电气控制系统的设计

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4.1 电气控制系统设计的 基本内容和一般原则
一、电气控制系统设计的基本内容 设计一台电气控制系统的新设备,一般包括
以下设计内容: (1)拟定电气设计的技术条件(任务书); (2)选择电气传动形式与控制方案; (3)确定电动机的容量; (4)设计电气控制原理图; (5)选择电气元件,制订电机和电气元件明
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(二)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、常用的或经过实际考验过的 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,考虑到各个元件之 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。
例如:图4-1是电气柜接线,要求起动按钮SB1和停 止按钮SB2装在操作台上,接触器K装在电气柜内。
(1)选用的电气元件要可靠、牢固、动作时 间短,抗干扰性能好。
(2)正确连接电器的线圈。在交流控制电路 中不能串联接入两个电器的线圈,即使外加电压是 两个线圈额定电压之和,也是不允许的,如图4-5所 示。
(3)正确连接电器的触点。同一电气元件的常 开和常闭触点靠得很近,若分别接在电源不同的相 上,由于各相的电位不等,当触点断开时,会产生 电弧形成短路。如图4-6所示。
① 在获得同样功能情况下,合并同类触点。如 图4-2所示,(b)图将两个线路中同一触点合并比 (a)图在电路上少了一对触点。但是在合并触点时 应注意触点对额定电流值的限制。
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图4-2 (a) (b) 合并同类触点 图4-3(a) 不加二极管(b) 加二极管
② 利用半导体二极管的单向导电性来有效 地减少触点数,如图4-3所示。对于弱电电气控 制电路,这样做既经济又可靠。
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图4-5 两个接触器 线圈串联*
(a) 产生飞弧 (b) 消除飞弧
(b)图4-6 电气触点正确连接方式*
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(4)在控制线路中,采用小容量继电器的触点来 断开或接通大容量接触器的线圈时,要计算继电器触 点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。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。
图4-1(a)所示的接线不合理,按(a)图接线就需 要由电气柜引出4根导线到操作台的按钮上。
图4-1(b)所示线路是合理的,它将起动按钮SB1 和停止按钮SB2直接连接,两个按钮之间距离最小,所 需连接导线最短。这样,只需要从电气柜内引3根导线 到操作台上,节省了一根导线。
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(a)不合理的线路
(b)合理的线路
③ 在设计完成后,利用逻辑代数进行化简, 得到最简化的线路。
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(5) 尽量减少电器不必要的通电时间,使电 气元件在必要时通电,不必要时尽量不通电,可 以节约电能并延长电器的使用寿命。
(a) 不合理线路
(b) 合理线路
图4-4以时间原则控制的电动机降压起动线路*
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(三)保证控制线路工作的可靠性和安 全性
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(a)不合理
(b)减少元件依次动作
图4-7电器正确连接方式*
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在电气控制电路中,在某一控制信号作用下, 电路从一个状态转换到另一个状态时,常常有几个 电器的状态发生变化,由于电气元件总有一定的固 有动作时间,往往会发生不按预定时序动作的情况, 触点争先吸合,发生振荡,这种现象称为电路的 “竞争”。另外,由于电气元件的固有释放延时作 用,也会出现开关电器不按要求的逻辑功能转换状 态的可能性,我们称这种现象为“冒险”。“竞争” 与“冒险”现象都将造成控制回路不能按要求动作, 引起控制失灵。例如图4-8 是时间继电器组成的反身 关闭电路中触点竞争与解决的方法。
图4-1 电气柜接线
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(3) 尽量减少电气元件的品种、规格和数量, 并尽可能采用性能优良,价格便宜的新型器件和标 准件,同一用途尽量选用相同型号的电气元件。
(4) 尽量减少不必要的触点以简化电路。在满 足动作要求的条件下,电气元件触点愈少,控制线 路的故障机会率就愈低,工作的可靠性愈高。常用 的方法有:
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二、电气控制线路设计的一般原则
当机械设备的电力拖动方案和控制方案已经确定 后,就可以进行电气控制线路的设计。电气控制线路 的设计是电力拖动方案和控制方案的具体化,一般在 设计时应该遵循以下原则:
(一)最大限度地实现生产机械和工艺对电气控 制线路的要求
控制线路是为整个设备和工艺过程服务的。因 此,在设计之前,要调查清楚生产要求,对机械设备 的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解。 电气设计人员深入现场对同类或接近的产品进行调查, 收集资料,加以分析和综合,并在此基础上考虑控制 方式,起动、反向、制动及调速的要求,设置各种联 锁及保护装置,最大限度地实现生产机械和工艺对电 气控制线路的要求。
细表;
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(6)画出电动机、执行电磁铁、电气控制部 件以及检测元件的总布置图;
(7)设计电气柜、操作台、电气安装板以及 非标准电器和专用安装零件;
(8)绘制装配图和接线图; (9)编写设计计算说明书和使用说明书。
根据机电设备的总体技术要求和电气系统的 复杂程度不同,以上步骤可以有增有减,某些图 纸和技术文件也可适当合并或增删。
(5)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,如图4-7电器正确连接方 式 ,(a)所示不合理 ,(b)图为正确线路。
(6)避免发生触点“竞争”与“冒险”现象。
通常我们分析控制回路的电器动作及触点的接通 和断开,都是静态分析,没有考虑其动作时间。实际 上,由于电磁线圈的电磁惯性、机械惯性、机械位移 量等因素,通断过程中总存在一定的固有时间(几十 毫秒~几百毫秒),这是电气元件的固有特性,它的 延时通常是不确定、不可调的。
第四章 电气控制系统的设计
4.1电气控制系统设计的基本内容和一般原则 4.2电力拖动方案确定原则和电机的选择 4.3电气控制线路的经验设计法和逻辑设计法 4.4电气控制系统的工艺设计
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电气控制系统的设计任务是根据生产 工艺,设计出合乎要求的、经济的电气控 制线路;并编制出设备制造、安装和维修 使用过程中必须的图纸和资料,包括电气 原理图、安装图和互连图以及设备清单和 说明书等。由于设计是灵活多变的,即使 是同一功能,不同人员设计出来的线路结 构可能完全不同。因此,作为设计人员, 应该随时发现和总结经验,不断丰富自己 的知识,开阔思路,才能做出最为合格的 设计。
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