第4章-電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇

第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇

4．1電氣控制線路設(shè)計的主要內(nèi)容4．2電氣控制線路的設(shè)計4．3常用電器元件的選擇

第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇本章介紹:繼電接觸器電控線路設(shè)計方法，包括設(shè)計內(nèi)容、一般程序、設(shè)計原則、設(shè)計方法和步驟，電控系統(tǒng)的安裝、調(diào)試方法。4.1設(shè)計的主要內(nèi)容基本任務(wù)：根據(jù)控制要求，設(shè)計、編制出設(shè)備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料，包括電氣原理圖、元件布置圖、電氣安裝接線圖、電氣箱圖及控制面板等，編制外購件目錄、單臺消耗清單、設(shè)備說明書等資料。設(shè)計：原理設(shè)計、工藝設(shè)計。以電力拖動控制系統(tǒng)為例說明。4.1.1原理設(shè)計內(nèi)容1.擬定電氣設(shè)計任務(wù)書(技術(shù)條件)；2.確定電力拖動方案(電氣傳動形式)及控制方案；3.選擇電動機，包括類型、電壓等級、容量及轉(zhuǎn)速，并選擇出具體型號；4.設(shè)計電氣控制原理框圖，包括主電路、控制電路和輔助控制電路，確定各部分間關(guān)系，擬訂各部分技術(shù)要求。5.設(shè)計并繪制電氣原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)；6.選擇電器元件，制定電機和電器元件明細表。以及裝置易損件及備用件清單；7.編寫設(shè)計說明書。4.1.2工藝設(shè)計內(nèi)容主要目的：便于組織電氣控制裝置的制造，實現(xiàn)所要求的各項技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)備使用、維修提供必要的圖紙資料。主要內(nèi)容：1.根據(jù)原理圖及選定的電器元件，設(shè)計電氣設(shè)備的總體配置，繪制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖。2.按照電氣原理框圖或劃分的組件，對總原理圖編號、繪制各組件原理電路圖，列出元件目錄表，標(biāo)出各組件進出線號；3.根據(jù)各組件原理電路及選定元件目錄表，設(shè)計各組件裝配圖(包括電器元件布置圖和安裝圖)、接線圖.4.根據(jù)組件安裝要求，繪制零件圖紙，并標(biāo)明技術(shù)要求.5.設(shè)計電氣箱，根據(jù)組件尺寸及安裝要求，確定電氣箱結(jié)構(gòu)與外形尺寸.6.根據(jù)總原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等資料，進行匯總，分別列出外購件清單、標(biāo)準(zhǔn)件清單以及主要材料消耗定額.7.編寫使用說明書。實際操作時，根據(jù)總體技術(shù)要求和系統(tǒng)復(fù)雜程度,對上述步驟適當(dāng)調(diào)整。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇4.2電氣控制線路的設(shè)計4.2.1設(shè)計的基本原則在電力拖動方案和控制方案確定后，即可著手進行電控線路具體設(shè)計。電控系統(tǒng)設(shè)計一般應(yīng)遵循以下原則：1．最大限度滿足生產(chǎn)機械和工藝對電控系統(tǒng)的要求首先弄清設(shè)備需滿足的生產(chǎn)工藝要求，對設(shè)備工作情況作全面了解。深入現(xiàn)場調(diào)研，收集資料，結(jié)合技術(shù)人員及現(xiàn)場操作人員經(jīng)驗，作為設(shè)計基礎(chǔ)。2．在滿足生產(chǎn)工藝要求前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟（1）盡量選用標(biāo)準(zhǔn)電器元件，減少電器元件數(shù)量,選用同型號電器元件以減少備用品數(shù)量。（2）盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的或經(jīng)過實踐考驗的典型環(huán)節(jié)或基本電控線路。（3）盡量減少不必要的觸點，以簡化線路。在滿足工藝要求前提下，元件越少，觸點數(shù)量越少，線路越簡單?？商岣吖ぷ骺煽啃?，降低故障率。常用減少觸點數(shù)目的方法：①合并同類觸點:見圖4-1示.②利用轉(zhuǎn)換觸點方式:見圖4-2示。

圖4-1同類觸點合并圖4-2具有轉(zhuǎn)換觸點的中間繼電器的應(yīng)用③利用二極管的單向?qū)щ娦詼p少觸點數(shù)目。見圖4-3示.④利用邏輯代數(shù)的方法減少觸點數(shù)目。如圖4-4(a)示.

圖4-3利用二極管簡化控制電路圖4-4利用邏輯代數(shù)減少觸點（4）盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際情況，合理考慮并安排電氣設(shè)備和元件的位置及實際連線，使連接導(dǎo)線數(shù)量最少，長度最短。圖4-5中，圖(a)接線不合理，從電氣柜到操作臺需4根導(dǎo)線。圖(b)接線合理，從電氣柜到操作臺只需3根導(dǎo)線。圖4-5線路的合理連接注意：同一電器的不同觸點在線路中應(yīng)盡可能具有公共連接線。以減少導(dǎo)線段數(shù)和縮短導(dǎo)線長度，如圖4-6示。

圖4-6節(jié)省連接導(dǎo)線的方法（5）線路工作時，除必要的電器元件必須通電外，其余盡量不通電以節(jié)約電能。圖4-7減少通電電器的線路3．保證電控線路工作可靠最主要的是選擇可靠的電器元件。同時，設(shè)計時要注意幾點：（1）正確連接電器元件的觸點

圖4-8觸點的正確連接同一電器元件的常開和常閉觸點靠得很近，如果分別接在電源不同相上，當(dāng)觸點斷開產(chǎn)生電弧時，可能在兩觸點間形成飛弧造成電源短路。圖4-8(a)中SQ的接法錯誤,應(yīng)改成圖4-8(b)形式。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇（2）正確連接電器線圈①在交流線路中，即使外加電壓是兩個線圈額定電壓之和，也不允許兩個電器元件的線圈串聯(lián)，如圖4-9（a）示。若需兩個電器同時工作，其線圈應(yīng)并聯(lián)連接，如圖4-9(b)示。圖4-9線圈的正確連接第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇②兩電感量相差懸殊的直流電壓線圈不能直接并聯(lián),如圖4-10(a)示。解決辦法：在KA線圈電路中單獨串接KM的常開觸點，如圖4-10(b)示。圖4-10電磁鐵與繼電器線圈的連接（3）避免出現(xiàn)寄生電路線路工作時，發(fā)生意外接通的電路稱為寄生電路。寄生電路破壞電器元件和控制線路的工作順序或造成誤動作。見圖4-11(a).解決辦法：將指示燈與其相應(yīng)的接觸器線圈并聯(lián)，如圖4-11(b)示。圖4-1l防止寄生電路KM1KM2KM1第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇（4）應(yīng)盡量避免許多電器依次動作才能接通另一電器的現(xiàn)象。（5）在可逆線路中，正反向接觸器間要有電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖。（6）線路應(yīng)能適應(yīng)所在電網(wǎng)的情況，并據(jù)此決定電動機起動方式是直接起動還是間接起動。（7）應(yīng)充分考慮繼電器觸點的接通和分斷能力。若要增加接通能力，可用多觸點并聯(lián)；若要增加分斷能力，可用多觸點串聯(lián)。4．保證電控線路工作的安全性應(yīng)有完善的保護環(huán)節(jié)，保證設(shè)備安全運行。常用有短路、過流、過載、失壓、弱磁、超速、極限保護等。(1）短路保護強大的短路電流容易引起各種電氣設(shè)備和元件的絕緣損壞及機械損壞。因此，短路時應(yīng)迅速可靠地切斷電源。采用熔斷器作短路保護的電路見圖4-12。也可用斷路器（自動開關(guān)）作短路保護，兼有過載保護功能。

圖4-12熔斷器短路保護（2）過電流保護不正確的啟動和過大的負載引起電動機很大的過電流；過大的沖擊負載引起電動機過大的沖擊電流，損壞電動機換向器；過大的電動機轉(zhuǎn)矩使生產(chǎn)機械的機械傳動部分受到損壞。采用過電流繼電器的保護電路見圖4-13(a)。用于籠型電動機直接啟動的過流保護見圖4-13(b).

圖4-13過電流保護（3）過載保護電動機長期過載運行，其繞組溫升將超過允許值，損壞電動機。多采用具有反時限特性的熱繼電器進行保護，同時裝有熔斷器或過流繼電器配合使用。圖(a)適于三相均衡過載的保護。圖(b)適于任一相斷線或三相均衡過載的保護。圖(c)為三相保護，能可靠地保護電動機的各種過載。圖4-14過載保護第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇（4）失壓保護防止電壓恢復(fù)時電動機自行起動的保護稱為失壓保護。通過并聯(lián)在啟動按鈕上接觸器的常開觸點(圖4-15(a))，或通過并聯(lián)在主令控制器的零位常開觸點上的零壓繼電器的常開觸點(圖4-15(b))，來實現(xiàn)失壓保護。圖4-15失壓保護（5）弱磁保護直流并勵電動機、復(fù)勵電動機在勵磁減弱或消失時，會引起電動機“飛車”。必須加弱磁保護。采用弱磁繼電器，吸合電流一般為額定勵磁電流的0．8倍。（6）極限保護對直線運動的生產(chǎn)機械常設(shè)極限保護。如上、下極限，前、后極限等。常用行程開關(guān)的常閉觸點來實現(xiàn).（7）其他保護根據(jù)實際情況設(shè)置，如溫度、水位、欠壓等保護環(huán)節(jié)。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇5．應(yīng)使操作、維護、檢修方便具體安裝與配線時，電器元件應(yīng)留備用觸點，必要時留備用元件；為檢修方便，應(yīng)設(shè)置電氣隔離，避免帶電檢修；為調(diào)試方便，控制應(yīng)簡單，能迅速實現(xiàn)從一種方式到另一種方式的轉(zhuǎn)換。設(shè)置多點控制，便于在生產(chǎn)機械旁調(diào)試；操作回路較多時，如要求正反轉(zhuǎn)并調(diào)速，應(yīng)采用主令控制器，不要用許多按鈕.4.2.2電氣控制線路設(shè)計的基本規(guī)律設(shè)計程序：1.擬定設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書是整個系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，擬定時，應(yīng)聚集電氣、機械工藝、機械結(jié)構(gòu)三方面設(shè)計人員，根據(jù)機械設(shè)備總體技術(shù)要求，共同商討。任務(wù)書應(yīng)簡要說明所設(shè)計設(shè)備的型號、用途、工藝過程、技術(shù)性能、傳動要求、工作條件、使用環(huán)境等。還應(yīng)說明:第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇（1）控制精度，生產(chǎn)效率要求；（2）有關(guān)電力拖動的基本特性，如電動機的數(shù)量、用途、負載特性、調(diào)速范圍以及對反向、起動和制動的要求等；（3）用戶供電系統(tǒng)的電源種類，電壓等級、頻率及容量等要求；（4）有關(guān)電氣控制的特性，如自動控制的電氣保護，聯(lián)鎖條件，動作程序等；（5）其他要求，如主要電氣設(shè)備的布置草圖，照明，信號指示，報警方式等；（6）目標(biāo)成本及經(jīng)費限額;（7）驗收標(biāo)準(zhǔn)及方式.2.電力拖動方案與控制方式選擇根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)機械結(jié)構(gòu)，運動部件數(shù)量、運動要求、負載特性、調(diào)速要求以及投資額等條件，確定電動機的類型、數(shù)量、拖動方式，擬定電動機的啟動、運行、調(diào)速、轉(zhuǎn)向、制動等控制要求。作為電氣原理圖設(shè)計及電器元件選擇的依據(jù).第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇3.電動機的選擇根據(jù)拖動方案，選擇電動機的類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)形式以及容量，額定電壓，額定轉(zhuǎn)速等?；驹瓌t:（1）電動機機械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機械要求，與負載特性相適應(yīng)，保證運行穩(wěn)定性、有一定調(diào)速范圍與良好的起、制動性能；（2）結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足設(shè)計提出的安裝要求，適應(yīng)周圍環(huán)境；（3）根據(jù)負載和工作方式，正確選擇電動機容量；（4）電動機電壓：應(yīng)根據(jù)使用地點的電源電壓來決定。（5）在無特殊要求的場合，一般采用交流電動機。4.電氣控制方案的確定綜合考慮各方案的性能，設(shè)備投資、使用周期、維護檢修、發(fā)展等因素.主要原則：（1）自動化程度與國情相適應(yīng)（2）控制方式應(yīng)與設(shè)備的通用及專用化相適應(yīng)對工作程序固定的專用設(shè)備，可采用繼電接觸器控制系統(tǒng)；對要求較復(fù)雜的控制對象或要求經(jīng)常變換工序和加工對象的設(shè)備，可采用可編程序控制器控制系統(tǒng)。（3）控制方式隨控制過程的復(fù)雜程度而變化根據(jù)控制要求及控制過程的復(fù)雜程度，可采用分散控制或集中控制方案，但各單機的控制方式和基本控制環(huán)節(jié)應(yīng)盡量一致，以簡化設(shè)計和制造過程。（4）控制系統(tǒng)的工作方式，應(yīng)在經(jīng)濟、安全的前提下，最大限度地滿足工藝要求。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇5.設(shè)計電氣原理圖并合理選擇元器件，編制元器件目錄清單。6.設(shè)計制造、安裝、調(diào)試所必須的各種施工圖紙，并以此為依據(jù)編制各種材料定額清單。7.編寫說明書.4.2.3電氣控制線路的設(shè)計步驟和方法常用方法：經(jīng)驗設(shè)計法，邏輯設(shè)計法。1.經(jīng)驗設(shè)計法又稱為一般設(shè)計法、分析設(shè)計法。根據(jù)生產(chǎn)機械工藝要求和生產(chǎn)過程，選擇適當(dāng)?shù)幕经h(huán)節(jié)（單元電路）或典型電路綜合而成。要求設(shè)計人員必須熟悉和掌握大量的基本環(huán)節(jié)和典型電路，具有豐富的實際設(shè)計經(jīng)驗。適用于不太復(fù)雜的（繼電接觸式）電氣控制線路設(shè)計.（1）基本步驟①主電路設(shè)計：主要考慮電動機的起動、點動、正反轉(zhuǎn)、制動和調(diào)速。②控制電路設(shè)計：包括基本控制線路和特殊部分的設(shè)計，以及選擇控制參量和確定控制原則。主要考慮如何滿足電動機的各種運轉(zhuǎn)功能和生產(chǎn)工藝要求。③聯(lián)結(jié)各單元環(huán)節(jié)，構(gòu)成滿足整機生產(chǎn)工藝要求的控制電路。④聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)設(shè)計：主要考慮如何完善整個控制線路的設(shè)計，包含各種聯(lián)鎖環(huán)節(jié)以及短路、過載、過流、失壓等保護。⑤線路的綜合審查：反復(fù)審查所設(shè)計的線路是否滿足設(shè)計原則和生產(chǎn)工藝要求。在條件允許情況下，進行模擬實驗，逐步完善設(shè)計，直至滿足要求。（2）基本方法①根據(jù)生產(chǎn)機械工藝要求和工作過程，適當(dāng)選用已有典型基本環(huán)節(jié),將它們有機地組合起來，加以適當(dāng)補充和修改，綜合成所需線路。②若無合適的典型環(huán)節(jié)，則根據(jù)機械工藝要求和生產(chǎn)過程自行設(shè)計,邊分析邊畫圖，將輸入主令信號適當(dāng)轉(zhuǎn)換，得到執(zhí)行元件所需的工作信號。隨時增減電器元件和觸點，滿足給定的工作條件。（3）經(jīng)驗設(shè)計法舉例以皮帶運輸機為例。一種連續(xù)平移運輸機械，常用于糧庫、礦山等的生產(chǎn)流水線上，將糧食、礦石等從一個地方運到另一個地方。一般由多條皮帶機組成，可以改變運輸?shù)姆较蚝托倍?。屬長期工作制，不需調(diào)速，無特殊要求，也不需反轉(zhuǎn)。拖動電機多采用籠型異步電動機。若考慮事故情況下可能有重載啟動，要求啟動轉(zhuǎn)矩大，可由雙籠型異步電動機或繞線型異步電動機拖動，也可二者配合使用。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇以三條皮帶運輸機為例。①工藝要求(a)啟動順序為3#、2#、1#，并要有一定時間間隔，以免貨物在皮帶上堆積，造成后面皮帶重載啟動。(b)停車順序為1#，2#、3#，保證停車后皮帶上不殘存貨物。(c)不論2#或3#哪一個出故障，1#必須停車，以免繼續(xù)進料，造成貨物堆積。(d)必要的保護。

②主電路設(shè)計三條皮帶分別由三臺電機拖動，均采用籠型異步電機。由于電網(wǎng)容量足夠大，且三臺電機不同時起動，故采用直接啟動。由于不經(jīng)常啟動、制動，對于制動時間和停車準(zhǔn)確度也無特殊要求，制動時采用自由停車。三臺電機都用熔斷器作短路保護，用熱繼電器作過載保護。由此，設(shè)計出主電路如圖4-17示.

圖4-17皮帶運輸機主電路圖第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇③基本控制電路設(shè)計三臺電機由三個接觸器控制啟、停。啟動順序為3#、2#、1#，可用3#接觸器的常開（動合）觸點控制2#接觸器線圈，用2#接觸器常開觸點控制1#接觸器線圈。制動順序為1#、2#、3#，用1#接觸器常開觸點與控制2#接觸器的常閉（動斷）按鈕并聯(lián)，用2#接觸器常開觸點與控制3#接觸器的常閉按鈕并聯(lián)?；究刂凭€路如圖4-18示。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇圖4-18控制電路的基本部分可見，只有KM3動作后，按下SB3，KM2線圈才能通電動作，然后按下SB1、KM1線圈通電動作，實現(xiàn)了電動機的順序起動。同理，只有KM1斷電釋放，按下SB4，KM2線圈才能斷電，然后按下SB6，KM3線圈斷電，實現(xiàn)電動機的順序停車。④控制線路特殊部分設(shè)計為實現(xiàn)自動控制，皮帶運輸機啟動和停車可用行程參量或時間參量控制。由于皮帶是回轉(zhuǎn)運動，檢測行程比較困難,所以，利用時間繼電器作輸出器件的控制信號。以通電延時的常開觸點作啟動信號，以斷電延時的常開觸點作停車信號。為使三條皮帶自動按順序工作，采用中間繼電器KA.圖4-19控制電路的聯(lián)鎖部分第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇⑤設(shè)計聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)分析:按下SB1發(fā)出停車指令時，KT1、KT2、KA同時斷電，KA常開觸點瞬時斷開，KM2、KM3若不加自鎖，則KT3、KT4的延時將不起作用，KM2、KM3線圈將瞬時斷電，電動機不能按順序停車，所以需加自鎖環(huán)節(jié)。三個熱繼電器的保護觸頭均串聯(lián)在KA線圈電路中，無論哪一號皮帶機過載，都能按1#、2#、3#順序停車。線路失壓保護由KA實現(xiàn)。⑥線路綜合審查線路工作過程：按下啟動按鈕SB2，KA通電吸合并自鎖，KA常開觸點閉合，接通KT1～KT4，其中KT1、KT2為通電延時型，KT3、KT4為斷電延時型，KT3，KT4的常開觸點立即閉合，為KM2和KM3的線圈通電準(zhǔn)備條件。KA另一個常開觸點閉圖4-20完整的電路圖利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來設(shè)計電控線路。將線路中的接觸器、繼電器等電器元件線圈的通電與斷電，觸點的閉合與斷開，主令元件觸點的接通與斷開等，看成邏輯變量，考慮線路中各邏輯變量間所要滿足的邏輯關(guān)系，用函數(shù)關(guān)系式表示出來，按照一定方法和步驟設(shè)計出符合生產(chǎn)工藝要求的電控線路。2、邏輯設(shè)計法

用這種邏輯設(shè)計法設(shè)計出的線路結(jié)構(gòu)比較合理，所用的元件數(shù)量也較少，特別適合完成較復(fù)雜的生產(chǎn)工藝所要求的控制線路。但是相對而言，這種設(shè)計方法難度較大，不容易掌握。對于一個功能較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，若能將其分成若干個互相聯(lián)系的控制單元，用邏輯設(shè)計方法完成各單元的設(shè)計，然后再用經(jīng)驗設(shè)計方法把這些單元組合成一個整體，這種設(shè)計方法較為簡潔、切實可行。2、邏輯設(shè)計法(1)邏輯代數(shù)基礎(chǔ)①邏輯代數(shù)中的邏輯變量和邏輯函數(shù)又稱布爾代數(shù)或開關(guān)代數(shù)。(a)邏輯變量邏輯代數(shù)中,具有兩種互為對立工作狀態(tài)的物理量稱為邏輯變量。如繼電器、接觸器等電器元件線圈的通電與失電，觸點的斷開與閉合等，其對立的兩種工作狀態(tài)可采用邏輯“0”和“1”表示。規(guī)定：繼電器、接觸器等電器元件的線圈、常開（動合）觸點為原變量；常閉（動斷）觸點為反變量。即：線圈通電為“1”，失電為“0”；常開觸點閉合為“1”，斷開為“0”；常閉觸點閉合為“0”，斷開為“1”；電器元件KA1，KA2，…的常開觸點分別用KA1，KA2，…表示；常閉觸點則分別用KA1，KA2，…表示；(b)邏輯函數(shù)表示觸點狀態(tài)的邏輯變量稱為輸入邏輯變量；表示接觸器、繼電器線圈等受控元件的邏輯變量稱為輸出邏輯變量。輸出邏輯變量與輸入邏輯變量間所滿足的相互關(guān)系稱為邏輯函數(shù)關(guān)系，簡稱為邏輯關(guān)系。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇②邏輯代數(shù)的運算法則(a)邏輯與——觸點串聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯與運算的電路如圖4-21示。邏輯表達式：K=A·B(“·”為邏輯與運算符號)含義：只有觸點A與B都閉合，線圈K才得電。(b)邏輯或——觸點并聯(lián)實現(xiàn)邏輯或運算的電路如圖4-22示。邏輯表達式：K=A+B(“+”為邏輯或運算符號)含義：觸點A與B只要有一個閉合，線圈K就可得電。(c)邏輯非——動斷觸點表達式：K=A(“”為邏輯非運算符號)含義：觸點A不動作，線圈K通電。③基本定理(a)交換律A·B=B·A，A+B=B+A(b)結(jié)合律A·(B·C)=(A·B)·C，A+(B+C)=(A+B)+C(c)分配律A·(B+C)=A·B+A·C，A+(B·C)=(A+B)·(A+C)(d)重疊律A·A=A，A+A=A(e)吸收律A+AB=A，A·(A+B)=AA+AB=A+B，A+AB=A+B(f)非非律A=A(g)反演律A+B=A*B，A*B=A+B④邏輯代數(shù)化簡在保證邏輯功能(生產(chǎn)工藝要求)不變的前提下，運用邏輯代數(shù)的定理和法則將原始表達式化簡，得到簡化的電控線路圖?；啎r經(jīng)常用到的常量和變量關(guān)系為：A+0=AA·0=0A+1=lA·1=AA+A=1A·A=0化簡時經(jīng)常用到的方法：(a)合并項法:利用AB+AB=A，將兩項合為一項例：ABC+ABC=AB(b)吸收法:利用A+AB=A消去多余的因子。例：B+ABDF=B(c)消去法:利用A+AB=A+B消去多余的因子。例：A+AB+DEF=A+B+DEF(d)配項法:利用邏輯表達式乘以一個“1”和加上一個“0”其邏輯功能不變來進行化簡，即利用A+A=1和A·A=0。(d)⑤繼電接觸器開關(guān)的邏輯函數(shù)繼電接觸器開關(guān)的邏輯電路，是以檢測信號、主令信號、中間單元及輸出邏輯變量的反饋觸點作為輸入變量，以執(zhí)行元件作為輸出變量而構(gòu)成的電路。通過圖4-24的啟、停自鎖電路說明組成繼電接觸器開關(guān)的邏輯函數(shù)規(guī)律.圖4-24(a)邏輯函數(shù)：Fk=SB1+SB2·K一般形式：Fk=X開+X關(guān)·K圖4-24(b)：Fk=SB2·(SB1+K)一般形式：Fk=X關(guān)(X開+K)式中,X開代表開啟信號X關(guān)代表關(guān)閉信號.

圖4-24啟、停自鎖電路二、邏輯設(shè)計法2.繼電接觸器控制線路的邏輯函數(shù)對圖

(a)可列出邏輯函數(shù)為：對圖

(b)可列出邏輯函數(shù)為：其一般形式為：其一般形式為：fKM＝X開主?X開約＋(X關(guān)主＋X關(guān)約)KMfKM＝(X關(guān)主＋X關(guān)約)(X開主?X開約＋KM)一般形式擴展為：兩個簡單的起、停、保電路實際啟動、停止、自鎖線路，控制一個線圈通、斷電的條件往往不止一個。對開啟信號，當(dāng)不只一個主令信號，還必須有其它條件才能開啟時，則開啟主令信號用X開主表示，其它條件稱為開啟約束信號，用X開約表示。只有當(dāng)條件都具備時，開啟信號才能開啟，則X開主與X開約是邏輯與的關(guān)系，用X開主·X開約去代替式(4-1)、(4-2)中的X開.第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇當(dāng)關(guān)斷信號不只一個主令信號，還必須有其它條件才能關(guān)斷時，則關(guān)斷主令信號用X關(guān)主表示，其它條件稱關(guān)斷約束信號，用X關(guān)約表示。只有當(dāng)信號全為“0”時，信號才能關(guān)斷，則X關(guān)主與X關(guān)約是邏輯或的關(guān)系，用X關(guān)主+X關(guān)約代替式(4-1)、(4-2)中的X關(guān)。啟動、停止、自鎖線路擴展公式：FK=X開主X開約+(X關(guān)主+X關(guān)約)K(4-3)FK=(X關(guān)主+X關(guān)約)(X開主X開約+K)(4-4)①根據(jù)題目要求，列出接觸器通電狀態(tài)真值表：KA1KA2KA3KM00000011010110010111101111011110例：某電機只有在繼電器KA1、KA2和

KA3

中任何一個或兩個動作時才能運轉(zhuǎn)，而在其它任何情況下都不運轉(zhuǎn)，試設(shè)計其控制電路。KA1KA2KA3KM001101011001繼電器KA1、KA2和

KA3中任何一個動作時，接觸器KM動作的條件可寫成：KM1=KA1KA2KA3

+KA1KA2KA3

+KA1KA2KA3

②根據(jù)真值表：繼電器K1、K2和

K3中任何兩個動作時，接觸器KM動作的條件可寫成：KM2=KA1KA2KA3

+KA1KA2KA3

+KA1KA2KA3

則接觸器動作的條件，即電機運轉(zhuǎn)的條件為：KA1KA2KA3KM011110111101設(shè)計步驟：②根據(jù)狀態(tài)表寫出KM的邏輯代數(shù)式；③利用邏輯代數(shù)基本公式化簡至最簡“與或”式；KM=K1(K3+K2)+K1(K2+K3

)

④繪控制線路:KA2KA3KA2KA3KA1KA1KM⑤校驗:對于設(shè)計出的線路，應(yīng)校驗繼電器KA1、KA2

和KA3

在任一給定的條件下電動機都運轉(zhuǎn)，即接觸器KM的線圈都通電。而在其它條件下，如三個繼電器都動作或都不動作時，接觸器KM不應(yīng)動作。上面介紹的控制線路是一種沒有反饋回路、對任何信息都沒有記憶的邏輯組合網(wǎng)絡(luò)。如果想用邏輯設(shè)計方法設(shè)計具有反饋的回路，即具有記憶功能的邏輯時序網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計過程比較復(fù)雜。一般按照以下步驟進行：使用邏輯設(shè)計方法設(shè)計的控制線路比較合理，不但能節(jié)省元件數(shù)量，獲得一種邏輯功能的最簡線路，而且方法也不算復(fù)雜。⑴根據(jù)工藝過程作出工作循環(huán)圖；⑵根據(jù)工作循環(huán)圖作執(zhí)行元件和檢測元件狀態(tài)表；⑶由狀態(tài)表增設(shè)必要的中間記憶元件(中間繼電器);⑷列出中間記憶元件邏輯函數(shù)關(guān)系式和執(zhí)行元件的邏輯函數(shù)關(guān)系式；⑸根據(jù)邏輯函數(shù)關(guān)系式繪出相應(yīng)的電器控制線路；⑹檢查并完善所設(shè)計的控制線路。由上可見，邏輯設(shè)計方法的這種設(shè)計過程比較復(fù)雜，難度較大。因此，一般只作為經(jīng)驗設(shè)計方法的輔助和補充，尤其是用于簡化某一部分線路，或?qū)崿F(xiàn)某種簡單邏輯功能時，是比較方便易行的；對于一般不太復(fù)雜，而又帶有反饋和交叉互饋環(huán)節(jié)的電器控制線路，一般采用經(jīng)驗設(shè)計方法較為簡單；但對于某些復(fù)雜而又重要的控制線路，特別是生產(chǎn)自動線的設(shè)計，邏輯設(shè)計方法可以獲得準(zhǔn)確而又簡單的控制線路。

四.電器控制線路的設(shè)計規(guī)律

電器控制線路的特點是：

通過觸點的“通”和“斷”

控制電動機或其它電器設(shè)備來完成運動機構(gòu)的動作。即使是復(fù)雜的控制線路,很大一部分是常開和常閉觸點組合而成的。為了設(shè)計方便,把它們歸納為以下幾個方面：

1.常開觸點串聯(lián):

“與”邏輯

當(dāng)要求幾個條件同時具備時,才能使電器線圈得電動作,可將幾個常開觸點與線圈串聯(lián)實現(xiàn)。K1K2K3KM

2.常開觸點并聯(lián):

“或”邏輯

當(dāng)在幾個條件中，只要具備其中任一條件時，所控制的電器線圈就能得電，這時可將幾個常開觸點并聯(lián)實現(xiàn)。§3-2電器控制線路的設(shè)計

3.常閉觸點串聯(lián):當(dāng)幾個條件僅具備一個時，繼電器線圈就斷電，可用幾個常閉觸點和所控制的電器線圈串聯(lián)的方法實現(xiàn)。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇4.3常用電器元件的選擇正確、合理選用元器件，是電路安全、可靠工作的保證?；驹瓌t：①按對電器元件的功能要求確定電器元件的類型。②確定電器元件承載能力的臨界值及使用壽命。根據(jù)電器控制的電壓、電流及功率的大小確定電器元件的規(guī)格。③確定電器元件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油防塵、防水、防爆及貨源情況。④確定電器元件在應(yīng)用中所要求的可靠性。⑤確定電器元件的使用類別。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇4.3.1按鈕、開關(guān)類電器選擇1.按鈕主要根據(jù)所需要的觸點數(shù)、使用場合、顏色標(biāo)注、以及額定電壓、額定電流進行選擇。按鈕顏色及其含義：（1）“停止”和急停按鈕必須是紅色。（2）“啟動”按鈕的顏色是綠色。（3）“啟動”與“停止”交替動作的按鈕必須是黑色、白色或灰色。（4）點動按鈕必須是黑色。（5）復(fù)位按鈕（如保護繼電器的復(fù)位按鈕）必須是藍色。當(dāng)復(fù)位按鈕還有停止作用時，則必須是紅色.按鈕顏色的含義及應(yīng)用見表4—5（P154）。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇2.行程開關(guān)主要根據(jù)機械設(shè)備運動方式與安裝位置，擋鐵的形狀、速度、工作力、工作行程、觸點數(shù)量、及額定電壓、額定電流來選擇。3.萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)根據(jù)控制對象的接線方式、觸點型式與數(shù)量、動作順序和額定電壓、額定電流等參數(shù)進行選擇。4.電源引入控制開關(guān)機械設(shè)備常選用刀開關(guān)、組合開關(guān)和斷路器等。(1)刀開關(guān)與鐵殼開關(guān)第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇根據(jù)電源種類、電壓等級、電動機容量及控制極數(shù)進行選擇。用于照明電路時，額定電壓、額定電流應(yīng)等于或大于電路最大工作電壓與工作電流。用于電動機直接啟動時，額定電壓為380V或500V、額定電流應(yīng)等于或大于電動機額定電流的3倍。(2)組合開關(guān)根據(jù)電流種類、電壓等級、所需觸點數(shù)量及電動機容量進行選擇。用于控制7kW以下電動機的啟動、停止時，額定電流應(yīng)等于電動機額定電流的三倍。若不直接用于啟動和停機，額定電流只需稍大于電動機額定電流。(3)斷路器包括正確選用開關(guān)類型、容量等級和保護方式。①額定電壓和額定電流應(yīng)不小于電路正常工作電壓和工作電流。②熱脫扣器的整定電流應(yīng)與所控制電動機的額定電流或負載額定電流一致。③電磁脫扣器瞬時脫扣整定電流應(yīng)大于負載電路正常工作時的峰值電流。第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇對電動機，斷路器電磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流值I按下式計算I≥K·IST(4—5)式中

K——安全系數(shù)，可取K=1.7；IST——電動機啟動電流。4.3.2熔斷器選擇先確定熔體額定電流，再根據(jù)熔體規(guī)格，選擇熔斷器規(guī)格，根據(jù)被保護電路的性質(zhì)，選擇熔斷器的類型。1.熔體額定電流的選擇(1)電阻性負載，如照明電路、信號電路、電阻爐電路等。

IFUN≥I（4—6）式中IFUN——熔體額定電流；I

——負載額定電流。(2)沖擊性負載（出現(xiàn)尖峰電流），如籠型電動機起動電流為(4～7)Ied

(Ied為電機額定電流)。單臺不頻繁起、停，且長期工作的電動機：IFUN＝(1.5～2.5)Ied

（4—7）

第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇單臺頻繁起動、長期工作的電動機：IFUN=(3～3.5)Ied

（4—8）多臺長期工作的電動機共用熔斷器：IFUN≥(1.5～2.5)Iemax+∑Ied

（4—9）或IFUN≥Im／2.5(4—10）式中

Iemax——容量最大一臺電動機的額定電流；∑Ied其余電動機額定電流之和；

Im

——

電路中可能出現(xiàn)的最大電流。當(dāng)幾臺電動機不同時起動時，電路中最大電流:

Im

＝7

Iemax+∑Ied

（4—11）

(3)采用降壓方法起動的電動機：

IFUN≥Ied

（4—12）2.熔斷器規(guī)格選擇額定電壓大于電路工作電壓，額定電流等于或大于所裝熔體額定電流。3.熔斷器類型選擇應(yīng)根據(jù)負載保護特性的短路電流大小及安裝條件選擇.第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇4.3.3交流接觸器選擇主要考慮主觸點額定電壓與額定電流、輔助觸點數(shù)量、吸引線圈電壓等級、使用類別、操作頻率等。主觸點額定電流應(yīng)等于或大于負載或電動機的額定電流。1.額定電壓與額定電流主要考慮接觸器主觸點的額定電壓與額定電流。

UKMN≥UCN（4—13）

IKMN≥IN=

（4—14）式中UKMN——接觸器額定電壓；UCN——負載額定線電壓；IKMN——接觸器額定電流；IN——接觸器主觸點電流；PMN——電動機功率；UMN——電動機額定線電壓；K——經(jīng)驗常數(shù)，K＝1～1.4。PMN×103KUMN第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇2.

吸引線圈的電流種類及額定電壓對頻繁動作場合，宜選用直流勵磁方式;一般情況下采用交流控制。線圈額定電壓:根據(jù)控制電路復(fù)雜程度，維修、安全要求，設(shè)備采用控制電壓等級考慮。3.其它方面（1）輔助觸點的額定電流、種類和數(shù)量。（2）根據(jù)使用環(huán)境選擇有關(guān)接觸器或特殊用接觸器。（3）考慮電器的固有動作時間,電器的使用壽命和操作頻率。4.3.4繼電器的選擇1.電磁式通用繼電器先考慮交流類型或直流類型，而后考慮采用電壓繼電器還是電流繼電器，或是中間繼電器。保護用繼電器:考慮過電壓(或過電流)、欠電壓(或欠電流)繼電器的動作值和釋放值；中間繼電器:考慮觸點類型和數(shù)量，勵磁線圈的額定電壓或額定電流。

第4章電氣控制線路的設(shè)計及元器件選擇2.時間繼電器根據(jù)延時方式、延時精度、延時范圍、觸點形式及數(shù)量、工作環(huán)境等因素確定類型，再選擇線圈額定電壓。3.熱繼電器結(jié)構(gòu)型式：主要決定于電動機繞組接法及是否要求斷相保護。熱元件整定電流按下式選取:

IFRN

＝(0.95～1.05)

Ied

（4—15）式中

IFRN——熱元件整定電流。對工作環(huán)境惡劣、啟動頻繁的電動機按下式選?。篒FRN

＝(1.15～1.5)

Ied

（4—16）對過載能力較差的電動機，熱元件整定電流為電動機額定電流的(60～80)％。對重復(fù)短時工作制電動機，其過載保護不宜選用熱繼電器，而應(yīng)選用溫度繼電