第四章
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第四章 电气控制系统设计
第一节 电气控制设计的原则、内容和程序
第二节 电力拖动方案的确定和电动机的选择
第三节 电气原理图设计的步骤与方法
第四节 常用控制电器的选择
第五节 电气控制工艺设计
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为电气控制装置本身的制造、使用、运行及维修的
需要而进行的生产工艺设计。
电气控制设计包括:
1,电气原理图设计
为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制设计。
2、电气工艺设计
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第一节 电气控制设计的原则、
内容和程序
一、电气控制设计的一般原则
1) 最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求,
这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。
2) 在满足控制要求前提下,设计方案力求简单、经济、合
理,不要盲目追求自动化和高指标。
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3) 正确、合理地选用电器元件,确保控制系统安全可
靠地工作。
4) 为适应生产的发展和工艺的改进,在选择控制设备时,
设备能力留有适当裕量。
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二、电气控制设计的基本任务和内容
电气控制系统设计 的基本内容是根据控制要求,设计
和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料
等。
包括 电气原理图设计 和电气 工艺设计 两部分。
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(一)电气原理图设计内容
1) 拟定电气设计任务书
2) 选择电气拖动方案和控制方式
3) 确定电动机类型、型号、容量、转速
4) 设计电气控制原理框图,确定各部分之间的关系,
拟订各部分技术指标与要求
5) 设计并绘制电气控制原理图,计算主要技术参数
6) 选择电气元件,制定元件目录清单
7) 编写设计说明书
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(二)电气工艺设计内容
1)根据设计出的电气原理图及选定的电气元件,设计电气设
备的总体配置,绘制电气控制系统的总装配图及总接线图。
2) 按照原理框图或划分的组件,对总原理图进行编号,绘
制各组件原理电路图,列出各部件的元件目录表。
3) 根据组件原理电路图及选定的元件目录表,设计组件电
器装配图、接线图,图中应反映元件的安装方式和接线方
式。
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4) 根据组件装配要求,绘制电器安装板和非标准的
电器安装零件图纸。
5) 设计电气箱。
6) 汇总总原理图、总装配图及各组件原理图等资料,
列出外购件清单,标准件清单,主要材料消耗定额等。
7) 编写使用维护说明书
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三、电气控制设计的一般程序
以电力拖动电气控制设计为例
1,拟定设计任务书 2,选择拖动方案
3,电动机的选择 4,选择控制方式
5,设计电气控制原理图、合理选用元器件,编制元
器件目录清单。
6,设计电气设备制造、安装、调试所必需的各种施工
图,并以此依据编制各种材料定额清单。
7,编写设计说明书和使用说明书。
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第二节 电力拖动方案的确定
和电动机的选择
一、电力拖动方案的确定
(三)电动机调速性质应与负载特性相适应
(一)拖动方式的选择
(二)调速方案的选择
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二、拖动电动机的选择
(一)电动机选择的基本原则
1) 电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求,
要与负载的负载特性相适应。保证运行稳定且具有
良好的起动、制动性能。
2) 工作过程中电动机容量能得到充分利用,使其温
升尽可能达到或接近额定温升值。
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3) 电动机结构型式满足机械设计提出的安装要求,
并能适应周围环境工作条件。
4) 在满足设计要求前提下,应优先采用结构简单、
价格便宜、使用维护方便的三相笼型异步电动机。
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(二)电动机容量的选择
1.分析计算法
根据生产机械负载图预选一台电动机,再用该
电动机的技术数据和生产机械负载图求出电动机的
负载图。最后按电动机的负载图从发热的方面进行
校验,并检查电动机的过载能力与起动转矩是否满
足要求,如若不合格,另选一台电动机重新计算,
直到合格为止。
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2.统计类比法
将各国同类型、先进的电动机容量进行统计和分析,从
中找出电动机容量与机床主要参数间的关系,再根据国情得
出相应的计算公式来确定电动机容量的一种实用方法。
DP 54.15.36?
式中,P— 电动机容量,单位为 KW;
D— 工件最大直径,单位为 m。
( 1)车床
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DP 88.020?
( 2)立式车床
式中, P— 电动机容量,单位为 KW;
D— 工件最大直径,单位为 m。
DP 19.10 6 4 6.0?
式中,D— 最大钻孔直径,单位为 mm。
( 3)摇臂钻床
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( 4)卧式镗床
DP 7.10 0 4.0?
式中,D—— 镗杆直径,单位为 mm。
KBP 1.0?
( 5)外圆磨床
式中,B— 砂轮宽度,单位为 mm。
K— 砂轮主轴用滚动轴承时,K=0.8~1.1,
砂轮主轴用滑动轴承时,K=1.0~1.3。
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( 6)龙门铣床
166
16.1 B
P ?
式中,B—— 工作台宽度,单位为 mm。
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第三节 电气原理图设计
的步骤与方法
一、电气控制原理图设计的基本步骤
1,根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原
理框图,拟订出各部分的主要技术要求和主要技术
参数。
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3,绘制系统总原理图。按系统框图结构将各部分
电路联成一个整体,完善辅助电路,绘成系统原理
图。
4,合理选择电气原理图中每一电器元件,制订出
元器件目录清单。
2,根据各部分的要求,设计出原理框图中各个部
分的具体电路。对于每一部分电路的设计都是按照
主电路 → 控制电路 → 联锁与保护 → 总体检查,反复
修改与完善的步骤来进行。
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二、电气控制原理图的设计方法
(一)分析设计法
1,设计各控制单元环节中拖动电动机的起动、正反
向运转、制动、调速、停车等的主电路或执行元件的
电路。
2,设计满足各电动机的运转功能和工作状态相对应
的控制电路,以及满足执行元件实现规定动作相适
应的指令信号的控制电路。
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3,连接各单元环节构成满足整机生产工艺要
求,实现加工过程自动或半自动和调整的控
制电路。
4,设计保护、联锁、检测、信号和照明等环节控
制电路。
5,全面检查所设计的电路。
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(二)逻辑设计法
采用逻辑设计法设计电气控制电路大体按五步进行:
1,按工艺要求画出工作循环图
2,决定执行元件与检测元件,作出执行元件动作节
拍表和检测元件状态表。
3,根据检测元件状态表写出各程序的特征码,并确
定相区分组,设置中间记忆元件,使各待相区分组所
有程序皆可区分。
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4,列写中间记忆元件开关逻辑函数式及执行元件动
作逻辑函数式,进而画出相应的电路结构图。
5,对画出的电路进行检查、化简和完善。
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三、电气控制原理图设计中的一般要求
电气控制原理图设计应满足以下要求:
1,电气控制电路满足生产工艺要求
2,尽量减少控制电路中电流、电压的种类,控制电
压选择标准电压等级。
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常用控制电压等级表
整流器48,24,12直流电磁铁及电磁离合器
的控制电路
整流器或直
流发电机
220,110直

直流电力传动的控制电路
采用控制电
源变压器
48,24,6照明及信号指示电路
采用控制电
源变压器
110( 127)、
48
交流电力传动的控制电路
较复杂
不用控制电
源变压器
380,220交

交流电力传动的控制电路
较简单
电源设备常用的电压值 /V控制电路类型
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3,确保电气控制电路工作的可靠性和安全性 为保
证电气控制电路可靠的工作,应考虑以下几方面:
1) 尽量减少电器元件的品种、规格与数量。
2) 正常工作中,尽可能减少通电电器的数量。
3) 合理使用电器触头。
4) 做到正确接线。
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● 首先正确连接电器线圈。
● 第二要合理安排电器元件及触头的位置。
a)不合理 b)合理
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● 第三要注意避免出现寄生电路。
存在寄生电路的控制电路
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5) 尽量减少连接导线的数量,缩短连接导线的长度。
6) 尽可能提高电路工作的可靠性、安全性。
4,应具有必要的保护
5,电路设计要考虑操作、使用、调试与维修的方便。
6,电路力求简单经济。
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第四节 常用控制电器的选择
一、接触器的选用
通常接触器选用的原则是:
1) 根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用
类别的接触器。
2) 根据接触器控制对象的工作参数来确定接触器的容
量等级。
3) 根据控制回路电压决定接触器线圈电压。
4) 对于特殊环境条件下工作的接触器选用派生型产品。
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(一)交流接触器的选用
1,电动机负载时的选用
1) 一般任务
2) 重任务
3) 特重任务
2,非电动机负载时的选用
1) 电热设备 2) 电容器
3) 变压器 4) 照明装置
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(二)直流接触器的选用
1,控制直流电动机时的选用
2,控制直流电磁铁时的选用
二、电磁式控制继电器的选用
(一) 类型的选用
(二) 使用环境的选用
(三) 使用类别的选用
(四) 额定工作电压、额定工作电流的选用
(五) 工作制的选用
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三、热继电器的选用
(一) 原则上按被保护电动机的额定电流选取
热继电器
(二) 对于长期工作或间断长期工作制电动机的
热继电器
(三) 用热继电器做电动机断相保护时的选用
(四) 三相与两相热继电器的选用
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四、控制变压器的选用
选择控制变压器的原则:
1) 一、二次侧应与电源、控制电路等电压相符
2) 控制变压器二次侧的电磁器件起动时能可靠吸合
3) 温升不应超过允许温升
4) 控制变压器容量近似计算公式:
S≥0.6∑S1+0.25 ∑S2+0.125 ∑KS3
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第五节 电气控制工艺设计
一,电气设备总体配置设计
二,元件布置图的设计
三,电气部件接线图的绘制
四,电气箱及非标准零件图的设计
五,各类元器件及材料清单的汇总
六,编写设计说明书及使用说明书
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