第四章电气控制系统的设计.ppt

生产机械电气控制系统的设计，包含两个基本内容：一个是原理设计，即要满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是工艺设计，即要满足电气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进性，工艺设计决定电气控制系统是否具有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点，所以电气控制系统设计要全面考虑两方面的内容。在熟练掌握典型环节控制电路、具有对一般电气控制电路分析能力之后，设计者应能举一反三，对受控生产机械进行电气控制系统的设计并提供一套完整的技术资料。本章将讨论电气控制系统的设计过程和具有共性的设计问题。第四章第四章 电电气控制系气控制系统统的的设计设计第一节 电气控制系统设计的一般原则、基本内容和设计程序生产机械种类繁多，其电气控制方案各异，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。设计工作的首要问题是树立正确的设计思想和工程实践的观点，它是高质量完成设计任务的基本保证。一、一、电电气控制系气控制系统设计统设计的一般原的一般原则则1最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。电气控制系统设计的依据主要来源于生产机械和生产工艺的要求。2设计方案要合理。在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济、便于操作和维修，不要盲目追求高指标和自动化。3机械设计与电气设计应相互配合。许多生产机械采用机电结合控制的方式来实现控制要求，因此要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。4确保控制系统安全可靠地工作。电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料等。图纸包括电气原理图、电气系统的组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、电器元件安装底板图和非标准件加工图等，另外还要编制外购件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等文字资料。电气控制系统设计的内容主要包含原理设计与工艺设计两个部分，以电力拖动控制设备为例，设计内容主要有：1、原理设计内容 电气控制系统原理设计的主要内容包括：（l）拟订电气设计任务书。（2）确定电力拖动方案，选择电动机。（3）设计电气控制原理图，计算主要技术参数。（4）选择电器元件，制订元器件明细表。（5）编写设计说明书。电气原理图是整个设计的中心环节，它为工艺设计和制订其他技术资料提供依据。二、二、电电气控制系气控制系统设计统设计的基本任的基本任务务、内容、内容2、工艺设计内容进行工艺设计主要是为了便于组织电气控制系统的制造，从而实现原理设计提出的各项技术指标，并为设备的调试、维护与使用提供相关的图纸资料。工艺设计的主要内容有：（l）设计电气总布置图、总安装图与总接线图。（2）设计组件布置图、安装图和接线图。（3）设计电气箱、操作台及非标准元件。（4）列出元件清单。（5）编写使用维护说明书。1、拟订设计任务书设计任务书是整个电气控制系统的设计依据，又是设备竣工验收的依据。设计任务的拟定一般由技术领导部门、设备使用部门和任务设计部门等几方面共同完成的。电气控制系统的设计任务书中，主要包括以下内容：（1）设备名称、用途、基本结构、动作要求及工艺过程介绍。（2）电力拖动的方式及控制要求等。（3）联锁、保护要求。（4）自动化程度、稳定性及抗干扰要求。（5）操作台、照明、信号指示、报警方式等要求。（6）设备验收标准。（7）其它要求。2、确定电力拖动方案电力拖动方案选择是电气控制系统设计的主要内容之一，也是以后各部分设计内容的基础和先决条件。所谓电力拖动方案是指根据零件加工精度、加工效率要求、生产机械的结构、运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等条件去确定电动机的类型、数量、传动方式以及拟订电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求。三、三、电电气控制系气控制系统设计统设计的一般步的一般步骤骤电力拖动方案的确定要从以下几个方面考虑：（1）拖动方式的选择电力拖动方式分独立拖动和集中拖动。电气传动的趋势是多电动机拖动，这不仅能缩短机械传动链，提高传动效率，而且能简化总体结构，便于实现自动化。具体选择时，可根据工艺与结构决定电动机的数量。（2）调速方案的选择大型、重型设备的主运动和进给运动，应尽可能采用无级调速，有利于简化机械结构、降低成本；精密机械设备为保证加工精度也应采用无级调速；对于一般中小型设备，在没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相笼型异步电动机。（3）电动机调速性质要与负载特性适应对于恒功率负载和恒转矩负载，在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速特性与生产机械的负载特性相适应，这样可以使电动机得到充分合理的应用。3、拖动电动机的选择电动机的选择主要有电动机的类型、结构型式、容量、额定电压与额定转速。电动机选择的基本原则是：（1）根据生产机械调速的要求选择电动机的种类。（2）工作过程中电动机容量要得到充分利用。（3）根据工作环境选择电动机的结构型式。应该强调，在满足设计要求情况下优先考虑采用结构简单，价格便宜，使用维护方便的三相交流异步电动机。正确选择电动机容量是电动机选择中的关键问题。电动机容量计算有两种方法，一种是分析计算法，另一种是统计类比法。分析计算法是按照机械功率估计电动机的工作情况，预选一台电动机，然后按照电动机实际负载情况做出负载图，根据负载图校验温升情况，确定预选电动机是否合适，不合适时再重新选择，直到电动机合适为止。电动机容量的分析计算在有关论著中有详细介绍，这里不再重复。在比较简单、无特殊要求、生产数量又不多的电力拖动系统中，电动机容量的选择往往采用统计类比法，或者根据经验采用工程估算的方法来选用，通常选择较大的容量，预留一定的裕量。4、选择控制方式控制方式要实现拖动方案的控制要求。随着现代电气技术的迅速发展，生产机械电力拖动的控制方式从传统的继电接触器控制向PLC控制、CNC控制、计算机网络控制等方面发展，控制方式越来越多。控制方式的选择应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺的要求。5、设计电气控制原理图，并合理选用元器件，编制元器件明细表。6、设计电气设备的各种施工图纸。7、编写设计说明书和使用说明书。电气控制原理电路设计是原理设计的核心内容，各项设计指标通过它来实现，它又是工艺设计和各种技术资料的依据。一、一、电电气控制原理气控制原理电电路的基本路的基本设计设计方法方法电气控制原理电路设计的方法主要有分析设计法和逻辑设计法两种。1、分析设计法分析设计法是根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节（单元电路）或将比较成熟的电路按其联锁条件组合起来，并经补充和修改，将其综合成满足控制要求的完整线路。当没有现成的典型环节时，可根据控制要求边分析边设计。分析设计法的优点是设计方法简单，无固定的设计程序，它是在熟练掌握各种电气控制电路的基本环节和具备一定的阅读分析电气控制电路能力的基础进行的，容易为初学者所掌握，对于具备一定工作经验的电气技术人员来说，能较快地完成设计任务，因此在电气设计中被普遍采用；其缺点是设计出的方案不一定是最佳方案，当经验不足或考虑不周全时会影响线路工作的可靠性。为此，应反复审核电路工作情况，有条件时还应进行模拟试验，发现问题及时修改，直到电路动作准确无误，满足生产工艺要求为止。第二第二节节 电电气控制原理气控制原理电电路路设计设计的方法与步的方法与步骤骤2、逻辑设计法逻辑设计法是利用逻辑代数来进行电路设计，从生产机械的拖动要求和工艺要求出发，将控制电路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令电器的接通与断开看成逻辑变量，根据控制要求将它们之间的关系用逻辑关系式来表达，然后再化简，做出相应的电路图。逻辑设计法的优点是能获得理想、经济的方案，但这种方法设计难度较大，整个设计过程较复杂，还要涉及一些新概念，因此，在一般常规设计中，很少单独采用。其具体设计过程可参阅专门论述资料，这里不再作进一步介绍。二、二、电电气原理气原理图设计图设计的基本步的基本步骤骤电气原理图设计的基本步骤是：（l）根据确定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图。（2）设计出原理框图中各个部分的具体电路。设计时按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查反复修改与完善的先后顺序进行。（3）绘制总原理图。（4）恰当选用电器元件，并制订元器件明细表。设计过程中，可根据控制电路的简易程度适当地选用上述步骤。三、原理三、原理图设计图设计中的一般要求中的一般要求一般来说，电气控制原理图应满足生产机械加工工艺的要求，电路要具有安全可靠，操作和维修方便，设备投资少等特点，为此，必须正确地设计控制电路，合理地选择电器元件。原理图设计应满足以下要求：1、电气控制原理应满足工艺的要求在设计之前必须对生产机械的工作性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解，并在此基础上来考虑控制方式，起动、反向、制动及调速的要求，设置各种联锁及保护装置。2、控制电路电源种类与电压数值的要求对于比较简单的控制电路，而且电器元件不多时，往往直接采用交流380V或220V电源，不用控制电源变压器。对于比较复杂的控制电路，应采用控制电源变压器，将控制电压降到110V或48V、24V。这种方案对维修、操作以及电器元件的工作可靠均有利。对于操作比较频繁的直流电力传动的控制电路，常用220V或110V直流电源供电。直流电磁铁及电磁离合器的控制电路，常采用24V直流电源供电。交流控制电路的电压必须是下列规定电压的一种或几种：6V，24V，48V，110V（优选值），220V，380V，50Hz。直流控制电路的电压必须是下列规定电压的一种或几种：6V，12V，24V，48V，110V，220V。为保证电气控制电路可靠地工作，应考虑以下几个方面：（1）电器元件的工作要稳定可靠，符合使用环境条件，并且动作时间的配合不致引起竞争。复杂控制电路中，在某一控制信号作用下，电路从一种稳定状态转换到另一种稳定状态，常常有几个电器元件的状态同时变化，考虑到电器元件总有一定的动作时间，对时序电路来说，就会得到几个不同的输出状态。这种现象称为电路的“竞争”。而对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出的可能性，这种现象称为“冒险”。“竞争”与“冒险”现象都将造成控制电路不能按照要求动作，从而引起控制失灵。通常所分析的控制电路电器的动作和触点的接通与断开，都是静态分析，没有考虑电器元件动作时间，而在实际运行中，由于电磁线圈的电磁惯性、机械惯性、机械位移量等因素，使接触器或继电器从线圈的通电到触点闭合，有一段吸引时间；线圈断电时，从线圈的断电到触点断开，有一段释放时间，这些称为电器元件的动作时间，是电器元件固有的时间，不同于人为设置的延时，固有的动作延时是不可控制的，而人为的延时是可调的。当电器元件的动作时间可能影响到控制电路的动作时，需要用能精确反映元件动作时间及其互相配合的方法（如时间图法）来准确分析动作时间，从而保证电路正常工作。3、确保电气控制电路工作的可靠性、安全性电器元件图形符号应符合GB4728中的规定，绘制时要合理安排版面。例如，主电路一般安排在左面或上面，控制电路或辅助电路排在右面或下面，元器件目录表安排在标题上方。为读图方便，有时以动作状态表或工艺过程图形式将主令开关的通断、电磁阀动作要求、控制流程等表示在图面上，也可以在控制电路的每一支路边上标注出控制目的。在实际连接时，应注意以下几点：正确连接电器线圈。交流电压线圈通常不能串联使用，即使是两个同型号电压线圈也不能采用串联后，接在两倍线圈额定电压的交流电源上，以免电压分配不均引起工作不可靠。如图4-1所示。（2）电电器元件的器元件的线线圈和触点的圈和触点的连连接接应应符合国家有关符合国家有关标标准准规规定定在直流控制电路中，对于电感较大的电器线圈，如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等，不宜与同电压等级的接触器或中间继电器直接并联使用。如图4-2a）所示，当触点KM断开时，电磁铁YA线圈两端产生较大的感应电动势，加在中间继电器KA的线圈上，造成KA的误动作。为此在YA线圈两端并联放电电阻R，并在KA支路串入KM常开触点，如图4-2b）所示，这样就能可靠工作。合理安排电器元件和触点的位置。对于串联回路，电器元件或触点位置互换时，并不影响其工作原理，但在实际运行中，影响电路安全并关系到导线长短，如图4-3两种接法，两者工作原理相同，但是采用图a）接法既不安全又浪费导线。因为行程开关SQ的常开和常闭触点靠得很近，在触点断开时，由于电弧可能造成电源短路，很不安全，而且这种接法SQ要引出四根导线，很不合理，图b）所示的接法较为合理，且只需引出3根导线。防止出现寄生电路。寄生电路是指在控制电路的动作过程中，意外出现不是由于误操作而产生的接通电路。图4-4所示，是一个具有指示灯和过载保护的电动机正反转控制电路。正常工作时，能完成正反向起动、停止与信号指示。但当FR动作断开后，电路出现了如图中虚线所示的寄生电路，使接触器KM1不能可靠释放而得不到过载保护。如果将FR触点位置移到SB1上端就可避免产生寄生电路。尽量减少连接导线的数量，缩短连接导线的长度。控制电路工作时，应尽量减少通电电器的数量，以降低故障的可能性并节约电能。在电路中采用小容量的继电器触点来断开或接通大容量接触器线圈时，要分析触点容量的大小，若不够时，必须加大继电器容量或增加中间继电器，否则工作不可靠。4、应具有必要的保护环节控制电路在事故情况下，应能保证操作人员、电气设备、生产机械的安全，并能有效地制止事故的扩大。为此，在控制电路中应采取一定的保护措施。常用的有漏电开关保护、过载、短路、过流、过压、失压、联锁与行程保护等措施。必要时还可设置相应的指示信号。5、操作、维修方便控制电路应从操作与维修人员的工作出发，力求操作简单、维修方便。6、控制电路力求简单、经济在满足工艺要求的前提下，控制电路应力求简单、经济。尽量选用标准电气控制环节和电路，缩减电器的数量，采用标准件和尽可能选用相同型号的电器。在电气控制原理电路图设计完成后，要选择各种电器。正确合理地选择电器元件是控制电路安全、可靠工作的重要保证。下面介绍电路中的主要参数的计算和常用电器元件的选择。一、异步一、异步电动电动机起机起动动、制、制动电动电阻的阻的计计算算1、三相绕线转子异步电动机起动电阻的计算绕线式异步电动机在起动时，为降低起动电流，增加起动转矩，并获得一定的调速范围，常采用转子串电阻降压起动方法，因此要确定外接电阻的级数和电阻的大小。电阻的级数越多，转矩波动就越小，控制电路也就越复杂。通常电阻级数可以根据表4-2来选取。下面介绍平衡短接法电阻阻值的计算。起动电阻级数确定后，转子绕组中每相串联的各级电阻值，可用下式计算：第三第三节节电电控控线线路路设计设计的主要参数的主要参数计计算和算和电电器元件器元件选择选择式中，n为各级起动电阻的序号，n=1且表示第一级，即最先被短接的电阻；m为起动电阻级数；k为常数；r为最后被短接的那一级电阻值。k、r可分别由下面两个公式计算：式中，s为电动机额定转差率；E2为正常工作时电动机转子电压（V）；I2为正常工作时电动机转子电流（A）。每相起动电阻的功率为：式中，I2s为转子起动电流（A），取I2s 1.5I2；R为每相的串联电阻（）。2、笼型异步电动机反接制动电阻的计算反接制动时，三相定子回路中各相串联的限流电阻R的值可按下面经验公式近似估算：式中，U为电动机定子绕组相电压（V）；Is为全压起动电流（A）；k为系数，当最大反接制动电流ImIs肘，取k0.13；当Im0.5Is时，取k1.5。反接制动时，若仅在两相定子绕组中串接限流电阻，选用电阻值是上述计算值的1.5倍。制动电阻的功率为：式中，IN为电动机额定电流；R为每一相串接的限流电阻值。根据制动频繁程度适当选取前面系数。二、二、笼笼型异步型异步电动电动机能耗制机能耗制动动参数的参数的计计算算图4-5为能耗制动整流装置的原理图。1、能耗制动直流电流与电压的计算直流电流越大，制动效果越好，但过大的电流会引起绕组发热，能耗增加，而且当磁路饱和后对制动转矩的提高也不明显，通常制动直流电流Id按下式选取或 式中，I0为电动机空载电流；IN为电动机额定电流。制动时，直流电压Ud为：式中，R为两相串联定子绕组的冷电阻2、整流变压器参数计算对图4-5所示的单相桥式整流电路（1）变压器二次交流电压（2）变压器容量 由于变压器仅在能耗制动时工作，所以容量允许比长期工作时小。根据制动频繁程度，取计算容量的0.250.5倍。三、控制三、控制变压变压器的器的选选用用控制变压器一般用于降低控制电路或辅助电路电压，以保证控制电路安全性和可靠性。选择控制变压器的原则为：（l）控制变压器一、二次侧电压应与交流电源电压、控制电路电压与辅助电路电压要求相符。（2）应保证变压器二次侧的交流电磁器件在起动时能可靠的吸合。（3）电路正常运行时，变压器温升不应超过允许温升。（4）控制变压器容量的近似计算公式为：式中，S为控制变压器容量（VA）；S1为电磁器件的吸持功率（VA）；S2为接触器、继电器起动功率（VA）；S3为电磁铁起动功率（VA）；K为电磁铁工作行程L与额定行程LN之比的修正系数。当L/LN0.50.8时，K0.70.8；当L/LN=0.850.9时，K0.850.95；当L/LN0.9以上时，K=1。满足上式时，可以保证电器元件的正常工作。式中系数0.25和0.125为经验数据，当电磁铁额定行程小于15mm，额定吸力小于15牛时，系数0.125修正为0.25。系数0.6表示在电压降至60%时，已吸合的电器仍能可靠地保持吸合状态。控制变压器也可按长期运行的温升来考虑，这时变压器容量应大于或等于最大工作负荷的功率，即式中，S1为电磁器件吸持功率（VA）；K1为变压器容量的储备系数，一般K1取1.l1.25。控制变压器容量也可按下式计算式中的S、S1、S2同前式。四、接触器的四、接触器的选选用用不同的使用场合及控制对象，接触器的操作条件与工作繁重程度也不同。为尽可能经济正确地使用接触器，必须对控制对象的工作情况及接触器的性能有较全面的了解，不能仅看产品的铭牌数据，因接触器铭牌上所标定的电压、电流、控制功率等参数均为某一使用条件下的额定值，选用时应根据具体使用条件正确选择。通常选用接触器的方法是：（1）根据接触器所控制负载的工作任务来选择所使用的接触器类别。接触器的触头数量、种类等应满足控制线路的要求。（2）根据接触器控制对象的工作参数（如工作电压、工作电流、控制功率、操作频率、工作制等）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应选用特定的产品。（）交流接触器的选用交流接触器控制的负载可分为电动机负载和非电动机类负载（如电热设备、照明装置、电容器、电焊机等）。1、电动机负载时的选用 如果把电动机的负载按轻重程度分为一般任务、重任务和特重任务三类，根据负载情况可以确定适宜于使用场合的接触器系列。（l）一般任务主要运行于间歇性使用类别，其操作频率不高，用来控制笼型异步电动机或绕线转子电动机，在达到一定转速时断开，并有少量的点动。这种任务在使用中所占的比例很大，并常与热继电器组成电磁起动器来满足控制与保护的要求。属于这一类的典型机械有：压缩机、泵、通风机、升降机、传送带、电梯、搅拌机、离心机、空调机、冲床、剪床等。选配接触器时，只要使选用接触器的额定电压和额定电流等于或稍大于电动机的额定电压和额定电流即可，通常选用CJ10系列。（2）重任）重任务务主要运行于包括间歇性和正常运行的混合类别，平均操作频率可达100次h或以上，用以起动笼型或绕线转子电动机，并常有点动、反接制动、反向和低速时断开。属于这一类的典型机械有：车床、钻床、铣床、磨床、升降设备、轧机辅助设备等。在这类设备的控制中，电动机功率一般在20kW以下，因此选用CJ10Z系列重任务交流接触器较为合适。为保证电寿命能满足要求，有时可降容来提高电寿命。当电动机功率超过20kW时，则应选用CJ20系列。对于中大容量绕线转子电动机，则可选用CJ12系列。（3）特重任）特重任务务主要运行于几乎长期运行的类别，操作频率可达6001200次/h，个别的甚至达3000次/h，用于笼型或绕线转子电动机的频繁点动、反接制动和可逆运行。属于这一类的典型设备有：印刷机、拉丝机、镗床、港口起重设备、轧钢辅助设备等。选用接触器时一定要使其电寿命满足使用要求。对于已按重任务设计的CJ10Z等系列接触器可按电寿命选用，电寿命可按与分断电流平方成反比的关系推算。有时，粗略按电动机的起动电流作为接触器的额定使用电流来选用接触器，便可得到较高的电寿命。由于控制容量大，常可选用CI12系列。有时为了减少维护时间和频繁操作带来的噪声，可考虑选用晶闸管交流接触器。交流接触器的主要参数是：主触头额定电流、额定电压及线圈控制电压。一般来说，接触器主触头的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。主触头的额定电流应等于或稍大于实际负载额定电流。对于电动机负载，下面经验公式也可以使用：式中，PN(kW)、UN(V)分别为受控电动机的额定功率、额定（线）电压，k为经验系数，一般取11.4。另外，查阅每种系列接触器与可控制电动机容量的对应表也是选择交流接触器额定电流的有效方法。接触器吸引线圈的电压值应取控制电路的电压等级。2、非、非电动电动机机负载时负载时的的选选用用非电动机负载有电阻炉、电容器、变压器、照明装置等。选用接触器时，除考虑接触器接通容量外，还要考虑使用中可能出现的过电流。具体选用请查阅有关资料。（二）直流接触器的（二）直流接触器的选选用用直流接触器主要用于控制直流电动机和电磁铁。选用直流接触器时，首先要对其使用场合和控制对象的工作参数有全面了解，然后，再从适合其用途的各种系列接触器中选用接触器型号和规格。1、控制直流控制直流电动电动机机时时的的选选用用首先弄清电动机实际运行的主要技术参数。接触器的额定电压、额定电流（或额定控制功率）均不得低于电动机的相应值。当用于反复短时工作制或短时工作制时，接触器的额定发热电流应不低于电动机实际运行的等效有效电流，接触器的额定操作频率也不应低于电动机实际运行的操作频率。然后根据电动机的使用类别，选择相应使用类别的接触器系列。可查阅相关资料。2、控制直流控制直流电电磁磁铁时铁时的的选选用用控制直流电磁铁时，应根据额定电压、额定电流、通电持续率和时间常数等主要技术参数，选用合适的直流接触器。继电器是组成各种控制系统的基础元件，选用时应综合考虑继电器的适用性、功能特点、使用环境、工作制、额定工作电压及额定工作电流等因素，做到选用适当，使用合理，保证系统正常而可靠地工作。1、类型的选用 继电器的类型及用途如表4-3所示。首先按被控制或被保护对象的工作要求来选择继电器的种类，然后根据灵敏度或精度要求来选择适当的系列。如时间继电器有直流电磁式、交流电磁式（气囊结构）、电动式、晶体管式等，可根据系统对延时精度、延时范围、操作电源要求等综合考虑选用。2、使用环境的选用继电器选用时应考虑继电器安装地点的周围环境温度、海拔高度、相对温度、污染等级及冲击、振动等条件，确定继电器的结构特征和防护类别。如继电器用于尘埃较多场所时，应选用带罩壳的全封闭式继电器，如用于湿热带地区时，应选用湿热带型（TH），以保证继电器正常而可靠地工作。3、使用类别的选用继电器的典型用途是控制交、直流接触器的线圈等。对应的继电器应按使用类别选用。五、五、电电磁式控制磁式控制继电继电器的器的选选用用4、额定工作电压、额定工作电流的选用 继电器在相应使用类别下触点的额定工作电流和额定工作电压表征继电器触点所能切换电路的能力。选用时，继电器的最高工作电压可为该继电器的额定绝缘电压。继电器的最高工作电流一般应小于该继电器的额定发热电流。通常一个系列的继电器规定了几个额定工作电压，同时列出相应的额定工作电流（或控制功率）。选用电压线圈的电流种类和额定电压值时，应注意与系统要求一致。5、工作制的选用 继电器一般适用于8h工作制（间断长期工作制）、反复短时工作制和短时工作制。工作制不同对继电器的过载能力要求也不同。当交流电压（或中间）继电器用于反复短时工作制时，由于吸合时有较大的起动电流，因此其负担比长期工作制时重，选用时应充分考虑此类情况，使用中实际操作频率应低于额定操作频率。热继电器主要用于电动机的过载保护，因此必须了解电动机的工作环境、起动情况、负载性质、工作制及允许的过载能力。选用时应使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能接近，以便充分发挥电动机的过载能力，同时对电动机的短时过载与起动瞬间不受影响。1、原则上按被保护电动机的额定电流选取热继电器。根据电动机实际负载选取热继电器的整定电流值为电动机额定电流的0.951.05倍。对于过载能力较差的电动机，选取热继电器的额定电流为电动机额定电流的60%80%。2、对于长期工作或间断长期工作制的电动机，必须保证热继电器在电动机的起动过程中不致误动作。通常，在6倍额定电流下，起动时间不超过6秒的电动机所需的热继电器按电动机的额定电流来选取。3、用热继电器作断相保护时的选用。对于星型接法的电动机，只要选用正确、调整合理，使用一般不带断相保护的三相热继电器也能反映一相断线后的过载情况，对断相运行能起保护作用。对于三角形接法的电动机，一相断线后，流过热继电器的电流与流过电动机绕组的电流其增加比例是不同的，其中最严重的一相比其余串联的两相绕组内的电流要大一倍，增加的比例也最大。这时应选用带有断相保护装置的热继电器。4、三相与两相热继电器的选用。在一般故障情况下，两相热继电器与三相热继电器具有相同的保护效果。但在下述情况下不宜选用两相热继电器，如：电动机定子绕组一相断线；多台电动机的功率差别比较显著；电源电压显著不平衡等。六、六、热继电热继电器的器的选选用用熔断器的选择主要包括熔断器类型、额定电压、熔断器额定电流与熔体额定电流的确定。1、熔断器类型与额定电压的选择根据负载保护特性和短路电流大小、各类熔断器的适用范围来选用熔断器的类型。根据被保护电路的电压来选择额定电压。2、熔体与熔断器额定电流的确定熔体额定电流大小与负载大小、负载性质密切相关。对于负载平稳、无冲击电流，如照明电路、电热电路可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。对于笼型异步电动机，其熔断器熔体额定电流如第一章所述，为：单台电动机七、熔断器七、熔断器选择选择如多台电动机共用一个熔断器保护轻载起动及起动时间较短时，式中系数取l.5，重载起动及起动时间较长时，式中系数取2.5。熔断器的额定电流按大于或等于熔体额定电流来选择。3、校核保护特性对上述选定的熔断器类型及熔体额定电流，还必须校核熔断器的保护特性曲线是否与保护对象的过载特性有良好的配合，使在整个范围内获得可靠的保护。同时，熔断器的极限分段能力应大于或等于所保护电路可能出现的短路电流值，这样才能得到可靠的短路保护。4、熔断器的上下级的配合为满足选择性保护的要求，应注意熔断器上下级之间的配合，一般要求上一级熔断器的熔断时间至少是下一级的3倍，不然将会发生越级动作，扩大停电范围。为此，当上下级采用同一型号的熔断器时，其电流等级以相差两级为宜，若上下级所用的熔断器型号不同，则根据保护特性上给出的熔断时间选取。1、控制按钮的选用（1）根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式、保护式、防水式、防腐式等。（2）根据用途，选用合适的型式，对手把旋钮式、钥匙式、紧急式、带灯式等。（3）按控制回路的需要，确定不同的按钮数，如单钮、双钮、三钮、多钮等。（4）按工作情况的要求，选择按钮的颜色。根据GB5226-85的规定，按钮的颜色的含义与典型用途见表4-4。2、行程开关的选用行程开关可按下列要求进行选用：（1）根据应用场合及控制对象选择。有一般用途行程开关和起重设备用行程开关。（2）根据安装环境选择防护型式，如开启式或保护式。（3）根据控制回路的电压和电流选择行程开关系列。（4）根据机械与行程开关的压力与位移关系选择合适的头部型式。八、其它控制八、其它控制电电器的器的选选用用3、自动开关的选用自动开关的选择可以考虑以下几个方面：（l）根据要求确定自动开关的类型，如框架式、塑料外壳式、限流式等。（2）根据保护特性要求，确定几段保护。（3）根据线路中可能出现的最大短路电流来选择自动开关的极限分断能力。（4）根据电网额定电压、额定电流确定开关的容量等级。（5）初步确定自动开关的类型和等级后，要和其上、下级开关保护特性进行协调配合，从而在总体上满足保护的要求。电气控制系统在完成原理设计和电器元件选择之后，下一步就是进行电气工艺设计并付之实施。主要有电气控制设备总体布置，总接线图设计，各部分的电器装配图与接线图，各部分的元件目录、进出线号、主要材料清单及使用说明书等。一、一、电电气气设备设备的的总总体布置体布置设计设计电气设备总体布置设计的任务是根据电气控制原理图，将控制系统按照一定要求划分为若干个部件，再根据电气设备的复杂程度，将每一部件划分成若干单元，并根据接线关系整理出各部分的进线和出线号，调整它们之间的连接方式。以万能铣床为例，可划分机床电器部件（由电动机、快进电磁铁、进给行程开关等组成）、电气箱部件（由各种控制电器、保护电器、控制变压器等组成）及操作面板部件（由按钮、转换开关等组成）。总体布置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的，图中应以示意形式反映出各部分主要部件的位置及各部分接线关系、走线方式、使用管线要求等。总装配图和总接线图是各部件设计和协调各部件关系的依据。总体设计应集中、紧凑，同时在场地允许条件下，对发热厉害、噪声振动大的电气部件等尽量安装在距离操作者比较远的地方或隔离起来。对于大型设备，应考虑两地操作。总电源急停控制应安装在方便而明显的位置。总体配置设计合理与否将影响到电气控制系统工作的可靠性，并关系到电气系统的制造、装配质量、调试、操作及维护是否方便。第四第四节节 电电气控制装置的工气控制装置的工艺设计艺设计按照国家有关标准，尽可能地把电气设备组装在一起，使其成为一台或几台控制装置。只有必须安装在特定位置上的器件，如按钮、手动开关、各种检测元件、电磁离合器、电动机等，才分散安装在生产机械的相应部位。由于电器元件安装位置不同，在构成一个完整的电气控制系统时，可以根据有关的原则划分为不同的单元，从而使设计条理化。单元划分的原则是：（1）功能类似的元件组合在一起。如按钮、控制开关、指示灯、指示仪表可以集中在操作台上；接触器、继电器、熔断器、控制变压器等控制电器可以安装在控制柜中。（2）接线关系密切的控制电器划为同一单元，以减少不同单元之间的连线。（3）强弱电分开，以防干扰。（4）需经常调节、维护和易损元件组合在一起，以便于检查与调试。电气控制设备的不同单元之间的接线方式通常有以下几种：（l）控制板、电器板、机床电器的进出线一般采用接线端子，可根据电流大小和进出线数选择不同规格的接线端子。（2）被控制设备与电气箱之间采用多孔接插件，便于拆装、搬运。（3）印制电路板及弱电控制组件之间的连接采用各种类型的标准接插件。电器元件布置图详细描绘了电气设备中各电器的相对位置。电器元件布置图的设计依据是原理图。同一部件或单元中电器元件可按下述原则布置：（l）一般监视器件布置在仪表板上。（2）体积大和较重的电器元件应安装在电器板的下方，发热元件安装在电器板的上方。（3）强电弱电应分开，弱电部分应加装屏蔽和隔离，以防强电和外界的干扰。（4）需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。（5）电器布置应考虑整齐、美观、对称。尽量使外形与结构尺寸类似的电器安装在一起，便于加工、安装和配线。（6）布置电器元件时，应预留布线、接线、和调整操作的空间。各电器元件的位置确定以后，就可绘制电器布置图。布置图是根据电器元件的实际排列和外形绘制的。每个电器元件的安装尺寸及其公差范围，要严格按产品手册标准标注，从而保证各电器元件的顺利安装。电器元件布置图设计中，还要选择进出线方式，并按一定顺序标注进出线的线号。二、二、绘绘制制电电器元件布置器元件布置图图电气控制装置的接线图表示整套装置的连接关系，是电气安装与查线的依据，接线图根据电气原理及电器元件布置图绘制，绘制时应考虑以下原则：（l）接线图的绘制应符合GB6988中5-86电气制图接线图和接线表的规定。（2）在接线图中，各电器元件的外形和相对位置要与实际安装的相对位置一致。（3）电器元件及其接线座的标注与电气原理图中标注应一致，采用同样的文字符号和线号。项目代号、端子号及导线号的编制分别应符合GB5904-85电气技术中的项目代号、GB4026-83电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则及GB4884-85绝缘导线标记等规定。（4）接线图应将同一电器元件的各带电部分（如线圈、触点等）画在一起，并用细实线框住。（5）接线图采用细线条绘制，应清楚地表示出各电器元件的接线关系和接线去向。三、三、绘绘制制电电气控制装置的接气控制装置的接线图线图接线图的接线关系有两种画法：直接接线法。直接画出电器元件之间的接线。适用于电气系统简单、电器元件少，接线关系简单的场合。符号标注接线法。在电器元件的接线端处标注符号来以表明相互连接关系。适用于电气系统复杂、电器元件多、接线关系较为复杂的场合。（6）接线图中要标注出各种导线的型号、规格、截面积和颜色。（7）接线端子板上各接线点按线号顺序排列，并将动力线、交流控制线、直流控制线分类排开。元件的进出线除大截面导线外，都应经过接线板，不得直接进出。四、四、电电控柜和非控柜和非标标准零件准零件图图的的设计设计电气控制系统比较简单时，控制电器可以安装在生产机械内部，控制系统比较复杂或操作需要时，都要有单独的电气控制柜。电气控制柜设计要考虑以下几方面问题：（1）根据控制面板和控制柜内各电器元件的数量确定电控柜总体尺寸。（2）电控柜结构要紧凑、便于安装、调整及维修、外形美观，并与生产机械相匹配。（3）在柜体的适当部位设计通风孔或通风槽，便于柜内散热。（4）应设计起吊钩或柜体底部带活动轮，便于电控柜的移动。电控柜结构常设计成立式或工作台式，小型控制设备则设计成台式或悬挂式。电控柜的品种繁多，结构各异。设计中要吸取各种型式的优点，设计出适合的电控柜。非标准的电器安装零件，如开关支架、电气安装底板、控制柜的有机玻璃面板、扶手等，应根据机械零件设计要求，绘制其零件图。五、清五、清单汇总单汇总在电气控制系统原理设计及工艺设计结束后，应根据各种图纸，对本设备需要的各种零件及材料进行综合统计，列出元件清单、标准件清单、材料消耗定额表，以便生产管理部门做好生产准备工作。六、六、编编写写设计说设计说明明书书和使用和使用说说明明书书设计说明和使用说明是设计审定、调试、使用、维护过程中必不可少的技术资料。设计和使用说明书应包含拖动方案的选择依据，本系统的主要原理与特点，主要参数的计算过程，各项技术指标的实现，设备调试的要求和方法，设备使用、维护要求，使用注意事项等。