1、第八章 电器控制电路设计,8.1概论电器控制电路设计主要采用两种方法:经验设计法和逻辑设计法。 经验设计法主要是根据生产工序要求，利用各种典型的电器控制电路环节，直接设计控制电路，这种方法要求设计人员必须熟悉大量的电器控制电路，掌握多种典型电器控制电路的设计资料，具有丰富的设计经验，在设计过程中，经常需要经过反复修改和实验，使电器控制电路符合设计要求。 逻辑设计法主要是根据生产工序要求，利用逻辑代数分析和设计电器控制电路，采用这种方法设计的电器控制电路比较合理，适合完成工序要求较复杂的电器控制电路设计。但是，逻辑设计方法难度较大，不易掌握，设计出来的电器控制电路最后需要进行少量的修改与完善。,
2、8.1.1电器控制电路设计的基本方略 1.电器控制电路设计的技术要求电器控制电路设计依据的技术要求，通常是以设计技术任务书的形式表达的。在任务书中，除应简要说明所设计的相关液压设备、气动设备和机械设备等设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动方式、工作条件，使用环境等以外，还必须着重说明: 用户供电系统的电压等级、频率、容量及电流种类即交流(AC)或直流(DC)。 相关操作方面的要求:操作台的布置、操作按钮的设置、测量仪表的种类、故障报警和局部照明要求等。 相关电器控制电路的工作特性:如电器控制电路的主令方式(手动还是自动等)、运动程序、操作步骤、限位设置、保护装置及联锁设施等。 相关电力驱
3、动的基本特性:如电动机的数量和功能、各主要电动机的负载特性、调速范围和方法，以及对启动、反向和制动控制的要求等。 驱动和控制生产机械主要电器设备(如电动机、执行电器和行程开关等)的布置草图和参数。确定电器控制电路设计技术条件，应会同液压、气动、机械设备等各方面设计人员根据所设计系统设备的总体技术要求共同研究，拟定并加以认可。,2.电器控制电路的电气传动设计 (1)确定电气传动方案 单独驱动 (一台电机驱动多个机构） 分立驱动 (多电机，一台电机驱动一个传动机构）(2)确定系统调速方案 重型或大型电控设备: 无级调速 精密机械电控设备: 无级调速， 直接驱动 一般中小型电控设备: 经济，高效(3
4、)选择负载特性(4)确定电动机的类型,3.电器控制电路的控制模式设计电器控制电路中常用的控制方式主要有时间控制模式、速度控制模式、电流控制模式及行程控制模式等，如何正确选择这些控制模式，是电器控制电路设计中的一个重要课题。时间控制模式是利用时间继电器或PLC的延时单元，将感测系统接受的输入信号经过延时一段时间后才发出该信号，从而实现控制电路运作的时间控制。 速度控制模式是利用速度继电器或测速发电机，间接或直接地检测某机械部件的运动速度，来实现按速度原则的控制。 电流控制模式是借助于电流继电器，它的动作反映了被控电路中某处电流变化，从而实现按电流原则的控制。 行程控制模式是利用生产机械运动部件与
5、事先安排好位置的行程开关或接近开关进行配合，而达到位置控制的作用。4.电器控制电路设计的一般原则 (1)控制方案应与控制设备的功用相适应 (2)控制方案应与控制环节的功能相关联 (3)控制方案应与控制电路的电源相匹配,5.电器控制电路设计的基本要领必须充分满足被控对象运作要求，千方百计确保控制系统安全可靠，并且尽量提高控制电路的性价比，这就是电器控制电路设计的主要目标。 (1)必须充分满足被控对象运作要求 (2)尽量提高控制系统的性价比 尽量减少控制电路中电源的种类:控制电源用量，控制电压等级应符合标准等级。 尽量缩减连接导线的数量和长度:设计电器控制电路时应考虑到各元件之间的实际位置，特别要
6、注意，同一电器的不同触点在电路中尽可能具有更多的公共连线，这样可以减少导线段数和缩短导线的长度。如图8-1所示的启停自锁回路，按钮在操作台或面板上接触器在电器柜中，图8-1(a)需由操作台引出4根导线，图8-1(b)只需引出3根导线。,图8-1 减少连接导线的数量,尽量减少触点数量:在满足工作要求的条件下，所用控制电器元件触点越少，控制电路的故障几率就越低，从而工作可靠性提高，并且还可以简化电路。常采用的设计方法如下:合并同类触点:由图8-2所示控制电路可见，在获得同样功能的情况下，图8-2(b)所示电路比图8-2(a)所示电路少用了一对触点。但在合并触点时应当注意所用触点的电流限额。,图8-
7、2 合并同类触点,利用转换触点:利用具有转换触点的中间控制电器，将两对触点简化成一对转换触点，如图8-3所示。,图8-3 利用转换触点,在直流控制电路中可利用半导体二极管的单向导电性来有效地减少触点数目，图8-4所示的两直流控制回路是等效的，对于弱电电器控制电路是行之有效的方法。,图8-4 利用二极管的作用减少触点数,(3)精心考究控制系统各方配合关系 (4)正确合理选用电器元件 (5)千方百计确保控制系统安全可靠 正确选用电器控制电路组成的基本环节，尽量选用标准的、常用的，并经过实践考验过了基本环节。 尽量减少接点，正确合理地连接电器的触点及其线圈，并注意其线圈所在支路的位置至关重要。直流电
8、磁铁线圈与直流中间继电器线圈连接成图8-6(a)所示电路时亦是错误的，当触点KM断开时，由于电磁铁线圈YA电感量较大，产生的感应电势加在中间继电器KA线圈两端，使流经KA线圈的感应电流有可能大于其工作电流而使KA重新吸合，且要经过一段时间后KA才释放，这种误动作是不允许的。因此，通常应与KA线圈串联一个常开触点KM，如图8-6(b)所示。,图8-6 直流电磁铁线圈与直流中间继电器线圈的连接,在控制电路中要防止出现寄生回路。意外接通的回路叫寄生回路，设计时应注意。图8-7所示控制回路，正常工作时，电路能满足所需功能，但在电动机过热而使FR的常闭触点断开时，便会出现图中虚线所示的寄生回路，从而使接
9、触器KM不能可靠释放，起不到过热保护作用。,图8-7 寄生回路,避免电器过多依次性动作:设计时应防止多个电器依次通电后才能接通另一个电器的情况，以保障工作的可靠性，图8-8(a)所示控制电路不合理，属于所述这种情形，而图8-8(b)所示控制电路是正确的。,图8-8 依次性动作控制电路,电气联锁和机械联锁共同使用:在频繁操作的可逆电路中，正、反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且还要有机械联锁。 设计的电器控制电路应适用所在电网的质量和要求。 注意用小容量继电器触点控制大容量接触器的线圈时，要计算继电器触点断开和接通容量是否足够，如果不够，必须添加小容量接触器或中间继电器。 保护环节要完善，以避免
10、发生事故。完善的保护环节包括过载、短路、过电流、过电压、失电压等保护环节，有时应设有合闸、断开、事故、安全等必要的指示信号。 尽量减少控制电器受激(如通电、受压)的时间，以延长电器的使用寿命和节省电能。 尽量减小元器件所承受的冲击电流(如电动机启动电流、换向电流等)。尽量减少手动操作。尽量使操作便利。 (7)注重系统的监控便利性 (8)电路图绘制应符合国标规定,8.1.2电器控制电路设计的一般步序 1.拟订设计任务书 在电器控制电路系统设计任务书中，除简要说明所设计系统的功能、，用途、工序、运作要求、传动参数、工作条件外还应说明以下技术指标及技术要求: 控制精度、工作效率。 电气传动基本特性:
11、如运作部件规格、类型、所用数量、主要用途、动作顺序、负载特性、调速指标、启动与制动的要求等。 自动化程度要求。 稳定性及抗干扰要求。 联锁条件及保护要求。 电源种类、电压等级与频率以及容量等要求。 目标成本与经费限额。 验收标准及验收方式。 其他要求:如设备布局、安装、操作台布置、照明、信号指示、报警方式等。,2.确定电力驱动方案 3.选定电动机参数 选用电动机的基本原则是: 电动机的机械特性应满足被驱动机械的要求，要与负载特性相适应，以保证工作过程中运行稳定并具有指定的调速范围与良好的启动和制动性能。 工作过程中电动机容量能得到充分利用，即温升尽可能达到或接近额定温升值。 电动机的结构形式应
12、满足系统相配的机械、液压和气动等装置所提出的安装要求，并能适应周围环境条件。 4.决定控制方式 5.完成各类图表 6.撰写设计报告,8.2电器控制电路的经验设计法 8.2.1设计方法 1.电器控制电路经验设计法的基本步序 采用经验设计法设计电器控制电路，可归纳为下列五个基本步骤。依据设计任务书中的要求选定电力驱动方案及控制方式并设计系统的原理框图，拟定出各部分的主要技术要求和技术参数。 根据各部分的控制要求，设计出原理框图中各部分的具体控制电路。对于每一部分的设计一般按主回路控制辅回路其他辅助回路联锁与保护环节检查修改与完善优化的步序进行。 绘制整个控制电路原理图。按电控系统组成框图，将上述各
13、部分电器控制电路原理图连成一个整体。 确定控制电路中每一个电器元件参数，并制定元器件目录清单。 完成与原理图关联的电器布置图和接线图等设计项目。,2.电器控制电路经验设计法的主要做法同一般的液压、气动和机械等装置相结合的电器控制电路设计，主要包括主回路、控制辅回路和其他辅助回路的设计。设计的主要内容如下： 主回路设计:主要考究电动机的启动、点动、正反转、制动及多速电动机的调速。另外还要考虑包括短路、过载、欠压等各种保护环节和联锁环节以及照明和信号等环节。 控制辅回路设计:主要考究如何满足电动机等器件的各种运作功能及工序要求，包括实现相关工序过程自动或半自动的控制等。 其他辅回路设计:主要考究如
14、何完善整个控制电路的设计，包括短路、过载、过流、过温、漏电、零压、欠压、互锁、照明、指示、报警、充电与测试等各种保护环节以及自动调控回路等。 整个控制电路的检验:在条件允许的情况下，应进行模拟试验，直至整个控制电路动作准确无误，并逐步完善优化整个电器控制电路的全部设计。,8.3电器控制电路的逻辑设计法 8.3.1设计方法 1.控制电器的逻辑表达式控制电器同逻辑函数式之间存在对应关系，用逻辑函数式表达控制电器的基本观则如下: 用逻辑原(真)变量KA,KM,.，分别表术继电器和接触器的常开触点；用逻辑反(假)变量 ,.，分别表示继电器和接触器的常闭触点。 控制电器受激状态(如按钮或行程开关受压时)
15、为“1”状态;控制电器的固有状态(如按钮或行程开关未受压状态)为“0”状态。触点的闭合状态为“1”状态，触点的断开状态为“0”状态。 控制电器触点的串联关系可用逻辑“与”表示;触点的并联关系可用逻辑“或”表示。 接触器、继电器的吸引线圈视作逻辑函数，触点视为逻辑变量。,2.逻辑运算的基本法则 逻辑“与”。逻辑“与”也称逻辑“乘”，用符号“”表示(也可省略)。逻辑“与”对应的简单电器控制电路如图8-12所示，显而易见，只有当触点A和触点B都闭合时，接触器线圈KM才能为通电状态“1”；只要A和B其中之一断开，则线圈就为断电状态“0”。该控制电路的逻辑“与”真值表如表8-1所示:,图8-12 逻辑“
16、与”对应的电器控制电路,表8-1 逻辑“与”真值表,逻辑“或”，逻辑“或”又称为逻辑“加”，逻辑“或”用符号“+”表示。逻辑“或”对应的简单电器控制电路如图8-13所示，只要触点A和触点B有一个闭合，接触器KM的线圈就可以为通电状态“1“;只有当A和B同时断开，KM线圈才为断电状态“0”。该控制电路的逻辑“或”真值表如表8-2所示。,图8-13 逻辑“或”对应的电器控制电路,表8-2 逻辑“或”真值表,逻辑“非”:逻辑“非”又称逻辑“取反”。逻辑“非”对应的简单电器控制电路如图8-14所示，触点S闭合为“1”时，接触器的KM线圈被旁路，为断电状态“0”;而触点S断开，则KM的线圈为通电状态“1
17、”。所以该电器控制电路中常开触点S的控制功能是逻辑“非”。该控制电路的逻辑“非”的真值表如表8-3所示。,图8-14 逻辑“非”对应的电器控制电路,fKM=,表8-3 逻辑“非”真值表,3.逻辑运算的基本定律 根据逻辑运算的基本法则，可推导出逻辑运算的一些基本定律，这些基本定律对用逻辑设计法设计电器控制电路相当重要，并且经常用到。下面简要介绍逻辑运算的一些常用的基本定律： 交换律A+B=B+A AB=BA 结合律(A+B)+C=A+(B+C) (AB)C=A(BC) 分配律A(B+C)=AB+AC A+BC=(A+B)(A+C） 重叠律: A+A=A AA=A 吸收律A+AB=A A(A+B)
18、=A A+AB=A+B A+AB=A+B,非非律,反演律(又称摩根定理),自反律,4.逻辑函数式化应注意的问题经过逻辑函数式优化的电器线路，可以是非常简化、精练 注意触点容量的限制，逻辑函数式不区分开通、关断和触点容量 可以多用触点: 多用触点可能会降低可靠性，但多用触点也可以使得逻辑功能更加明确，同时增加触点不增加成本,5.电器控制电路逻辑设计法的基本规则采用逻辑设计法设计电器控制电路通常是针对控制辅回路进行设计。首先要把被设计电路的输入和输出关系视作逻辑变量同逻辑函数的关系。图8-15所示控制电路为一台电动机启、停加自锁的电器控制电路，其中SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，KM为接触器，
19、KM的常开辅触点为自锁触点，此电路的逻辑函数式为:,图8-15 单台电动机的启、停控制电路,(8-1),若把KM替换为控制对象K，启动/停止按钮转换为一般形式A，则式(8-1)可改写为:,由此可见式(8-1)可扩展到一般情形的控制对象。 在实际的启动加自锁控制电路中，往往会有很多联锁约束条件。例如，在立式车床中返回行程必须到达原位才能停车。这时，就要在开启信号A开与关断信号A关中加入约束条件，于是式(8-2)变为:,（8-2）,（8-3）,6.电器控制电路逻辑设计法的一般步骤 充分研究生产工序过程，根据工序流程，作出工序示意图，并标明哪些电器动作。 决定执行元件与检测元件，并作出执行元件动作节
20、拍表及检测元件状态表。 根据主令元件和检测元件状态表写出各程序的特征数，并确定待相区分组，设置中间记忆元件，使各待相区分组的所有程序区分开。 列出中间记忆元件开关(逻辑)函数式及执行元件动作逻辑函数式。 根据逻辑函数式建立电器控制电路结构图:一个逻辑函数式只能画一条支路，然后，再将这些支路并联起来即构成了整个电器控制电路图。 进一步完善电路:增加必要的保护环节和联锁环节，检查电器控制电路是否符合控制要求、有无寄生回路、是否存在竞争现象、电路能否再进一步简化等。,8.3.2设计举例 1.关于组合开关电器控制电路的设计用一个接触器KM控制一台电动机启动运转和停止工作，其启动条件为:当中间继电器KA
21、1,KA2,KA3中有一个或者两个动作时才允许电动机启动运转，其他情况下不允许电动机启动运转。如果采用逻辑设计法设计此控制电路，首先应根据所给条件列写出控制器件KA1， KA2，KA3同执行器件KM的动作状态表，如表8-4所示(由于此工序比较简单，第一步可以直接列动作状态表)。依据表8-4写出KM的逻辑表达式并化简：,表8-4 动作状态表,按照化简后的逻辑式绘出对应的电器控制电路，如图8-16所示。,图8-16 组合开关控制电路,校核检验图8-16所示控制电路的功能，完全符合预先指定的控制要求。,2.关于时序开关电器控制电路的设计当开关S闭合后，三个中间继电器KA1,KA2,KA3顺序通电吸合
22、，然后按同样顺序断电释放，在S保持闭合期间，KA1,KA2,KA3的动作周而复始，重复进行。若用逻辑法设计此电器控制电路，其步序同上例类似。首先依据题意列出器件的动作状态表，如表8-5所示。根据表8-5所示各继电器“通电”周期(见表中虚线框)，便可写出它们各自的逻辑函数式并进行化简:,表8-5 动作状态表,这三个逻辑函数式中之所以都只有两项，是因为它们对应的器件“通电”周期中均只有两拍为“1”。按照所化简的逻辑式，画出对应的电器控制电路如图8-17所示。,图8-17 时序开关控制电路,校验图8-17所示控制功能，完至满足预定要求。,3.纵横向液压进给的电器控制电路以上所述两例的工序动作比较简单
23、，因此其设计过程比较直观。下面以典型加工工序的纵、横向液压进给加工电器控制电路为例，来说明用逻辑设计法设计比较复杂的电器控制电路的一般步骤。 (1)分析工序要求，作出工序进程图此液压系统如图8-18所示，纵、横向进给液压缸的工序对电器控制电路的控制要求为： 当按下向前按钮SB1时，纵向液压缸带动刀且快进、工进，工进结束后在终点位置停留，以保证加工精度。 当纵向工进结束发出信号后，横向液压缸带动刀具快进、工进，工进结束后快退至原位，发出信号使纵向液压缸带动刀具快退至原位，整个循环结束。,图8-18 液压系统图,按照上述工序要求，绘出工作进程图,如图8-19所示，其中各行程开关的主要作用如下:行程
24、开关SQ1检测纵向液压缸的原位状态。行程开关SQ2检测纵向液压缸由快进转为工进状态。行程开关SQ3检测纵向液压缸工进结束状态，发出信号使横向液压缸快进。行程开关SQ4检测横向液压缸的原位状态，发出信号使纵向液缸缸快退。行程开关SQ5检测横向液压缸由快进转为工进状态。行程开关SQ6检测横向液压缸由工进转为快退状态。,图8-19 工作进程图,(2)作出工作节拍表及状态表将所有的行程开关在一个工作周期中的状态写出来即形成检测器件工作状态表，如表8-6所示。其中，“1-0”表示通电状态发生变化，即由通电状态变为断电状态。,表8-6 执行器件的工作状态,(3)设定中间记忆元件及其通断状态边界通常，中间记
25、忆元件采用继电器。这时，继电器的主要作用是:当在两个相邻工步之间出现各个已有元器件状态相同，难以区分的时候，可以利用继电器通断状态的变化来实现区分。 另外，在解决了两个相邻工步的重复问题后，应当考虑尽量节省继电器的数量。总而言之: 继电器的通电、断电边界，尽可能选取在能区别更多的重复工步的地方。 在满足区分基本要求的前提下，必要边界的取法不是唯一的，例如下列两种设计方案均可采用。 设计方案一:采用一个继电器K1通电的边界在工步1开始处，断电的边界在工步4结束处。 设计方案二:采用两个继电器K1和K2，于是K1通电的边界在工步1开始处，断电的边界在工步5结束处：K2通电的边界在工步4结束处，断电
26、的边界在工步6结束处。,(4)写出继电器和执行器件的逻辑函数式并画出电器控制电路图列写执行器件的逻辑函数式时，为保障其对应控制电路的可靠性，主要应注意两个问题:一是逻辑函数式的约束条件不能写错，否则对应的控制电路就会发生误动作，甚至发生严重事故；二是当一个主令信号既是一个执行器件的开启信号，同时又是另一个执行器件的关闭信号时，应明确主从先后关系，以消除可能存在的竞争冒险现象。下面以图8-18所示控制电路(即方案一的控制电路)为例，考察电器控制电路设计中，逻辑函数式的具体列写方法及步骤。先考察继电器K1逻辑函数式的列写方法。依据式(8-2)可以初步写出K1逻辑函数式为:,为了避免误碰SB1发生误
27、动作，应增加适当的约束条件。开启约束条件为A关约= SQ1SQ4，即纵、横液压缸在原位时，按下SB1时，才能开始工步1的加工过程;没有关断约束条件A关约。因此，根据式(8-3)和式(8-4),K1的逻辑函数式可改写为:,（8-4）,（8-5）,本例中执行器件为电磁阀，其工作状态主要由行程开关和继电器控制，可以利用检测器件(行程开关)及其通电状态，通过逻辑组合写出电磁阀YA2的逻辑函数式。现考察YA2的逻辑函数式列写方法。电磁阀YA2在工步25中，通电状态为“1，其他为“0”。从表8-6可以发现将行程开关SQ4和继电器K1“或”起来，即SQ4+K1,可以基本满足YA2要求。但是在工步1中会发生误
28、动作，然而不难发现SQ2在工步1为“0“，在工步25为“1”，将这一因素考虑进去后这样得到电磁阀YA2的逻辑函数式为:,同理，可以写出其他电磁阀的逻辑函数式，归纳起来，方案一中所有电磁阀的逻辑函数式为:,（8-6）,画出这些逻辑函数式对应的电器控制电路如图8-20所示,图8-20 方案一的控制电路,列写图8-19所示控制电路方案二中继电器和电磁阀的逻辑函数式可采用与上述方案一同样的方法，便能得到方案二中继电器和电磁阀的逻辑函数式为:,画出方案二所有逻辑函数式相应的电器控制电路，如图8-21所示。,图8-21 方案二的控制电路,最后，进一步检查，优化和完善电路。检查的主要内容是:能否符合控制要求
29、、是否会发生竞争现象，如果是冒险竞争现象和造成永久性误动作的竞争现象应当消除，还要注意各器件的触点是否够用等。优化的主要内容是:在一个函数式中各逻辑“与”项提取公因子，此外还有各函数式之间提取公因子即考虑公用触点的问题。,完善的主要内容是:控制电路的联锁，几个控制电路的联锁以及一个控制电路中各单元支路的联锁问题，从可靠性、经济性、简明性等方面考虑，增加必要的信号保持器件(一般用继电器)，并加上必要的保护，最终得到的电器控制电路如图8-22所示。,图8-22 纵、横向液压进给加工的电器控制电路,8.4电器控制电路元器件参数计算及选择方法 8.4.1元器件的参数计算 1.异步电动机启动和制动电阻计
30、算 (1)三相绕线式异步电动机启动电阻计算为了减小启动电流，增加启动转矩并获得一定的调速要求，常常采用绕线式异步电动机转子绕组串联外加电阻的方法来实现。为此要确定外加电阻的级数以及各级电阻的大小。电阻的级数越多，启动或调速时转矩波动就越小，但控制电路也就越复杂。通常电阻级数可根据表8-7来选取。,表8-7 启动电阻级数及选择,启动电阻级数确定以后，对于平衡短接法，转子绕组中每相串联的各级电阻值，可以用下面的公式计算:,式中:m为启动电阻级数； n为各级启动电阻的序号，n=1表示第一级，即最先被短接的那一级电阻;k为常数; r为最后被短接的那一级电阻值。 k,r值分别由下列两个公式计算:,式中:
31、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)。每相启动电阻的功率为,式中: I2s为转子启动电流(A)，一般取I2s=1. 5 I2 R为每相串联电阻.,（8-7）,（8-8）,（8-9）,（8-10）,(2)三相笼式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可按下面经验公式近似计算:,（8-11）,式中:Up为电动机定子绕组相电压(V);Is为全压启动电流(A);k为系数，当要求最大反接制动电流ImIs时，k=0.13当要求Im1/2Is时，k=0.15。若在反接制动时，仅在两相定子绕组中串接电阻，选用电
32、阻值应为上述计算值的1.5倍。制动电阻的功率为：,（8-12）,式中: IN为电动机额定电流，R为每相串接的限流电阻值。,2.三相笼式异步电动机能耗制动参数计算图8-23为三相异步电动机能耗制动所用的整流装置电路原理图，这是在实际工程中广泛应用的桥式整流电路，其中T为降压变压器。,图8-23能耗制动整流装置电路图,(1)能耗制动所用直流电流与电压的计算 从制动效果来看，希望直流电流大些。但是，过大的电流会引起绕组发热，耗能增加，还可能引起磁路饱和，而且当磁路饱和后对制动力矩的提高并不明显，因此通常能耗制动所需直流电流ID按下面的经验公式选取:,或,能耗制动所需的，直流电压为,式中:R为电动机两
33、相定子绕组串联的冷态电阻。 整流变压器参数计算 对单相桥式整流电路而言，能耗制动时整流变压器二次侧电压和电流参数的计算和普通整流工作情况的参数计算方法相同即 变压器二次侧交流电压为,变压器容量计算。由于变压器仅在能耗制动短时工作，故容量允许比长期工作时小。根据制动频繁程度，取长期工作计算容量的(1/21/4）,（8-13）,（8-14）,3.控制变压器容量计算控制变压器的容量可以根据它供电的控制电路在最大工作负载时所需要的功率来考虑，并留有一定的余量。即,式中: Sr为控制变压器容量(VA); 为控制电路在最大负载时所有吸持电器消耗功率的总和(VA)，对于交流电磁式电器，So应取其吸持视在功率
34、(VA)； kr为控制变压器容量储备系数，一般取1. 11. 25。常用交流电磁式控制电器的启动与吸持功率(均为视在功率)列于表8-8中。供参考.,（8-15）,表8-8 常用控制电器的启动及吸持功率,8.4.2元器件的选择方法 1.元器件选择的基本原则 依据对电器控制电路中元器件功能的要求来确定其类型。以继电器接触器有触点控制电路为例，当元器件用来通、断功率较大的主回路时，应选交流接触器;若用于切换功率较小的电路(如控制辅回路)时，则应选择中间继电器;若同时还伴有延时要求时，则应选用时间继电器。 依据元器件承载能力的临界值来确定其规格。主要根据电器控制电路的电流以及功率大小来确定元器件的规格
35、。 依据元器件的工作环境来确定其防护要求。例如防油、防尘、防水、防腐性、防高温等。 依据元器件的安装场所与部位来确定其外观造型及尺寸。 依据所用全部元器件的投资金额来确定其性价比，从而确定其档次。,2.元器件选择的一般方法 (1)手动开关的选择 按钮开关:按钮开关简称按钮，通常是用来短时接通或断开小电流控制电路的一种主令电器。其选用主要依据所需触点对数、动作特点、是否需要带指示灯，使用场合以及颜色等要求。目前，按钮产品有多种结构型式、多种触点组合以及多种颜色，可供不同使用要求选用。例如紧急操作一般选用蘑菇形，停止按钮通常选用红色等。其额定电压有交流500V；直流440V，额定电流一般为5A。通
36、常应用的按钮有LA2,LA10,LA19及LA20等系列品种。 闸刀开关:闸刀开关简称刀开关，主要用于接通和切断长期用电设备的电源以及用来直接启动和制动不频繁操作并且容量小于7. 5kW的异步电动机。刀开关选用时，主要根据电源种类、电压等级、断流容量及所需级数等要求来考虑确定。当用刀开关来控制电动机启动时，其额定电流要大于电动机额定电流的3倍。一般低压(220/380V)电器控制电路中刀开关的额定电压不超过500V，额定电流从10安培到上千安培的多种等级。有些刀开关附有熔断器。不带熔断器的刀开关主要有HD型及HS型，带熔断器的刀开关有HR3等系列。,组合开关:组合开关主要用于电源的引入，所以又
37、叫电源隔离开关。其选用依据是电源种类、电压等级、触点数量以及断流容量。当采用组合开关来控制5kW以下小容量异步电动机时，其额定电流一般为(1. 52. 5)IN(IN为电动机额定电流)，接通次数小于(1520)次/h，常用的组合开关为HZ10系列，额定电流有10,25,60A和100A四种，适用于交流380V以下和直流220V以下的用电设备中。 (2)限位开关的选择限位开关又称行程开关，主要用于位置控制或有限位保护要求的场合。限位开关种类很多，常用的有LX2,LX19,JLXK1型限位开关以及LXW-11,JLXW-11型微动开关。选用时，主要根据机械位置对开关形式的要求和控制电路对触点数量的
38、要求以及电流与电压等级来确定其型号。 (3)自动开关的选择自动开关又称自动空气断路器。自动开关既能接通和分断正常工作电流，也能自动分断过载和短路电流，分断能力大，有欠压、过载和短路保护作用。在选用时，主要从保护特性要求(几段保护)、分断能力、电网电压类型，电压等级、长期工作负载的平均电流、操作频繁程度等方面去考虑确定它的型号。,(4)接触器的选择 在一般情况下，选用交流接触器的主要依据如下： 吸引线圈电源种类:交流或直流。 主触点额定电压、额定电流。 辅触点类型、数量及其额定电流。 吸引线圈的电源种类，频率和额定电压。 额定操作频率(次/h)即允许每小时接通的最多次数。 具体选择时主要应注意下
39、列四点。 主触点额定电流IN应大于或等于被控对象(负载)电流，对于电动机这种负载可按下面经验公式来初步确定其主触点电流IN，即,式中:RN为被控制电动机额定功率(kW) UN为电动机额定电压(V) ； k为经验系数，一般取11. 4。实际选用接触器时，主触点额定电流应大于计算值，也可以参照表8-9，按被控电动机的容量进行选取。对于频繁启动和制动以及频繁正反转工作的电动机，为了防止接触器主触点的烧蚀和过早损坏，应将其额定电流降低一个等级使用，或将表8-9所示的被控电动机容量减半选用。,（8-16）,接触器主触点额定电压UN应大于被控对象的额定电压。 接触器触点数量及其种类应满足控制需要，当辅触点
40、的对数不能满足要求时，可用增设中间继电器方法来解决。 接触器吸引线圈的电压种类与电压等级应根据控制电路及被控对象的要求选用。 简单控制电路可直接选用380/220V电源电压作为接触器吸引线圈电压。比较复杂的控制电路选用127/110V或更低的电压作为接触器吸引线圈电压比较合适。 直流接触器主要选CZ0系列，选用方法与交流接触器基本相同。,表8-9 接触器主触点额定电流的选取,(5)继电器的选择 电磁式继电器的选择: 中间继电器、电流继电器、电压继电器等都属于这一类型的继电器。选择这类继电器的主要依据是: 被监控对象的工作特性、触点类别，控制变量、负载性质等因素。 时间继电器的选择:选用时间继电
41、器主要应考虑延时方式(通电延时或断电延时)、延时范围、延时精度、外形尺寸、安装方式、价格等因素。 热继电器的选择:热继电器用于电动机的过载保护。 (6)熔断器的选择选择熔断器的主要工作对是对其类型、额定电压、额定电流等级及其熔体额定电流进行合理地确定。通常根据负载保护特性、短路电流大小、熔断器的适用范围来选定熔断器的类型。熔断器的额定电压是根据被保护电路的电压来选择的。熔体额定电流是选择熔断器的关键，它与负载大小、负载性质密切相关。对于工作平稳而无冲击电流的负载(如照明、信号、指示、电热等电路)，可直接按负载额定电流选取熔体电流。而对于像电动机一类有冲击电流的负载，熔体额定电流IR可按下式计算
42、值选取。 单台电动机长期工作:,多台电动机长期共阳一个熔断器保护：,(7)控制变压器的选择 当控制辅回路电器较多，电路复杂时，一般采用变压器降低电压，以提高电路的安全可靠性。控制变压器主要根据所需容量及一次侧和二次侧的电压等级来选择，其容量主要根据以下两种情况确定: 按控制辅回路承担最大负载所需要的功率计算。一般依据下式计算即,式中:PT为所需变压器容量(VA)；KT为变压器容量储备系数，KT=1. 11. 25； 为控制辅回路承担最大负载时所有电器所需的总功率(VA)。 显然对于交流接触器、交流中间继电器及交流电磁铁等，PXC应取吸持功率。 变压器的容量应满足所有吸合电器都吸合所需的功率，可
43、依据下式计算,即,式中: 为同时启动的电器总吸持功率(VA)。,（8-17）,（8-18）,（8-19）,表8-10列出了部分常用交流控制电器的启动与吸持功率的数值，供选用时参考。,表 8-10 常用交流控制电器的启动与吸持功率,8.5电器控制电路的元器件布置与接线设计 8.5.1元器件的组合与布置设计 1.元器件的组合策划 策划元器件的组合方案，下列五条经验是值得借鉴的。 将功能相似的元器件组合在一起。 尽量减少组件之间的接线数量，接线关系密切的控制电器置于同一组件中。 强电，弱电控制电器尽量分离，以减少干扰。 力求整体美观，外形尺寸和重量相近的电器组合在一起。 为便于检修与调试，需要经常调
44、节和维护以及容易损坏的元器件组合在一起。,2.元器件的布置安排 电器控制电路元器件的具体布置安排，按照其组合策划的原则(前面已述)分类组件后，然后逐块进行每一个元器件的安置设计，对于同一块(即同一组件)中元器件的安置设计，下列五条设计规则至关重要。体积大和较重的电器元件应安装在电器板的下面，而发热元件应安装在电器板的上面。 强弱电元器件分开布置并注意安排屏蔽设施，防止外界千扰。 需要经常维护、检修、调整的元器件安装位置不宜过高或过低。 元器件的布置应讲究整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类似的电器安放在一起，以利施工和配线。 元器件布置不宜过密，要留有一定的间距，若采用板前走线槽配线方式，应适当加大各排组件间距，以利布线和维护。,思考题,6-3 6-10 6-11 6-12 6-13,
