电气设计与CAD 第三章 电气设计与 电气控制系统分析注意的几个问题Word文档格式.docx

1、 主轴正转或反转的旋转运动：通过改变主轴电动机的转向或采用离合器 实现。 实现。 进给运动：多半是把主轴运动分出一部分动力， 进给运动：多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱 来实现刀具的进给。 来实现刀具的进给。 为了提高效率，刀架的快速运动由一台快速电动机单独拖动 由一台快速电动机单独拖动。 为了提高效率，刀架的快速运动由一台快速电动机单独拖动。 车床设有交流电动机拖动的冷却泵 实现刀具切削时冷却。 冷却泵， 车床设有交流电动机拖动的冷却泵，实现刀具切削时冷却。有的还专设 一台润滑泵对系统进行润滑。 润滑泵对系统进行润滑 一台润滑泵对系统进行润滑。 主电动机直接起动和降压起动

2、的选取：考虑电动机的容量；考虑电网的 容量。不经常起动的电动机可直接起动的容量为变压器容量的30， ，经常 容量。不经常起动的电动机可直接起动的容量为变压器容量的 ，经常 起动的电动机可直接起动的容量一般要小于变压器容量的20。 起动的电动机可直接起动的容量一般要小于变压器容量的 。 主电动机的制动方式：电气方法实现的能耗制动和反接制动；机械的摩 擦离合器制动。 擦离合器制动。 PLC电气控制技术 电气控制技术 C650卧式车床的电气控制电路 卧式车床的电气控制电路 主电路： 主电路： 主电动机M1 主电动机 冷却泵电动机M2 冷却泵电动机 快速移动电动机M3 快速移动电动机 断路器QF 断路

3、器 交流接触器KM3、KM4 交流接触器 、 热继电器FR1 热继电器 熔断器FU1 熔断器 交流接触器KM 交流接触器 限流电阻R 限流电阻 交流接触器KM1 交流接触器 热继电器FR2 热继电器 交流接触器KM2 交流接触器 熔断器FU2 熔断器 互感器TA 互感器 电流表A 电流表 PLC电气控制技术 电气控制技术 主电动机点动调整控制： 主电动机点动调整控制： PLC电气控制技术 电气控制技术 主电动机正反转控制： 主电动机正反转控制： PLC电气控制技术 电气控制技术 主轴电动机反接制动控制： 主轴电动机反接制动控制： 电动机正转时，速度继电器的正转常开触点 闭合； 电动机正转时，速

4、度继电器的正转常开触点KS1（17-23）闭合； 闭合 电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2（17-7）闭合。 闭合。 电动机反转时，速度继电器的反转动合触点 闭合 当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM，继电器 都处于得电动作状态， 当电动机正向旋转时，接触器 和 ，继电器KA都处于得电动作状态， 都处于得电动作状态 速度继电器的正转动合触点KS1（17-23）也是闭合的，这样就为电动机正转时的反 也是闭合的， 速度继电器的正转动合触点 也是闭合的 接制动做好了准备。 接制动做好了准备。 需要停车时，按下停止按钮SB4，接触器 失电， 需要停车时，按下停止按钮 ，接触器KM失电，其主

5、触点断开，电阻 串入 失电 其主触点断开，电阻R串入 主回路。与此同时KM3也失电，断开了电动机的电源，同时 也失电， 失电， 的动 主回路。与此同时 也失电 断开了电动机的电源，同时KA失电，KA的动 失电 断触点闭合。 断触点闭合。 在松开SB4后就使反转接触器 后就使反转接触器KM4的线圈通过 的线圈通过1-3-5-17-23-25电路得电，电动机 电路得电， 在松开 后就使反转接触器 的线圈通过 电路得电 的电源反接，电动机处于反接制动状态。 的电源反接，电动机处于反接制动状态。 当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合 当电动机的转速下降到速度继电器的复位

6、转速时，速度继电器 的正转动合 触点KS1（17-23）断开，切断了接触器 断开， 的通电回路， 触点 断开 切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。 的通电回路 电动机脱离电源停止。 当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点 是闭合的， 当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的，这时按一下停止 是闭合的 按钮SB4，在SB4松开后正转接触器线圈通过 松开后正转接触器线圈通过1-3-5-17-7-11电路得电，正转接触器 电路得电， 按钮 ， 松开后正转接触器线圈通过 电路得电 KM3吸合将电源反接使电动机制动后停止。 吸合将电源反接使电动机制动后停止。 吸合将电源反接

7、使电动机制动后停止 PLC电气控制技术 电气控制技术 刀架的快速移动 和冷却泵控制： 和冷却泵控制： PLC电气控制技术 电气控制技术 第一节 电气控制电路设计基础 电气控制系统设计的基本内容： 拟定电气设计任务书 确定电气传动控制方案， 确定电气传动控制方案，选择电动机 设计电气控制原理图 选择电气元件， 选择电气元件，制定明细表 设计操作台、 设计操作台、电气柜及非标准电气元件 设计电气设备布置总图、 设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图 编写电气说明书和使用操作说明书 1.拟定电气设计任务书 拟定电气设计任务书 ? 机械设备的型号，用途 工艺过程 技术性能 传动参数 现场工作条

8、件 用户供电电网类型（电压、频率及容量） 2.电力拖动方案确定的原则： 电力拖动方案确定的原则： 电力拖动方案确定的原则 （1）传动方式：单独拖动，分立拖动 ）传动方式：单独拖动， （2）调速性能：齿轮变速箱，液压调速，多速电机，无机调速 ）调速性能：齿轮变速箱，液压调速，多速电机， 无电气调速要求电力拖动方案确定: 无电气调速要求电力拖动方案确定: 笼型异步电动机：起动不频繁的场合 绕线转子异步电动机： 绕线转子异步电动机：负载静转矩大的拖动装置 要求电气调速电力拖动方案确定: 要求电气调速电力拖动方案确定: 调速范围D 、调速级数2 ： 调速范围 23、调速级数 4： 改变极对数的双速或多

9、速笼型异步电动机 调速范围D3，且不要求平滑调速： 调速范围 ，且不要求平滑调速： 绕线转子异步电动机， 绕线转子异步电动机，短时或重复短时负载 调运范围D ，且要求平滑调速： 调运范围 310，且要求平滑调速： 容量不大时可采用带滑差离合器的异步电动机。长期运转在低速时， 容量不大时可采用带滑差离合器的异步电动机 。 长期运转在低速时， 也可考虑采用晶闸管直流拖动系统。 也可考虑采用晶闸管直流拖动系统。 调速范围D ： 调速范围 10100：直流拖动系统或交流调速系统 三相异步电动机： 三相异步电动机：变更定子绕组的极数和改变转子电路的电阻 电动机调速性质的确定:与生产机械的负载特性 负载特

10、性相适应 （3）电动机调速性质的确定:与生产机械的负载特性相适应 双速笼型异步电动机，当定子绕组由三角形联结改为双星形联结时， 双速笼型异步电动机，当定子绕组由三角形联结改为双星形联结时， 转速由低速升为高速，功率却变化不大，适用于恒功率传动。 转速由低速升为高速 ，功率却变化不大 ， 适用于恒功率传动 。 由星形 联结改为双星形联结时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动。 联结改为双星形联结时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动。 直流他励电动机，改变电枢电压调速为恒转矩调速；而改变励磁调速 为恒功率调速。 为恒功率调速。 起动， （4）起动，制动和反向要求 3. 电动机的选择： 电动机

11、的选择： 选择电动机时，要考虑电动机的功率、转速、结构型式、 选择电动机时，要考虑电动机的功率、转速、结构型式、额定电压等 a） 电动机功率的选择 依据的是负载功率。 电动机功率的选择:依据的是负载功率 依据的是负载功率。 选择电动机功率的一种实用方法是调查统计类比法。 目前采用的拖动电动机功率的统计分析公式如下： （1） 卧式车床主电动机的功率 P = 36.5D1.54 式中， 为主拖动电动机功率 为主拖动电动机功率（ ）；D为工件最大直径 式中，P为主拖动电动机功率（kW）； 为工件最大直径（m）。 ）； 为工件最大直径（ ）。 （2） 立式车床主电动机的功率 P = 20D0.88 （

12、3） 摇臂钻床主电动机的功率 式中， 为主拖动电动机功率 为主拖动电动机功率（ ）； 为最大钻孔直径（ ）；D为最大钻孔直径 式中，P为主拖动电动机功率（kW）； 为最大钻孔直径（mm）。 ）。 （4） 卧式镗床主电动机的功率 P = 0 .0646 D 1 .19 P = 0 . 004 D 1 . 7 为镗杆直径（ ）；D为镗杆直径 式中，P为主拖动电动机功率（kW）； 为镗杆直径（mm）。 （5） 龙门铣床主电动机的功率 P= 1 1.15B 166 为工作台宽度（ ）；B为工作台宽度 式中，P为主拖动电动机功率（kW）； 为工作台宽度（mm）。 b） 电动机额定电压的选择 交流电动机额

13、定电压应与供电电网电压一致。 交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。 额定电压为220V/380V（三角形 联结）及380V/660V 联结） 中小型异步电动机额定电压为 （三角形/Y联结 三角形/Y联结 两种，后者可用Y/三角形起动 联结） 三角形起动； （三角形 联结）两种，后者可用 三角形起动； 当电动机功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。 直流电动机的额定电压也要与电源电压相一致。 c） 电动机额定转速的选择 从电动机制造角度来讲，对于额定功率相同的电动机，额定转速愈高， 从电动机制造角度来讲，对于额定功率相同的电动机，额定转速愈高，电 动机尺寸、质量愈小，成本愈低，选用高速电动

14、机较为经济。 动机尺寸、质量愈小，成本愈低，选用高速电动机较为经济。 由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大， 由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传 动机构愈复杂。因此应通过综合分析来确定电动机的额定转速。 动机构愈复杂。 d） 电动机结构型式的选择 按其安装位置的不同可分为卧式（轴是水平的） 电动机的结构型式按其安装位置的不同可分为卧式（轴是水平的）和立式 轴是垂直的）两种，应以电动机与工作机构的连接方便、 （轴是垂直的）两种，应以电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则 来选择。 来选择。 如防护式、封闭式、防爆式等， 电动机具有不同的防护型

15、式，如防护式、封闭式、防爆式等，具体要根据 电动机的工作条件来选择。 电动机的工作条件来选择。 e） 笼型异步电动机有关电阻的计算 （1）笼型异步电动机起动电阻的计算：在电动机减压起动方式中，定子回 笼型异步电动机起动电阻的计算： 笼型异步电动机起动电阻的计算 在电动机减压起动方式中， 路串联的限流电阻可按下式近似计算： 路串联的限流电阻可按下式近似计算： R st = 110 IN 4 K st ? 3 ?1 K srt K st 式中， 为每相启动限流电阻值（ ）；I 为电动机额定电流（ ）；K 式中，Rst为每相启动限流电阻值（ ）； N为电动机额定电流（A）； st为不加电 阻时，电动

16、机的起动电流与额定电流之比，可由手册查出； 阻时，电动机的起动电流与额定电流之比，可由手册查出；Ksrt为加入起动限流电 阻后，电动机的起动电流与额定电流之比、可根据需要选取。 阻后，电动机的起动电流与额定电流之比、可根据需要选取。 （2）笼型异步电动机反接制动电阻的计算：电动机在反接制动瞬间，定子的旋转磁 笼型异步电动机反接制动电阻的计算： 笼型异步电动机反接制动电阻的计算 电动机在反接制动瞬间， 场已经反向旋转，而转子的转向尚未来得及改变，转差率s接近 接近2， 场已经反向旋转，而转子的转向尚未来得及改变，转差率 接近 ，因此反接制 动时的电流比起动电流大。为了限制制动电流， 动时的电流比

17、起动电流大。为了限制制动电流，在电动机定子回路中也应串入 限流电阻。反接制动的限流电阻可按下式近似计算： 限流电阻。 Rrb = 110 IN 4 K st ? 0 .5 K rbr K st 式中， 为每相反接制动限流电阻阻值（ ）；K 为接入限流电阻后， 式中，Rrb为每相反接制动限流电阻阻值（ ）； rbr为接入限流电阻后，反接制 动电流与额定电流之比。如果只在电动机的两相中串入制动限流电阻， 动电流与额定电流之比。如果只在电动机的两相中串入制动限流电阻，Rrb值可取 计算值的1.5倍 计算值的 倍。 4.控制回路的方案确定 控制回路的方案确定: 控制回路的方案确定 控制方式与拖动需要相

18、适应：以经济效益为标准。控制逻辑简单、 控制方式与拖动需要相适应： 以经济效益为标准 。控制逻辑简单 、 加工程序基本固定，采用继电器接点控制方式较为合理； 加工程序基本固定，采用继电器接点控制方式较为合理；经常改变加 工程序或控制逻辑复杂，采用可编程序控制器较为合理； 工程序或控制逻辑复杂，采用可编程序控制器较为合理；数字程序控 计算机群控系统等。 制；计算机群控系统等。 控制方式与通用化程度相适应：加工一种或几种零件的专用设备， 控制方式与通用化程度相适应 ：加工一种或几种零件的专用设备 ， 通用化程度低，可以有较高的自动化程度，宜采用固定的控制电路； 通用化程度低，可以有较高的自动化程度

19、，宜采用固定的控制电路； 单件、小批量且可加工形状复杂零件的通用设备， 单件、小批量且可加工形状复杂零件的通用设备，采用数字程序控制 或可编程序控制器控制，可以根据不同加工对象设定不同的加工程序， 或可编程序控制器控制，可以根据不同加工对象设定不同的加工程序， 有较好的通用性和灵活性。 有较好的通用性和灵活性。 控制方式应最大限度满足工艺要求：自动循环、半自动循环、 控制方式应最大限度满足工艺要求： 自动循环、 半自动循环 、手动 调整、紧急快退、保护性联锁、信号指示和故障诊断等功能。 调整、紧急快退、保护性联锁、信号指示和故障诊断等功能。 控制电路的电源应可靠：简单控制电路可直接用电网电源；

20、 简单控制电路可直接用电网电源； 电路较 复杂的控制装置，可将电网电压隔离降压，以降低故障率； 复杂的控制装置，可将电网电压隔离降压，以降低故障率；自动化程 度较高的生产设备，可采用直流电源，有助于节省安装空间， 度较高的生产设备，可采用直流电源，有助于节省安装空间，便于同 无触点元件连接，元件动作平稳，操作维修也较安全。 无触点元件连接，元件动作平稳，操作维修也较安全。 5.设计电气控制原理图 设计电气控制原理图 6.选择电气元件，制定明细表 选择电气元件， 选择电气元件 7.设计操作台、电气柜及非标准电气元件 设计操作台、 设计操作台 8.设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图 设

21、计电气设备布置总图、 设计电气设备布置总图 9.编写电气说明书和使用操作说明书 编写电气说明书和使用操作说明书 电气控制电路设计方法： 先设计主电路，再设计控制电路、 设先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照明电路等 控制电路设计要求： 控制电路设计要求： 满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可靠地工作。 电路结构力求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过的电路。 操作、调整和检修方便。 具有各种必要的保护装置和联锁环节。 控制电路设计方法： 经验设计法：根据生产工艺的要求，按照电动机的控制方法， 经验设计法：根据生产工艺的要求，按照电动机的控制方法，采用 典型环节电路直接进行

22、设计。 典型环节电路直接进行设计。 逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计。 通过下面的例子来说明如何用经验设计法来设计控制电路： 例题：某机床有左、右两个动力头，用以铣削加工， 例题：某机床有左、右两个动力头，用以铣削加工，它们各由一台交流电动机拖 另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。 动；另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。加工工艺是在开始 工作时，要求滑台先快速移动到加工位置，然后自动变为慢速进给， 工作时，要求滑台先快速移动到加工位置，然后自动变为慢速进给，进给到指定 位置自动停止，再由操作者发出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。 位置自动停止，再由操作者发

23、出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。要 求两动力头电动机在滑台电动机正向起动后起动， 求两动力头电动机在滑台电动机正向起动后起动，而在滑台电动机正向停车时也 停车。 停车。 主电路设计： 动力头拖动电动机只要求单方 向旋转， 向旋转，为使两台电动机同步 起动，可用一只接触器KM3控 起动，可用一只接触器 控 滑台拖功电动机需要正转、 制。滑台拖功电动机需要正转、 反转，可用两只接触器KM1、 反转，可用两只接触器 、 KM2接制。滑台的快速移动由 接制。 接制 磁铁YA改变机械传动链来 电磁铁 改变机械传动链来 实现，由接触器KM4来控制。 来控制。 实现，由接触器 来控制 主电路 控制

24、电路设计 滑台电动机的正转、 反转分别用两个按钮SBl与SB2控制， 停车则分别用 控制， 滑台电动机的正转 、 反转分别用两个按钮 与 控制 SB3与SB4控制。 由于动力头电动机在滑台电动机正转后起动 ， 停车时也 控制。 与 控制 由于动力头电动机在滑台电动机正转后起动， 停车，故可用接触器KM1的常开辅助触点控制 的常开辅助触点控制KM3的线圈，如图 所示。 的线圈， 所示。 停车，故可用接触器 的常开辅助触点控制 的线圈 如图a所示 滑台的快速移动可采用电磁铁YA通电时，改变凸轮的变速比来实现 。滑 通电时， 滑台的快速移动可采用电磁铁 通电时 改变凸轮的变速比来实现。 台的快速前进

25、与返回分别用KM1与KM2的辅助触点控制 的辅助触点控制KM4，再由 台的快速前进与返回分别用 与 的辅助触点控制 ，再由KM4 触点去通断电磁铁YA。滑台快速前进到加工位置时 ，要求慢速进给 ，因 触点去通断电磁铁 。 滑台快速前进到加工位置时，要求慢速进给， 而在KM1触点控制 触点控制KM4的支路上串联限位开关 的支路上串联限位开关SQ3的常闭触点。此部分的 的常闭触点。 而在 触点控制 的支路上串联限位开关 的常闭触点 辅助电路如图b所示 所示。 辅助电路如图 所示。 控制电路草图 联锁与保护环节设计： 用限位开关SQ1的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车；用限位开 的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车； 用限位开关 的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车 的常闭触点控制滑台快速返回至原位时的自动停车。 关SQ2的常闭触点控制滑台快速返回至原位时的自动停车。接触器 的常闭触点控制滑台快速返回至原位时的自动停车 接触器KMl 之间应互相联锁， 与KM2之间应互相联锁，三台电动机均应用热继电器作过载保护。