断路器
QF
FU2 KM
KM
FR 热继电器
M
3~
M
3~
⑶ 过电流保护
⑷ 失压保护
1 SA 0 2 KA U=0 KA
KM
四、电气控制线路设计方法
• 经验设计法：根据生产工艺要求， 利用各种典型的线路环节，直接设 计控制线路。 • 逻辑设计法：根据生产工艺的要求， 利用逻辑代数来分析、设计线路的 方法。
第三节 电气控制线路设计基础
• 一、概念 • 二、电气原理图的绘制 • 三、设计电气控制线路的一般原则
一、概念
电气控制线路是由接触器、继电器、按钮、行 程开关等电器组成的控制线路，又称继电-接触 控制线路。 电气控制线路的作用： ①实现对电力拖动系统的启动、制动及调速等运 行的控制； ②实现对拖动系统的保护； ③满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。
完整的控制电路
2. 逻辑设计法
• • • • ⑴逻辑变量 ⑵逻辑函数与真值表 ⑶逻辑运算 ⑷举例
⑴ 逻辑变量
• 继电器、接触器线圈通电状态为“1” 状态，线圈断电状态为“0”状态； • 继电器、接触器控制按钮触点闭合状 态为“1”状态，断开状态为“0”状 态。
⑵ 逻辑函数与真值表
• 输入逻辑变量：表示触点状态的逻辑变量； • 输出逻辑变量：表示继电器、接触器等受控元 件的逻辑变量； • 逻辑函数：输入、输出逻辑变量的相互关系； • 真值表：控制线路中输入和输出关系用列表的 方式表达出来。
• 一般当电动机容量小于11kW时允许直接启动。 • 1.不可逆直接启动控制线路 • 2.正反转控制线路 • 3.行程控制线路 • 4.顺序控制线路
1.不可逆直接启动控制线路
L1 L2 L3
Q
U1 V1 W1
U1
FU2 U1 FU2 U1
1
FU2
1 1
FR
2
FR
2
FR SB1
3
SB1 FU1
U2 V2 W2
1、经验设计法
• • • • • 步骤： ⑴了解系统工艺要求。 ⑵设计主电路。 ⑶设计控制电路。 ⑷完善和校核。
• 举例
例：设计龙门刨床横梁升降控制线路
• 工艺要求： • 1）保证横梁能上下移动，夹紧机构能实现 横梁夹紧或放松； • 2）逻辑关系：当横梁上下移动时，应能自 动按照放松横梁→横梁上下移动→夹紧横 梁→夹紧电机自动停止运动的顺序动作； • 3）横梁在上升与下降时应有限位保护； • 4）横梁夹紧与横梁移动之间及正反向之间 应有必要的联锁。
⑶ 在控制线路中应避免出现寄生电 路。
HL1
SB1
SB2
KM2
KM1
FR
当电动机过载热继 电器FR动作时， 线路就出现了寄 生电路（虚线）
KM1 KM1 SB3
KM2 HL2
KM2
⑷在线路中应尽量避免许多电器依次动作才 能接通另一个电器的控制线路。
KA
KA1
KA
KA1 KA2
KA1 KA2
KA1
2
FR
FU1
W2 U2 V2
FR 2 SB1 3 SB1 SB3 SB2 3 KM1 KM1 SB3 KM2 SB2 6 4 KM2
4 7
KM1
KM2
U3 V3 W3
KM2
5 5 7 8
KM1 KM2 KM1
9
KM1 KM2
6
FRU V WN源自NKM1KM2M 3~
（a b ）既有机械联 ）只有电气联锁 锁又有电气联 锁
⑶ 逻辑运算
• • • • • • ①逻辑与——触点串联 KM＝KA1· KA2 ②逻辑或——触点并联 KM＝KA1＋KA2 ③逻辑非 KM＝ KA ④逻辑函数的化简
① 逻辑与——触点串联
• KM＝KA1· KA2
逻辑与真值表
KA1 KA2 KM
KA1 0
KA2 0 1 0 1
KM 0 0 0 1
5
KT
KM2
6
KM2
M 3~
N
(a)不合理
(b)合理
2.必须保证控制线路工作的可靠和 安全。
• • • • ⑴正确连接电器的触点。 ⑵正确连接电器的线圈——许并不许串 ⑶在控制线路中应避免出现寄生电路。 ⑷在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制 线路。 • ⑸在频繁操作的可逆线路中，正、反向接触器之间不仅要有电气联锁， 而且要有机械联锁。 • ⑹设计的线路应能适应所在电网的情况。根据电网容量的大小、电压 和频率的波动范围 以及允许的冲击电流数值等决定电动机的起动方 式是直接起动还是间接起动。 • ⑺在线路中采用小容量继电器的触点来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。如果不够必须加小容量 接触器或中间接触器，否则工作不可靠。
三、设计电气控制线路的一般原则
• 1.在满足生产要求的前提下，控制线路 应力求简单、经济。 • 2.必须保证控制线路工作的可靠和安全。 • 3.必须设有完善的保护环节，以减少事 故的损失。
1.在满足生产要求的前提下，控制线路应力 求简单、经济。
• ⑴尽量选用标准的、常用的、或经过实际考验 过的线路和环节。 • ⑵尽量缩短连接导线的数量和长度。 • ⑶尽量缩减电器的数量，采用标准件，并尽可 能选用相同型号。 • ⑷应减少不必要的触点以简化线路。在控制线 路图设计完成后，应将逻辑关系化成代数式进 行验算，以便得到最简线路。 • ⑸控制线路在工作时，除必要的电器必须通电 外，其余的尽量不通电以节约电能，延长电器 使用寿命。
④完整的主电路
~
Q
FU1
FU2
KM1
KM2
KM4
KM3 1>
M1
3~
M2
3~
移动电机 完整的主电路
夹紧电机
⑤完整的控制电路
FU2 SB1 SB2 SQ1 KM3 KI SQ2 SQ3 KA1 KA1 KA2 KA1 KA1 KA2 KA2 KA1 KA2 KM1 KM2 KM3 KM4 KA2 SQ1
①设计主电路
• 主电路由一个 横梁移动电机 和一个横梁夹 紧电机组成 • 每个电机均须 正反转
KM1 ~380V Q
FU1
FU2
KM2
KM4
KM3
M1
3~ 移动电机
M2
3~ 夹紧电机
②设计控制电路
SB1 SB2 KA1 KA2 KA1 KA1 KA2
KA2
KA1
KA2
KM1
KM2
KM3
KM4
控制电路草图
二、电气原理图的绘制
• 7.线路采用字母、数字、符号及其组合标记。 • ⑴三相交流电源引入线用L1 、L2 、L3标记，中性线用N标记； • ⑵电源开关后的三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记；用 数字1、2、3等表示分级，如1U、1V、1W；2U、2V、2W等； • ⑶各电动机支路用三相文字代号后加数字表示，数字中个位表示 电动机代号，十位表示该支路各接点代号，如：U11表示M1电动机 的第一相的第一个接点，U21表示第一相的第二个接点，依此类推； • ⑷电动机绕组首端用U、V、W表示，尾端用U′、V′、W′表示； • ⑸控制电路采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下数字组 成。凡是线圈、绕组、触点或电阻、电容等元器件所隔离的线段 都应表以不同的标记。
3.行程控制线路
U2 FU2
1 2
FR
SB1
3
SB2 甲 SQ1 （a） KM1 乙 SQ2 SQ2
5 4
SB3 KM2
7
8
SQ1 KM1
KM2
6 9
KM1
KM2
N （b）
⑴ 正确连接电器的触点
SQ KA1 SQ KA2
SQ KA1 SQ KA2
(a)不合理，可能在两触点 间形成飞弧造成电源短路。
(b)合理，两触点电位相同， 不会造成飞弧。
⑵ 正确连接电器的线圈——许并不许串
既使外加电压是两个线圈额定电压之和， 也是不允许的。因为每个线圈上所分配 到的电压与线圈阻抗成正比，两个电器 动作总是有先有后，不可能同时吸合。 假如交流接触器KM2先吸合，由于KM2 的磁路闭合，线圈的电感显著增加，因 而在该线圈上的电压降也相应增大，从 而使另一个接触器KM1的线圈电压达不 到动作电压。因此两个电器需要同时动 作时其线圈应该并联连接。
电气控制线路的表示方法：
①
②
安装图，安装图是按照电器实际位置和 实际接线线路，用规定的图形符号画出 来的，这种电路便于安装； 电气原理图，电气原理图是根据工作原 理而绘制的，具有结构简单、层次分明、 便于研究和分析电路的工作原理等优点。
二、电气原理图的绘制
• 1.表示导线、信号通路、连接线等图线都应是交叉和 折弯最少的直线。可以水平布置，也可以采用斜的交 叉线。 • 2.电路或元件应按功能布置，并尽可能按工作顺序排 列，对因果次序清楚的简图，其布局顺序应该是从左 到右或从上到下。 • 3.为了突出和区分某些电路、功能等，导线、信号通 路、连接线等可采用粗细不同的线条来表示。 • 4.元器件和设备的可动部分通常应表示在非激励或不 工作的状态或位置。
逻辑与电路
0 1 1
② 逻辑或——触点并联
• KM＝KA1＋KA2
KA1 KM
逻辑或真值表
KA1 KA2 0 1 0 1 KM 0 1 1 1
KA2
0 0
逻辑或电路
1 1
③ 逻辑非
• KM＝ KA
逻辑非真值表
KA
KM
KA 1
KM 0 1
逻辑非电路
0
④ 逻辑函数的化简
• • • • • • • • • 1）交换律 A· B＝B· A；A十B＝B十A 2）结合律 A· (B· C)＝(A· B)· C A十(B十C)＝(A十B)十C 3）分配律 A· (B十C)＝A· B十A· C； A十B· C＝ (A十B)· (A十C) 4）吸收律 A十AB＝A；A· (A十B)＝A A十 B＝A十B； 十A· B＝ 十B A A A 5）重迭律 A· A＝A；A十A＝A 6）非非律 =A A 7）反演律