路设计：包括基本控制线路和特殊部分的设计，以及选择控制参量和确定控制原则。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,主要考虑如何满足电动机的各种运转功能和生产工艺要求。联结各单元环节，构成满足整机生产工艺要求的控制电路。联锁保护环节设计：主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包含各种联锁环节以及短路、过载、过流、失压等保护。线路的综合审查：反复审查所设计的线路是否满足设计原则和生产工艺要求。在条件允许情况下，进行模拟实验，逐步完善设计，直至满足要求。（2）基本方法 根据生产机械工艺要求和工作过程，适当选用已有典型基本环节,将它们有机地组合起来，加以适当补充和修改，综合成所需线路。若无合适的典型环节，则根据机械工艺要求和生产过程自行设计,边分析边画图，将输入主令信号适当转换，得到执行元件所需的工作信号。随时增减电器元件和触点，满足给定的工作条件。（3）经验设计法举例以皮带运输机为例。一种连续平移运输机械，常用于粮库、矿山等的生产流水线上，将粮食、矿石等从一个地方运到另一个地方。一般由多条皮带机组成，可以改变运输的方向和斜度。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,属长期工作制，不需调速，无特殊要求，也不需反转。拖动电机多采用笼型异步电动机。若考虑事故情况下可能有重载启动，要求启动转矩大，可由双笼型异步电动机或绕线型异步电动机拖动，也可二者配合使用。以三条皮带运输机为例，见图4-16。工艺要求(a)启动顺序为3#、2#、1#，并要有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积，造成后面皮带重载启动。(b)停车顺序为1#，2#、3#，保证停车后皮带上不残存货物。(c)不论2#或3#哪一个出故障，1#必须停车，以免继续进料，造成货物堆积。(d)必要的保护。主电路设计 图4-16 皮带运输机工作示意图三条皮带分别由三台电机拖动，均采用笼型异步电机。由于电网容量足够大，且三台电机不同时起动，故采用直接启动。由于不经常启动、制动，对于制动时间和停车准确度也无特殊要求，制动时采用自由停车。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,三台电机都用熔断器作短路保护，用热继电器作过载保护。由此，设计出主电路如图4-17示.图4-17 皮带运输机主电路图 基本控制电路设计三台电机由三个接触器控制启、停。启动顺序为3#、2#、1#，可用3#接触器的常开（动合）触点控制2#接触器线圈，用2#接触器常开触点控制1#接触器线圈。制动顺序为1#、2#、3#，用1#接触器常开触点与控制2#接触器的常闭（动断）按钮并联，用2#接触器常开触点与控制3#接触器的常闭按钮并联。基本控制线路如图4-18示。可见，只有KM3动作后，按下SB3，KM2线圈才能通电动作，然后按下SB1、KM1线圈通电动作，实现了电动机的顺序起动。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-18 控制电路的基本部分同理，只有KM1断电释放，按下SB4，KM2线圈才能断电，然后按下SB6，KM3线圈断电，实现电动机的顺序停车。控制线路特殊部分设计为实现自动控制，皮带运输机启动和停车可用行程参量或时间参量控制。由于皮带是回转运动，检测行程比较困难，而用时间参量比较方便。所以，以时间为变化参量，利用时间继电器作输出器件的控制信号。以通电延时的常开触点作启动信号，以断电延时的常开触点作停车信号。为使三条皮带自动按顺序工作，采用中间继电器KA，线路如图4-19示.设计联锁保护环节,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-19 控制电路的联锁部分分析:按下SB1发出停车指令时，KT1、KT2、KA同时断电，KA常开触点瞬时断开，KM2、KM3若不加自锁，则KT3、KT4的延时将不起作用，KM2、KM3线圈将瞬时断电，电动机不能按顺序停车，所以需加自锁环节。三个热继电器的保护触头均串联在KA线圈电路中，无论哪一号皮带机过载，都能按1#、2#、3#顺序停车。线路失压保护由KA实现。线路综合审查线路工作过程：按下启动按钮SB2，KA通电吸合并自锁，KA常开触点闭合，接通KT1KT4，其中KT1、KT2为通电延时型，KT3、KT4为断电延时型，KT3，KT4的常开触点立即闭合，为KM2和KM3的线圈通电准备条件。KA另一个常开触点闭,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-20 完整的电路图闭合，与KT4一起接通KM3，电动机M3首先启动，经一段时间，达到KT1的整定时间，则KT1的常开触点闭合，使KM2通电吸合，电动机M2启动，再经一段时间，达到KT2的整定时间，则KT2的常开触点闭合，使KM1通电吸合，电动机M1启动。按下停止按钮SB1，KA断电释放，4个时间继电器同时断电，KT1、KT2常开触点立即断开，KM1失电，电动机M1停车。由于KM2自锁，所以，只有达到KT3的整定时间，KT3断开，使KM2断电，电动机M2停车，最后，达到KT4的整定时间，KT4的常开触点断开，使KM3线圈断电，电动机M3停车.,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,2.逻辑设计法利用逻辑代数这一数学工具来设计电控线路。将线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令元件触点的接通与断开等，看成逻辑变量，考虑线路中各逻辑变量间所要满足的逻辑关系，用函数关系式表示出来，按照一定方法和步骤设计出符合生产工艺要求的电控线路。(1)逻辑代数基础 逻辑代数中的逻辑变量和逻辑函数又称布尔代数或开关代数。(a)逻辑变量逻辑代数中,具有两种互为对立工作状态的物理量称为逻辑变量。如继电器、接触器等电器元件线圈的通电与失电，触点的断开与闭合等，其对立的两种工作状态可采用逻辑“0”和“1”表示。规定：继电器、接触器等电器元件的线圈、常开（动合）触点为原变量；常闭（动断）触点为反变量。即：线圈通电为“1”，失电为“0”；常开触点闭合为“1”，断开为“0”；,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,常闭触点闭合为“0”，断开为“1”；电器元件KA1，KA2，的常开触点分别用KA1，KA2，表示；常闭触点则分别用KA1，KA2，表示；(b)逻辑函数表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量；表示接触器、继电器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输出逻辑变量与输入逻辑变量间所满足的相互关系称为逻辑函数关系，简称为逻辑关系。逻辑代数的运算法则(a)逻辑与触点串联能够实现逻辑与运算的电路如图4-21示。逻辑表达式：K=AB(“”为逻辑与运算符号)含义：只有触点A与B都闭合，线圈K才得电。(b)逻辑或触点并联实现逻辑或运算的电路如图4-22示。逻辑表达式：K=A+B(“+”为逻辑或运算符号)含义：触点A与B只要有一个闭合，线圈K就可得电。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-21 逻辑与运算电路 图4-22 逻辑或运算电路 图4-23 逻辑非运算电路(c)逻辑非动断触点实现逻辑非运算的电路如图4-23示(P146)。表达式：K=A(“”为逻辑非运算符号)含义：触点A不动作，线圈K通电。基本定理(a)交换律 AB=BA，A+B=B+A(b)结合律 A(BC)=(AB)C，A+(B+C)=(A+B)+C(c)分配律 A(B+C)=AB+AC，A+(BC)=(A+B)(A+C)(d)重叠律 AA=A，A+A=A(e)吸收律 A+AB=A，A(A+B)=A,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,A+AB=A+B，A+AB=A+B(f)非非律 A=A(g)反演律 A+B=A*B，A*B=A+B 逻辑代数化简在保证逻辑功能(生产工艺要求)不变的前提下，运用逻辑代数的定理和法则将原始表达式化简，得到简化的电控线路图。化简时经常用到的常量和变量关系为：A+0=A A0=0A+1=l A1=A A+A=1 A A=0 化简时经常用到的方法：(a)合并项法 利用AB+A B=A，将两项合为一项例：AB C+ABC=AB(b)吸收法 利用A+AB=A消去多余的因子。例：B+ABDF=B(c)消去法 利用A+A B=A+B消去多余的因子。例：A+AB+DEF=A+B+DEF,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,(d)配项法 利用逻辑表达式乘以一个“1”和加上一个“0”其逻辑功能不变来进行化简，即利用A+A=1和A A=0。继电接触器开关的逻辑函数继电接触器开关的逻辑电路，是以检测信号、主令信号、中间单元及输出逻辑变量的反馈触点作为输入变量，以执行元件作为输出变量而构成的电路。通过图4-24的启、停自锁电路说明组成继电接触器开关的逻辑函数规律.图4-24 启、停自锁电路图4-24(a)逻辑函数：Fk=SB1+SB2K一般形式：Fk=X开+X关K(4-1),第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,图4-24(b)逻辑函数：Fk=SB2(SB1+K)一般形式：Fk=X关(X开+K)(4-2)式中,X开代表开启信号，X关代表关闭信号.实际启动、停止、自锁线路，控制一个线圈通、断电的条件往往不止一个。对开启信号，当不只一个主令信号，还必须有其它条件才能开启时，则开启主令信号用X开主表示，其它条件称为开启约束信号，用X开约表示。只有当条件都具备时，开启信号才能开启，则X开主与X开约是逻辑与的关系，用X开主X开约去代替式(4-1)、(4-2)中的X开.当关断信号不只一个主令信号，还必须有其它条件才能关断时，则关断主令信号用X关主表示，其它条件称关断约束信号，用X关约表示。只有当信号全为“0”时，信号才能关断，则X关主与X关约是逻辑或的关系，用X关主+X关约代替式(4-1)、(4-2)中的X关。启动、停止、自锁线路扩展公式：FK=X开主X开约+(X关主+X关约)K(4-3)FK=(X关主+X关约)(X开主X开约+K)(4-4),第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,（2）逻辑设计基本步骤：根据生产工艺要求，作出工作循环示意图。确定执行元件和检测元件，并根据工作循环示意图作出执行元件的动作节拍表和检测元件状态表。根据主令元件和检测元件状态表写出各程序的特征数，确定待相区分组，增设必要的中间记忆元件，使待相区分组的所有程序区分开。列出中间记忆元件的开关逻辑函数和执行元件的逻辑函数。根据逻辑函数式设计电控线路图。进一步检查、化简、完善电路，增加必要的保护和联锁环节。（3）逻辑设计法举例以皮带运输机电控线路设计为例。皮带运输机工作循环示意图见图4-16（P143）.按生产工艺要求，启动信号给出后，3#皮带机启动，经一定时间，由控制元件时间继电器KT1发出启动2#皮带机的信号，2#皮带机启动；再经一定时间，由控制元件时间继电器KT2发出启动1#皮带机的信号，1#皮带机启动。发出停止信号时，1#皮带机停车，经一定时间，由控制元件KT3发出停止2#皮带机的信号，2#皮带机停车；再经一定时间，由控制元件KT4发出停止3#皮带机的信号，3#皮带机停车。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,作出执行元件动作节拍表和检测元件状态表执行元件:KM1、KM2、KM3；检测元件:KT1、KT2、KT3、KT4；其中KT1、KT2为启动用时间继电器，用于通电延时；KT3、KT4为停止用时间继电器，用于断电延时。主令元件:启动按钮SB2和停止按钮SBl。接触器和时间继电器线圈状态见表4-1（P150），时间继电器及按钮触点状态见表4-2（P150）。表中“1”代表线圈通电或触点闭合，“0”代表线圈断电或触点断开。表中1/0和0/1表示短信号。例如，按下SB2时，常开触点闭合；松开时，触点即断开。所产生的信号为短信号，在表中用1/0表示。决定待相区分组，设置中间记忆元件根据控制或检测元件状态表得程序特征数如表4-3示（P150）。只有“1”程序和“4”程序有相同特征数001110，但SB2为短信号，需加自锁。因此，“1”程序和“4”程序属于可区分组。因为没有待相区分组，所以不需设置中间记忆元件。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,列出输出元件逻辑函数式KM3工作区间是程序15，程序0、l间转换主令信号是SB2，由01取X开主为SB2，程序5、6间转换主令信号是KT4，由10，取X关主为KT4，且SB2为短信号，需自锁。故：KM3=(SB2+KM3)KT4KM2工作区间是程序24，程序l、2间转换主令信号是KT1，由01,取X开主为KT1，程序4、5间转换主令信号是KT3，由10，取X关主为KT3，但在开关边界内X开主X关主不全为1，需自锁。故：KM2=(KT1+KM2)KT3 KM1工作程序是程序3，程序2、3间转换主令信号是KT2，由01取X开主为KT2，程序3、4间转换主令信号是SB1，由101，取X关主为，故：KM1=SB1*KT2KT1KT4工作区间是程序13，程序0、1间转换主令信号是SB2，由01，且SB2是短信号，需加自锁，取X开主为SB2。程序3、4间转换主令信号是SB1，由101，取X关主为SB1，故：KT1=(SB2+KT1)SB1 KT2=(SB2+KT2)SB1,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,KT3=(SB2+KT3)SB1 KT4=(SB2+KT4)SB1 由于KT1KT4线圈的通、断电信号相同，自锁信号可用KT1的瞬动触点代替，上面四个公式可用一个公式代替:KT1KT4=(SB2+KT1)SB1。按逻辑函数式画出电控线路图按上面逻辑函数式画出电控线路图,见图4-25示.图4-25 按逻辑函数画出的控制线路,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,考虑SB1、SB2需两常开、两常闭，对按钮来说难以满足，改用：KA=(SB2+K)SB1和KT1KT4=KA利用SB2和SB1控制中继KA线圈，再由KA常开触点控制KT1KT4线圈，由此画出图4-26电路。图4-26 完善的控制线路 进一步完善电路，增加必要的联锁和保护环节。得到与图4-20（P145）相同电路。二种设计方法比较:对一般不太复杂的线路可按经验设计法设计。对较复杂的线路，宜采用逻辑设计法设计.,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,4.3 常用电器元件的选择 正确、合理选用元器件，是电路安全、可靠工作的保证。基本原则：按对电器元件的功能要求确定电器元件的类型。确定电器元件承载能力的临界值及使用寿命。根据电器控制的电压、电流及功率的大小确定电器元件的规格。确定电器元件预期的工作环境及供应情况，如防油防尘、防水、防爆及货源情况。确定电器元件在应用中所要求的可靠性。确定电器元件的使用类别。4.3.1 按钮、开关类电器选择1.按钮主要根据所需要的触点数、使用场合、颜色标注、以及额定电压、额定电流进行选择。按钮颜色及其含义：见国标GB522685机床电气设备通用技术条件规定,如:,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,（1）“停止”和急停按钮必须是红色。（2）“启动”按钮的颜色是绿色。（3）“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色。（4）点动按钮必须是黑色。（5）复位按钮（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。当复位按钮还有停止作用时，则必须是红色.按钮颜色的含义及应用见表45（P154）。2.行程开关主要根据机械设备运动方式与安装位置，挡铁的形状、速度、工作力、工作行程、触点数量、及额定电压、额定电流来选择。3.万能转换开关根据控制对象的接线方式、触点型式与数量、动作顺序和额定电压、额定电流等参数进行选择。4.电源引入控制开关机械设备常选用刀开关、组合开关和断路器等。(1)刀开关与铁壳开关,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,根据电源种类、电压等级、电动机容量及控制极数进行选择。用于照明电路时，额定电压、额定电流应等于或大于电路最大工作电压与工作电流。用于电动机直接启动时，额定电压为380V或500V、额定电流应等于或大于电动机额定电流的3倍。(2)组合开关根据电流种类、电压等级、所需触点数量及电动机容量进行选择。用于控制7kW以下电动机的启动、停止时，额定电流应等于电动机额定电流的三倍。若不直接用于启动和停机，额定电流只需稍大于电动机额定电流。(3)断路器包括正确选用开关类型、容量等级和保护方式。额定电压和额定电流应不小于电路正常工作电压和工作电流。热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流一致。电磁脱扣器瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的峰值电流。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,对电动机，断路器电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流值I按下式计算 I KIST(45)式中 K安全系数，可取K=1.7；IST电动机启动电流。4.3.2 熔断器选择先确定熔体额定电流，再根据熔体规格，选择熔断器规格，根据被保护电路的性质，选择熔断器的类型。1.熔体额定电流的选择(1)电阻性负载，如照明电路、信号电路、电阻炉电路等。IFUN I（46）式中 IFUN 熔体额定电流；I 负载额定电流。(2)冲击性负载（出现尖峰电流），如笼型电动机起动电流为(47)Ied(Ied为电机额定电流)。单台不频繁起、停，且长期工作的电动机：IFUN(1.52.5)Ied（47）,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,单台频繁起动、长期工作的电动机：IFUN=(33.5)Ied（48）多台长期工作的电动机共用熔断器：IFUN(1.52.5)Iemax+Ied（49）或 IFUN Im2.5(410）式中 Iemax容量最大一台电动机的额定电流；Ied 其余电动机额定电流之和；Im 电路中可能出现的最大电流。当几台电动机不同时起动时，电路中最大电流:Im 7 Iemax+Ied（411）(3)采用降压方法起动的电动机：IFUN Ied（412）2.熔断器规格选择额定电压大于电路工作电压，额定电流等于或大于所装熔体额定电流。3.熔断器类型选择应根据负载保护特性的短路电流大小及安装条件选择.,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,4.3.3 交流接触器选择主要考虑主触点额定电压与额定电流、辅助触点数量、吸引线圈电压等级、使用类别、操作频率等。主触点额定电流应等于或大于负载或电动机的额定电流。1.额定电压与额定电流主要考虑接触器主触点的额定电压与额定电流。UKMNUCN（413）IKMN IN=（414）式中 UKMN 接触器额定电压；UCN 负载额定线电压；IKMN 接触器额定电流；IN 接触器主触点电流；PMN 电动机功率；UMN 电动机额定线电压；K 经验常数，K11.4。,PMN103 KUMN,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,2.吸引线圈的电流种类及额定电压对频繁动作场合，宜选用直流励磁方式;一般情况下采用交流控制。线圈额定电压:根据控制电路复杂程度，维修、安全要求，设备采用控制电压等级考虑。3.其它方面（1）辅助触点的额定电流、种类和数量。（2）根据使用环境选择有关接触器或特殊用接触器。（3）考虑电器的固有动作时间,电器的使用寿命和操作频率。4.3.4 继电器的选择1.电磁式通用继电器先考虑交流类型或直流类型，而后考虑采用电压继电器还是电流继电器，或是中间继电器。保护用继电器:考虑过电压(或过电流)、欠电压(或欠电流)继电器的动作值和释放值；中间继电器:考虑触点类型和数量，励磁线圈的额定电压或额定电流。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,2.时间继电器根据延时方式、延时精度、延时范围、触点形式及数量、工作环境等因素确定类型，再选择线圈额定电压。3.热继电器结构型式：主要决定于电动机绕组接法及是否要求断相保护。热元件整定电流按下式选取:IFRN(0.951.05)Ied（415）式中 IFRN热元件整定电流。对工作环境恶劣、启动频繁的电动机按下式选取：IFRN(1.151.5)Ied（416）对过载能力较差的电动机，热元件整定电流为电动机额定电流的(60 80)。对重复短时工作制电动机，其过载保护不宜选用热继电器，而应选用温度继电器。4.速度继电器根据机械设备的安装情况及额定工作转速，选择合适的型号。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,4.3.5 控制变压器的选择用于降低辅助电路电压，保证控制电路安全可靠工作。选择原则：1.一、二次侧电压应与交流电源电压、控制电路和辅助电路电压相等。2.应能保证接于二次侧的交流电磁器件在起动时可靠吸合。3.电路正常运行时，变压器温升不超过允许值。容量近似计算：PT 0.6Pq+0.25PKj+0.125KLPKm（417）式中 PT 控制变压器容量(VA);Pq 电磁器件的吸持功率(VA)；PKj 接触器、继电器起动功率(VA)；PKm 电磁铁起动功率(VA)；KL 电磁铁工作行程LP与额定行程LN之比的修正系数；当LPLN 0.50.8时，KL 0.70.8；LPLN 0.850.9时，KL 0.850.9；LPLN 0.9以上时，KL 1,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,上式满足，既可保证已吸合的电器在启动其它电器时仍能保持吸合状态，又能保证启动电器可靠地吸合。变压器容量也可按变压器长期运行的允许温升来确定，这时变压器的容量应大于或等于最大工作负载的功率。PT Kf Pq（418）式中 Kf 变压器容量储备系数，Kf 1.11.25。控制变压器实际容量应由以上两式计算出的最大容量来确定.4.3.6 笼型异步电动机有关电阻的计算1.启动电阻的计算在降压启动方式中，定子回路串联的限流电阻Rq可按下式近似计算：Rq=(419)式中 Rq每相启动限流电阻的阻值()；Ied电动机额定电流(A)；Kq不加电阻时电动机的启动电流与额定电流之比(查手册)；Kqr加入启动限流电阻后，电动机启动电流与额定电流之比，可根据需要选取。,第4章 电气控制线路的设计及元器件选择,若只在电动机两相中串入限流电阻，Rq的值可取计算值的1.5倍，加入限流电阻后，起动转矩Mqr可由下式估算：Mqr=（420）式中 Mq电动机不加起动电阻时的起动转矩；Me电动机额定转矩；Km电动机起动转矩与额定转矩之比(查手册)。2.反接制动电阻的计算电动机定子回路接入反接制动限流电阻。其阻值Rzr由下式计算：（421）式中 Kzr接入限流电阻后，反接制动电流与额定电流之比。若只在电动机两相串联制动限流电阻Rzr，则Rzr可取计算值的1.5倍。电动机转速在制动到零的瞬间，其制动转矩Mzr可估算为：Mzr(Kzr/Kq)2Mq(Kzr/Kq)2KmMe（422）,