机械设备电气控制
7
南通工学院机械工程系
3 继电接触器控制系统设计
3.1 电气设计的主要内容
1) 确定电气设计的技术条件和任务书；
2) 选择电力拖动与控制方案；
3) 选择电动机及其它电器元件，制定电器
元件明细表；
4) 设计电气控制原理图；
5) 绘制机电设备的电气装配图和接线图；
6) 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；
7) 编写设计计算说明书和使用说明书。
一、电气设计的技术条件
任务书中，除简要说明所设计的机电设备名
称、型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参
数以及现场工作条件外，还须说明：
1) 用户供电电网的种类、电压、频率及容
量；
2) 有关电力拖动的基本特性；
3) 有关电气控制的特性；
4) 有关操作方面的要求；
5) 机电设备主要电器元件的布臵草图。
二、电力拖动形式的选择
1、传动方式
? 单电机拖动（单独拖动）
? 多电机拖动（分立拖动）
2、调速性能
? 重型或大型设备：电气无级调速
? 精密机械设备：电气无级调速
? 一般中小型设备：①三相笼型异步电动机 +
齿轮变速箱；②双速或多速笼型异步电动
机
二、电力拖动形式的选择
3、负载特性
? 机床主运动为恒功率负载，进给运动为
恒转矩负载；
? 电动机的调速特性应与负载特性相适应。
? 双速异步电动机：△ → YY为恒功率调速
Y→YY 为恒转矩调速
? 他励直流电动机：改变励磁为恒功率调速
改变电压为恒转矩调速
4、起动、制动和反向要求
三、电气控制方式的选择
1、可靠性
? 系统应尽可能简化
2、方案
? 继电接触器
? 可编程控制器（ PLC）
? 数控
? 微机控制
3、方式
? 时间控制
? 速度控制
? 行程控制
? 电流控制
3.2 电动机的选择
一、电动机容量的选择
?电动机的额定容量由允许温升决定，选择电动机功率的
依据是负载功率
1、主拖动电动机容量的选择
? 统计类比法
? 分析计算法
2、进给拖动电动机容量的选择
? 进给拖动与主拖动共用一台电动机时，计算主拖动
电动机功率即可；
? 进给拖动采用单独电动机时，按快速移动所须功率
选择。
二、电动机额定电压的选择
1、直流电动机（与电源电压相一致 ）
? 直流发电机供电：常用 220V或 110V,大功率
电动机可提高到 600～ 800V,甚至 1000V
? 晶闸管整流装臵供电,Z3型电动机增加 160V、
440V电压等级,Z2型电动机增加 180V,340V、
440V电压等级
2、交流电动机（与供电电网电压相一致 ）
? 一般车间电网电压为 380V,因此，中小型异
步电动机额定电压为 220/380（△ /Y联结）及
380/600（△ /Y联结）两种
三、电动机额定转速的选择
? 额定功率相同的电动机，额定转速愈高，其体积愈小，
重量愈轻，价格愈低。因此，选用高速电动机较为经
济。但机械传动机构复杂。
? 对于工作于长期工作制（即连续工作时很少起、制动）
的工作机械：原则上应选用额定转速较高的电动机，
但应考虑初始投资、占地面积和维护费用。
? 对于工作于短时工作制（即经常起、制动及反转）的
工作机械：应考虑额定转速对起、制动时间和起、制
动过程中能量损耗的影响，以过渡过程能量损耗最小
为选择依据。
? 异步电动机常用额定转速,3000,1500,1000,750，
600 r/min
? 同步电动机常用额定转速,1500 r/min
四、电动机结构型式的选择
? 按安装位臵分：卧式、立式
? 按工作环境分：开启式、防护式、封闭式、防爆
式
? 机床电气设备通用技术条件中规定：机床应采用
全封闭扇冷式电动机。机床上推荐使用防护等级
最低为 IP44的交流电动机。某些场合必须采用强
迫通风。
? 常用 Y系列三相异步电动机为封闭自扇冷式笼型异
步电动机，安装尺寸和功率等级完全符合 IEC标准
和 DIN42673标准。
? YD系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与
国外同类先进产品相当，供配套出口及引进设备
替换。
3.3 电气控制线路的设计
一、电气控制线路设计的一般要求
1） 满足 生产机械的 工艺 要求，能按照工艺要
求准确、可靠地工作；
2）线路结构力求 简单,经济；
3） 安全,可靠，具有必要的保护装臵和联锁
环节，误操作时不致于发生重大事故；
4）操作、维修 方便 。
二、电气控制线路电源的选择
控制电路类型 常用电压值 （ V） 电源设备
交流电力拖动的控
制电路比较简单者 交
流
380,220 直接采用动力
电源
交流电力拖动的制
电路比较复杂者
220,110 采用控制变压
器
照明及信号指示电
路
48,36,24、
6
采用电源变压
器
直流电力拖动的控
制电路
直
流
220,110 整流器
直流电磁铁及离合
器的控制电路
24 整流器
三、电气控制线路的设计方法
? 经验设计法：从满足生产工艺要求出发，按照电动
机的控制方法，利用各种基本控制环节和基本控制
原则，借鉴典型的控制线路，把它们综合地组合成
一个整体来满足生产工艺要求。
? 逻辑设计法：根据生产工艺的要求，利用逻辑代数
方法这一数学工具来分析、化简、设计控制线路。
? 逻辑表示方法：
继电器等元件线圈 通电为, 1”,失电为, 0”
继电器等元件触点 闭合为, 1”,断开为, 0”
按钮、行程开关 压下为, 1”,复位为, 0”
常用 K,KM,ST… 表示继电器、接触器、行程开关的常开触
点，用 K, KM, ST … 表示继电器、接触器、行程开关的
常闭触点
逻辑代数运算法则,
基本法则 结合律 吸收律
0?A=0
1?A=1
A?A=A
A?A=0
0+A=A
1+A=1
A+A=A
A+A=1
A=A
ABC=（ AB） C =A（ BC）
A+B+C=（ A+B） +C=A+（ B+C）
A（ A+B） =A
A（ A+B） =AB
A+AB=A
A+AB=A+B
AB+AB=A
（ A+B）（ A+B）
=A
AB=A+B
A+B=A B
分配律
A（ B+C） =AB+AC
A+BC=（ A+B） ?（ A+C）
四、电气控制线路的设计规律
f(KM)=K1K2K3 f(K0)=K1K2K3…K n
f(K10)=ST01ST02ST03…ST 0n
f(K12)=ST1ST2ST3…ST n
1、动合触点串联（逻辑, 与, ）
f(KM)=K1+K2+K3 f(KM)=SB1(SB3+SB4+KM)SB2
2、动合触点并联（逻辑, 或, ）
3、动断触点串联
4、动断触点并联
5、电路保护（逻辑, 非, ）
f(KM)=K
五、电气控制线路设计中应注意的问题
1、尽量避免不必要的联锁动作现象；
2、正确联接电器线圈；
? 电器线圈的一端应接在电源的同一端
? 交流电器线圈不能串联使用
3、尽量减少电器触点数；
K1K 1K 2K1Kf ???)(
4)32(
4)32()(
KKKK1
KK1 KK1 KKf
??
??
321
32)231(1
3221311
3212311
)3)(2()(
KKK
KKKKK
KKKKKKK
KKKKKKK 1 K
KK1KK1Kf
??
????
????
????
???
4、避免出现寄生电路；
5、尽量减少联接导线的数量与长度；
6、尽量减少电器不必要的通电时间；
7、应考虑各种联锁关系及完善的保护措施；
8、应考虑有关操纵、故障检查、检测仪表、信号
指示、报警以及照明等要求。
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南通工学院机械工程系
3 继电接触器控制系统设计
3.1 电气设计的主要内容
1) 确定电气设计的技术条件和任务书；
2) 选择电力拖动与控制方案；
3) 选择电动机及其它电器元件，制定电器
元件明细表；
4) 设计电气控制原理图；
5) 绘制机电设备的电气装配图和接线图；
6) 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；
7) 编写设计计算说明书和使用说明书。
一、电气设计的技术条件
任务书中，除简要说明所设计的机电设备名
称、型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参
数以及现场工作条件外，还须说明：
1) 用户供电电网的种类、电压、频率及容
量；
2) 有关电力拖动的基本特性；
3) 有关电气控制的特性；
4) 有关操作方面的要求；
5) 机电设备主要电器元件的布臵草图。
二、电力拖动形式的选择
1、传动方式
? 单电机拖动（单独拖动）
? 多电机拖动（分立拖动）
2、调速性能
? 重型或大型设备：电气无级调速
? 精密机械设备：电气无级调速
? 一般中小型设备：①三相笼型异步电动机 +
齿轮变速箱；②双速或多速笼型异步电动
机
二、电力拖动形式的选择
3、负载特性
? 机床主运动为恒功率负载，进给运动为
恒转矩负载；
? 电动机的调速特性应与负载特性相适应。
? 双速异步电动机：△ → YY为恒功率调速
Y→YY 为恒转矩调速
? 他励直流电动机：改变励磁为恒功率调速
改变电压为恒转矩调速
4、起动、制动和反向要求
三、电气控制方式的选择
1、可靠性
? 系统应尽可能简化
2、方案
? 继电接触器
? 可编程控制器（ PLC）
? 数控
? 微机控制
3、方式
? 时间控制
? 速度控制
? 行程控制
? 电流控制
3.2 电动机的选择
一、电动机容量的选择
?电动机的额定容量由允许温升决定，选择电动机功率的
依据是负载功率
1、主拖动电动机容量的选择
? 统计类比法
? 分析计算法
2、进给拖动电动机容量的选择
? 进给拖动与主拖动共用一台电动机时，计算主拖动
电动机功率即可；
? 进给拖动采用单独电动机时，按快速移动所须功率
选择。
二、电动机额定电压的选择
1、直流电动机（与电源电压相一致 ）
? 直流发电机供电：常用 220V或 110V,大功率
电动机可提高到 600～ 800V,甚至 1000V
? 晶闸管整流装臵供电,Z3型电动机增加 160V、
440V电压等级,Z2型电动机增加 180V,340V、
440V电压等级
2、交流电动机（与供电电网电压相一致 ）
? 一般车间电网电压为 380V,因此，中小型异
步电动机额定电压为 220/380（△ /Y联结）及
380/600（△ /Y联结）两种
三、电动机额定转速的选择
? 额定功率相同的电动机，额定转速愈高，其体积愈小，
重量愈轻，价格愈低。因此，选用高速电动机较为经
济。但机械传动机构复杂。
? 对于工作于长期工作制（即连续工作时很少起、制动）
的工作机械：原则上应选用额定转速较高的电动机，
但应考虑初始投资、占地面积和维护费用。
? 对于工作于短时工作制（即经常起、制动及反转）的
工作机械：应考虑额定转速对起、制动时间和起、制
动过程中能量损耗的影响，以过渡过程能量损耗最小
为选择依据。
? 异步电动机常用额定转速,3000,1500,1000,750，
600 r/min
? 同步电动机常用额定转速,1500 r/min
四、电动机结构型式的选择
? 按安装位臵分：卧式、立式
? 按工作环境分：开启式、防护式、封闭式、防爆
式
? 机床电气设备通用技术条件中规定：机床应采用
全封闭扇冷式电动机。机床上推荐使用防护等级
最低为 IP44的交流电动机。某些场合必须采用强
迫通风。
? 常用 Y系列三相异步电动机为封闭自扇冷式笼型异
步电动机，安装尺寸和功率等级完全符合 IEC标准
和 DIN42673标准。
? YD系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与
国外同类先进产品相当，供配套出口及引进设备
替换。
3.3 电气控制线路的设计
一、电气控制线路设计的一般要求
1） 满足 生产机械的 工艺 要求，能按照工艺要
求准确、可靠地工作；
2）线路结构力求 简单,经济；
3） 安全,可靠，具有必要的保护装臵和联锁
环节，误操作时不致于发生重大事故；
4）操作、维修 方便 。
二、电气控制线路电源的选择
控制电路类型 常用电压值 （ V） 电源设备
交流电力拖动的控
制电路比较简单者 交
流
380,220 直接采用动力
电源
交流电力拖动的制
电路比较复杂者
220,110 采用控制变压
器
照明及信号指示电
路
48,36,24、
6
采用电源变压
器
直流电力拖动的控
制电路
直
流
220,110 整流器
直流电磁铁及离合
器的控制电路
24 整流器
三、电气控制线路的设计方法
? 经验设计法：从满足生产工艺要求出发，按照电动
机的控制方法，利用各种基本控制环节和基本控制
原则，借鉴典型的控制线路，把它们综合地组合成
一个整体来满足生产工艺要求。
? 逻辑设计法：根据生产工艺的要求，利用逻辑代数
方法这一数学工具来分析、化简、设计控制线路。
? 逻辑表示方法：
继电器等元件线圈 通电为, 1”,失电为, 0”
继电器等元件触点 闭合为, 1”,断开为, 0”
按钮、行程开关 压下为, 1”,复位为, 0”
常用 K,KM,ST… 表示继电器、接触器、行程开关的常开触
点，用 K, KM, ST … 表示继电器、接触器、行程开关的
常闭触点
逻辑代数运算法则,
基本法则 结合律 吸收律
0?A=0
1?A=1
A?A=A
A?A=0
0+A=A
1+A=1
A+A=A
A+A=1
A=A
ABC=（ AB） C =A（ BC）
A+B+C=（ A+B） +C=A+（ B+C）
A（ A+B） =A
A（ A+B） =AB
A+AB=A
A+AB=A+B
AB+AB=A
（ A+B）（ A+B）
=A
AB=A+B
A+B=A B
分配律
A（ B+C） =AB+AC
A+BC=（ A+B） ?（ A+C）
四、电气控制线路的设计规律
f(KM)=K1K2K3 f(K0)=K1K2K3…K n
f(K10)=ST01ST02ST03…ST 0n
f(K12)=ST1ST2ST3…ST n
1、动合触点串联（逻辑, 与, ）
f(KM)=K1+K2+K3 f(KM)=SB1(SB3+SB4+KM)SB2
2、动合触点并联（逻辑, 或, ）
3、动断触点串联
4、动断触点并联
5、电路保护（逻辑, 非, ）
f(KM)=K
五、电气控制线路设计中应注意的问题
1、尽量避免不必要的联锁动作现象；
2、正确联接电器线圈；
? 电器线圈的一端应接在电源的同一端
? 交流电器线圈不能串联使用
3、尽量减少电器触点数；
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4、避免出现寄生电路；
5、尽量减少联接导线的数量与长度；
6、尽量减少电器不必要的通电时间；
7、应考虑各种联锁关系及完善的保护措施；
8、应考虑有关操纵、故障检查、检测仪表、信号
指示、报警以及照明等要求。
