1、章电气设计与CAD 电气控制电路设计基础机床电气控制电路设计举例电气设计的内容电气设计CAD计算机辅助设计通用CAD绘图电气专业设计CAD软件第一节电气控制电路设计基础 电气控制系统设计的基本内容和原则 电气控制电路设计方法 电气控制电路设计中元器件的选择 电气控制系统中的保护环节一 电气控制系统设计的基本内容和原则 基本内容： 拟定电气设计任务书（技术条件） 确定电气传动方案，选择电动机 设计电气控制原理图 选择电气元件，并制定元件明细表 设计操作台电气柜及非标准电气元件 设计电气设备布置总图电气安装图和 电气接线图 编写电气说明书和使用操作说明书 电力拖动方案确定的原则：无电气调速要求的生
2、产机械鼠笼异步电动机负载转矩大 绕线式异步电动机负载平稳容量大起制动少同步电动机不调速不频繁起动要求电气调速的生产机械调速要求（范围平滑性机械特性硬度 转速调节级数工作可靠性） 选择拖动方案，比较确定最佳调速范围：23调速级数：24双速或多速鼠笼异步电动机调速范围： 3不要求平滑 绕线式异步电动机（短时负载和重复短时负载）调速范围： 310要求平滑 带滑差离合器的异步电动机（长期低速时，用晶闸管直流拖动）调速范围： 10100 直流拖动系统或交流调速系统三相异步电动机的调速： 定子绕组的级数 转子电路的电阻变频调速和串级调速改变电动机调速性质的确定调速： 恒转距（调电枢电压） 恒功率（调励磁电
3、流）直流他励电动机恒转距：Y双Y，输出转距不变恒功率：双Y，转速 但功率变化不大双速鼠笼异步电动机例：车床主轴为恒功率传动进给为恒转距传动调速性质负载性质 控制方案确定的原则 控制方式与拖动需要相适应 控制方式与通用化程度相适应 控制方式应最大限度满足工艺要求 控制电路的电源应可靠二 电气控制电路设计方法 经验设计法 逻辑设计法 根据生产机械的工艺要求和加工过程， 利用各种典型的基本控制环节， 加以 修改、补充、完善，最后得出最佳方案 试探的方法，无固定模式 ，设计结果不唯一1. 经验设计法 设计主电路 设计控制电路 设计联锁与保护环节 电路的完善设计控制电路的注意事项 线圈的连接 控制线路中
4、，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也是不允许串联使用的两线圈吸合快慢不一致:导致先吸合的电器磁路先闭合 阻抗 电感显著 ,其线圈 上的电压也 ,另一个不能吸合同时电路电流 , 可能烧毁线圈两个同时动作的线圈应并联连接 触点的连接同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上。 电位不等 飞弧等电位 避免多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件 应考虑电器触头的接通和分断能力 若触头容量不够，可在线路中增加中间继电器 或增加线路中触头数目增加接通能力用多触头并联连接增加分断能力用多触头串联连接 应考虑电器元件触头竞争”问题 先断后合： 通电时,常闭触头先断开,常开
5、触头后闭合 断电时,常开触头先断开,常闭触头后闭合 先合后断： 通电时,常开触头先闭合,常闭触头后断开 断电时,常闭触头先闭合,常开触头后断开 同一继电器的常开触头和常闭触头有: 先断后合型 先合后断型 应考虑电器元件触头竞争”问题 KA为先断后合型：自锁不行KA为先合后断型：自锁可行控制电路力求简单、经济 尽量减少触头的数目(经济，故障机会少) 尽量减少连接导线 KM在控制柜，起停按钮在操作台 线路在工作时除必要的电器元件必须长期通电外， 其余电器应尽量不长期通电 (延长电器元件的使用寿命和节约电能) 防止寄生电路 寄生电路:控制线路在工作中出现意外接通的电路寄生电路的缺点: 破坏线路的正常
6、工作，造成误动作热继电器动作时会出现寄生电路，使KM不能断电 应具有必要的保护环节 短路保护 熔断器或断路器 过流保护 过流继电器和接触器配合 起动方法不正确 & 负载转矩过大常常引起电动机的过电流故障,过电流一般比短路电流要小。(直流电机和绕线式异步电机) 过载保护 热继电器 零电压保护 并联在起动按钮两端的接触器的自锁触头零电压继电器主令控制器 多功能保护器(过载断相短路) 电流互感器TA1TA3在电动机运行时磁路处于饱和状态(铁磁氧体MX0-2000型锰锌磁环) 正常情况分析 断相保护 过载保护（热保护） 经验设计法 实例控制要求： 自动循环 刀架由1移到2进行钻削加工后，自动退回1，
7、实现12之间自动位置循环 无进给切削 钻头到达位置2时不再进给。但钻头继续 旋转，进行无进给切削以提高工件加工精度 快速停车 停车时，要求快速以减少辅助工时 设计思路 自动循环 刀架由1移到2进行钻削加工后，自动退回1， 实现12之间自动位置循环 电动机须正、反向运转，故采用两个接触器， 以改变电源相序 (典型的正反转控制环节)加限位，控制自动循环 ，改电路 无进给切削 钻头到达位置2时不再进给，钻头继续 旋转，进行无进给切削以提高工件加工精度 (SQ2动作,延时产生作用KM2得电)老书：P72图2-45 快速停车 停车时，要求快速停车以减少 辅助工时(采用反接制动方式)最后设置必要的保护（F
8、U，FR）正转：KSF合反转：KSR合逻辑设计法：利用逻辑代数方法，设计电器控制线路， 或对线路简化逻辑变量：接触器、继电器的线圈、触头 线圈：通电时,为 1 断电时,为 0 触头：闭合时,为 1 断开时,为 0 电器控制线路中，线圈的状态可用逻辑表达式表示，因而可用逻辑代数方法，设计或化简电器控制线路二.逻辑设计法 逻辑与：电器控制线路与基本逻辑表达式的关系21KAKAKMKA1KA2KM000010100111真值表 逻辑或：21KAKAKMKA1KA2KM000011101111真值表常闭触头用其线圈的非表示 逻辑非：KAKM0110真值表逻辑电路基本类型： 逻辑组合电路 （无反馈，如自
9、锁电路） 逻辑时序电路 （有反馈，有记忆功能）逻辑设计法 举例控制线路要求： 某电动机只有在继电器KA1、KA2、KA3中任何一个或任何两个继电器动作时才能运转，而在其它任何情况下都不运转。电动机的运转由接触器KM控制根据题目的要求，列出接触器通电状态的真值表 接触器通电状态的真值表 KA1KA2KA3KM00000011010101111001101111011110321321KAKAKAKAKAKAKM)(321321KAKAKAKAKAKAKM根据题目的要求，列出接触器通电状态的真值表KA1KA2KA3KA1KA2KA3KM)(321321KAKAKAKAKAKAKM(按基本公式和运算
10、规律)化简三.电气控制电路设计中元器件的选择 电动机的选择卧式车床主电动机的功率： P=36.5D 式中: P主拖动电动机的功率(kW) D工件最大直径(m)立式车床主电动机的功率 P=20D 式中: P& D同上摇臂钻床主电动机的功率 P=0.0646D 式中: P同上; D最大钻孔直径(mm)卧式镗床主电动机的功率 P=0.004D 式中: P同上; D镗杆直径(mm)龙门铣床主电动机的功率 P=1/166B 式中: P同上; B工作台宽度(mm) 1.电动机功率的选择：1.540.881.191.71.15进给拖动功率 = 0.030.05主拖动功率2.电动机额定电压的选择： 与供电网电
11、压一致 220V/380V（/Y） 380V/660V（/Y）中小型异步电动机若380V/660V用 Y / 起动，且功率教大时，则选用相应电压的高压电动机3.电动机额定转速的选择：一般同功率的电动机，额定转速愈高， 尺寸愈小，成本愈低但生产机械转速一定，电机转速愈高，传动机构 转速比愈大，其机构愈复杂4.电动机结构型式的选择： 以电动机与工作机构的 连接方便紧凑为原则卧式（轴是水平的）立式（轴是垂直的）立铣龙门铣立式钻床根据工作条件选择电动机的防护型式：防护式封闭式防爆式5.鼠笼电动机有关电阻的计算：起动电阻的计算： 减压起动时，定子回路串联的限流电阻反接制动电阻的计算： 反接制动时，其电流
12、起动电流 常用低压电器的选择1. 接触器的选用:电源的类型直流交流主触点额定电流辅助触点种类数量触点额定电流线圈电源种类频率额定电压额定操作频率2. 继电器的选择:一般继电器的选用 （电磁继电器）线圈电压或线圈电流过/欠电流继电器过/欠电压继电器中间继电器时间继电器的选择通电延时或断电延时延时长短使用场合工作环境热继电器的选用结构形式（两相三相）热元件额定电流： IR（0.951.05）IN（一般） IR（1.151. 5）IN（特殊） IN电动机的额定电流3. 熔断器的选择:种类额定电压额定电流熔断器熔体额定电流IR：单台长期工作： IR（1.52.5）IN一组保护多台： IR（ 1.52.5 ）ImaxIN4. 其它电器的选择: 断路器的选择 控制变压器容量的选择 控制按钮的选择 行程开关的选择 万能转换开关的选择 接近开关的选择
