任務(wù)一電氣控制線路的設(shè)計(jì)

任務(wù)二電氣控制線路設(shè)計(jì)舉例

電氣控制線路的設(shè)計(jì)

活動(dòng)1電氣控制線路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、方法和步驟

一、活動(dòng)目標(biāo)

(1)理解電氣控制線路設(shè)計(jì)的目的和意義。

(2)熟悉電氣控制線路設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法和步驟。任務(wù)一電氣控制線路的設(shè)計(jì)

二、活動(dòng)內(nèi)容

1.電氣控制線路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1)原理設(shè)計(jì)

原理設(shè)計(jì)的步驟如下：

(1)擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。

(2)確定電力拖動(dòng)方案及控制方案。

(3)確定電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、電壓等級(jí)、容量及轉(zhuǎn)速，并選擇出具體型號(hào)。

(4)設(shè)計(jì)電氣控制原理框圖，確定電氣控制原理圖所包括的主電路、控制電路和輔助電路各部分之間的控制關(guān)系。

(5)設(shè)計(jì)并繪制電氣控制原理圖，選擇相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

(6)選擇電器元件，擬定電氣設(shè)備和電器元件明細(xì)表裝置易損件及備用件清單。

(7)在上述各項(xiàng)完成的基礎(chǔ)上，編制出符合設(shè)計(jì)要求的原理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2)工藝設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)的主要目的是便于實(shí)施電氣控制設(shè)備的制造、安裝，實(shí)現(xiàn)電氣原理設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)備的安裝、調(diào)試及維修提供必要的圖紙資料，在正確的原理設(shè)計(jì)前提下，系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性、可維修性以及結(jié)構(gòu)合理性等都與電氣工藝設(shè)計(jì)相關(guān)。電氣工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括總裝配圖、總接線圖、元器件布置圖以及電氣安裝接線圖等電氣控制設(shè)備的總體配置。工藝設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)電氣設(shè)備總體布置設(shè)計(jì)。電氣設(shè)備由元器件組成，每一器件根據(jù)各自的作用都有一定的安裝位置。有些元器件安裝在控制柜中(如接觸器、繼電器等)，有些元器件安裝在機(jī)械設(shè)備的相應(yīng)部位上(如傳感器、行程開(kāi)關(guān)等)，還有些元器件則要安裝在面板或操作臺(tái)上(如各種控制按鈕、指示燈、顯示器、指示儀表等)。由于各種電器的安裝位置不同，在構(gòu)成一個(gè)完整的電氣控制線路或系統(tǒng)時(shí)必須劃分為部件、組件等，同時(shí)還要考慮部件、組件間的電氣連接問(wèn)題。總體布置設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響到電氣控制裝置的制造、裝配、運(yùn)輸、調(diào)試、操作、維護(hù)及運(yùn)行。(2)根據(jù)已設(shè)計(jì)完成的電氣控制原理圖及選定的電器元件，設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的總體配置，繪制電氣控制線路的總裝配圖及總接線圖。其中總裝配圖和總接線圖應(yīng)能反映出電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行電器元件、電氣箱各組件、操作板布置、電源進(jìn)線的走向以及相關(guān)檢測(cè)元件的具體分布狀況和各部分之間的接線關(guān)系與連接方式。這部分設(shè)計(jì)資料可為機(jī)械電氣設(shè)備總體裝配的調(diào)試、日常維護(hù)、故障處理提供參考依據(jù)。(3)按照電氣控制原理圖劃分的組件，對(duì)總原理圖進(jìn)行分區(qū)編號(hào)，繪制各組件原理電路圖，列出各部分組件的元件目錄表，并根據(jù)總圖編號(hào)標(biāo)出各組件相應(yīng)的進(jìn)出線號(hào)。

(4)根據(jù)各組件的原理電路及選定的元件目錄表，設(shè)計(jì)各組件的裝配圖，其中包括電器元件布置圖和電氣安裝接線圖，它們主要反映各電器元件的安裝方式和接線方式。這部分資料是各組件電路的裝配和生產(chǎn)管理的依據(jù)。(5)根據(jù)組件的安裝要求，繪制相關(guān)零件圖紙，標(biāo)明安裝、使用的技術(shù)要求。這部分資料是在進(jìn)行個(gè)別零件的機(jī)械加工和對(duì)外協(xié)作加工時(shí)，需要提供和留作參考的技術(shù)資料。

(6)設(shè)計(jì)電氣箱。根據(jù)組件的尺寸及安裝要求，確定電氣箱結(jié)構(gòu)與外形尺寸，設(shè)計(jì)安裝支架，標(biāo)明安裝尺寸、安裝方式以及各組件的連接方式、通風(fēng)散熱和開(kāi)門(mén)方式。在這一部分的設(shè)計(jì)中，應(yīng)使整體布局合理、美觀、操作維護(hù)方便。

(7)根據(jù)總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等將資料進(jìn)行匯總，分別列出外購(gòu)件清單、標(biāo)準(zhǔn)件清單以及主要材料消耗額。這部分是采購(gòu)、配料和成本核算所必須具備的技術(shù)資料。

(8)在完成好上述各項(xiàng)的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)出符合要求的工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。3)環(huán)境影響因素

由于電氣控制設(shè)備或元器件都安裝在一定的環(huán)境中，環(huán)境條件必然會(huì)對(duì)設(shè)備工作可靠性、使用壽命造成很大影響，在電氣控制線路的設(shè)計(jì)中必須予以考慮。適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，有利于減少設(shè)備故障率，延長(zhǎng)電器使用壽命。影響電氣設(shè)備可靠工作的環(huán)境因素主要有氣候、機(jī)械振動(dòng)和電磁場(chǎng)等。

(1)氣候環(huán)境。氣候環(huán)境與地理?xiàng)l件密切相關(guān)，影響電氣設(shè)備的氣候環(huán)境主要包括溫度、濕度、氣壓、風(fēng)沙等。①溫度。一般規(guī)定：電氣設(shè)備的環(huán)境最高溫度不超過(guò)+40℃，24小時(shí)周期內(nèi)平均溫度不超過(guò)+35℃；最低溫度不低于-5℃。過(guò)高的環(huán)境溫度的主要影響有：電氣設(shè)備散熱變差，設(shè)備本身溫度升高，使得元器件負(fù)載能力下降，壽命縮短；高溫加劇氧化反應(yīng)，造成設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)、表面防護(hù)層加速老化等。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)高溫環(huán)境所使用的功率器件、發(fā)熱元件降級(jí)使用，考慮強(qiáng)制的冷卻措施。但是，過(guò)低的環(huán)境溫度會(huì)使空氣的相對(duì)濕度增大，材料收縮變脆，潤(rùn)滑變差。對(duì)于電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，在運(yùn)行時(shí)總要將一部分能量變成熱能，使得設(shè)備內(nèi)的溫度高于環(huán)境溫度。因此，有些設(shè)備低溫環(huán)境下要預(yù)熱；有些長(zhǎng)期不用的電氣設(shè)備適時(shí)地進(jìn)行開(kāi)機(jī)去濕，如電動(dòng)機(jī)等。②濕度。溫度與濕度結(jié)合往往會(huì)產(chǎn)生很大的破壞作用。濕度高會(huì)在物體表面附著一層水膜，大大降低產(chǎn)品的絕緣電阻，導(dǎo)致產(chǎn)品的電氣絕緣性能降低，加劇化學(xué)腐蝕和其他微生物的繁殖。而濕度過(guò)低容易產(chǎn)生靜電荷積聚，靜電對(duì)電子元器件會(huì)產(chǎn)生很大的影響。用于濕熱氣候區(qū)域的電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮元器件的密封和保護(hù)層的選用。

③氣壓。氣壓對(duì)電氣設(shè)備的影響主要是指低氣壓。海拔較高的區(qū)域氣壓低，空氣稀薄，使空氣絕緣強(qiáng)度下降，滅弧困難。因此，用于低氣壓區(qū)域的電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使絕緣間距加寬。④風(fēng)沙、灰塵。電器元件的觸點(diǎn)積有沙塵會(huì)使觸點(diǎn)的接觸電阻增大，元器件表面的沙塵會(huì)磨損防護(hù)層，導(dǎo)電的塵埃易造成絕緣漏電和短路故障。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意控制箱、柜的密封、冷卻與防護(hù)的協(xié)調(diào)關(guān)系。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮散熱和防護(hù)措施。

(2)機(jī)械環(huán)境。機(jī)械環(huán)境主要是指機(jī)械振動(dòng)環(huán)境，不同環(huán)境的振源頻帶相差較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下幾方面的因素：

①提高元器件、組件和裝置的抗振能力；

②在振源與敏感元件、部件之間采取抗振措施。(3)電磁場(chǎng)。電磁干擾對(duì)電氣設(shè)備工作可靠性影響很大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使系統(tǒng)不能正常工作。可以采取如下措施來(lái)削弱電磁干擾的影響：

①抑制噪聲源；

②阻斷干擾對(duì)敏感元器件的干擾能力；

③精選元器件、濾波、屏蔽、接地、隔離等；

④正確布局線路。

2.電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本方法

電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法有兩種：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法。

1)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法又稱(chēng)一般設(shè)計(jì)法或分析設(shè)計(jì)法，是指根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的工藝要求，選擇典型的基本控制環(huán)節(jié)(單元電路)或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來(lái)并加以補(bǔ)充或修改，綜合形成滿(mǎn)足控制要求的完整的電氣控制線路。當(dāng)找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時(shí)，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計(jì)，將主令信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕M合與變換，在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號(hào)。對(duì)于一般不太復(fù)雜的(繼電接觸式)電氣控制線路都可以按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。該方法易于掌握和使用，但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要反復(fù)修改設(shè)計(jì)草圖，以得到最佳設(shè)計(jì)方案，因此設(shè)計(jì)速度慢，且必要時(shí)還需對(duì)整個(gè)電氣控制線路進(jìn)行模擬試驗(yàn)。這種設(shè)計(jì)方法的基本步驟如下：

(1)主電路設(shè)計(jì)：主要考慮電動(dòng)機(jī)對(duì)啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速的要求。(2)控制電路設(shè)計(jì)：主要考慮如何滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)功能對(duì)生產(chǎn)工藝的要求，包括基本控制線路和控制線路特殊部分的設(shè)計(jì)、參量選擇和確定控制原則。

(3)聯(lián)鎖保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)：主要考慮如何完善整個(gè)控制線路的設(shè)計(jì)，包括各種聯(lián)鎖環(huán)節(jié)以及短路、過(guò)載、過(guò)流、失壓等保護(hù)環(huán)節(jié)。

(4)線路的綜合審查：反復(fù)審查所設(shè)計(jì)的控制線路是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)原則和生產(chǎn)工藝要求。在條件允許的情況下，進(jìn)行模擬試車(chē)，逐步完善整個(gè)電氣控制線路的設(shè)計(jì)，直到滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。2)邏輯設(shè)計(jì)法

所謂邏輯設(shè)計(jì)，是利用邏輯代數(shù)來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的，即根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)要求及工藝要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號(hào)以及主令電器(指控制按鈕、行程開(kāi)關(guān)等手動(dòng)電器)的接通與斷開(kāi)狀態(tài)看成邏輯變量，并根據(jù)控制要求將它們之間的關(guān)系用邏輯函數(shù)關(guān)系式來(lái)表達(dá)，然后再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行簡(jiǎn)化，使之成為需要的“與或”關(guān)系式。

3.電氣控制線路設(shè)計(jì)的步驟

1)擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是整個(gè)電氣控制線路設(shè)計(jì)的依據(jù)，擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，應(yīng)聚集電氣、機(jī)械工藝和機(jī)械結(jié)構(gòu)三方面的人員，制訂出一份合理的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。

對(duì)電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求是，能反映所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備的型號(hào)、用途、工藝過(guò)程、技術(shù)性能和使用環(huán)境等。除此之外，還應(yīng)說(shuō)明以下技術(shù)要求：(1)用戶(hù)所使用的電源種類(lèi)、電壓等級(jí)、頻率及容量要求等；

(2)電動(dòng)機(jī)的數(shù)量、用途、負(fù)載特性、調(diào)速范圍以及對(duì)轉(zhuǎn)向、啟動(dòng)和制動(dòng)等的要求；

(3)電氣保護(hù)、聯(lián)鎖條件、動(dòng)作程序等自動(dòng)控制要求；

(4)控制精度、生產(chǎn)效率、目標(biāo)成本、經(jīng)費(fèi)限額、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及方式等的要求。2)電力拖動(dòng)方案確定的原則和控制方式

電力拖動(dòng)方案與控制方式的確定是電氣控制線路各部分設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)和前提條件。

電力拖動(dòng)方案是指依據(jù)生產(chǎn)工藝過(guò)程要求，綜合生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)部件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)要求、負(fù)載特性、調(diào)速要求以及經(jīng)濟(jì)要求等因素，來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、數(shù)量、拖動(dòng)方式以及電動(dòng)機(jī)的各種控制特性要求。電力拖動(dòng)方案是電氣控制原理圖設(shè)計(jì)及電器元件選擇的依據(jù)。3)電動(dòng)機(jī)的選擇

在確定好電力拖動(dòng)的方案后，就可以選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式以及容量、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速等。電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)遵循以下基本原則：

(1)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械的要求，要與負(fù)載特性相適應(yīng)，以確保在一定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)有較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速、一定的調(diào)速范圍以及良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能。

(2)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)使其額定功率能得到充分發(fā)揮，即溫升接近而又不會(huì)超過(guò)電動(dòng)機(jī)自身所允許的額定溫升。(3)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械提出的安裝要求，適應(yīng)周?chē)h(huán)境的工作條件。

(4)根據(jù)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載和工作方式，正確、合理地選擇電動(dòng)機(jī)的容量。

正確、合理地選擇電動(dòng)機(jī)的容量具有非常重要的意義。選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)可以從以下四方面進(jìn)行考慮：

①對(duì)于工作制是恒定負(fù)載長(zhǎng)期運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其容量的選擇應(yīng)能保證電動(dòng)機(jī)的額定功率大于或等于負(fù)載所需要的功率。②對(duì)于工作制是變動(dòng)負(fù)載長(zhǎng)期運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其容量的選擇應(yīng)能保證當(dāng)負(fù)載變到最大時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍能給出所需要的功率，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的溫升不超過(guò)允許值。

③對(duì)于工作制是短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其容量選擇應(yīng)按照電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力來(lái)選擇。

④對(duì)于工作制是重復(fù)短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其容量的選擇原則上按照電動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的平均功耗來(lái)選擇。

(5)電動(dòng)機(jī)電壓的選擇應(yīng)根據(jù)安裝使用地點(diǎn)的電源電壓來(lái)確定，常用的有交流380V、220V。

(6)在無(wú)特殊要求的場(chǎng)合，均選用交流電動(dòng)機(jī)。4)電氣控制方案的確定

確定電氣控制方案應(yīng)遵循以下原則：

(1)控制方式應(yīng)考慮設(shè)備的通用性及專(zhuān)業(yè)化。對(duì)于專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備，由于工作程序比較固定，而且很少改變?cè)泄ぷ鬟^(guò)程，對(duì)此，可采用繼電接觸式控制系統(tǒng)，控制線路在結(jié)構(gòu)上一般接成“固定”式的；而對(duì)于要求較復(fù)雜的控制設(shè)備或者要求經(jīng)常變換工作過(guò)程和加工對(duì)象的機(jī)械設(shè)備，可采用PLC控制系統(tǒng)。(2)控制系統(tǒng)的控制方式力求在經(jīng)濟(jì)、安全可靠的前提下，能最大限度地滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求；此外，控制方案的確定還應(yīng)考慮采用聯(lián)鎖、限位保護(hù)、故障報(bào)警、信號(hào)指示等。

(3)設(shè)計(jì)出符合實(shí)際要求的電氣控制原理圖，編制電器元件目錄清單。

(4)設(shè)計(jì)出電氣設(shè)備制造、安裝、調(diào)試及維修所必需的相關(guān)施工圖，并以此為依據(jù)列出相關(guān)設(shè)備、元器件等的數(shù)目、定額清單。

(5)在完成上述各項(xiàng)的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)電氣控制方案說(shuō)明書(shū)。

三、活動(dòng)回顧與拓展

進(jìn)一步熟悉電氣原理設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、基本方法和基本步驟，掌握各階段說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)規(guī)范。活動(dòng)2電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本要求

一、活動(dòng)目標(biāo)

(1)熟悉生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制線路的要求。

(2)熟悉設(shè)計(jì)滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求的電氣控制線路的方法。

(3)掌握滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)機(jī)械要求的可靠性和安全性措施。

二、活動(dòng)內(nèi)容

電氣控制線路的設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵循以下原則。

1.最大限度地滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制線路的要求

電氣控制線路是為整個(gè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備及其工藝過(guò)程服務(wù)的，因此，在設(shè)計(jì)之前首先要弄清楚生產(chǎn)機(jī)械需滿(mǎn)足的生產(chǎn)工藝要求，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的整個(gè)工作情況做一個(gè)全面細(xì)致的了解，在盡可能的情況下深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、探討、收集資料，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)人員及現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)計(jì)出合格的電氣控制線路奠定基礎(chǔ)。2.在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求的前提下，應(yīng)設(shè)計(jì)出既能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，又能使控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的電氣控制線路圖

其具體方法及要求如下：

(1)盡可能選用符合設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)的、常用的且經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)的典型控制環(huán)節(jié)和基本電氣控制線路。

(2)盡可能減少電器元件數(shù)量，并盡可能選用同系列、同型號(hào)的電器元件，以便于維護(hù)和減少備用品的數(shù)量。

(3)盡可能地減少電器元件觸點(diǎn)數(shù)量。分析圖5-1可知，圖5-1(a)設(shè)計(jì)不合理；圖5-1(b)節(jié)省了一個(gè)KM1輔助動(dòng)合觸點(diǎn)，通過(guò)兩個(gè)線圈共用同一個(gè)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)合理。圖5-1減少電器元件觸點(diǎn)數(shù)量常用的減少觸點(diǎn)數(shù)目的方法如下：

①合并同類(lèi)觸點(diǎn)。在圖5-2中，圖(a)和圖(b)實(shí)現(xiàn)的控制功能相同，但圖(a)比圖(b)多了一對(duì)中間繼電器K2的觸點(diǎn)。合并同類(lèi)觸點(diǎn)時(shí)必須保證所用接觸器或繼電器觸點(diǎn)的容量應(yīng)大于兩個(gè)線圈電流之和。圖5-2同類(lèi)觸點(diǎn)合并②使用中間繼電器。可使用具有轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)的中間繼電器將兩對(duì)觸點(diǎn)合并成一對(duì)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)，如圖5-3所示。圖5-3具有轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)的中間繼電器的應(yīng)用(4)合理安排電器元件觸點(diǎn)位置。分析圖5-4所示的控制線路，圖5-4(a)設(shè)計(jì)不合理，因?yàn)樾谐涕_(kāi)關(guān)SQ的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)為耦合觸點(diǎn)，這樣，在觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，如有電弧飛濺，會(huì)造成電源短路或相間短路事故，而且該接法須從電氣箱到現(xiàn)場(chǎng)引出四根連接線。圖5-4(b)接法就較為合理。圖5-4觸點(diǎn)的安排(5)盡量減少連接導(dǎo)線的數(shù)量和縮短連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度。在設(shè)計(jì)電氣控制線路時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況，合理考慮并安排各種電氣設(shè)備和電器元件的位置及實(shí)際連線，以保證各種電氣設(shè)備和電器元件之間的連接導(dǎo)線的數(shù)量最少，導(dǎo)線的長(zhǎng)度最短。

分析圖5-5所示的控制線路，僅從控制線路上考慮，圖(a)和圖(b)區(qū)別不大，但若考慮實(shí)際接線，因?yàn)榘粹o裝在操作臺(tái)或電氣控制柜的門(mén)上，接觸器裝在電氣控制柜內(nèi)，按圖(a)的接法從電氣控制柜到操作臺(tái)需引四根導(dǎo)線。而(b)圖是將啟動(dòng)按鈕和停止按鈕直接相連，這樣保證了兩個(gè)按鈕之間的連接導(dǎo)線最短，而且從電氣控制柜到操作臺(tái)只需引出三根導(dǎo)線。

由此可見(jiàn)，圖(a)不合理，而圖(b)合理。在實(shí)際接線中，通常都將啟動(dòng)按鈕和停止按鈕直接連接。圖5-5電氣連接圖的合理與不合理(6)控制線路在工作時(shí)，除必要的電器元件必須通電外，其余的盡量不通電，以延長(zhǎng)觸點(diǎn)的使用壽命和節(jié)約電能。分析圖5-6(a)所示的電路，在接觸器KM2通電后，接觸器KM1和繼電器KT就不起作用，故沒(méi)必要繼續(xù)通電。若改成圖5-6(b)，在接觸器KM2通電后，通過(guò)KM2的聯(lián)鎖觸點(diǎn)切斷了接觸器KM1和時(shí)間繼電器KT的電源，節(jié)約了電能，延長(zhǎng)了電器元件的使用壽命。圖5-6減少通電電器的控制線路

3.保證電氣控制線路工作的可靠性

保證電氣控制線路工作的可靠性，最主要的工作是選擇可靠的電器元件，同時(shí)，還要遵循以下原則：

(1)正確連接電器元件的線圈。

①在交流電氣控制線路中不允許串聯(lián)接入兩個(gè)電器元件的線圈，如圖5-7(a)是不正確的。這主要是因?yàn)槊總€(gè)線圈上所分配到的電壓與線圈的阻抗成正比，而兩個(gè)電器元件(如KM1和KM2)不可能同時(shí)動(dòng)作。在圖中，若接觸器KM2先吸合，則接觸器KM2線圈的電感明顯增加，其阻抗比未吸合的接觸器KM1線圈的阻抗大，因而在接觸器KM2線圈上的壓降增大，使接觸器KM1的線圈端電壓減小，以至于接觸器KM1的線圈電壓達(dá)不到動(dòng)作值，導(dǎo)致接觸器KM1線圈電流增大，有可能將線圈燒毀。因此，若需要兩個(gè)電器元件同時(shí)工作，其線圈應(yīng)并聯(lián)連接，如圖5-7(b)所示。圖5-7線圈的正確與不正確連接②兩電感量相差懸殊的直流電壓線圈不能直接并聯(lián)。分析圖5-8所示的電路，在圖(a)中，YB為電感量較大的電磁鐵線圈，KV為電感量較小的電壓繼電器KV的線圈，當(dāng)接觸器KM1觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，由于電磁鐵YB線圈電感量較大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加在電壓繼電器KV的線圈上，流經(jīng)KV線圈上的電流有可能達(dá)到其動(dòng)作值，從而使電壓繼電器KV重新吸合動(dòng)作，過(guò)一段時(shí)間，電壓繼電器KV又釋放，如此反復(fù)，有可能燒壞電壓繼電器KV的線圈。為此，應(yīng)在電壓繼電器KV的線圈電路中單獨(dú)加一接觸器KM1的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)，如圖5-8(b)所示。圖5-8電磁鐵與繼電器線圈的正確與不正確連接(2)控制線路中應(yīng)避免出現(xiàn)寄生電路。在電氣控制線路的動(dòng)作過(guò)程中，發(fā)生意外接通的電路稱(chēng)為寄生電路。寄生電路將破壞電器元件和控制線路的工作順序或造成誤動(dòng)作。圖5-9(a)是一個(gè)具有指示燈和過(guò)載保護(hù)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路。正常工作時(shí)，能完成正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)、停止和信號(hào)指示。但當(dāng)熱繼電器FR動(dòng)作時(shí)，產(chǎn)生寄生電路，電流流向如圖中虛線所示，使正向接觸器KM1不能釋放，起不了保護(hù)作用。如果將指示燈與各自對(duì)應(yīng)接觸器線圈并聯(lián)，便可防止寄生電路，如圖5-9(b)所示。圖5-9防止寄生電路(3)控制線路中應(yīng)避免出現(xiàn)“臨界競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象”的產(chǎn)生。圖5-10為一個(gè)產(chǎn)生臨界競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象的典型電路。其工作過(guò)程是：按下按鈕SB2后，接觸器KM1和時(shí)間繼電器KT都通電，電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，延時(shí)時(shí)間到，電動(dòng)機(jī)M1停轉(zhuǎn)而M2運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)時(shí)停時(shí)轉(zhuǎn)。

產(chǎn)生上述異常現(xiàn)象的主要原因在于圖5-10電路設(shè)計(jì)不可靠，存在臨界競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。KT延時(shí)時(shí)間到，其延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)總是由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)先斷開(kāi)，而延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)后閉合，當(dāng)延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)先斷開(kāi)后，KT線圈立即斷電，但由于銜鐵復(fù)位需要時(shí)間，因此延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)有時(shí)因受到某些干擾來(lái)不及閉合，而一旦閉合不上，接觸器KM2就不能通電，M2就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。若將時(shí)間繼電器KT延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)換成接觸器KM2動(dòng)斷觸點(diǎn)以后，線路工作就可靠了。改進(jìn)后的電路如圖5-11所示。圖5-10典型的臨界競(jìng)爭(zhēng)電路圖5-11改進(jìn)后的電路(4)在頻繁操作的可逆線路中，正反轉(zhuǎn)接觸器之間要有電氣和機(jī)械雙重聯(lián)鎖。

(5)設(shè)計(jì)的電氣控制線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)的情況，并據(jù)此來(lái)決定電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式是采用直接啟動(dòng)還是采用降壓?jiǎn)?dòng)。

(6)盡可能使用同一性質(zhì)的電源種類(lèi)。由于電源有交直流兩大類(lèi)，接觸器和繼電器等也有交直流之分，為了防止交直流同用時(shí)造成短路事故，應(yīng)盡可能采用同一性質(zhì)的電源。

(7)在設(shè)計(jì)電氣控制線路時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮觸點(diǎn)的接通和分?jǐn)嗄芰ΑＨ绻胩岣哂|點(diǎn)的接通能力，則可用多觸點(diǎn)并聯(lián)的方法；如果想提高觸點(diǎn)的分?jǐn)嗄芰Γ瑒t可用多觸點(diǎn)串聯(lián)的方法。

4.保證電氣控制線路工作的安全性措施

1)短路保護(hù)

在電路發(fā)生短路時(shí)，強(qiáng)大的短路電流往往會(huì)引起各種電氣設(shè)備和電器元件的絕緣損壞

及機(jī)械損壞。為此，當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)迅速而可靠地切斷電源，圖5-12采用的是用熔斷器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)的電路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較小時(shí)，控制電路不需另設(shè)熔斷器，主電路中熔斷器也可以用作控制電路的短路保護(hù)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，在控制電路中必須單獨(dú)設(shè)置短路保護(hù)，如熔斷器FU2，也可采用低壓斷路器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，此時(shí)它既可以實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，又可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。當(dāng)線路出現(xiàn)短路或過(guò)載故障時(shí)，低壓斷路器動(dòng)作，故障處理后重新合上開(kāi)關(guān)，則線路重新運(yùn)行。圖5-12熔斷器短路保護(hù)2)過(guò)電流保護(hù)

在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因，使電動(dòng)機(jī)電流增大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)或生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備損壞。因此，為確保電動(dòng)機(jī)安全可靠地運(yùn)行，必須采取過(guò)電流保護(hù)。圖5-13(a)是采用過(guò)電流繼電器保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)流的電路，該線路通常用在限制直接啟動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流保護(hù)，其繼電器的動(dòng)作值一般整定在1.2倍的電動(dòng)機(jī)額定電流。圖5-13(b)是籠型異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的過(guò)電流保護(hù)，其工作過(guò)程為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通電延時(shí)型時(shí)間繼電器KT延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)合觸點(diǎn)(在主電路中)未斷開(kāi)，過(guò)電流繼電器的線圈沒(méi)有接入電路中，這時(shí)，雖啟動(dòng)電流很大，但過(guò)電流繼電器不起作用。當(dāng)啟動(dòng)結(jié)束后，KT的延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)因延時(shí)時(shí)間到而斷開(kāi)，過(guò)電流繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行時(shí)起過(guò)電流保護(hù)的作用。圖5-13電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流保護(hù)電氣控制原理圖(a)直流或繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)；(b)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)3)過(guò)載保護(hù)

如果電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行，其繞組的溫升將超過(guò)允許值，從而損壞或燒毀電動(dòng)機(jī)定子繞組，此時(shí)應(yīng)設(shè)置過(guò)載保護(hù)。過(guò)載保護(hù)多采用熱繼電器作為保護(hù)元件，與熔斷器或過(guò)流繼電器配合使用實(shí)現(xiàn)各自的保護(hù)功能。在圖5-14所示的電路中，圖(a)適用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)三相均勻過(guò)載；圖(b)適用于電動(dòng)機(jī)有任一相斷線或三相均衡過(guò)載的保護(hù)，但當(dāng)三相電源出現(xiàn)嚴(yán)重不均衡或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部短路、絕緣不良等現(xiàn)象致使某一相電流高于其他兩相時(shí)，則圖(a)和圖(b)就不能可靠地進(jìn)行保護(hù)；對(duì)此常采用圖(c)來(lái)實(shí)現(xiàn)三相保護(hù)，同時(shí)圖(c)也能對(duì)電動(dòng)機(jī)的各種過(guò)載情況實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)。圖5-14過(guò)載保護(hù)(a)三相均衡過(guò)載；(b)一相斷線或三相均衡過(guò)載；(c)不均衡過(guò)載4)失壓保護(hù)和欠壓保護(hù)

失壓保護(hù)和欠壓保護(hù)在的任務(wù)三三相籠型異步電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)中已講過(guò)，在此不再贅述。

5)弱磁保護(hù)

直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁磁場(chǎng)減弱或消失時(shí)，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的“飛車(chē)”現(xiàn)象，此時(shí)，有必要在控制線路中采用弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)。一般用弱磁繼電器，其吸合值一般整定為額定勵(lì)磁電流的0.8倍(見(jiàn)附錄一的直流電動(dòng)機(jī)電氣控制線路)。6)其他保護(hù)

對(duì)于做直線運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械常設(shè)有極限保護(hù)環(huán)節(jié)，如上、下極限保護(hù)，前、后極限保護(hù)等，一般用行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)斷觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，還有溫度、水位、欠壓等保護(hù)環(huán)節(jié)，以滿(mǎn)足不同生產(chǎn)工藝的要求。

三、活動(dòng)回顧與拓展

在理解本節(jié)所學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對(duì)涉及的各種電路圖做進(jìn)一步的分析，以明確滿(mǎn)足電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本原則。

注：電器元件布置圖及電氣安裝接線圖的設(shè)計(jì)方法已在的任務(wù)一中講過(guò)，這里不再贅述。活動(dòng)CW6163型臥式車(chē)床電氣控制線路設(shè)計(jì)

一、活動(dòng)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)CW6163型臥式車(chē)床電氣控制線路設(shè)計(jì)的過(guò)程分析，進(jìn)一步熟悉電氣控制線路設(shè)計(jì)的方法與步驟。任務(wù)二電氣控制線路設(shè)計(jì)舉例

二、活動(dòng)內(nèi)容

CW6163型臥式車(chē)床電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)。

1.設(shè)計(jì)要求

CW6163型臥式車(chē)床屬于普通的小型車(chē)床，性能優(yōu)良，應(yīng)用較廣泛。其主軸的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行由兩組機(jī)械式摩擦片離合器控制，主軸的動(dòng)作采用液壓制動(dòng)器，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的縱向左右運(yùn)動(dòng)、橫向前后運(yùn)動(dòng)及快速移動(dòng)由一個(gè)手柄操作控制。可完成工件最大車(chē)削直徑為630mm，工件最大長(zhǎng)度為1500mm。

2.對(duì)電氣控制的要求

(1)根據(jù)工件的最大長(zhǎng)度要求，為減少輔助工作時(shí)間，要求配備一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，主軸運(yùn)動(dòng)的起、停要求兩地控制操作。

(2)車(chē)削時(shí)產(chǎn)生的高溫，可由一臺(tái)普通冷卻泵電動(dòng)機(jī)加以控制。

(3)根據(jù)整個(gè)生產(chǎn)線狀況，要求配備一套局部照明裝置及必要的工作狀態(tài)指示燈。

3.電動(dòng)機(jī)的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可知需配備三臺(tái)電動(dòng)機(jī)：主軸電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。通常電動(dòng)機(jī)的選擇在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)確定。

(1)主軸電動(dòng)機(jī)M1確定為Y160M—4(11kW、380V、

22.6A、1460r/min)。

(2)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2確定為JCB—22(0.125kW、0.43A、2790r/min)。

(3)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3確定為Y90S—4(1.1kW、2.7A、1400r/min)。

4.電氣控制線路圖的設(shè)計(jì)

1)主電路設(shè)計(jì)

CW6163型臥式車(chē)床電氣控制原理圖如圖5-15所示。

(1)主軸電動(dòng)機(jī)M1。M1【2】的功率超過(guò)10kW，但是由于車(chē)削在設(shè)備啟動(dòng)以后才進(jìn)行，并且主軸的正反轉(zhuǎn)通過(guò)機(jī)械方式進(jìn)行，所以M1采用單向直接啟動(dòng)控制方式，用接觸器KM進(jìn)行控制。在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到過(guò)載保護(hù)，并采用電流表PA監(jiān)視車(chē)削量，就可得到圖5-15中控制M1的主電路。從該圖中可看到主軸電動(dòng)機(jī)M1未設(shè)置短路保護(hù)，它的短路保護(hù)可由機(jī)床的前一級(jí)配電箱中的熔斷器提供。圖5-15CW6163型臥式車(chē)床電氣控制原理圖(2)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。由于冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2【3】和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3【4】的功率都較小，額定電流分別為0.43A和2.7A，為了節(jié)約成本和減少體積，可分別用交流中間繼電器K1和K2(額定電流都為5A，動(dòng)合動(dòng)斷觸點(diǎn)都為4對(duì))替代接觸器進(jìn)行控制。由于快速電動(dòng)機(jī)M3屬短時(shí)運(yùn)行，故不需過(guò)載保護(hù)，這樣可得到圖5-15中控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快速電動(dòng)機(jī)M3的主電路。2)控制電源的設(shè)計(jì)

考慮到安全可靠和滿(mǎn)足照明及指示燈的要求，采用控制變壓器TC供電，其一次側(cè)為交流380V，二次側(cè)為交流127V、36V和6.3V。其中127V提供給接觸器KM和中間繼電器K1及K2的線圈電路，用于給M1、M2、M3供電；36V交流安全電壓提供給局部照明電路；6.3V提供給指示燈電路，見(jiàn)圖5-15中的【5】區(qū)。3)控制電路的設(shè)計(jì)

(1)主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制。由于機(jī)床比較大，考慮到操作方便，主軸電動(dòng)機(jī)M1可在機(jī)床床頭操作板上和刀架拖板上分別設(shè)置啟動(dòng)按鈕SB3【7】和SB4【7】、停止按鈕SB1【7】和SB2【7】進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)兩地控制。

(2)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3的控制。M2采用單向啟停控制方式，而M3采用點(diǎn)動(dòng)控制方式，電路如圖5-15所示。4)局部照明與信號(hào)指示電路的設(shè)計(jì)

設(shè)置照明燈EL、燈開(kāi)關(guān)SA和照明回路熔斷器FU3，具體電路如圖5-15【6】區(qū)所示。

可設(shè)三相電源接通指示燈HL2(綠色)，在電源開(kāi)關(guān)QS接通以后立即發(fā)光顯示，表示機(jī)床電氣線路已處于供電狀態(tài)。另外，設(shè)置指示燈HL1(紅色)表示主軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。指示燈HL1和HL2可分別由接觸器KM的動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)進(jìn)行切換通電控制。

在操作板上設(shè)有交流電流表PA【2】，并將它串聯(lián)在主軸電動(dòng)機(jī)的主回路中，用以指示機(jī)床的工作電流。這樣可根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作情況調(diào)整切削用量，使主軸電動(dòng)機(jī)盡量滿(mǎn)載運(yùn)行，以提高生產(chǎn)效率，并能提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。

5.電器元件的選擇

1)電源開(kāi)關(guān)的選擇

電源開(kāi)關(guān)QS的選擇主要考慮電動(dòng)機(jī)M1～M3的額定電流和啟動(dòng)電流，而在控制變壓器TC二次側(cè)的接觸器及繼電器線圈、照明燈和指示燈在TC一次側(cè)產(chǎn)生的電流相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，因而可不作考慮。已知M1、M2和M3的額定電流分別為22.6?A、0.43?A、2.7?A，易算得額定電流之和為25.73?A。由于只有功率較小的冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3為滿(mǎn)載啟動(dòng)，如果這兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流之和放大5倍，所通電流為15.65?A，而功率最大的主軸電動(dòng)機(jī)M1為輕載啟動(dòng)，并且電動(dòng)機(jī)M3為短時(shí)工作，因而電源開(kāi)關(guān)的額定電流確定為25?A左右。具體選擇QS為：三級(jí)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(組合開(kāi)關(guān))，HZ10—25/3型，額定電流25?A。2)熱繼電器的選擇

熱繼電器的選擇應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、啟動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)等因素綜合考慮，在本車(chē)床控制線路中，根據(jù)電動(dòng)機(jī)M1和M2的額定電流選擇熱繼電器如下：

FR1應(yīng)選用JR0—40型熱繼電器。熱元件額定電流為25A，額定電流調(diào)節(jié)范圍為16～25A，工作時(shí)調(diào)整在22.6A。

FR2也應(yīng)選用JR0—40型熱繼電器，但熱元件額定電流為0.64A，電流調(diào)節(jié)范圍為0.40～0.64A，整定在0.43A。3)接觸器的選擇

選擇接觸器主要依據(jù)電源種類(lèi)(交流與直流)、負(fù)載回路的電壓、主觸點(diǎn)額定電流、輔助觸點(diǎn)的種類(lèi)、數(shù)量和觸點(diǎn)的額定電流、額定操作頻率等。

在車(chē)機(jī)床設(shè)計(jì)的控制線路中，接觸器KM主要對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)M1進(jìn)行控制，因主軸電動(dòng)機(jī)M1的額定電流為22.6A，控制電路電壓為127V，需三對(duì)主觸點(diǎn)(兩對(duì)輔助動(dòng)合觸點(diǎn)，一對(duì)輔助動(dòng)斷觸點(diǎn))，所以接觸器KM應(yīng)選用CJ10—40型接觸器，主觸點(diǎn)額定電流為40A，線圈電