電氣控制設(shè)計(jì)的原則 電氣控制設(shè)計(jì)的原則包括以下幾項(xiàng)。

(1) 最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制的要求。

(2) 在滿足要求的前提下，使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、合理、便于操作、維修方便、安全可靠。

(3) 電氣元件選用合理、正確，使系統(tǒng)能正常工作。

(4) 為適應(yīng)工藝的改進(jìn)，設(shè)備能力應(yīng)留有裕量。

 4.1.2 電氣控制設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

1．電氣原理圖設(shè)計(jì)內(nèi)容

(1) 擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。

 (2) 選擇電力拖動(dòng)方案和控制方式。

 (3) 確定電動(dòng)機(jī)的類型、型號(hào)、容量、轉(zhuǎn)速。

 (4) 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖。

(5) 選擇電氣元件及清單。

 (6) 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。

 2．電氣工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容

 (1) 設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的總體配置，繪制總裝配圖和總接線圖。

(2) 繪制各組件電氣元件布置圖與安裝接線圖，標(biāo)明安裝方式、接線方式。

(3) 編寫(xiě)使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。 確定電力拖動(dòng)方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)機(jī)床工藝要求及結(jié)構(gòu)來(lái)選擇電力拖動(dòng)方式，確定電動(dòng)機(jī)的數(shù)量，然后根據(jù)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要求的調(diào)速范圍來(lái)選擇調(diào)速方案，使電動(dòng)機(jī)能得到充分合理的利用。

 4.2 電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇

4.2.1 電力拖動(dòng)方案的確定

 1．拖動(dòng)方式的選擇

2．調(diào)速方案的選擇

 (1) 重型或大型設(shè)備的主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，應(yīng)盡可能采用無(wú)級(jí)調(diào)速。

 (2) 精密機(jī)械設(shè)備如坐標(biāo)鏜床、精密磨床、數(shù)控機(jī)床等，為了保證加工精度，便于自動(dòng)控制，也應(yīng)采用電氣無(wú)級(jí)調(diào)速方案。

 (3) 一般中小型設(shè)備如普通機(jī)床沒(méi)有特殊要求時(shí)，可選用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠的三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，配以適當(dāng)級(jí)數(shù)的齒輪變速箱。為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大調(diào)速范圍，也可采用雙速速或多速籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

3．電動(dòng)機(jī)調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負(fù)載特性相適應(yīng) 4.2.2 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 1．根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速要求選擇電動(dòng)機(jī)種類 (1) 不需調(diào)速的機(jī)械應(yīng)首先考慮采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 (2) 對(duì)于周期性波動(dòng)負(fù)載的長(zhǎng)期工作機(jī)械，為消平尖峰負(fù)載，一般采用電動(dòng)機(jī)帶飛輪工作，這時(shí)應(yīng)考慮啟動(dòng)條件和充分利用飛輪的作用可采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 (3) 需要補(bǔ)償電網(wǎng)功率因數(shù)及穩(wěn)定的工作速度時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用同步電動(dòng)機(jī)。 (4) 對(duì)于只需幾種速度，但不要求調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，選用多速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 (5) 要求大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速時(shí)，常選用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，如電車、牽引車等。 4.2.2 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 (6) 對(duì)啟動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)要求較高的機(jī)械，常選用直流電動(dòng)機(jī)或帶調(diào)速裝置的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 (7) 對(duì)于要求調(diào)速范圍大的場(chǎng)合，常采用機(jī)械與電氣聯(lián)合調(diào)速。 4.2.2 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 2．根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式 (1) 在正常環(huán)境條件下，一般采用防護(hù)式電動(dòng)機(jī)；在人員及設(shè)備安全有保證的前提下，也可采用開(kāi)啟式電動(dòng)機(jī)。 (2) 在空氣中存在較多粉塵的場(chǎng)所，宜用封閉式電動(dòng)機(jī)。 (3) 在濕熱帶地區(qū)或比較潮濕的場(chǎng)所，應(yīng)盡量選用濕熱帶型電動(dòng)機(jī)，若用普通型電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采取相應(yīng)的防潮措施。 (4) 在露天場(chǎng)所，宜選用戶外型電動(dòng)機(jī)，若有防護(hù)措施的也可采用封閉型或防護(hù)型電動(dòng)機(jī)。 (5) 在高溫車間，應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境溫度，選用相應(yīng)絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī)，并加強(qiáng)通風(fēng)，改善電動(dòng)機(jī)的工作條件，提高電動(dòng)機(jī)的工作容量。 (6) 在有爆炸危險(xiǎn)及有腐蝕性氣體的場(chǎng)所，應(yīng)相應(yīng)地選用隔爆型及防腐型電動(dòng)機(jī)。 3．電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇 對(duì)于額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速越高的電動(dòng)機(jī)成本越小，越經(jīng)濟(jì)，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比越大，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)越復(fù)雜。因此，應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)及生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)兩方面多種因素來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 4．電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 電動(dòng)機(jī)額定電壓應(yīng)與供電電源電壓相一致。 5．電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇 依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定功率一般比拖動(dòng)的機(jī)械所需之功率大10%左右為宜。 4.2.2 拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 4.3 電氣控制電路設(shè)計(jì)的一般要求 1．電氣控制應(yīng)最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝要求 在設(shè)計(jì)之前，必須與機(jī)械設(shè)計(jì)人員充分溝通，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的工作性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝過(guò)程有充分的了解；并對(duì)同類或接近產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研、分析和綜合；然后提出控制方案，考慮控制方式、啟動(dòng)、制動(dòng)、反向及調(diào)速的要求，設(shè)置必要的聯(lián)鎖與保護(hù)，以便最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求。 2．對(duì)控制電路電流、電壓的要求 應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的控制電壓等級(jí)，盡量減少控制電路中電壓、電流的種類。 3．控制電路力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì) 1) 盡量縮短連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度與導(dǎo)線數(shù)量 2) 盡量減少電氣元件的品種、數(shù)量和規(guī)格 3) 盡量減少電氣元件觸點(diǎn)的數(shù)目 4) 盡量減少通電電器的數(shù)目 4．確保控制電路工作的安全與可靠 1) 正確連接電器的線圈 2) 正確連接電器元件的觸點(diǎn) 3) 防止寄生電路 4) 在控制電路中控制觸點(diǎn)應(yīng)合理布置 5) 考慮觸點(diǎn)的接通與分?jǐn)嗄芰?6) 避免觸點(diǎn)“競(jìng)爭(zhēng)”、“冒險(xiǎn)”現(xiàn)象 7) 采用電氣互鎖與機(jī)械互鎖的雙重互鎖 4.4.1 電氣控制電路設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 分析設(shè)計(jì)法：根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選擇一些成熟的典型基本環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些基本要求，而后再逐步完善其功能，并適當(dāng)配置聯(lián)鎖和保護(hù)等環(huán)節(jié)，使其組合成一個(gè)整體，成為滿足控制要求的完整電路。 邏輯設(shè)計(jì)法：利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具設(shè)計(jì)電氣控制電路。 在繼電接觸器控制電路中，把表示觸點(diǎn)狀態(tài)的邏輯變量稱為輸入邏輯變量，把表示繼電器接觸器線圈等受控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量。輸入、輸出邏輯變量之間的相互關(guān)系稱為邏輯函數(shù)關(guān)系，這種相互關(guān)系表明了電氣控制電路的結(jié)構(gòu)。所以，根據(jù)控制要求，將這些邏輯變量關(guān)系寫(xiě)出其邏輯函數(shù)關(guān)系式，再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律對(duì)邏輯函數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，然后根據(jù)化簡(jiǎn)了的邏輯關(guān)系式畫(huà)出相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，最后再做進(jìn)一步的檢查和優(yōu)化，以期獲得較為完善的設(shè)計(jì)方案。 4.4.2 分析設(shè)計(jì)法的基本步驟 (1) 按工藝要求提出的啟動(dòng)、制動(dòng)、反向和調(diào)速等要求設(shè)計(jì)主電路。 (2) 根據(jù)所設(shè)計(jì)出的主電路，設(shè)計(jì)控制電路的基本環(huán)節(jié)，即滿足設(shè)計(jì)要求的啟動(dòng)、制動(dòng)、反向和調(diào)速等的基本控制環(huán)節(jié)。 (3) 根據(jù)各部分運(yùn)動(dòng)要求的配合關(guān)系及聯(lián)鎖關(guān)系，確定控制參量并設(shè)計(jì)控制電路的特殊環(huán)節(jié)。 (4) 分析電路工作中可能出現(xiàn)的故障，加入必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。 (5) 綜合審查，仔細(xì)檢查電氣控制電路動(dòng)作是否正確，關(guān)鍵環(huán)節(jié)可做必要實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善和簡(jiǎn)化電路。 4.4.3 分析設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)舉例 圖4.9 送料小車動(dòng)作示意圖 有一送料小車，如圖4.9所示，電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)為Y180L-４。額定功率為7.5 kW、額定轉(zhuǎn)速為1 470 r/min、額定電壓為AC380 V。額定電流為13.5 A。要求動(dòng)作程序如下。 (1) 小車從甲地啟動(dòng)后，運(yùn)行至乙地能自動(dòng)停止，停留t1時(shí)間裝料后自動(dòng)返回。  (2) 小車返回至甲地能自動(dòng)停止，停留t2時(shí)間卸料后又自動(dòng)啟動(dòng)。 (3) 小車經(jīng)過(guò)乙地不停止，運(yùn)行至丙地又自動(dòng)停止，停留t3時(shí)間，裝另一種料后自動(dòng)返回。  (4) 小車返回經(jīng)過(guò)乙地不停止，返回到甲地后自動(dòng)停止，完成了一個(gè)工作循環(huán)；在甲地停留t2時(shí)間，卸料后又自動(dòng)啟動(dòng)，小車運(yùn)行至乙地自動(dòng)停止。 以后又按上述過(guò)程自動(dòng)循環(huán)下去。 1．控制線路原理圖設(shè)計(jì) 1) 主電路 根據(jù)控制要求可將主電路設(shè)計(jì)成帶斷電抱閘制動(dòng)的正反轉(zhuǎn)控制，如圖4.10所示。

 2) 控制電路 2．元器件的選擇 符  號(hào) 名  稱 型  號(hào) 規(guī)  格 數(shù)  量M1 三相異步電動(dòng)機(jī) Y180L-4 7.5 kW，380 V，13.5 A，1 470 r/min 1 KM1，KM2 交流接觸器 CJ20-25 20 A，線圈電壓220 V 2 FR1 熱繼電器 JR16-20 熱元件的額定電流為16 A 1 KT1，KT2，KT3 時(shí)間繼電器 JS-20 線圈電壓220 V 3 KV 電壓繼電器   線圈電壓220 V 1 SQ1，SQ2，SQ3行程開(kāi)關(guān) LX19-111 線圈電壓220 V 3 SB1，SB3，SB4控制按鈕 LA-11D 5 A，綠色 3 SB2 控制按鈕 LA-11DJ 5 A，紅色 1 QS 電源開(kāi)關(guān) H33-15/3 三極，15 A 1 FU1 熔斷器   電壓開(kāi)關(guān)自帶，15 A 1 FU2 熔斷器 RC1-15 500 V，熔體2 A 1 KA 中間繼電器 JZ7-44 線圈電壓220 V 1  3．繪制電氣元件布置圖和電氣安裝接線圖 1) 電氣元件布置圖 2) 電氣安裝接線圖 4.5 常用控制電氣的選擇 4.5.1 接觸器的選擇 1．接觸器的類型選擇 2．接觸器的使用類別選擇 3．額定電壓的選擇 4．額定電流的選擇 5．吸引線圈的額定電壓 4.5.2 電磁式繼電器的選擇 1．電磁式電壓繼電器的選擇 2．電磁式電流繼電器的選擇 3．電磁式中間繼電器的選擇 4.5.3 熱繼電器的選擇 1．熱繼電器結(jié)構(gòu)形式的選擇 2．熱繼電器額定電流的選擇 4.5.4 時(shí)間繼電器的選擇 (1) 電流種類和電壓等級(jí)：應(yīng)與控制電路一致。 (2) 延時(shí)方式：根據(jù)控制電路的要求選擇通電延時(shí)型或斷電延時(shí)型。 (3) 觸點(diǎn)形式和數(shù)量：根據(jù)控制電路的要求選擇觸點(diǎn)形式及數(shù)量。 (4) 延時(shí)精度：根據(jù)控制電路的要求選擇，延時(shí)精度要求不高的場(chǎng)合可選擇空氣阻尼式的時(shí)間繼電器；延時(shí)精度要求高的場(chǎng)合可選擇電動(dòng)式或電子式的時(shí)間繼電器。

(5) 延時(shí)時(shí)間：應(yīng)能滿足控制要求。 (6) 操作頻率：不宜過(guò)高，否則影響壽命，甚至?xí)?dǎo)致動(dòng)作失調(diào)。 4.5.5 熔斷器的選擇 1．一般熔斷器的選擇 熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)電路要求、使用場(chǎng)合及安裝條件來(lái)選擇，其保護(hù)特性應(yīng)與被保護(hù)對(duì)象的過(guò)載能力相匹配。同時(shí)，熔斷器的極限分?jǐn)嗄芰?yīng)大于或等于所保護(hù)電路可能出現(xiàn)的短路電流值，這樣才能得到可靠的短路保護(hù)。 2．快速熔斷器的選擇 (1) 快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓。 (2) 快速熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于內(nèi)部熔體的額定電流。  4.5.6 開(kāi)關(guān)電器的選擇 1．刀開(kāi)關(guān)的選擇 (1) 根據(jù)刀開(kāi)關(guān)在線路中的作用和安裝位置選擇其結(jié)構(gòu)型式。  (2) 根據(jù)線路電壓和電流來(lái)選擇。  (3) 刀開(kāi)關(guān)的極數(shù)應(yīng)與所在電路的極數(shù)相同。 2．組合開(kāi)關(guān)的選擇 (1) 組合開(kāi)關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動(dòng)機(jī)容量來(lái)選擇。 (2) 組合開(kāi)關(guān)不能用來(lái)分?jǐn)喙收想娏鳌?(3) 組合開(kāi)關(guān)的操作頻率不宜太高。 (4) 對(duì)用于控制電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的組合開(kāi)關(guān)，必須在電動(dòng)機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后才允許反方向接通。 (5) 組合開(kāi)關(guān)本身不具備過(guò)載、短路和欠電壓保護(hù)。 3．低壓斷路器的選擇 低壓斷路器的選用原則如下。 (1) 斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)大于或等于電路的正常工作電壓和電流。 (2) 斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路的最大短路電流。 (3) 欠電壓脫扣器的整定電壓應(yīng)等于電路的額定電壓。 (4) 熱脫扣器的整定電流應(yīng)等于電路的額定電流。 (5) 對(duì)保護(hù)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，斷路器的電磁脫扣器(過(guò)電流脫扣器)的瞬時(shí)脫扣整定電流為8～15倍電動(dòng)機(jī)額定電流，而保護(hù)繞線式電動(dòng)機(jī)時(shí)為3～6倍。  4.5.7 控制變壓器的選擇 根據(jù)一次和二次電壓等級(jí)及所需要的變壓器容量來(lái)選擇。 (1) 控制變壓器一、二次電壓應(yīng)與交流電源電壓、控制電路電壓與輔助電路電壓相符合。 (2) 變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，最大工作負(fù)載時(shí)變壓器的容量應(yīng)大于或等于最大工作負(fù)載所需要的功率  4.5.7 控制變壓器的選擇 根據(jù)一次和二次電壓等級(jí)及所需要的變壓器容量來(lái)選擇。 (1) 控制變壓器一、二次電壓應(yīng)與交流電源電壓、控制電路電壓與輔助電路電壓相符合。 (2) 變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，最大工作負(fù)載時(shí)變壓器的容量應(yīng)大于或等于最大工作負(fù)載所需要的功率，計(jì)算公式為 ST≥KT                               (4.5.8) 式中：ST——控制變壓器所需容量，VA； ——控制電路最大負(fù)載時(shí)工作的電器所需的總功率，其中PXC為電磁器件的吸持功率，W； KT——控制變壓器容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，一般取1.1～1.25。

控制變壓器容量應(yīng)使已吸合的電器在啟動(dòng)其他電器時(shí)仍能保持吸合狀態(tài)，而啟動(dòng)電器也能可靠地吸合。 4.6 電氣控制的施工設(shè)計(jì)與施工 4.6.1 電氣設(shè)備總體配置設(shè)計(jì) 總體配置設(shè)計(jì)是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達(dá)出來(lái)的，圖中是用示意方式反映各部分主要組件的位置和各部分的接線關(guān)系、走線方式及使用管線要求。 4.6.2 電氣元器件布置圖的設(shè)計(jì) 電柜內(nèi)的電器可按下述原則布置。 (1) 體積大或較重的電器應(yīng)置于控制柜下方。 (2) 發(fā)熱元件安裝在柜的上方，并將發(fā)熱元件與感溫元件隔開(kāi)。 (3) 強(qiáng)電弱電應(yīng)分開(kāi)，弱電部分應(yīng)加屏蔽隔離，以防強(qiáng)電及外界的干擾。 (4) 電器的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對(duì)稱。 (5) 電氣元器件間應(yīng)留有一定間距，以利布線、接線、維修和調(diào)整操作。 (6) 接線座的布置：用于相鄰柜間連接用的接線座應(yīng)布置在柜的兩側(cè)；用于與柜外電氣元件連接的接線座應(yīng)布置在柜的下部，且不得低于200 mrn。 4.6.3 電氣控制裝置接線圖的繪制 (1) 接線圖的繪制應(yīng)符合GB6988.3—1997的規(guī)定。 (2) 電氣元器件相對(duì)位置與實(shí)際安裝相對(duì)位置一致。 (3) 接線圖中同一電氣元件中各帶電部件，如線圈、觸點(diǎn)等的繪制采用集中表示法，且在一個(gè)細(xì)實(shí)線方框內(nèi)。 (4) 所有電氣元件的文字符號(hào)及其接線端鈕的線號(hào)標(biāo)注均與電氣控制電路圖完全相符。 (5) 電氣接線圖一律采用細(xì)實(shí)線繪制。 (6) 接線圖中應(yīng)標(biāo)明連接導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格、截面積及顏色。 4.6.4 電力裝備的施工 1．電氣控制柜內(nèi)的配線施工 (1) 不同性質(zhì)與作用的電路選用不同顏色導(dǎo)線。 (2) 所有導(dǎo)線中間不許有接頭。 2．電柜外部配線 (1) 所用導(dǎo)線皆為中間無(wú)接頭的絕緣多股硬導(dǎo)線。 (2) 電柜外部的全部導(dǎo)線一律都要安放在導(dǎo)線通道內(nèi)。 3．導(dǎo)線截面積的選用 導(dǎo)線截面積應(yīng)按正常工作條件下流過(guò)的最大穩(wěn)定電流來(lái)選擇，并考慮環(huán)境條件。  4.6.5 檢查、調(diào)整與試運(yùn)行 (1) 檢查接線圖。 (2) 檢查電氣元件，對(duì)照電氣元件明細(xì)表。 (3) 檢查接線是否正確。 (4) 進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。 (5) 檢查、調(diào)整電路動(dòng)作的正確性。