07现代低压电器及其控制技术4章.ppt

07现代低压电器及其控制技术4章.ppt

《07现代低压电器及其控制技术4章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《07现代低压电器及其控制技术4章.ppt（80页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

常用低压电器主讲人：

苗锋主讲人：

苗锋第4章电气控制线路设计基础n4.1电气设计的主要内容n机械设备电气设计一般包括以下两部分内容：

n确定拖动方案和选择电动机，前者是指选择交流拖动方案还是直流拖动方案；后者是指选择电动机的型号及容量。

n设计电气自动控制线路，并据此选择电器元件和设计电气原理图、安装图及互连图。

n4.1.1电气设计的一般内容n拟定电气设计任务书（技术条件）；n确定电力传动方案和控制方案；n选择传动电动机；n设计电气原理图（包括主、辅助电路）；n选择电气元件，制定电气元件或装置易损件及备用件的明细表；n设计操作台、电气柜、电气安装板以及非标准电器和专用安装零件；n绘制电气装配图和接线图；n编写电气原理说明书和使用说明书，包括操作顺序说明、维修说明及调整方法。

n4.1.2电气设计的技术条件n用户供电系统的电压等级、频率、容量及电流种类。

n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、故障报警和局部照明要求等。

n有关电气控制的特性，如电气控制的基本方式，自动工作循环的组成，动作程序，限位设置，电气保护及联锁条件等。

n有关电力拖动的基本特性，如电动机的数量和用途，各主要电动机的额定功率、负载特性、调速范围和方法，以及对起动、反向和制动控制的要求等。

n生产机械主要电气设备（如电动机、执行电器和行程开关等）的布置草图和参数。

n4.1.3电气传动形式的选择n

（1）电气传动方式n1）单机拖动n2）分机拖动n随着电力电子及控制技术的发展，交流调速装置的性能与成本已经能和直流调速装置竞争，越来越多的直流调速应用领域采用了交流调速方法。

因此在交流电动机能满足生产需要的场合都应采用交流电动机。

具体应考虑以下几点：

n需调速的机械，包括长期工作制、短时工作制和重复短时工作制机械，应采用交流电动机。

n在环境恶劣场合，例如高温、多尘、多水汽、易燃、易爆等场合，宜采用交流电动机。

n电动机的结构型式应当适应机械结构的要求，再考虑到现场环境，可选用防护式、封闭式、防腐式、防爆式以及变频器专用电动机等结构型式。

n

（2）调速性能n在选择调速方案时，可参考以下几点。

n1）重型或大型设备n2）精密机械设备n3）一般中小型设备n（3）负载特性n不同机电设备的各个工作机构，具有各自不同的负载特性P=f（n），M=f（n）n（4）起动、制动和反向要求n所以在必要时也可选用高起动转矩的电动机，或采用提高起动转矩的措施。

另外，还要考虑电网容量。

对于电网容量不大而起动电流较大的电动机，一定要采取限制起动电流的措施，如采用降压起动，软起动等方式，以免电网电压波动较大而造成事故。

n4.1.4电气控制方案的确定n选择控制方案遵循的主要原则是：

n

（1）自动化程度要与国情相适应n

（2）控制方式应与设备通用化和专用化的程度相适应n目前，微处理器已进入机床、自动线、机械手的控制领域，并显示出灵活、可靠、控制功能强、体积小等优越性，受到电气设计者越来越多的关注。

n（3）控制方式随控制过程的复杂程度而变化n（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n4.2电气设计的一般原则n4.2.1最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求n4.2.2在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济n1）尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的环节和线路。

n2）尽量缩短连接导线的数量和长度。

图4.1电器连接图n3）尽量减少电器的数量，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。

n4）尽量减少不必要的触点，简化电路。

常用的方法有：

n合并同类触点。

如图4.2所示，在获得同样功能情况下，4.2（b）图比4.2（a）图在电路上少了一对触头。

n利用转换触点。

如图4.3所示。

n利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数，如图4.4所示。

n利用逻辑代数进行化简，以便得到最简化的线路。

图4.2同类触头的合并图4.3转换触头的应用图4.4利用二极管等效图4.5减少通电电路n5）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。

n4.2.3保证控制线路工作的可靠性n1）选用的电器元件要可靠、牢固、动作时间少、抗干扰性能好。

n2）正确连接电器的线圈。

n在交流控制电路中不能串联接入2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4.6所示。

其线圈应该并联连接。

n对于直流电磁线圈，只要其电阻相同，是可以串联的。

但最好不要并联连接，特别是两者电感量相差较大时，例如图4.7所示。

图4.6线圈不能串联连接图4.7电磁铁与继电器线圈n3）正确连接电器的触点。

n设计时应使分布在线路不同位置的同一电器触点尽量接到同一极或同一相上，以避免在电器触点上引起短路。

见图4.8（a）所示，限位开关SQ的常开触点与常闭触点靠得很近，而在电路中分别接在不同相上，当触点断开产生电弧时，可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路，若改接成图4.8（b），因两触点电位相同，就不会造成电源短路。

n4）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。

图4.8正确连接电器的触点n5）在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器应加重型的接触器，且应有电气和机械的联锁。

n6）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。

n7）防止触点竞争现象。

图4.9（a）所示为用时间继电器的反身关闭电路。

当时间继电器KT的常闭触点延时断开后，时间继电器KT线圈失电，又使经ts秒延时断开的常闭触点闭合，以及经t1秒瞬时动作的常开触点断开。

若tst1则电路能反身关闭；若tst1，则继电器KT再次吸合，这种现象就是触点竞争。

在此电路中，增加中间继电器KA便可以解决，如图4.9（b）所示。

图4.9反身自停电路n8）设计的线路应能适应所在电网情况。

n9）防止寄生电路。

控制电路在正常工作或事故情况下，发生意外接通的电路叫寄生电路。

如图4.10所示。

图4.10寄生电路n4.2.4控制线路工作的安全性n

（1）短路保护n当电路发生短路时，短路电流引起电器设备绝缘损坏和产生强大的电动力，使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏，因此当电路出现短路电流时，必须迅速而可靠的断开电源。

图4.11（a），为采用熔断器作短路保护的电路。

n图4.11（b）为采用自动开关作短路保护的电路。

n

（2）过电流保护图4.11短路保护（a）熔断器保护（b）自动开关保护n不正确的启动和过大负载，也常常引起电动机很大的过电流。

n过电流保护电路如图4.12所示。

图4.12过电流保护n（3）过载保护n电动机长期超载运行，其绕组的温升将超过允许值而损坏，所以应设过载保护环节。

此种保护多采用热继电器为保护元件。

图4.13（a）所示为两相保护，适用于保护电动机任一相断线或三相均衡过载时。

图4.13（b）为三相保护，可以可靠的保护电动机的各种过载情况。

图4.13过载保护电路（a）两相保护（b）三相保护（4）失压保护n在电动机正常工作时，如果因为电源电压的消失而使电动机停转，那么，在电源电压恢复时，电动机就会自行起动。

实现失压保护的自锁控制，如图4.14所示。

图4.14失压保护（a）按钮控制（b）主令控制器控制n（5）弱磁保护n（6）极限保护n某些直线运动的生产机械，常设极限保护，是由行程开关的常闭触头来实现的。

n4.2.5操作和维修方便n4.3电气控制线路的经验设计法n电气控制线路有两种设计方法，一种是经验设计法，另一种是逻辑设计法。

n4.3.1经验设计法的基本步骤与基本特点n所谓经验设计法就是根据生产机械对电气n控制电路的要求，首先设计出各个独立环节的控制电路或单元电路，然后根据生产工艺要求找出各个控制环节之间的相互关系，进一步拟定联锁控制电路及进行辅助电路的设计，最后再考虑减少电器与触头数目，努力取得较好的技术经济效果。

n经验设计法的基本步骤：

n主电路设计。

n控制电路设计。

n辅助电路设计。

n反复审核电路是否满足设计原则。

n在具体的设计过程中常有两种作法：

n第一种根据生产机械的工艺要求与工作过程，将现有的典型环节集聚起来加以补充修改，综合成所需的控制线路。

n第二种在找不到现有的典型环节时，则根据生产机械的工艺要求与工作过程自行设计，边分析边画图，将输入的主令信号经过适当的转换，得到执行元件所需的工作信号。

n4.3.2经验设计法的设计举例n

（1）铣床加工的工艺要求n加工前滑台速度快速移动到加工位置，然后改为慢速进给，快进速度为慢进速度的20倍，滑台速度的改变是由齿轮变速机构和电磁铁来实现的。

即电磁铁吸合时为快进，电磁铁放松时为慢进。

n

（2）控制线路的设计n1）主回路设计nKM1与KM2分别控制滑台的电动机正反转，KM3控制左右铣头，因为左右铣头的工作情况是完全一样的，故只要在接线时注意转动方向，如图4.15所示。

图4.15主回路n2）控制回路基本设计n滑台电动机应能正反转，分别由按钮控制起动和停止。

见图4.16（a）所示。

n上述条件构成的设计草图如图4.16（b）所示。

n3）联锁及保护环节n完整的控制线路如图4.17所示。

n4）线路完善n控制线路初步设计完毕后，可能还有不合理的地方，应当仔细校核。

修改后的线路如图4.18所示。

图4.16控制回路草图图4.17完整的控制线路图4.18修改后的控制线路n4.4电气控制线路的逻辑设计法n4.4.1逻辑变量、逻辑函数及运算法则n

（1）逻辑变量n在逻辑代数中，把这种具有两个对立物理状态的量称为“逻逻辑辑变变量量”。

在继电接触式控制线路中，每一个接触器或继电器的线圈、触头以及控制按钮的触头都相当于一个逻辑变量，它们都具有两个对立的物理状态，故可采用“逻辑0”和“逻辑1”来表示。

n对于继电器、接触器、电磁铁、电磁阀、电磁离合器等元件的线圈，通常规定通电为“1”状态，失电则规定为“0”状态。

n对于按钮、行程开关元件，规定压下时为“1”状态，复位时为“0”状态。

n对于元件的触点，规定触点闭合状态为“1”状态，触点断开状态为“0”状态。

n

（2）逻辑函数n在继电接触式控制线路中，把表示触头状态的逻辑变量称为输输入入逻逻辑辑变变量量；把表示继电器、接触器等受控元件的逻辑变量称为输输出出逻逻辑辑变变量量。

显然，输出逻辑变量的取值是随各输入逻辑变量取值变化而变化。

n输入、输出逻辑变量的这种相互关系称为逻逻辑辑函数关系函数关系。

n我们还可将控制线路中输入和输出关系用列表方式表示出来，这种表称为真值表真值表。

n（3）3种基本逻辑运算（与、或、非）n1）逻辑“与”n逻辑“与”也称逻辑“乘”、逻辑“积”。

逻辑“与”其基本定义是：

决决定定事事物物结结果果的的全全部部条条件件同同时时都都具具备备时时，结结果果才才会会发发生生。

这种因果关系叫做逻辑“与”，其运算符符号号为为“”表表示示，也可省略也可省略。

n如图4.20所示，用逻辑“与”定义来解释，只有K1和K2两个触点全部闭合为“1”时，接触器线圈KM才能通电为“1”。

图4.20逻辑“与”电路图4.21逻辑“或”电路图KM=K1K2KM=K1+K2n2）逻辑“或”n逻辑“或”也称逻辑“加”、逻辑“和”。

逻辑“或”其基本定义是指：

在在决决定定事事物物结结果果的的各各种种条条件件中中只只要要有有任任何何一一个个满满足足，结结果果就就会会发发生生。

这种因果关系叫做逻辑“或”，其运运算算符符号用号用“+”表示表示。

n图4.21为逻辑“或”的电路，图中触点K1、K2任意一个闭合时，则线圈KM就通电为“1”；只有K1、K2都断开时，线圈KM就断电为“0”。

根据定义，电路中触点并联形式是逻辑“或”的关系。

逻辑“或”的逻辑函数式为：

KM=K1+K2。

n3）逻辑“非”n逻辑“非”也称逻辑“求反”，其基本定定义义是是指指：

事事物物某某一一条条件件具具备备了了，结结果果不不会会发发生生；而而此此条条