電氣控制線路故障分析與處理（第二版）課件：電氣控制線路的設(shè)計

任務(wù)一電氣控制線路的設(shè)計

任務(wù)二電氣控制線路設(shè)計舉例

電氣控制線路的設(shè)計

活動1電氣控制線路設(shè)計的主要內(nèi)容、方法和步驟

一、活動目標

(1)理解電氣控制線路設(shè)計的目的和意義。

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

二、活動內(nèi)容

1.電氣控制線路設(shè)計的主要內(nèi)容

1)原理設(shè)計

原理設(shè)計的步驟如下：

(1)擬定電氣設(shè)計任務(wù)書。

(2)確定電力拖動方案及控制方案。

(3)確定電動機的類型、電壓等級、容量及轉(zhuǎn)速，并選擇出具體型號。

(4)設(shè)計電氣控制原理框圖，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)備和電器元件明細表裝置易損件及備用件清單。

(7)在上述各項完成的基礎(chǔ)上，編制出符合設(shè)計要求的原理設(shè)計說明書。2)工藝設(shè)計

工藝設(shè)計的主要目的是便于實施電氣控制設(shè)備的制造、安裝，實現(xiàn)電氣原理設(shè)計要求的各項技術(shù)指標，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)計相關(guān)。電氣工藝設(shè)計的主要內(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)計步驟如下：

(1)電氣設(shè)備總體布置設(shè)計。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械設(shè)備的相應(yīng)部位上(如傳感器、行程開關(guān)等)，還有些元器件則要安裝在面板或操作臺上(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)成一個完整的電氣控制線路或系統(tǒng)時必須劃分為部件、組件等，同時還要考慮部件、組件間的電氣連接問題。總體布置設(shè)計是否合理，將直接影響到電氣控制裝置的制造、裝配、運輸、調(diào)試、操作、維護及運行。(2)根據(jù)已設(shè)計完成的電氣控制原理圖及選定的電器元件，設(shè)計電氣設(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)能反映出電動機、執(zhí)行電器元件、電氣箱各組件、操作板布置、電源進線的走向以及相關(guān)檢測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)計資料可為機械電氣設(shè)備總體裝配的調(diào)試、日常維護、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，對總原理圖進行分區(qū)編號，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)總圖編號標出各組件相應(yīng)的進出線號。

(4)根據(jù)各組件的原理電路及選定的元件目錄表，設(shè)計各組件的裝配圖，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，標明安裝、使用的技術(shù)要求。這部分資料是在進行個別零件的機械加工和對外協(xié)作加工時，需要提供和留作參考的技術(shù)資料。

(6)設(shè)計電氣箱。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)計安裝支架，標明安裝尺寸、安裝方式以及各組件的連接方式、通風散熱和開門方式。在這一部分的設(shè)計中，應(yīng)使整體布局合理、美觀、操作維護方便。

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

(8)在完成好上述各項的基礎(chǔ)上，編寫出符合要求的工藝設(shè)計說明書。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)境條件必然會對設(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)計中必須予以考慮。適當調(diào)整設(shè)計參數(shù)，有利于減少設(shè)備故障率，延長電器使用壽命。影響電氣設(shè)備可靠工作的環(huán)境因素主要有氣候、機械振動和電磁場等。

(1)氣候環(huán)境。氣候環(huán)境與地理條件密切相關(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+40℃，24小時周期內(nèi)平均溫度不超過+35℃；最低溫度不低于-5℃。過高的環(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)、表面防護層加速老化等。因此，設(shè)計時，必須對高溫環(huán)境所使用的功率器件、發(fā)熱元件降級使用，考慮強制的冷卻措施。但是，過低的環(huán)境溫度會使空氣的相對濕度增大，材料收縮變脆，潤滑變差。對于電氣設(shè)備來說，在運行時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；有些長期不用的電氣設(shè)備適時地進行開機去濕，如電動機等。②濕度。溫度與濕度結(jié)合往往會產(chǎn)生很大的破壞作用。濕度高會在物體表面附著一層水膜，大大降低產(chǎn)品的絕緣電阻，導致產(chǎn)品的電氣絕緣性能降低，加劇化學腐蝕和其他微生物的繁殖。而濕度過低容易產(chǎn)生靜電荷積聚，靜電對電子元器件會產(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)計時應(yīng)考慮元器件的密封和保護層的選用。

③氣壓。氣壓對電氣設(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)計時應(yīng)使絕緣間距加寬。④風沙、灰塵。電器元件的觸點積有沙塵會使觸點的接觸電阻增大，元器件表面的沙塵會磨損防護層，導電的塵埃易造成絕緣漏電和短路故障。設(shè)計中應(yīng)注意控制箱、柜的密封、冷卻與防護的協(xié)調(diào)關(guān)系。同時，設(shè)計時，還應(yīng)考慮散熱和防護措施。

(2)機械環(huán)境。機械環(huán)境主要是指機械振動環(huán)境，不同環(huán)境的振源頻帶相差較大，設(shè)計時應(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。電磁干擾對電氣設(shè)備工作可靠性影響很大，嚴重時會使系統(tǒng)不能正常工作?？梢圆扇∪缦麓胧﹣硐魅蹼姶鸥蓴_的影響：

①抑制噪聲源；

②阻斷干擾對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)計的基本方法

電氣控制線路的設(shè)計方法有兩種：經(jīng)驗設(shè)計法和邏輯設(shè)計法。

1)經(jīng)驗設(shè)計法

經(jīng)驗設(shè)計法又稱一般設(shè)計法或分析設(shè)計法，是指根據(jù)生產(chǎn)機械設(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)過考驗的成熟電路，按各部分的聯(lián)鎖條件組合起來并加以補充或修改，綜合形成滿足控制要求的完整的電氣控制線路。當找不到現(xiàn)成的典型環(huán)節(jié)時，可根據(jù)控制要求邊分析邊設(shè)計，將主令信號經(jīng)過適當?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。對于一般不太復雜的(繼電接觸式)電氣控制線路都可以按照經(jīng)驗設(shè)計法進行設(shè)計。該方法易于掌握和使用，但在設(shè)計的過程中需要反復修改設(shè)計草圖，以得到最佳設(shè)計方案，因此設(shè)計速度慢，且必要時還需對整個電氣控制線路進行模擬試驗。這種設(shè)計方法的基本步驟如下：

(1)主電路設(shè)計：主要考慮電動機對啟動、正反轉(zhuǎn)、制動和調(diào)速的要求。(2)控制電路設(shè)計：主要考慮如何滿足電動機各種運轉(zhuǎn)功能對生產(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、參量選擇和確定控制原則。

(3)聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)設(shè)計：主要考慮如何完善整個控制線路的設(shè)計，包括各種聯(lián)鎖環(huán)節(jié)以及短路、過載、過流、失壓等保護環(huán)節(jié)。

(4)線路的綜合審查：反復審查所設(shè)計的控制線路是否滿足設(shè)計原則和生產(chǎn)工藝要求。在條件允許的情況下，進行模擬試車，逐步完善整個電氣控制線路的設(shè)計，直到滿足生產(chǎn)工藝要求。2)邏輯設(shè)計法

所謂邏輯設(shè)計，是利用邏輯代數(shù)來進行電路設(shè)計的，即根據(jù)生產(chǎn)機械的拖動要求及工藝要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號以及主令電器(指控制按鈕、行程開關(guān)等手動電器)的接通與斷開狀態(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)系式來表達，然后再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律進行簡化，使之成為需要的“與或”關(guān)系式。

3.電氣控制線路設(shè)計的步驟

1)擬定設(shè)計任務(wù)書

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

對電氣設(shè)計任務(wù)書的要求是，能反映所設(shè)計的機械設(shè)備的型號、用途、工藝過程、技術(shù)性能和使用環(huán)境等。除此之外，還應(yīng)說明以下技術(shù)要求：(1)用戶所使用的電源種類、電壓等級、頻率及容量要求等；

(2)電動機的數(shù)量、用途、負載特性、調(diào)速范圍以及對轉(zhuǎn)向、啟動和制動等的要求；

(3)電氣保護、聯(lián)鎖條件、動作程序等自動控制要求；

(4)控制精度、生產(chǎn)效率、目標成本、經(jīng)費限額、驗收標準及方式等的要求。2)電力拖動方案確定的原則和控制方式

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

電力拖動方案是指依據(jù)生產(chǎn)工藝過程要求，綜合生產(chǎn)機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)，運動部件的數(shù)量、運動要求、負載特性、調(diào)速要求以及經(jīng)濟要求等因素，來選擇電動機的類型、數(shù)量、拖動方式以及電動機的各種控制特性要求。電力拖動方案是電氣控制原理圖設(shè)計及電器元件選擇的依據(jù)。3)電動機的選擇

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

(1)電動機的機械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機械的要求，要與負載特性相適應(yīng)，以確保在一定負載下運行時有較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速、一定的調(diào)速范圍以及良好的啟動和制動性能。

(2)電動機在運行過程中，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超過電動機自身所允許的額定溫升。(3)電動機的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足生產(chǎn)機械提出的安裝要求，適應(yīng)周圍環(huán)境的工作條件。

(4)根據(jù)電動機所帶負載和工作方式，正確、合理地選擇電動機的容量。

正確、合理地選擇電動機的容量具有非常重要的意義。選擇電動機容量時可以從以下四方面進行考慮：

①對于工作制是恒定負載長期運行的電動機，其容量的選擇應(yīng)能保證電動機的額定功率大于或等于負載所需要的功率。②對于工作制是變動負載長期運行的電動機，其容量的選擇應(yīng)能保證當負載變到最大時，電動機仍能給出所需要的功率，同時電動機的溫升不超過允許值。

③對于工作制是短時運行的電動機，其容量選擇應(yīng)按照電動機的過載能力來選擇。

④對于工作制是重復短時運行的電動機，其容量的選擇原則上按照電動機在一個工作循環(huán)內(nèi)的平均功耗來選擇。

(5)電動機電壓的選擇應(yīng)根據(jù)安裝使用地點的電源電壓來確定，常用的有交流380V、220V。

(6)在無特殊要求的場合，均選用交流電動機。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)備的通用性及專業(yè)化。對于專業(yè)機械設(shè)備，由于工作程序比較固定，而且很少改變原有工作過程，對此，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；而對于要求較復雜的控制設(shè)備或者要求經(jīng)常變換工作過程和加工對象的機械設(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、安全可靠的前提下，能最大限度地滿足生產(chǎn)工藝過程的要求；此外，控制方案的確定還應(yīng)考慮采用聯(lián)鎖、限位保護、故障報警、信號指示等。

(3)設(shè)計出符合實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)在完成上述各項的基礎(chǔ)上，編寫電氣控制方案說明書。

三、活動回顧與拓展

進一步熟悉電氣原理設(shè)計的主要內(nèi)容、基本方法和基本步驟，掌握各階段說明書的編寫規(guī)范?；顒?電氣控制線路設(shè)計的基本要求

一、活動目標

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

(2)熟悉設(shè)計滿足生產(chǎn)工藝要求的電氣控制線路的方法。

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

二、活動內(nèi)容

電氣控制線路的設(shè)計一般應(yīng)遵循以下原則。

1.最大限度地滿足生產(chǎn)機械設(shè)備和生產(chǎn)工藝對電氣控制線路的要求

電氣控制線路是為整個生產(chǎn)機械設(shè)備及其工藝過程服務(wù)的，因此，在設(shè)計之前首先要弄清楚生產(chǎn)機械需滿足的生產(chǎn)工藝要求，對生產(chǎn)機械的整個工作情況做一個全面細致的了解，在盡可能的情況下深入現(xiàn)場調(diào)查、探討、收集資料，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)人員及現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗，為設(shè)計出合格的電氣控制線路奠定基礎(chǔ)。2.在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，應(yīng)設(shè)計出既能滿足生產(chǎn)工藝要求，又能使控制線路簡單、經(jīng)濟的電氣控制線路圖

其具體方法及要求如下：

(1)盡可能選用符合設(shè)計要求和標準的、常用的且經(jīng)過實踐考驗的典型控制環(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、同型號的電器元件，以便于維護和減少備用品的數(shù)量。

(3)盡可能地減少電器元件觸點數(shù)量。分析圖5-1可知，圖5-1(a)設(shè)計不合理；圖5-1(b)節(jié)省了一個KM1輔助動合觸點，通過兩個線圈共用同一個觸點來實現(xiàn)，設(shè)計合理。圖5-1減少電器元件觸點數(shù)量常用的減少觸點數(shù)目的方法如下：

①合并同類觸點。在圖5-2中，圖(a)和圖(b)實現(xiàn)的控制功能相同，但圖(a)比圖(b)多了一對中間繼電器K2的觸點。合并同類觸點時必須保證所用接觸器或繼電器觸點的容量應(yīng)大于兩個線圈電流之和。圖5-2同類觸點合并②使用中間繼電器?？墒褂镁哂修D(zhuǎn)換觸點的中間繼電器將兩對觸點合并成一對轉(zhuǎn)換觸點，如圖5-3所示。圖5-3具有轉(zhuǎn)換觸點的中間繼電器的應(yīng)用(4)合理安排電器元件觸點位置。分析圖5-4所示的控制線路，圖5-4(a)設(shè)計不合理，因為行程開關(guān)SQ的動合、動斷觸點為耦合觸點，這樣，在觸點斷開時，如有電弧飛濺，會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)場引出四根連接線。圖5-4(b)接法就較為合理。圖5-4觸點的安排(5)盡量減少連接導線的數(shù)量和縮短連接導線的長度。在設(shè)計電氣控制線路時，應(yīng)根據(jù)實際環(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際連線，以保證各種電氣設(shè)備和電器元件之間的連接導線的數(shù)量最少，導線的長度最短。

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，但若考慮實際接線，因為按鈕裝在操作臺或電氣控制柜的門上，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需引四根導線。而(b)圖是將啟動按鈕和停止按鈕直接相連，這樣保證了兩個按鈕之間的連接導線最短，而且從電氣控制柜到操作臺只需引出三根導線。

由此可見，圖(a)不合理，而圖(b)合理。在實際接線中，通常都將啟動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，除必要的電器元件必須通電外，其余的盡量不通電，以延長觸點的使用壽命和節(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，故沒必要繼續(xù)通電。若改成圖5-6(b)，在接觸器KM2通電后，通過KM2的聯(lián)鎖觸點切斷了接觸器KM1和時間繼電器KT的電源，節(jié)約了電能，延長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，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)接入兩個電器元件的線圈，如圖5-7(a)是不正確的。這主要是因為每個線圈上所分配到的電壓與線圈的阻抗成正比，而兩個電器元件(如KM1和KM2)不可能同時動作。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的線圈電壓達不到動作值，導致接觸器KM1線圈電流增大，有可能將線圈燒毀。因此，若需要兩個電器元件同時工作，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，當接觸器KM1觸點斷開時，由于電磁鐵YB線圈電感量較大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢加在電壓繼電器KV的線圈上，流經(jīng)KV線圈上的電流有可能達到其動作值，從而使電壓繼電器KV重新吸合動作，過一段時間，電壓繼電器KV又釋放，如此反復，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的線圈電路中單獨加一接觸器KM1的輔助動合觸點，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作過程中，發(fā)生意外接通的電路稱為寄生電路。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作。圖5-9(a)是一個具有指示燈和過載保護的電動機正反轉(zhuǎn)控制電路。正常工作時，能完成正反轉(zhuǎn)啟動、停止和信號指示。但當熱繼電器FR動作時，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，起不了保護作用。如果將指示燈與各自對應(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)“臨界競爭現(xiàn)象”的產(chǎn)生。圖5-10為一個產(chǎn)生臨界競爭現(xiàn)象的典型電路。其工作過程是：按下按鈕SB2后，接觸器KM1和時間繼電器KT都通電，電動機M1啟動運轉(zhuǎn)，延時時間到，電動機M1停轉(zhuǎn)而M2運轉(zhuǎn)，導致電動機時停時轉(zhuǎn)。

產(chǎn)生上述異?，F(xiàn)象的主要原因在于圖5-10電路設(shè)計不可靠，存在臨界競爭現(xiàn)象。KT延時時間到，其延時動斷觸點總是由于機械運動先斷開，而延時動合觸點后閉合，當延時動斷觸點先斷開后，KT線圈立即斷電，但由于銜鐵復位需要時間，因此延時動合觸點有時因受到某些干擾來不及閉合，而一旦閉合不上，接觸器KM2就不能通電，M2就不能運轉(zhuǎn)。若將時間繼電器KT延時動斷觸點換成接觸器KM2動斷觸點以后，線路工作就可靠了。改進后的電路如圖5-11所示。圖5-10典型的臨界競爭電路圖5-11改進后的電路(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械雙重聯(lián)鎖。

(5)設(shè)計的電氣控制線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)的情況，并據(jù)此來決定電動機的啟動方式是采用直接啟動還是采用降壓啟動。

(6)盡可能使用同一性質(zhì)的電源種類。由于電源有交直流兩大類，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)計電氣控制線路時，應(yīng)充分發(fā)揮觸點的接通和分斷能力。如果想提高觸點的接通能力，則可用多觸點并聯(lián)的方法；如果想提高觸點的分斷能力，則可用多觸點串聯(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

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

及機械損壞。為此，當電路發(fā)生短路故障時，應(yīng)迅速而可靠地切斷電源，圖5-12采用的是用熔斷器實現(xiàn)短路保護的電路。當電動機容量較小時，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；當電動機容量較大時，在控制電路中必須單獨設(shè)置短路保護，如熔斷器FU2，也可采用低壓斷路器實現(xiàn)短路保護，此時它既可以實現(xiàn)短路保護，又可以實現(xiàn)過載保護。當線路出現(xiàn)短路或過載故障時，低壓斷路器動作，故障處理后重新合上開關(guān)，則線路重新運行。圖5-12熔斷器短路保護2)過電流保護

在電動機運行過程中，由于各種原因，使電動機電流增大，導致電動機或生產(chǎn)機械設(shè)備損壞。因此，為確保電動機安全可靠地運行，必須采取過電流保護。圖5-13(a)是采用過電流繼電器保護電動機過流的電路，該線路通常用在限制直接啟動的直流電動機和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的過電流保護，其繼電器的動作值一般整定在1.2倍的電動機額定電流。圖5-13(b)是籠型異步電動機直接啟動時的過電流保護，其工作過程為：當電動機啟動時，通電延時型時間繼電器KT延時斷開的動合觸點(在主電路中)未斷開，過電流繼電器的線圈沒有接入電路中，這時，雖啟動電流很大，但過電流繼電器不起作用。當啟動結(jié)束后，KT的延時動斷觸點因延時時間到而斷開，過電流繼電器實現(xiàn)對電動機的正常運行時起過電流保護的作用。圖5-13電動機的過電流保護電氣控制原理圖(a)直流或繞線轉(zhuǎn)子異步電動機；(b)三相籠型異步電動機3)過載保護

如果電動機長期過載運行，其繞組的溫升將超過允許值，從而損壞或燒毀電動機定子繞組，此時應(yīng)設(shè)置過載保護。過載保護多采用熱繼電器作為保護元件，與熔斷器或過流繼電器配合使用實現(xiàn)各自的保護功能。在圖5-14所示的電路中，圖(a)適用于保護電動機出現(xiàn)三相均勻過載；圖(b)適用于電動機有任一相斷線或三相均衡過載的保護，但當三相電源出現(xiàn)嚴重不均衡或電動機內(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，則圖(a)和圖(b)就不能可靠地進行保護；對此常采用圖(c)來實現(xiàn)三相保護，同時圖(c)也能對電動機的各種過載情況實現(xiàn)可靠保護。圖5-14過載保護(a)三相均衡過載；(b)一相斷線或三相均衡過載；(c)不均衡過載4)失壓保護和欠壓保護

失壓保護和欠壓保護在的任務(wù)三三相籠型異步電動機全壓啟動中已講過，在此不再贅述。

5)弱磁保護

直流并勵電動機和復勵電動機在勵磁磁場減弱或消失時，會引起電動機的“飛車”現(xiàn)象，此時，有必要在控制線路中采用弱磁保護環(huán)節(jié)。一般用弱磁繼電器，其吸合值一般整定為額定勵磁電流的0.8倍(見附錄一的直流電動機電氣控制線路)。6)其他保護

對于做直線運動的生產(chǎn)機械常設(shè)有極限保護環(huán)節(jié)，如上、下極限保護，前、后極限保護等，一般用行程開關(guān)的動斷觸點來實現(xiàn)。另外，還有溫度、水位、欠壓等保護環(huán)節(jié)，以滿足不同生產(chǎn)工藝的要求。

三、活動回顧與拓展

在理解本節(jié)所學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對涉及的各種電路圖做進一步的分析，以明確滿足電氣控制線路設(shè)計的基本原則。

注：電器元件布置圖及電氣安裝接線圖的設(shè)計方法已在的任務(wù)一中講過，這里不再贅述?；顒覥W6163型臥式車床電氣控制線路設(shè)計

一、活動目標

通過對CW6163型臥式車床電氣控制線路設(shè)計的過程分析，進一步熟悉電氣控制線路設(shè)計的方法與步驟。任務(wù)二電氣控制線路設(shè)計舉例

二、活動內(nèi)容

CW6163型臥式車床電氣控制原理圖的設(shè)計。

1.設(shè)計要求

CW6163型臥式車床屬于普通的小型車床，性能優(yōu)良，應(yīng)用較廣泛。其主軸的正、反轉(zhuǎn)運行由兩組機械式摩擦片離合器控制，主軸的動作采用液壓制動器，進給運動的縱向左右運動、橫向前后運動及快速移動由一個手柄操作控制。可完成工件最大車削直徑為630mm，工件最大長度為1500mm。

2.對電氣控制的要求

(1)根據(jù)工件的最大長度要求，為減少輔助工作時間，要求配備一臺主軸電動機和一臺刀架快速移動電動機，主軸運動的起、停要求兩地控制操作。

(2)車削時產(chǎn)生的高溫，可由一臺普通冷卻泵電動機加以控制。

(3)根據(jù)整個生產(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.電動機的選擇

根據(jù)設(shè)計要求，可知需配備三臺電動機：主軸電動機M1、冷卻泵電動機M2和快速移動電動機M3。通常電動機的選擇在機械設(shè)計時確定。

(1)主軸電動機M1確定為Y160M—4(11kW、380V、

22.6A、1460r/min)。

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

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

4.電氣控制線路圖的設(shè)計

1)主電路設(shè)計

CW6163型臥式車床電氣控制原理圖如圖5-15所示。

(1)主軸電動機M1。M1【2】的功率超過10kW，但是由于車削在設(shè)備啟動以后才進行，并且主軸的正反轉(zhuǎn)通過機械方式進行，所以M1采用單向直接啟動控制方式，用接觸器KM進行控制。在設(shè)計時還應(yīng)考慮到過載保護，并采用電流表PA監(jiān)視車削量，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機M1未設(shè)置短路保護，它的短路保護可由機床的前一級配電箱中的熔斷器提供。圖5-15CW6163型臥式車床電氣控制原理圖(2)冷卻泵電動機M2和快速移動電動機M3。由于冷卻泵電動機M2【3】和快速移動電動機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，動合動斷觸點都為4對)替代接觸器進行控制。由于快速電動機M3屬短時運行，故不需過載保護，這樣可得到圖5-15中控制冷卻泵電動機M2和快速電動機M3的主電路。2)控制電源的設(shè)計

考慮到安全可靠和滿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，見圖5-15中的【5】區(qū)。3)控制電路的設(shè)計

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

(2)冷卻泵電動機M2和快速移動電動機M3的控制。M2采用單向啟?？刂品绞?，而M3采用點動控制方式，電路如圖5-15所示。4)局部照明與信號指示電路的設(shè)計

設(shè)置照明燈EL、燈開關(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)，在電源開關(guān)QS接通以后立即發(fā)光顯示，表示機床電氣線路已處于供電狀態(tài)。另外，設(shè)置指示燈HL1(紅色)表示主軸電動機的運行情況。指示燈HL1和HL2可分別由接觸器KM的動合和動斷觸點進行切換通電控制。

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

5.電器元件的選擇

1)電源開關(guān)的選擇

電源開關(guān)QS的選擇主要考慮電動機M1～M3的額定電流和啟動電流，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)生的電流相對來說較小，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機M2和快速移動電動機M3為滿載啟動，如果這兩臺電動機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機M1為輕載啟動，并且電動機M3為短時工作，因而電源開關(guān)的額定電流確定為25?A左右。具體選擇QS為：三級轉(zhuǎn)換開關(guān)(組合開關(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)電動機的工作環(huán)境、啟動情況、負載性質(zhì)等因素綜合考慮，在本車床控制線路中，根據(jù)電動機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(交流與直流)、負載回路的電壓、主觸點額定電流、輔助觸點的種類、數(shù)量和觸點的額定電流、額定操作頻率等。

在車機床設(shè)計的控制線路中，接觸器KM主要對主軸電動機M1進行控制，因主軸電動機M1的額定電流為22.6A，控制電路電壓為127V，需三對主觸點(兩對輔助動合觸點，一對輔助動斷觸點)，所以接觸器KM應(yīng)選用CJ10—40型接觸器，主觸點額定電流為40A，線圈電