電氣控制設計的原則 電氣控制設計的原則包括以下幾項。

(1) 最大限度滿足生產機械和生產工藝對電氣控制的要求。

(2) 在滿足要求的前提下，使控制系統(tǒng)簡單、經濟、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) 為適應工藝的改進，設備能力應留有裕量。

 4.1.2 電氣控制設計的基本內容

1．電氣原理圖設計內容

(1) 擬定電氣設計任務書。

 (2) 選擇電力拖動方案和控制方式。

 (3) 確定電動機的類型、型號、容量、轉速。

 (4) 設計電氣控制原理圖。

(5) 選擇電氣元件及清單。

 (6) 編寫設計計算說明書。

 2．電氣工藝設計內容

 (1) 設計電氣設備的總體配置，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，標明安裝方式、接線方式。

(3) 編寫使用維護說明書。 確定電力拖動方案時，首先應根據(jù)機床工藝要求及結構來選擇電力拖動方式，確定電動機的數(shù)量，然后根據(jù)機床各運動機構要求的調速范圍來選擇調速方案，使電動機能得到充分合理的利用。

 4.2 電力拖動方案的確定和電動機的選擇

4.2.1 電力拖動方案的確定

 1．拖動方式的選擇

2．調速方案的選擇

 (1) 重型或大型設備的主運動及進給運動，應盡可能采用無級調速。

 (2) 精密機械設備如坐標鏜床、精密磨床、數(shù)控機床等，為了保證加工精度，便于自動控制，也應采用電氣無級調速方案。

 (3) 一般中小型設備如普通機床沒有特殊要求時，可選用經濟、簡單、可靠的三相籠型感應電動機，配以適當級數(shù)的齒輪變速箱。為簡化結構，擴大調速范圍，也可采用雙速速或多速籠型感應電動機。

3．電動機調速性質應與負載特性相適應 4.2.2 拖動電動機的選擇 1．根據(jù)生產機械調速要求選擇電動機種類 (1) 不需調速的機械應首先考慮采用感應電動機。 (2) 對于周期性波動負載的長期工作機械，為消平尖峰負載，一般采用電動機帶飛輪工作，這時應考慮啟動條件和充分利用飛輪的作用可采用繞線轉子感應電動機。 (3) 需要補償電網功率因數(shù)及穩(wěn)定的工作速度時，應優(yōu)先考慮采用同步電動機。 (4) 對于只需幾種速度，但不要求調速的生產機械，選用多速感應電動機。 (5) 要求大的啟動轉矩和恒功率調速時，常選用直流串勵電動機，如電車、牽引車等。 4.2.2 拖動電動機的選擇 (6) 對啟動、調速及制動要求較高的機械，常選用直流電動機或帶調速裝置的感應電動機。 (7) 對于要求調速范圍大的場合，常采用機械與電氣聯(lián)合調速。 4.2.2 拖動電動機的選擇 2．根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機結構形式 (1) 在正常環(huán)境條件下，一般采用防護式電動機；在人員及設備安全有保證的前提下，也可采用開啟式電動機。 (2) 在空氣中存在較多粉塵的場所，宜用封閉式電動機。 (3) 在濕熱帶地區(qū)或比較潮濕的場所，應盡量選用濕熱帶型電動機，若用普通型電動機，應采取相應的防潮措施。 (4) 在露天場所，宜選用戶外型電動機，若有防護措施的也可采用封閉型或防護型電動機。 (5) 在高溫車間，應根據(jù)周圍環(huán)境溫度，選用相應絕緣等級的電動機，并加強通風，改善電動機的工作條件，提高電動機的工作容量。 (6) 在有爆炸危險及有腐蝕性氣體的場所，應相應地選用隔爆型及防腐型電動機。 3．電動機額定轉速的選擇 對于額定功率相同的電動機，額定轉速越高的電動機成本越小，越經濟，但電動機轉速越高，傳動機構轉速比越大，傳動機構越復雜。因此，應綜合考慮電動機的工作特點及生產機械結構兩方面多種因素來確定電動機的額定轉速。 4．電動機額定電壓的選擇 電動機額定電壓應與供電電源電壓相一致。 5．電動機額定功率的選擇 依據(jù)生產實踐驗證，選擇電動機容量時，電動機的額定功率一般比拖動的機械所需之功率大10%左右為宜。 4.2.2 拖動電動機的選擇 4.3 電氣控制電路設計的一般要求 1．電氣控制應最大限度滿足生產機械加工工藝要求 在設計之前，必須與機械設計人員充分溝通，應對生產機械的工作性能、結構特點和加工工藝過程有充分的了解；并對同類或接近產品進行調研、分析和綜合；然后提出控制方案，考慮控制方式、啟動、制動、反向及調速的要求，設置必要的聯(lián)鎖與保護，以便最大限度地滿足生產機械加工工藝的要求。 2．對控制電路電流、電壓的要求 應選擇標準的控制電壓等級，盡量減少控制電路中電壓、電流的種類。 3．控制電路力求簡單、經濟 1) 盡量縮短連接導線的長度與導線數(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的數(shù)目 4) 盡量減少通電電器的數(shù)目 4．確?？刂齐娐饭ぷ鞯陌踩c可靠 1) 正確連接電器的線圈 2) 正確連接電器元件的觸點 3) 防止寄生電路 4) 在控制電路中控制觸點應合理布置 5) 考慮觸點的接通與分斷能力 6) 避免觸點“競爭”、“冒險”現(xiàn)象 7) 采用電氣互鎖與機械互鎖的雙重互鎖 4.4.1 電氣控制電路設計方法簡介 分析設計法：根據(jù)生產工藝的要求，選擇一些成熟的典型基本環(huán)節(jié)來實現(xiàn)這些基本要求，而后再逐步完善其功能，并適當配置聯(lián)鎖和保護等環(huán)節(jié)，使其組合成一個整體，成為滿足控制要求的完整電路。 邏輯設計法：利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學工具設計電氣控制電路。 在繼電接觸器控制電路中，把表示觸點狀態(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系稱為邏輯函數(shù)關系，這種相互關系表明了電氣控制電路的結構。所以，根據(jù)控制要求，將這些邏輯變量關系寫出其邏輯函數(shù)關系式，再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律對邏輯函數(shù)式進行化簡，然后根據(jù)化簡了的邏輯關系式畫出相應的電路結構圖，最后再做進一步的檢查和優(yōu)化，以期獲得較為完善的設計方案。 4.4.2 分析設計法的基本步驟 (1) 按工藝要求提出的啟動、制動、反向和調速等要求設計主電路。 (2) 根據(jù)所設計出的主電路，設計控制電路的基本環(huán)節(jié)，即滿足設計要求的啟動、制動、反向和調速等的基本控制環(huán)節(jié)。 (3) 根據(jù)各部分運動要求的配合關系及聯(lián)鎖關系，確定控制參量并設計控制電路的特殊環(huán)節(jié)。 (4) 分析電路工作中可能出現(xiàn)的故障，加入必要的保護環(huán)節(jié)。 (5) 綜合審查，仔細檢查電氣控制電路動作是否正確，關鍵環(huán)節(jié)可做必要實驗，進一步完善和簡化電路。 4.4.3 分析設計法設計舉例 圖4.9 送料小車動作示意圖 有一送料小車，如圖4.9所示，電動機的技術數(shù)據(jù)為Y180L-４。額定功率為7.5 kW、額定轉速為1 470 r/min、額定電壓為AC380 V。額定電流為13.5 A。要求動作程序如下。 (1) 小車從甲地啟動后，運行至乙地能自動停止，停留t1時間裝料后自動返回。  (2) 小車返回至甲地能自動停止，停留t2時間卸料后又自動啟動。 (3) 小車經過乙地不停止，運行至丙地又自動停止，停留t3時間，裝另一種料后自動返回。  (4) 小車返回經過乙地不停止，返回到甲地后自動停止，完成了一個工作循環(huán)；在甲地停留t2時間，卸料后又自動啟動，小車運行至乙地自動停止。 以后又按上述過程自動循環(huán)下去。 1．控制線路原理圖設計 1) 主電路 根據(jù)控制要求可將主電路設計成帶斷電抱閘制動的正反轉控制，如圖4.10所示。

 2) 控制電路 2．元器件的選擇 符  號 名  稱 型  號 規(guī)  格 數(shù)  量M1 三相異步電動機 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行程開關 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 電源開關 H33-15/3 三極，15 A 1 FU1 熔斷器   電壓開關自帶，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．熱繼電器結構形式的選擇 2．熱繼電器額定電流的選擇 4.5.4 時間繼電器的選擇 (1) 電流種類和電壓等級：應與控制電路一致。 (2) 延時方式：根據(jù)控制電路的要求選擇通電延時型或斷電延時型。 (3) 觸點形式和數(shù)量：根據(jù)控制電路的要求選擇觸點形式及數(shù)量。 (4) 延時精度：根據(jù)控制電路的要求選擇，延時精度要求不高的場合可選擇空氣阻尼式的時間繼電器；延時精度要求高的場合可選擇電動式或電子式的時間繼電器。

(5) 延時時間：應能滿足控制要求。 (6) 操作頻率：不宜過高，否則影響壽命，甚至會導致動作失調。 4.5.5 熔斷器的選擇 1．一般熔斷器的選擇 熔斷器的類型應根據(jù)電路要求、使用場合及安裝條件來選擇，其保護特性應與被保護對象的過載能力相匹配。同時，熔斷器的極限分斷能力應大于或等于所保護電路可能出現(xiàn)的短路電流值，這樣才能得到可靠的短路保護。 2．快速熔斷器的選擇 (1) 快速熔斷器的額定電壓應大于線路正常工作電壓。 (2) 快速熔斷器的額定電流應大于或等于內部熔體的額定電流。  4.5.6 開關電器的選擇 1．刀開關的選擇 (1) 根據(jù)刀開關在線路中的作用和安裝位置選擇其結構型式。  (2) 根據(jù)線路電壓和電流來選擇。  (3) 刀開關的極數(shù)應與所在電路的極數(shù)相同。 2．組合開關的選擇 (1) 組合開關主要根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸點數(shù)及電動機容量來選擇。 (2) 組合開關不能用來分斷故障電流。 (3) 組合開關的操作頻率不宜太高。 (4) 對用于控制電動機可逆運行的組合開關，必須在電動機完全停止轉動后才允許反方向接通。 (5) 組合開關本身不具備過載、短路和欠電壓保護。 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等于電路的額定電壓。 (4) 熱脫扣器的整定電流應等于電路的額定電流。 (5) 對保護籠型感應電動機，斷路器的電磁脫扣器(過電流脫扣器)的瞬時脫扣整定電流為8～15倍電動機額定電流，而保護繞線式電動機時為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及所需要的變壓器容量來選擇。 (1) 控制變壓器一、二次電壓應與交流電源電壓、控制電路電壓與輔助電路電壓相符合。 (2) 變壓器長期運行時，最大工作負載時變壓器的容量應大于或等于最大工作負載所需要的功率  4.5.7 控制變壓器的選擇 根據(jù)一次和二次電壓等級及所需要的變壓器容量來選擇。 (1) 控制變壓器一、二次電壓應與交流電源電壓、控制電路電壓與輔助電路電壓相符合。 (2) 變壓器長期運行時，最大工作負載時變壓器的容量應大于或等于最大工作負載所需要的功率，計算公式為 ST≥KT                               (4.5.8) 式中：ST——控制變壓器所需容量，VA； ——控制電路最大負載時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——控制變壓器容量儲備系數(shù)，一般取1.1～1.25。

控制變壓器容量應使已吸合的電器在啟動其他電器時仍能保持吸合狀態(tài)，而啟動電器也能可靠地吸合。 4.6 電氣控制的施工設計與施工 4.6.1 電氣設備總體配置設計 總體配置設計是以電氣控制的總裝配圖與總接線圖的形式表達出來的，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計 電柜內的電器可按下述原則布置。 (1) 體積大或較重的電器應置于控制柜下方。 (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。 (3) 強電弱電應分開，弱電部分應加屏蔽隔離，以防強電及外界的干擾。 (4) 電器的布置應考慮整齊、美觀、對稱。 (5) 電氣元器件間應留有一定間距，以利布線、接線、維修和調整操作。 (6) 接線座的布置：用于相鄰柜間連接用的接線座應布置在柜的兩側；用于與柜外電氣元件連接的接線座應布置在柜的下部，且不得低于200 mrn。 4.6.3 電氣控制裝置接線圖的繪制 (1) 接線圖的繪制應符合GB6988.3—1997的規(guī)定。 (2) 電氣元器件相對位置與實際安裝相對位置一致。 (3) 接線圖中同一電氣元件中各帶電部件，如線圈、觸點等的繪制采用集中表示法，且在一個細實線方框內。 (4) 所有電氣元件的文字符號及其接線端鈕的線號標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實線繪制。 (6) 接線圖中應標明連接導線的型號、規(guī)格、截面積及顏色。 4.6.4 電力裝備的施工 1．電氣控制柜內的配線施工 (1) 不同性質與作用的電路選用不同顏色導線。 (2) 所有導線中間不許有接頭。 2．電柜外部配線 (1) 所用導線皆為中間無接頭的絕緣多股硬導線。 (2) 電柜外部的全部導線一律都要安放在導線通道內。 3．導線截面積的選用 導線截面積應按正常工作條件下流過的最大穩(wěn)定電流來選擇，并考慮環(huán)境條件。  4.6.5 檢查、調整與試運行 (1) 檢查接線圖。 (2) 檢查電氣元件，對照電氣元件明細表。 (3) 檢查接線是否正確。 (4) 進行絕緣試驗。 (5) 檢查、調整電路動作的正確性。