03 电气控制系统的设计

1.6
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
图3.1
电器连接图
1.7
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
(3) 尽量减少电器数量，采用标准件，尽可能选用相同型号的电器 元件，以减少备用量。 (4) 尽量减少不必要的触头，简化控制线路以减小控制线路的故障 率，提高系统工作的可靠性。为此可采用以下4种方法。 ① 合并同类触头。如图3.2所示，在获得同样功能的情况下，图3.2(b) 比图3.2(a)在电路中减少了一对触头。但是在合并触头时应注意触头对 额定电流值的限制。
图3.3
1.10
转换触头的应用
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
图3.4
利用二极管等效
1.11
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
④ 利用逻辑代数进行化简，以便得到最简化的线路。 (5) 线路在工作时，除必要的电路必须通电外，其余的尽量不通 电以节约电能，并延长电路的使用寿命。由图3.5(a)可知，接触器KM2 得电后，接触器KM1和时间继电器KT就失去了作用，不必继续通电，但 它们仍处于带电状态。图3.5(b)线路比较合理。在KM2得电后，就切断 了KM1和KT的电源，节约了电能，并延长了该电器的寿命。
1.23
第3章 3.1
3.1.2
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
电气控制系统设计的基本内容
1.24
电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制出设备制造和使用维修过 程中所必需的各种图纸、资料，其中包括电气系统的组件划分与元器件布置图 、安装接线图、电气原理图、控制面板布置图等，编制设备清单、电气控制系 统操作使用及维护说明书等资料。 因此，电气控制系统设计包含原理设计与工艺设计两部分。 1. 原理设计内容 电气原理设计是整个系统设计的核心，它是工艺设计和制定其他技术资料 的依据，电气控制系统原理设计内容主要包括以下部分。 (1) 拟定电气设计任务书。 (2) 确定拖动方案，选择所用电动机的型号。 (3) 确定系统的整体控制方案。 (4) 设计并绘制电气原理图。 (5) 计算主要技术参数并选择电气元件。 (6) 编写元件目录清单及设计说明书，为工程技术人员的使用提供方便。
图3.8
1.17
正确连接电器的触头
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
在控制电路中，应尽量将所有电器的联锁触头接在线圈的左端，线圈的 右端直接接电源，这样可以减少线路内产生虚假回路的可能性，还可以简化 电气柜的出线。 (4) 在控制线路中，采用小容量继电器的触头来断开或接通大容量接触 器的线路时，要计算继电器触头断开或接通容量是否足够，不够时必须加小 容量的接触器或中间继电器，否则工作不可靠。 (5) 在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器应选加重型的接触器，同 时应有电气和机械的联锁。 (6) 在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制 线路。 图3.9(a)中的继电器K4需要在K1、K2、K3相继动作后才接通。改为如图 3.9(b)所示的接线形式，每一继电器的接通只需经过一对触头，工作可靠性 大大提高了。
图3.7
1.16
大电感线圈与直流继电器线圈的连接
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
(3) 正确连接电器的触头设计时，应使分布在线路不同位置的同 一电器触头尽量接到同一极或同一相上，以避免在电器触头上引起短 路。如图3.8(a)所示，限位开关SQ的常开触头与常闭触头靠得很近， 而在电路中分别接在不同相上，当触头断开产生电弧时，可能在两触 头间形成电弧而造成电源短路，若改接成如图 3.8(b)所示的形式，因 两触头电位相同，就不会造成电源短路。
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
2. 工艺设计内容 工艺设计的主要目的是便于组织电气控制系统的制造，实现原理设计要 求的各项技术指标，为设备的调试、维护、使用提供必要的图样资料。工艺 设计的主要内容如下。 (1) 根据设计原理图及所选用的电器元件，设计绘制电气控制系统的总 装配图及总接线图。总装配图应能反映各电动机、执行电器、各种电器元件 、操作台布置、电源及检测元件的分布状况；总接线图应能反映系统中的电 器元件各部分之间的接线关系与连接方式。 (2) 根据原理框图和划分的组件，对总原理图进行编号，绘制各组件原 理电路图，列出各部分的元件目录表，并根据总图编号统计出各组件的进出 线号。 (3) 根据组件原理电路及选定的元件目录表，设计组件装配图(电器元件 布置与安装图)、接线图，图中应反映各电器元件的安装方式与接线方式。这 些资料是组件装配和生产管理的依据。
1.5
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
2. 在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济 (1) 尽量选用标准的、成熟的环节和线路。 (2) 尽量缩短连接导线的数量和长度。 设计控制线路时，应合理安排各电器的位置、考虑各个元件之间的实 际接线。要注意电气柜、操作台和限位开关之间的连接线，如图3.1(a)和 图3.1(b)所示，仅从控制线路上分析，没有什么不同，但若考虑实际接线 ，图3.1(a)就明显不合理，因为按钮在操作台上，而接触器在电气柜内， 这样就需要由电气柜二次引出较长的连接线到操作台的按钮上。而 图 3.1(b)的连接是将启动按钮和停止按钮直接连接，这样就可以减少一 次引出线，减少布线的麻烦和导线的使用数量。特别要注意，同一电器的 不同触头在线路中应尽可能具有更多的公共接线，这样可以减少导线数和 缩短导线的长度。
1.21
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
图3.11 寄生电路
1.22
4. 控制线路工作的安全性 电气控制线路应具有完善的保护环节，用以保护电网、电动机、控制电 器以及其他电器元件，消除不正常工作时的有害影响，避免因误操作而发生 事故。在自动控制系统中，常用的保护环节有短路、过流、过载、过压、失 压、弱磁、超限、极限等。这些内容已在第2章中作了介绍。
第3章
电气控制系统的设计
第3章
电气控制系统的设计
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1.1
第3章
电气控制系统的设计
任何生产机械电气的控制系统设计都包括两个基本方面，一个是满足生 产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使 用及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方 面。前者决定一台设备的使用效能和自动化程度，即决定生产机械设备的先 进性、合理性，而后者决定电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修 等方面的性能。 本章将在前面各章分析的基础上，针对某些生产机械，讨论如何完成其 电气控制系统设计，即完成一个电气控制系统设计应遵循的基本原则。
1.18
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
图3.9
触头的连接
1.19
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
(7) 防止触头竞争现象。图3.10(a)为用时间继电器的反身关闭电路。 当时间继电器KT的常闭触头延时断开后，时间继电器KT线圈失电，又使经 ts秒延时断开的常闭触头闭合，以及经t1秒瞬时动作的常开触头断开。若 ts＞t1，则电路能反身关闭；若ts＜t1则继电器KT再次吸合，这种现象就 是触头竞争。在此电路中，增加中间继电器KA便可以解决，如图3.10(b)所 示。
1.4
第3章
电气控制系统的设计
3.1
3.1.1
电气控制系统设计的基本原则
电气控制系统设计要求
电气控制系统的设计是在传动形式及控制方案选择的基础上进行的， 是传动形式与控制方案的具体化。其设计灵活多变，没有固定的方法和模 式，即使是同一个电路的功能结构，不同人员设计出来的线路可能完全不 同。因此，作为设计人员，应该随时发现和总结经验，不断丰富和拓宽思 路，才能做出最为合理的设计。一般情况下，电气控制系统的设计应满足 生产机械加工工艺的要求，线路要安全可靠，操作和维护方便，设备投资 少等。因此，要求控制电路的设计必须正确，并能合理地选择电器元件。 一般在设计时应该满足以下要求。 1. 最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求 首先要对生产要求、机械设备的工作性能、结构特点和实际加工情况 有充分了解。生产工艺要求一般是由机械设计人员提供的，实际执行时有 些地方可能会有些差异，这就需要电气设计人员深入现场对同类或接近的 产品进行调查、分析和综合，从而作为设计电气控制线路的依据。并在此 基础上考虑控制方式，启动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及 保护装置。
1.14
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
图3.6
线圈在交流控制线路中的连接
1.15
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
在直流控制电路中，对于电感较大的电磁线圈，如电磁阀、电磁铁或直 流电动机励磁线圈等，不宜与相同电压等级的继电器直接并联工作。如 图 3.7(a)所示，当触头KM断开时，电磁铁YA线圈两端产生大的感应电动势， 加在中间继电器KA的线圈上，造成KA的误动作。为此在YA线圈两端并联放电 电阻R，并在KA支路中串入KM常开触头，如图3.7(b)所示，这样就能获得可靠 工作。
1.2
第3章
电气控制系统的设计 本章内容
● ●
3.1 电气控制系统设计的基本原则 3.2 电气控制系统的设计方法
1.3
第3章 3.1
电气控制系统的设计
电气控制系统设计的基本原则
在现代生产的控制设备中，对机—电、液—电、气—电等设备的配合 要求越来越高。虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同， 但电气控制系统的设计原则和设计方法基本是相同的。 电气控制系统设计的基本原则就是：在最大程度满足生产设备和生产 工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠、动作准确、结 构简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方 便。