冷却机电控系统毕业设计说明书样本.doc

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泰州职业技术学院

毕业设计说明书

题目 冷却机电控系统

系部名称 机电技术学院
专业名称 机电一体化
班级名称 05机电单一
学生名称 左跃晖 学号
指导老师 树龙珍 职称 高级
指导老师 职称

年 月 日
目录
前言…………………………………………………………………………………4
1.继电接触器系列电控设计综述…………………………………………5
1.1继电接触器系列电控设计的基本内容…………………………………5
1.2典型生产机械的工艺要求及电气传动系统方案选择………………7
1.3常见电动机性能指标及应用范围………………………………………11
1.4电动机的起动、 制动及控制………………………………………………14
1．5控制电路的设计……………………………………………………………16
1.6电气元件的选择……………………………………………………………17
1.7电气系统工艺设计…………………………………………………………21
2．设计:Ф3.5X36m冷却机电控系统……………………………………24
2.1 工艺概况……………………………………………………………………24
2.2总体设计方案………………………………………………………………27
2.3主电机和辅助电机的控制………………………………………………28
2.4 挡轮液压站的控制………………………………………………………29
2.5主减速机润滑站的控制……………………………………………………30
2.6电气元件的选择……………………………………………………………33
2.7 电控柜布置与柜体设计…………………………………………………38
3．冷却机在水泥工艺中的使用……………………………………………41
3.1熟料冷却的目的……………………………………………………………41
3.2冷却机工作原理……………………………………………………………42
3.3二次、 三次空气……………………………………………………………43
4.结束语…………………………………………………………………………45
5.致谢……………………………………………………………………………45
6.参考文献……………………………………………………………………45

前言
冷却机是水泥公司的瓶颈设备, 是熟料冷却的咽喉, 该设备性能的优劣直接关系到公司的生存与发展, 是全公司要改造的重点关键设备。由于该设备有举足轻重的作用, 在技术改造中既要先进, 更要把安全可靠摆在头等地位, 因此在设计中先进科技设备和控制技术成熟度是第一位的。冷却机是一个复杂的系统, 它的控制涉及众多工程技术问题, 是多技术系统应用的复合体。为了改进冷却机性能, 保证该系统在高频率、 大运量的情况下正常运行, 需对该冷却机的控制系统及相应的机械传动部分进行技术改造, 改造后的控制系统应能适应设备年起冷却熟料100万吨的作业状况。

1.继电接触器系列电控设计综述
一般中、 小型生产设备的电气传动系统大多都是由继电接触器系统来实现其控制的, 设计的重点是绘制继电接触器控制电路及选择电气元件。
在一般的简单生产设备中, 其工作程序往往是固定的, 使用中并不需要经常改变原有程序, 可采用有触头的继电接触器系统。控制线路在结构上接成固定式的, 这种系统的特点是控制方法简单, 工作稳定, 便于维护, 成本低, 因此在现有的生产设备控制系统中应用仍相当广泛。但对于工作复杂, 控制要求高的生产设备, 应优先采用PLC控制系统。
1.1继电接触器系列电控设计的基本内容
生产设备的电气控制系统设计是生产设备设计的重要组成部分, 生产设备的电气控制系统设计应满足生产设备的总体技术方案。
电气控制系统的设计涉及的内容很广泛, 在这一节里将概括地介绍一下电气控制系统设计的基本内容, 重点阐述继电接触器控制电路设计的一般规律设计方法。
1 电气控制系统设计的一般内容
生产设备的电气控制系统设计与生产设备的机械结构设计是分不开的, 而现代生产设备的结构以及使用效能与电气自动控制的程序又是密切相关的。对机械设计人员来说, 也需要对电气控制系统设计有一定的了解。反之, 电气设计人员也应对工艺、 机械、 液压等技术有所了解。一项设计的成功往往是各方人员共同劳动、 分工合作和协同攻关的结果。
下面将就电气控制系统设计涉及的主要内容, 以及电气控制系统如何满足生产设备的主要技术性能加以讨论。
( 1) 满足生产设备的主要技术性能, 即机械传动、 液压和气动系统的工作特性, 以及对电气控制系统的要求, 这是生产设备的电气控制系统设计的主要依据之一。
( 2) 生产设备的电气传动方案, 要依据生产设备的结构、 传动方式、 调速指标以及对电气制动和正反向转动要求等来确定。生产设备的主运动或辅助运动都有一定调速范围的要求。要求不同, 则采取的调速传动方案就不同, 调速性能的好坏与调速方式密切相关。例如, 中小型机床一般采用单独或双速笼型异步电动机, 经过变速箱传动; 对传动功率较大、 主轴转速较低的机床, 为了降低成本, 简化变速机构, 可选用转速较低的异步电动机; 对调速范围、 调速精度、 调速的平滑性要求较高的机床, 可考虑采用直流调速系统, 满足无级调速和自动调速的要求。随着交流调速技术的发展, 交流变频调速装置得到了广泛的应用。
由电动机完成生产设备的正反向运动比机械方法简单容易, 因此只要条件允许, 应尽可能由电动机来完成。电动机是否需要制动, 要根据生产设备的需要而定。对于由电动机来实现正反转的生产设备, 对制动无特殊要求时, 一般采用反接制动, 可使控制电路简化。在电动机频繁起制动或经常正反向的情况下, 必须采用措施限制电动机起、 制动电流。
(3) 生产设备所使用的电动机的调速性质应与生产设备的负载特性相适应。
调速性质是指转矩、 功率与转速的关系。设计任何一个生产设备的电力拖动系统都离不开对负载和系统调速性质的研究, 它是选择拖动和控制方案及确定电动机容量的前提。
电动机的调速性质必须与生产设备的负载特性相适应。例如, 机床的切屑运动( 主运动) 需要恒功率传动, 而进给运动则需要恒转矩传动。双速异步电动机定子绕组由三角形改成星型连接时, 转速由低速升高速, 功率增加很少, 因此适用于恒功率传动。对于定子绕组为星型低速运转的双速电动机, 或定子绕组为双星型连接高速运转的双速电动机, 转速改变时, 电动机所输出的转矩保持不变, 因此适用于恒转速调速。
她励直流电动机改变电压的调速方法属于恒转矩调速; 改变励磁的调速方法属于恒功率调速。
( 4) 正确合理地选择电气控制方式是生产设备电气控制系统设计的主要内容。
电气控制方式应能保证生产设备的使用效能和动作程序、 自动循环等基本动作要求。现代生产设备的控制方式与生产设备的结构密切相关。由于近代电子技术和计算机技术已深入到电气控制系统的各个领域, 各种新型控制系统不断出现, 它不但关系到生产设备技术与使用性能, 而且也深刻地影响着生产设备的机械结构和总体方案。因此, 电气控制方式根据生产设备的总体技术要求来拟定。
( 5) 明确有关操纵方面的要求, 如操纵台的设置、 测量显示、 在故障自诊断和保护措施的要求等。
( 6) 设计应考虑用户供电网的要求, 如电网容量、 电流种类、 电压及频率。电气控制系统设计的技术条件是生产设备设计的有关人员和电气设计人员共同拟定的。根据设计任务书中拟定的电气控制系统设计的技术条件, 就能够进行设计。实际上, 电气控制系统设计就是把上述的技术条件明确下来并付诸实施。
2 继电接触器系列电控设计的基本内容
继电接触器系列电控设计的基本内容是根据生产机械的控制要求, 设计和完成电控装置在制造、 使用和维护过程中所需要的图样和资料。这些工作主要反映在电气原理和工艺设计中, 具体来说需完成下列设计项目:
( 1) 拟定电气设计技术任务书。
( 2) 提出电气控制原理性方案及总体框图。包括电控装置设计预期达到的主要技术指标, 各种设计方案技术性能比较及实施可能性。
( 3) 编写系统参数计算书。
( 4) 绘制电气原理图( 总图和分图) 。
( 5) 选择整个系统的电气元件, 提供专用元件的技术指标并给出元器件明细表。
( 6) 绘制电控装置总装、 部件、 组件、 单元装备图( 元器件布置安装图) 和接线图。
( 7) 标准构件的选用与非标准构件的设计( 包括电控箱、 柜结构与尺寸、 散热器、 导线、 支架等) 。
( 8) 绘制装置布置图、 出线端子图和设备连接图。
( 9) 编写操作使用、 维护说明书。
以上电气控制系统设计的各项内容, 必须以有关国家标准为纲领。根据生产设备的总体要求和控制电路的复杂程度不同, 以上内容可增可减, 某些图样和技术文件可适当合并或增删。
1.2典型生产机械的工艺要求及电气传动系统方案选择
电气控制原理性方案的主要内容是依据生产设备的主要技术性能, 即机械传动、 液压和气动系统的工作特性, 以及对电气控制系统的要求, 设计电气传动系统方案。它是生产设备的电气控制设计的主要依据之一。下面分类对负载类型、 工艺特点及传动系统方案予以介绍。
1. 风机和泵类
长期工作制, 平稳负载。风机和泵类负载这类机械启动不困难, 运行稳定, 一般不调速。在设计时, 一种方法是按生产中可能需要的最大风量和流量并留有较大的裕量选用风机和泵, 但在实际运行时, 电机不能调速, 只好利用挡板调节风量和流量, 能量利用率很低。另一种方法是为了取得最佳经济运行效果, 采用交流调速, 如串级调速或变频调速, 经过改变速度控制风量, 以实现节能。
2. 球磨机和磨类
长期工作制, 平稳及恒转矩负载。这类机械不要求调速, 但启动困难。另一特点是转速低, 一般带有庞大的减速机, 造价高, 磨损严重。其电气传动方案是母线供电, 继电接触器控制或PLC控制。
3. 简单调速类
长期工作制。这类机械生产中不调速, 但在不同的产品品种和不同规模时要求不同的速度。例如不可逆扎机, 它对调速精度和加减速时间无严格要求, 调速范围不大, 其电气传动方案是直流不可逆调速或交→直→交PWM变频等交流调速系统。
4. 稳速类
长期工作制、 平稳负载。要求在各种扰动下以一定的稳速精度长期运行, 例如风洞、 橡胶压延机等, 这类机械不强调动态指标和调速范围。其电气传动方案是采用直流不可逆调速或交→直→交PWM变频等交流调速系统( 适宜于小功率设备) 或交→交变频( 适宜于大功率设备) 。
5. 多单元速度协调类
这类机械由多个单元组成, 她们经过被加工的工件( 如造纸机经过纸, 连轧机经过钢材) 连成一个整体, 各部分之间的速度必须维持一定的比例关系。这类机械要求抗干扰能力强, 以免破坏各部分之间的速度协调。当速度给定值变化时, 实际速度应尽快跟上给定的变化。多单元速度协调类机械和稳速机械的工艺要求相似, 都要求速度稳定, 但多单元速度协调类机械更强调动态指标。其电气传动方案有:
( 1) 单象限或要求较小制动力矩的四象限运行, 采用直流不可逆或不对称可逆调速。
( 2) 若单电枢直流电机GD2过大, 不能满足系统动态要求, 需用双电枢或三电枢时, 采用交流调速比直流调速合理。
( 3) 由于这类机械对调速的动态性能指标要求高, 因此在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术。
6. 宽调速类
这类机械要求从高速到低速有宽的调速范围( 100～1000r/min以上) , 在最低速时仍平稳运行且保持一定的转速变化率, 例如机床进给机构。其电气传动方案有:
( 1) 一般宽调速类机械功率不大, 四象限运行时GTR交—直—交PWM调速与直流调速成本相差不大。
( 2) 在直流调速中GTR的PWM控制比常见的晶闸管相控效果好。
( 3) 在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术。
( 4) 在较低速下稳定运行时, 采用锁相技术。
7. 快速正反转类
某些机械, 如可逆轧机主副传动、 龙门刨床等, 工作时频繁起制动、 加减速、 正反转, 其生产效率在很大程度上取决于电气传动系统的快速性, 属于重复短期工作制, 要求启动、 制动、 反转过程尽可能短, 以满足高生产率和频繁操作的要求。要求能在较大范围内调速, 以满足爬行和小行程时低速运转的需要, 但对转速变化率要求不高。其电气传动方案有:
( 1) 四象限运行, 当前仍以直或流传动为主。
( 2) 若受GD2或电机极限功率的限制, 单电枢直流电机不能满足要求时, 可采用交流变频调速方案。
( 3) 在各类交流调速系统中必须采用矢量控制技术。
8. 随动( 伺服) 类
要求机械的位置( 或转角) 和速度紧紧地跟随给定量( 随机的时间函数) 的变化, 例如, 火炮的自动瞄准、 雷达天线跟踪、 数控机床刀具和工作台的定位等, 对电气传动的基本要求是快速响应, 精确跟随( 位置、 速度和加速度误差小) 。其电气传动方案有:
( 1) 一般功率不大, 四象限运行, 无论直流调速系统还是交→直→交变频调速装置均需要两套交流器。
( 2) 常见的方案有GTR PWM变频加永磁同步电机或GTR PWM变频加三相异步电动机和晶闸管整流加直流电动机。
9. 提升机械类
提升机械是具有位势负载的生产机械, 如电梯、 卷扬机和起重设备等。其特点是下放重载时, 储存于负载中的位能被释放出来变成动能, 负载拖着机械和电机转动, 电机转矩方向和转速方向相反。一般要求:
( 1) 能在较大范围内调速( 10～20以下) , 以满足爬行和准确停车的需要, 对转速要求不高。
( 2) 对速度变化率有限制, 为确保按给定速度图运行, 须有良好的速度跟随性能。
( 3) 零负载工作。当平衡重转矩等于负载转矩时, 电机转矩在零附近摆动, 一段时间工作在电动状态, 一段时间工作在再生状态, 过渡必须平滑、 可靠。
其电气传动方案有:
( 1) 一般是四象限运行, 直流调速系统及交→直→交变频调速装置均需要两套变流器。
( 2) 低速中小卷扬机以绕线转子异步电动机驱动为主, 靠电气切换转子回路电阻起动。
( 3) 高速电梯及大功率卷扬机, 以直流调速为主。某些大型卷扬机采用磁场可逆方案。
( 4) 在电梯传动中出现了以交流调速取代直流调速的趋势, 采用的方案有两种, 一种是定子调压、 软特性异步电动机方案, 另一种是GTR PWM变频调速方案。前者简单, 性能较差, 后者较复杂, 有矢量控制, 性能好。
( 5) 起重设备以电器控制、 交流电动机驱动为主, 为改进传动性能, 当前许多设备改用定子调压调速和变频调速。
10. 张力控制类
在许多带材( 金属带、 布带、 纸带) 和线材( 铜线、 钢线、 铝线) 生产线中, 有各种卷取器和开卷机, 为使带( 线) 材卷得紧而齐, 以及改变产品质量, 均要求卷取器( 开卷机) 和压延机( 或张力辊) 之间维持张力恒定。这类机械的特点是位势类负载, 在卷取时, 张力矩是阻力矩, 电机拖带线材建立张力; 开卷时, 张力拖电机和机械移动, 电机转矩方向和转速方向相反。卷取机的控制目标是转矩, 而不是速度, 电气传动系统工作于机械特性的下垂段, 即软特性区( 堵转区) 。其电气传动方案有:
( 1) 大多采用不可逆或不对称可逆整流的直流调速。
( 2) 小功率或中小功率设备也可用交流调速。方案有: 滑差离合器调速和交—直—交PWM变频调速。前者简单, 性能差, 耗能高; 后者较复杂, 性能好。高性能的张力控制系统需采用矢量控制。
11. 高速类
某些机械工作转速特别高( 3000r/min以上) , 不宜用升速齿轮, 要求采用高速电机直接驱动。其电气传动方案有:
( 1) 由于高速直流电机制造困难, 该类设备无一例外地采用变频交流调速。
( 2) 大功率用无换向器电机, 中小功率用交—直—交PWM变频器。
1.3常见电动机性能指标及应用范围
电动机是电力拖动必不可少的设备, 也是电气控制系统控制的主要目标。了解其性能指标是设计的前提条件。常见电动机型号、 结构性能及应用范围见表3-1。
表3-1常见电动机性能及应用范围
型号
名称
内容范围
( KW)
转速范围
( r/min)
电压
( V)
结构形式及性能
应用范围
J2
防滴式笼型异步电动机
7.5～125
58～2950
380
能防止水滴及其它杂物从垂直方向落入电动机内部
一般用途, 可用以传动在起动及性能上无特殊要求的机器与设备, 如水泵、 鼓风机、 金属切屑机床及运输机械等
JQ2
JQO2
高起动转矩笼型异步电动机
13～100
720～1470
380
系J2、 JO2系列的派生产品, 结构形式与J2、 JO2相同, 起动转矩大
适用于需要起动转矩较大的静止负载或惯性负载的机械, 如压缩机、 粉碎机及某些小型起重运输机械
JHO2
高转差率笼型异步电动机
0.6～100
603～2730
380
系JO2系列的派生产品, 具有较高起动转矩、 低起动电流以及额定负载转差率提高的特性
适用于传动飞轮力矩较大、 冲击性负载以及起动、 逆转次数较多的机械, 如冲床、 剪床、 电镀、 锻冶机械等
JZ2
起重冶金用笼型异步电动机
2.5～125
( FS=25%)
690～910
380
结构为封闭、 外部自扇冷式, 有较高的转差率, 转矩过载能力较大
适用于起重机械及冶金设备中辅助机械
JD02
变极式多速异步电动机
0.3～50
480～2900
380
系JO2的派生系列, 有双速、 三速、 四速三种类型
主要用于各种万能和专用切屑机床、 木工机床, 也适于分级调速的一般机械上, 如印染机、 印刷机等
JRZ
(YR)
高压绕线转子异步电动机
250～2500
241~993
3000、
6000
一般为开启式, 也可制成封闭或管道通风式
用以传动轧钢机、 提升机、 水泵、 通风机、 发电机组及其它通风机械
型号
名称
内容范围
( KW)
转速范围
( r/min)
电压
( V)
结构形式及性能
应用范围
JZT
电磁调速异步电动机
0.6～100
580～2960
220/380
系交流恒转矩调速机, 由封闭式异步电动机和电磁转差离合器组成, 无制动转矩
用于纺织、 印染、 化工、 造纸、 船舶等要求调速而不需要电气制动的机械
Y
三相异步电动机
0.75～90
750～3000
380
全封闭自扇冷, 有较好的起动性能
用于机床、 水泵、 鼓风机、 起重卷扬、 运输机械、 矿山机械、 轻工业和农副业加工设备, 以及其它一般机械
YCT
电磁调速异步电动机
0.55～90
440～1350
380
由Y系列电机和转差离合器组成, 调速比10: 1, 高速下传递效率比老系列提高4.5%～10%
同JZT系列, 可代替JZT、 JZT2、 JZTT、 JZTS等系列
ZO2
直流电动机
0.4～13
750～3000
110
220
封闭式自扇冷
用于多尘埃场所的金属切屑机床
ZT2
宽调速直流电动机
0.3～55
300/1200
750/3000
110
220
防护式自扇冷, 弱磁调速范围分1: 3、 1: 4两种
用于传动调速范围较宽的生产机械
ZZ
起重冶金用直流电动机
1.3～125
390～1470
220
440
封闭式自然冷却或强迫通风, 断续定额
用于起重及冶金工业辅助机械
TDMK
TDQ
球磨机用同步电动机
380～1300
150～250
3000
4000
10000
两个空式轴承, 整块底板, 开启自冷式
用于传动格子型球磨机、 棒磨机、 磨煤机
TDG
TZ
轧机用同步电动机
800～10900
500～1000
3000
4000
10000
两个座式轴承, 管道通风式, 定子可根据需要制成可移式, 过载能力较高, 可达2.5～3.0倍
用于传动轧机及电动机发电机组

1.4电动机的起动、 制动及控制
1.电动机的起动
笼型异步电动机的起动一般分为直接起动和降压起动。一般中小型机床的主电机采用接触器直接起动。降压起动只适用于对起动转矩要求不高或空载、 轻载下起动的设备。常见的降压起动方式有Y—△降压起动、 串电阻降压起动和自耦变压器降压起动。
绕线转子异步电动机一般采用电阻分级起动或频敏变阻器起动两种方式。前者起动转矩大但控制较复杂, 且起动电阻体积大, 维修麻烦; 而后者具有恒转矩的起、 制动特性, 又是静止元件, 很少维修, 除了有低速要求的传动装置或初始起动转矩很大的传动装置外, 绕线转子异步电动机大多采用频敏变阻器起动。
同步电动机起动时对电网电压波动影响很大, 应先进行核算。当电网容量足够大且允许直接起动时, 应尽量采用直接起动; 只有在电网和电动机本身结构不允许直接起动时, 才考虑采用电抗器或自耦变压器起动。
直流串励电动机起动时大多采用电阻分级起动。
2. 电动机的制动
许多由电动机驱动的机械设备需要能迅速停车和准确定位, 即要求对电动机进行制动, 强迫其立即停车。制动停车的方式有两大类: 机械制动和电气制动。机械制动是采用机械抱闸的方式由手动或电磁铁驱动机械抱闸机构实现制动, 常见的机械制动器有电磁制动器、 电动—液压制动器、 带式制动器和圆盘式制动器。电气制动是在电动机上产生一个与原转子转动方向相反的制动转矩, 迫使电动机迅速停车。常见的电气制动方法是能耗制动、 反接制动、 回馈制动三种。
能耗制动使用于经常起动、 频繁逆转并要求迅速准确停车的机械, 如轧钢车间的升降台。直流并励电动机一般采用能耗制动。同步电动机和大容量笼型电动机因反接制动冲击电流太大, 功率因素低, 也多采用能耗制动。交流高压绕线转子电动机为防止滑环上感应高压, 宜采用能耗制动。
反接制动因其阻抗可随频率的变化而变化, 能自动地限制反接制动电流, 因此它更使用于经常反接的系统, 能获得平滑的正反向运转。
回馈制动使用于位势负载场合, 重物高速下放时, 获得稳定制动, 如起重机下放负载等。
3. 电动机的保护
电动机的保护应根据电动机的类型、 功率大小、 使用场所及所拖动的生产机械的重要程度等因素而定。一般对于每台电动机, 至少应装设短路保护装置, 对于功率为1KW以上的连续运转的电动机, 还应该加设过载保护, 频繁起、 制动的电动机难以用热继电器实现过载保护, 能够用过电流继电器电器实现过电流保护, 以防止电动机因堵转而损坏。
交流电动机的保护应设短路保护装置, 并根据不同的情况分别设防止电动机过载、 两相运行、 低电压运行的保护装置。
直流电动机的保护应设短路保护装置, 还应根据不同情况设过载、 弱磁、 欠电压、 过电压、 超转速等保护元件。
4.交流电动机常见电气控制线路
电气控制线路是采用接触器、 继电器、 操作主令电器等低压电器元件组成的有触电的控制系统, 用于对电动机进行起动、 制动、 反转、 调速以及实现生产机械的自动控制。由于这种系统简单、 工作可靠、 低廉、 易于维修, 因此直至当前这类系统在不调速的电气传动系统中仍占据着主要地位。
交流电动机采用电器控制的线路繁多, 对于常见的典型控制线路, 要求在搞毕业设计前应牢记其原理和应用场合, 这是进行复杂线路设计的基础。
典型的控制线路有:
( 1) 用接触器直接起动的笼型电动机控制电路。
( 2) 笼型电动机星—三角变换减压起动电路。
( 3) 笼型电动机定子串电阻减压起动电路。
( 4) 电动机正反转控制线路。
( 5) 行程开关控制的正反转电路。
( 6) 可逆带能耗制动的笼型电动机控制线路。
( 7) 采用频敏变阻器起动的绕线转子电动机控制电路。
( 8) 采用电阻分级起动带能耗制动和反接制动的绕线转子电动机控制电路。
除此之外, 还应掌握控制电路的其它基本环节。主要包括:
( 1) 点动控制电路。
( 2) 连锁与互锁控制电路。
( 3) 多台电动机先后顺序工作的控制电路。
( 4) 多个地点操作的控制电路。
( 5) 工作循环自动控制电路。
1．5控制电路的设计
当生产设备的控制方案确定后, 可根据各电动机或液压、 气动系统的控制任务的不同, 参照典型线路逐一设计局部线路, 然后再根据各部分的相互关系综合成完整的控制电路。
控制电路的设计分为主回路设计和控制回路设计, 两者紧密相连, 保证电气系统的正确运行。控制电路的设计应在满足生产设备对电气控制系统具体要求的前提下, 工作要可靠, 力求操作、 安装及维修方便。
1. 控制电路的设计规律
继电接触器控制电路有一个共同的特点, 就是经过触头的”通”和”断”来控制电动机或其它设备, 从而完成运动机构的动作。即使很复杂的控制系统也是由常闭和常开触头组合而成的。为了设计方便, 把她们的相互关系归纳为以下几个方面:
( 1) 常开触头串联: 当要求几个条件同时具备, 才使电器线路得电动作时, 可用几个常开触头与线圈串联的方法实现, 这种关系在逻辑线路中称为”与”逻辑。
( 2) 常开触头并联: 当在几个条件中, 只要求具备其中任一条件, 所控制的电器线圈就能得电时, 可用几个常开触头并联来实现。这种关系在逻辑线路中称为”或”逻辑。
( 3) 常闭触头串联: 当几个条件仅具备一个时, 电器线圈就断电, 这时可用几个常闭触头与电器线圈串联的方法来实现。
( 4) 常闭触头并联: 当要求几个条件都具备, 电器线圈才断电时, 可用几个常闭触头并联, 再与被控制的电器线圈串联的方法来实现。
( 5) 一般保护电器应既能保证控制电路长期正常运行, 又能起到保护电动机及其它电器设备的作用。一旦线路出故障, 它的触头应能从通”转”为”断”。
2.控制线路设计的一般问题
( 1) 除非有必要, 否则应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象。
( 2) 应正确连接电器的线圈。在设计控制线路时, 控制线路的线圈应接在电源的同一侧。继电器、 接触器以及其它电器的线圈要统一接在电源的同一侧, 而所有电器的触头接在电源的另一侧, 另有考虑的除外, 如热继电器的触头常接在线圈的另一侧, 用以消除寄生电路。
交流励磁电器的线圈不能串联使用。这是因为两个交流励磁电器的线圈串联使用时, 至少有一个线圈至多能得到1/2的电源电压, 由于吸合的时间不尽相同, 只要有一个电器吸合动作, 它的线圈上的压降也就增大, 从而使另一电器达不到多需要的电压, 致使动作失误。
( 3) 在控制电路中应尽量减少触头数, 以提高线路的可靠性。在简化、 合并触头的过程中, 主要着眼点应放在同类性质的触头合并, 一个触头能完成的动作, 不用两个触头。在简化过程中, 应注意触头的额定电流是否允许, 也应考虑其它回路的影响。
( 4) 在电路图中, 应考虑各电气元件的实际接线情况, 使之尽可能减少实际连接导线。要搞清线路中所用的元件的实际位置, 那些是在电控柜中, 哪些是在操作面板上, 哪些是在远距离的生产现场或总控制室, 尽量将同一去向的触头安排在一起, 可减少连接导线和接线端子。
( 5) 在设计控制线路时, 应考虑各种连锁关系, 特别是自动生产线上的设备, 与前端和后面的设备之间存在大量的起动和停止上的顺序关系。电气系统应具备各种电气保护措施, 即使误操作也不致造成事故, 例如过载、 短路、 失电压、 限位、 超限等保护措施。
( 6) 在设计控制电路时也应考虑有关操纵、 故障检查、 检测仪表、 信号指示以及照明等要求。
( 7) 要保证电路工作可靠, 消除一切隐患, 如误断电、 误通电及寄生电路现象。
1.6电气元件的选择
电气元件选择的目的是按控制系统的方案,经过计算和查阅元件的技术数据,选择合适的参数元件,使之在希望的时间和情况下,正确地动作,满足工艺要求。
1.低压断路器的选择
断路器主要用于保护交流﹑直流电路内的设备,使之免受过电流、 逆电流、 断路和欠电压等不正常情况的危害,同时也可用于不频繁起动的电动机以及操作和转换电路。
常见断路器有空气式断路器和真空断路器两种,真空断路器主要用于3～6KV高压电动机的保护,对于低压电路,用的最多的是空气式断路器。
断路器按用途可分为配电用断路器、 电动机保护用断路器、 照明用断路器、 漏电保护用断路器等。用途不同,选用时的极数也不同。
选择断路器时应考虑的主要参数有:额定电压、 额定电流和允许分断的极限电流。选择的一般要求是:
( 1) 低压断路器的额定电压大于或等于线路额定电压。
( 2) 低压断路器的额定电流大于或等于线路计算负载电流。
( 3) 低压断路器的脱扣器额定电流大于或等于线路计算负载电流。
( 4) 低压断路器的极限通断能力大于或等于线路中最大短路电流。
配电用断路器选用条件:
( 1) 长延时动作电流整定值为0。8～1倍导线允许载流量。
( 2) 3倍长延时动作电流整定值的可返时间大于或等于线路中最大起动电流的电动机的起动时间。
电动机保护用断路器选用条件:
( 1) 长延时动作电流整定值等于电动机的额定电流。
( 2) 6倍长延时动作电流整定值的可返时间大于或等于电动机的实际起动时间。
( 3) 瞬时整定电流对笼型电动机为8～15倍脱扣器额定电流,对绕线转子电动机3～6倍脱扣器额定电流。
2.接触器的选择
接触器是一种通用性很强的电磁式电器,它能够频繁地接通和分断交、 直流主电路,并可实现远距离控制,主要用来控制电动机,也能够控制电容器、 电阻炉和照明器具等电力负载。
接触器按主触头所控制电路的种类分为直流接触器和交流接触器。按主触头的极数分为单极、 双极、 三极和多极。三极接触器主要用在直接起动及控制交流电动机中;多极接触器主要用于桥式起重机,用以控制两台电动机同时起动和停止,它也用于控制三相四线制的照明线路。
选择接触器应从其工作条件出发,主要考虑下列因素:
(1) 控制交流负载应选择交流接触器,控制直流负载应选择直流接触器。
(2) 接触器的使用类别应与负载性质相一致。
(3) 主触头的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。一般电压等级分为交流接触器380V\660V及1140V;直流接触器220V、 440V及660V。
( 4) 主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流, 还要注意的是, 接触器主触头的额定工作电流是在规定的条件下( 额定工作电压、 使用类别、 操作频率等) 能够正常工作的电流值, 当使用条件不同时, 这个电流值也随着改变。常见的CJ20系列交流接触器额定电流等级有10A、 16A、 32A、 55A、 80A、 125A、 200A、 315A、 400A、 630A。CZ18系列直流接触器额定电流等级有40A、 80A、 160A、 315A、 630A、 1000A。
(5)吸引线圈的额定电压与控制回路电压一致, 接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠地吸合。一般电压等级分为交流线圈36V、 127V、 220V、 380V;直流线圈24V、 48V、 110V、 220V。
( 6) 主触头和辅助触头的数量应能满足系统的需要。各种类型的主触头数目不同。交流接触器的主触头有三对( 常开触头) , 一般有四对( 两对常开, 两对常闭) , 最多可达到六对( 三对常开, 三对常闭) 。
( 7) 交流接触器控制电动机时, 其技术参数表中可控制电动机的最大功率指标要大于控制电动机的实际功率。
( 8) 用于长期工作制的电路时, 应尽量选用银、 银合金或镶银触头的接触器( 如CJ10) 。如选用铜触头的接触器( 如CJ12系列) , 则应将其容量降至间断长期工作制额定容量50%以下使用。
( 9) 选用直流接触器时, 除考虑上述一些共性问题以外, 还应考虑当用于高电感负载时( 如起重电磁铁等) 时间常数大的问题, 为保证可靠使用, 一般应在电感线圈两端并联一电阻, 起阻值不大于线圈电阻6倍。
3.热继电器的选择
热继电器是依据电流流过发热元件时产生的热使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种电器, 主要用在电动机的过载保护、 断相及电流不平衡运行的保护及其它电气设备发热状态的控制。
热继电器的选择应按工作环境要求、 起动情况、 负载性质来考虑, 主要注意以下几个方面的因素:
( 1) 长期工作制下, 按电动机的额定电流来确定热继电器的型号和规格。热继电器元件的额定电流应接近或略大于电动机的额定电流, 即
=(0.95～1.05)
( 2) 使用时, 热继电器的整定旋钮应调到电动机的额定电流处, 否则不起保护作用。
( 3) 对于星形接法的电动机, 因其相绕电流与线绕组电流相等, 选用两相或三相普通的热继电器即可。
( 4) 对于三角形接法的电动机, 在有可能不满载工作时, 必须选用带断相保护的热继电器。
( 5) 频繁正反转及频繁通断工作和短时工作的电动机不宜采用热继电器来保护。
( 6) 遇到下列情况时, 选择热继电器的整定电流要比电动机额定电流高一些来保护:
①电动机负载惯性非常大, 起动时间长。
②电动机所带的设备不允许停电。
③电动机拖动的为冲击性负载, 如冲床、 剪床等。
4.中间继电器和时间继电器的选择
中间继电器的作用是将一个输入信号变成多个输出信号放大( 即增加触头容量) 。
中间继电器在继电接触器系列电控系统中应用很广, 起控制、 放大、 连锁、 保护与调节的作用, 以实现过程的自动化。
选用中间继电器须综合考虑继电器的通用性、 功能特点、 使用环境、 额定工作电压及电流, 同时还要考虑常开、 常闭触头的数量、 种类, 以满足控制电路的要求。
时间继电器有空气式、 电动式、 电子式等多种, 是一种按时间原则进行控制的继电器, 按其控制原理有通电延时和断电延时两种类型。
选择时间继电器主要考虑控制回路所需要的延时方式( 通电延时还是断电延时) , 以及各类触头的数目, 根据使用条件选择品种规格。
5．主令电器的选择
主令电器主要用于闭合、 断开控制电路, 以发布命令或信号, 达到对电力拖动系统的控制或实现程序控制。属于主令电器的主要有: 按钮、 行程开关、 接近开关和光电开关。
按钮主要是根据所需要的锄头数、 触头形式、 使用的场合来选择。用于紧急操作的按钮, 应选蘑菇形钮帽的特殊按钮。
行程开关、 接近开关和光电开关均属检测装置, 选用时要根据使用场合和控制对象确定检测元件的种类。当被测对象运动速度不是太快时,