淺談電氣設(shè)備控制線路設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法

卜佳男 趙志江

（哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 電氣控制線路設(shè)計(jì)的內(nèi)容

生產(chǎn)中機(jī)械使用有效性與電氣制動化有著非常緊密的聯(lián)系，機(jī)電一體化已經(jīng)成為現(xiàn)在生產(chǎn)企業(yè)的一種趨勢。因此電氣化的控制與機(jī)器設(shè)備之間的配合尤為重要，這就要求設(shè)計(jì)人員對機(jī)械的結(jié)構(gòu)與原理有著深刻的認(rèn)識，同時(shí)對于機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝也要有所了解，這樣才能符合電氣控制的要求。

機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)絕大多數(shù)屬于電力拖動控制系統(tǒng)，因此生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：

1.1 確定電力拖動方案

1.2 設(shè)計(jì)生產(chǎn)機(jī)械電力拖動自動控制線路

1.3 選擇拖動電機(jī)及電器元件，制定電器元件明細(xì)表

1.4 進(jìn)行生產(chǎn)機(jī)械電力裝備施工設(shè)計(jì)

1.5 編寫生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的說明書與設(shè)計(jì)文件

2 電力拖動方案確定的原則

對于生產(chǎn)機(jī)械電氣控制的設(shè)計(jì)，首先是確定明確、選擇出合理的方案。方案的確定要考慮兩點(diǎn)。

第一是設(shè)備的工藝與設(shè)備的結(jié)構(gòu)，根據(jù)生產(chǎn)的設(shè)備的調(diào)速來制定方案。

第二是考慮電動機(jī)的調(diào)速特性與負(fù)載的相適應(yīng)。

2.1 生產(chǎn)機(jī)械不需要電氣調(diào)速要求

通常情況下，在沒有電氣調(diào)速、啟動的不頻繁場合，鼠籠式異步電動機(jī)就應(yīng)該被應(yīng)用。如果在傳動裝置中負(fù)載轉(zhuǎn)矩很大則考慮繞線式異步電動機(jī)。對于同步電動機(jī)的適合場合則是在負(fù)載平穩(wěn)時(shí)，并且容量與起停的次數(shù)很少的時(shí)候，通過這種有效合理的傳動機(jī)不但充分提高電動機(jī)的效率，同時(shí)也能調(diào)節(jié)勵(lì)磁在過勵(lì)的條件下從而讓電網(wǎng)功率因數(shù)提高。

2.2 生產(chǎn)機(jī)械需要電氣調(diào)速要求

這里的拖動方案的設(shè)計(jì)是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速，在充分保證技術(shù)的基礎(chǔ)上通過比較最終選擇拖動方案。

速范圍D=2-3，調(diào)速級數(shù)3，調(diào)速級數(shù)≤2-4時(shí)，一般采用改變磁極對數(shù)的雙速或多速籠式異步電動機(jī)拖動。

調(diào)速范圍D＜3，月不要求平滑調(diào)速時(shí).采用繞線式轉(zhuǎn)子感府電動機(jī)拖動們只適用于短時(shí)負(fù)載和重復(fù)短時(shí)負(fù)載的場合。

調(diào)速范圍D=3-10，且要求平滑調(diào)速時(shí)，在容量不大的情況下，可采用帶滑差離合器的異步電動機(jī)拖動系統(tǒng)。若需長期運(yùn)轉(zhuǎn)在低速時(shí)，也可考慮采用品間管直流拖動系統(tǒng)。

調(diào)速范圍D：10-100考慮使用直流拖動系統(tǒng)或交流調(diào)速系統(tǒng)。

三相異步電動機(jī)的調(diào)速，以前主要依靠改變定子繞組的極數(shù)和改變轉(zhuǎn)子電路的電阻來實(shí)現(xiàn)。目前，變頻調(diào)速和串級調(diào)速已得到廣泛的應(yīng)用。

2.3 確定電動機(jī)調(diào)速的性質(zhì)

對于雙速籠型異步電動機(jī)，當(dāng)定子繞組由Δ連接改為YY接法時(shí)，轉(zhuǎn)速由低速轉(zhuǎn)為高速，功率都變化不大，適用于恒功率傳動；當(dāng)定子繞組由Y連接改為YY接法時(shí)，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，適用于恒轉(zhuǎn)矩傳動、對于直流他勵(lì)電動機(jī)，改變電樞電壓調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩輸出；而改變勵(lì)磁調(diào)速為恒功率調(diào)速。

如果采用不對應(yīng)調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒功率調(diào)速或者恒功率負(fù)載采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，將電動機(jī)額定功率增大到D倍，（D為調(diào)速范圍，）并且一部分轉(zhuǎn)矩為充分利用，因此電動機(jī)調(diào)速性質(zhì)是反應(yīng)調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

3 電氣控制方案的確定原則

明確控制方案是設(shè)計(jì)出合理適用的電力控制系統(tǒng)的前提保證。因此設(shè)計(jì)人員要按以下原則來進(jìn)行：

3.1 拖動需要與控制方式相適應(yīng)

控制方式不是越多就越好，主要看它的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)加工生產(chǎn)的程序變化很多時(shí)，采取編程序控制器，要是邏輯控制比較簡單則可以采用穩(wěn)定的生產(chǎn)設(shè)備即繼電解除控制法。

3.2 控制方式與通用化程度相適應(yīng)

通用化可以說是對不同生產(chǎn)對象通用程度，應(yīng)該區(qū)別自動化。因此通用化程度低的但也許保持著較高的自動化，這類機(jī)床使用固定的控制電路較好。若是小的零件則采用數(shù)字程序。應(yīng)為這樣對于加工對象采用不同的程序提高通用與靈活性。

3.3 最大限度滿足工藝要求

為了滿足較高的工藝水平，確保機(jī)械的工作效率，可以在控制線路中加入自動循環(huán)、半自動循環(huán)、故障診斷等功能。

3.4 電路電源的可靠性

簡單的電路采用電網(wǎng)式電源，相反元件多的話采用電壓隔離降壓的方法。如果要采用直流電源，則必須滿足自動化程度高的設(shè)備，這么做也可以對空間進(jìn)行節(jié)省，方便操作。在實(shí)際的生產(chǎn)中，最終的方案取決于設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員因此應(yīng)該靈活運(yùn)用方案。

4 電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法

雖然電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法有不同，但都要滿足幾點(diǎn)要求。首先應(yīng)能滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求。其次線路結(jié)構(gòu)要簡單，力求精簡。再次操控，掌握，維修要簡單。第四要具有應(yīng)對安全隱患的措施，在發(fā)生事故時(shí)也能很好及時(shí)的完成任務(wù)。第五要能適應(yīng)生產(chǎn)時(shí)所在的環(huán)境。

4.1 控制線路的設(shè)計(jì)方法簡介

電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法有兩種，一種是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，另一種是邏輯沒汁法。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：它是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，按照電動機(jī)的控制方法，采用典型環(huán)節(jié)線路直接進(jìn)行設(shè)計(jì)，先設(shè)計(jì)出各個(gè)獨(dú)立的控制電路，然后根據(jù)設(shè)備的工藝要求決定各部分電路的聯(lián)鎖或聯(lián)系。這種方法比較簡單，但是對于比較復(fù)雜的線路，設(shè)計(jì)人員必須具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，需繪制大量的線路圖，并經(jīng)多次修改后才能得到符合要求的控制線路。

邏輯設(shè)計(jì)法：采用邏輯代數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，按此方法設(shè)計(jì)的線路結(jié)構(gòu)合理.可節(jié)省所用元件的數(shù)量。

4.2 設(shè)計(jì)控制線路時(shí)應(yīng)注意的問題

設(shè)計(jì)具體線路時(shí)，為了使線路設(shè)汁得簡單且準(zhǔn)確可靠，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

首先盡量減少連接導(dǎo)線，設(shè)汁控制電路時(shí)，應(yīng)考慮各元器件的實(shí)際位置，盡可能減少配線時(shí)的連接導(dǎo)線。

其次正確連接電器的線圈。電壓線圈通常不能串聯(lián)使用，由于它們的阻抗不盡相同，造成兩個(gè)線圈上的電壓分配不等。即使是兩個(gè)同型號線圈，外加電壓是它們的額定電壓之和，也不允許這樣連接，因?yàn)殡娖鲃幼骺傆邢群螅?dāng)一個(gè)接觸器先動作時(shí)，其線圈阻抗增大，該線圈上的電壓降增大，使另一個(gè)接觸器不能吸合，嚴(yán)重時(shí)將使線團(tuán)燒毀。電感量相差懸殊的兩個(gè)電器線圈，也不要并聯(lián)連接。在接通電源時(shí)可正常工作，但在斷開電源時(shí)，由于電磁鐵線圈的電感比繼電器線圈的電感大得多，所以斷電時(shí)，繼電器很快釋放，但電磁鐵線圈產(chǎn)生的自感電動勢可能使繼電器又吸合一段時(shí)間，從而造成繼電器的誤動作，解決的方法是各用一個(gè)接觸器的觸點(diǎn)來控制。

結(jié)語

通過以上分析可以得出電氣控制線路設(shè)計(jì)對于電氣控制的影響力之深，不能簡簡單單從設(shè)計(jì)的角度來認(rèn)識電氣線路，要在實(shí)際的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)設(shè)計(jì)者應(yīng)該對電氣線路進(jìn)行深入的研究，對設(shè)計(jì)重視起來，從實(shí)際出發(fā)，依托自身的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出合理的線路來確保電氣路線的準(zhǔn)確性。

[1]賀哲榮.機(jī)床電氣控制線路圖試圖技巧[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]張高培.電機(jī)與電氣線路[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]劉曉東.普通機(jī)床電氣控制線路故障診斷與維修[M].北京師范大學(xué)出版社，2011.