電氣元件參數(shù)計算及選擇課件

起動電阻級數(shù)確定以后，對于平衡短接法，轉(zhuǎn)子每相串聯(lián)的各級電阻值，可以用下面公式計算：

Rn

=km-n

r（3-1）式中，m為起動電阻級數(shù)；n為各級起動電阻的序號，n=1表示第一級，即最先被接的電阻；k為常數(shù)；r為最后被短接的那一級電阻值。起動電阻級數(shù)確定以后，對于平衡短接法，轉(zhuǎn)子每相串聯(lián)的各級電阻

k、r值可分別由下列兩個公式計算：（3-2）

式中，s為電動機額定轉(zhuǎn)差率；E2為正常工作中電動機轉(zhuǎn)子電壓（V）；I2為正常工作時電動機轉(zhuǎn)子電流（A）。每相起動電阻的功率為：

（3-3）

k、r值可分別由下列兩個公式計算：（3-2）式中，（3-4）

式中，I2s為轉(zhuǎn)子起動電流（A），取I2s=1.5I2；R為每相串聯(lián)電阻（Ω）。

3.4.1.2籠式異步電動機制動電阻的計算反接制動時，三相定子回路中各相串聯(lián)的限流電阻及可按下面經(jīng)驗公式近似計算：

（3-5）

（3-4）式中，I2s為轉(zhuǎn)子起動電流（A），取I2s=1.式中，Uφ為電動機定子繞組相電壓（V）；Is為全壓起動電流（A）；k為系數(shù)，當要求最大反接制動電流Im<Is時，k=0.13；當要求Im<1/2Is時，k=1.5。若在反接制動時，僅在兩相定子繞組中串接電阻，選用電阻值應為上述計算值的1.5倍，而制動電阻的功率為：

（3-6）

式中，IN為電動機額定電流；R為每一相串接的限流電阻值。根據(jù)制動頻繁程度適當選取前面系數(shù)。

式中，Uφ為電動機定子繞組相電壓（V）；Is為全壓起動電流（3.4.2鼠籠型電機能耗制動參數(shù)計算圖3-14為能耗制動整流裝置的原理圖。3.4.2.1能耗制動直流電流與電壓的計算從制動效果來看，希望直流電流大些。但是，過大的電流會引起繞組發(fā)熱，耗能增加，而且當磁路飽和后對制動力矩的提高也不明顯，通常制動直流電流按下式選取：3.4.2鼠籠型電機能耗制動參數(shù)計算3.4.2.1能

ID=（2~4）IO或

ID=（1~2）IN

（3-7）

式中，IO為電動機空載電流；IN為電動機額定電流。制動時，直流電壓為：

UD=IDR

（3-8）式中，R為兩相串聯(lián)定子繞組的冷電阻。3.4.2.2整流變壓器參數(shù)計算

對單相橋式整流電路，變壓器二次交流電壓為：

（3-9）ID=（2~4）IO或ID=（1~2）IN變壓器容量計算：由于變壓器僅在能耗制動時工作，故容量允許比長期工作小。根據(jù)制動頻繁程度，取計算容量的（1/2~1/4）。3.4.3控制變壓器容量計算當控制線路比較復雜，控制電壓種類較多時，需要采用控制變壓器進行電壓變換，以提高工作的可靠性和安全性?？刂谱儔浩鞯娜萘靠梢愿鶕?jù)由它供電的控制線路在最大工作負載時所需要的功率來考慮，并留有一定的余量。即變壓器容量計算：由于變壓器僅在能耗制動時工作，故容量允許比（3-10）式中，ST為控制變壓器容量（VA）；∑SC為控制電路在最大負載時所有吸持電器消耗功率的總和（VA），對交流電磁式電器，SC應取其吸持視在功率（VA）；KT為變壓器容量儲備系數(shù)，一般取1.1~1.25。常用交流電磁式電器的起動與持功率（均為視在功率）列于表3-2中。（3-10）式中，ST為控制變壓器容量（VA）；∑SC為控制3.4.4常用電器元件的選擇

在控制系統(tǒng)原理圖設計完成之后，就可根據(jù)線路要求，選擇各種控制電器，并以元件目錄表形式列在標題欄上方。3.4.4常用電器元件的選擇正確、合理地選用各種電器元件，是控制線路安全、可靠工作的保證，也是使電氣控制設備具有一定的先進性和良好的經(jīng)濟性的重要環(huán)節(jié)。下面從設計、使用角度簡要介紹一些常用控制電器的選用依據(jù)。3.4.4.1常用電器元件的選擇原則

①

根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電氣元件的類型。比如，當元件用于通、斷功率較大的主電路時，應選用交流接觸器。若有延時要求，應選用延時繼電器。正確、合理地選用各種電器元件，是控制線路安全、可靠工作的保證②

確定元件承載能力的臨界值及使用壽命。主要是根據(jù)電氣控制的電壓、電流及功率大小來確定元件的規(guī)格。③

確定元器件預期的工作環(huán)境及供應情況。如防油、防塵、貨源等。④確定元件在供應時所需的可靠性等。確定用以改善元件失效率用的老化或其它篩選實驗。采用與可靠性預計相適應的降額系數(shù)等。進行一些必要的計算和校核。

②確定元件承載能力的臨界值及使用壽命。主要是根據(jù)電氣控制的3.4.4.2電器元件的選擇

（1）按鈕、開關的選擇按鈕通常用來短時接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器。選用依據(jù)主要是根據(jù)需要的觸頭對數(shù)、動作要求、結(jié)構(gòu)形式、顏色以及是否需要帶指示燈等要求。目前，按鈕產(chǎn)品有多種結(jié)構(gòu)形式，多種觸頭組合以及多種顏色，供不同使用條件選用。如起動按鈕選綠色，停止按鈕選紅色，緊急操作選蘑菇式等。3.4.4.2電器元件的選擇其額定電壓有交流500V、直流440V，額定電流為5A。常選用的按鈕有LA2，LAl0，LAl9及LA20等系列。符合IEC國際標準的新產(chǎn)品有LAY3系列，額定工作電流為1.5~8A。刀開關又稱為閘刀，主要用于接通和切斷長期工作設備的電源以及不經(jīng)常起動、制動和容量小于7．5kW的異步電動機。

主要技術參數(shù)有額定電壓、電流、通斷能力、動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流等。其額定電壓有交流500V、直流440V，額定電流為5A。常選在使用時其額定電壓應等于或大于電路的額定電壓；額定電流應等于或稍大于電路的額定電流。若用刀開關控制電動機，則必須考慮電動機的起動電流比較大，應選用額定電流大一級的刀開關。此外刀開關的通斷能力、動穩(wěn)定電流值等均應符合電路要求。刀開關選用時，主要是根據(jù)電源種類、電壓等級、斷流容量及需要極數(shù)。當用刀開關來控制電動機時，其額定電流要大于電動機額定電流的3倍。

在使用時其額定電壓應等于或大于電路的額定電壓；額定電流應等于組合開關主要用于電源的引入與隔離，又叫電源隔離開關。其選用依據(jù)是電源種類、電壓等級、觸頭數(shù)量以及斷流容量。當采用組合開關來控制5kW以下小容量異步電動機時，其額定電流一般取設備的（1.5~3）IN倍。接通次數(shù)小于（15~20）次／h，常用的組合開關為HZ10系列。行程開關主要用于控制運動機構(gòu)的行程、位置控制或聯(lián)鎖等。根據(jù)控制功能、安裝位置、電壓電流等級，觸頭種類及數(shù)量來選擇結(jié)構(gòu)和型號。常用的有LX2，LX19，JLXKl型行程開關以及JXW-11、JLXKl-11型微動開關等。組合開關主要用于電源的引入與隔離，又叫電源隔離開關。其選對于要求動作快、靈敏度高的行程控制，可采用無觸頭接近開關，特別是近年來出現(xiàn)的霍爾接近開關性能好，壽命長，是一種值得推薦的無觸頭行程開關。斷路器（自動開關）具有過載、欠壓、短路保護作用，故在電氣設計的應用中越來越多。自動開關的類型較多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動操作式和電動操作式。對于要求動作快、靈敏度高的行程控制，可采用無觸頭接近開關，在選用時，主要從保護特性要求（幾段保護），分斷能力、電網(wǎng)電壓類型、電壓等級、長期工作負載的平均電流、操作頻繁程度等幾方面去確定它的型號。斷路器的主要技術參數(shù)有：額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其整定電流范圍、分斷能力、動作時間等。常用的有DZ10系列（額定電流分10，100，200，600A四個等級）。符合IEC標準的有3VE系列（額定電流從0.1~63A）。

在選用時，主要從保護特性要求（幾段保護），分斷能力、電網(wǎng)電壓在初步確定自動開關的類型和等級后，各級保護動作值的整定還必須注意和上、下級開關保護特性的協(xié)調(diào)配合，從總體上滿足系統(tǒng)對選擇性保護的要求。

（2）接觸器的選擇接觸器的額定電流或額定功率隨使用場合及控制對象的不同、操作條件與工作繁重程度不同而變化。接觸器分直流和交流接觸器兩大類，交流接觸器主要有CJ0及CJ10系列，直流接觸器多用CZ0系列。在初步確定自動開關的類型和等級后，各級保護動作值的整定還必須目前，符合IEC和新國標的產(chǎn)品有LCl-D系列，可與3BT系列互換使用的CJXl、CJX2系列，這些新產(chǎn)品正逐步取代CJ和CZ0系列產(chǎn)品。在一般情況下，接觸器的選用主要依據(jù)是接觸器主觸頭的額定電壓、電流要求，輔助觸頭的種類、數(shù)量及其額定電流，控制線圈電源種類，頻率與額定電壓，操作頻繁程度和負載類型等因素。接觸器銘牌額定電壓是指主觸頭的額定電壓。其電壓等級：交流有220V、380V和660V，在特殊場合應用的其額定電壓高達1140V；目前，符合IEC和新國標的產(chǎn)品有LCl-D系列，可與3BT系直流主要有110V、220V、440V和660V。按規(guī)定，在接觸器線圈已發(fā)熱穩(wěn)定時，加上85％的額定電壓，銜鐵應可靠地吸合；反之，如果工作中電網(wǎng)電壓過低或者突然消失，銜鐵亦應可靠地釋放。如某負載是380V的三相異步電動機，則應選380V的交流接觸器。接觸器銘牌額定電流是指主觸頭的額定工作電流。它是在一定的條件（額定電壓、使用類別和操作頻率等）下規(guī)定的，其常用的電流等級為：直流主要有110V、220V、440V和660V。交流接觸器：10A，15A，25A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。直流接觸器：25A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。上述電流是指接觸器安裝在敞開式控制屏上，觸頭工作不超過額定溫升，負載為間斷—長期工作制時的電流值。所謂間斷—長期工作制是指接觸器連續(xù)通電時間不超過8h。若超過8h，必須空載開閉3次以上，以消除表面氧化膜。如果上述諸條件改變了，就要相應修正其電流值。具體如下：

交流接觸器：10A，15A，25A，40A，60A，100A當接觸器安裝在箱柜內(nèi)時，由于冷卻條件變差，電流要降低10～20%使用；當接觸器工作于長期工作制時，安裝是敞開式，電流要降低20～25%使用；安裝在箱柜內(nèi)時，電流要降低25~35％使用；當接觸器工作于重復短時工作制時，則通電持續(xù)率不應超過40％；敞開安裝，電流允許提高10~25%，箱柜安裝，允許提高5~10％。介于上述情況之間者，可酌情增減。吸引線圈的額定電壓等級：

當接觸器安裝在箱柜內(nèi)時，由于冷卻條件變差，電流要降低10～2交流線圈：36V、127V、220V和380V。直流線圈：24V、48V、220V、和440V。一般情況下，交流負載用交流接觸器，直流負載用直流接觸器，但交流負載頻繁動作時也可采用直流吸引線圈的接觸器。通常采用的是直流110V，220V，交流127V，220V，380V。直流接觸器斷開時產(chǎn)生過電壓可達10～20倍，故不宜采用高電壓等級（440V已停止生產(chǎn)）。而電壓太低接通此線圈用的繼電器或接觸器的連鎖觸頭不可靠（如灰塵、或油層存在）。交流線圈：36V、127V、220V和380V。接觸器的額定操作頻率是指每小時允許的操作次數(shù)，一般為300次／h、600次／h和交流接觸器最高為600次／h；直流接觸器可高達1200次／h。動作值是指接觸器的吸合電壓和釋放電壓。規(guī)定接觸器的吸合電壓大于線圈額定電壓的85％時應可靠吸合，釋放電壓不高于線圈額定電壓的70％。對于交流接觸器，被選接觸器的額定電壓應高于線路額定電壓，主觸頭的額定電流應大于負載電流，對于電動機負載可按下面經(jīng)驗公式計算主觸頭電流IN：

接觸器的額定操作頻率是指每小時允許的操作次數(shù)，一般為300次（3-11）

式中K-經(jīng)驗系數(shù)，取1~1.4；PN-被控電動機額定功率（kW）；UN-電機額定線電壓（V）。對于頻繁起動、制動與頻繁正反轉(zhuǎn)工作情況，為了防止主觸頭的燒蝕和過早損壞,應將接觸器的額定電梳降低一個等級使用，或?qū)⒖刂迫萘繙p半選用。接觸器控制線圈的電壓種類與電壓等級應根據(jù)控制線路要求選用。簡單控制線路可直接選用交流380V、220V，線路復雜，用電器較多時，應選用127V，110V或更低的控制電壓。（3-11）式中K-經(jīng)驗系數(shù)，取1~1.4；PN-被控直流接觸器的選用方法與交流接觸器基本相同。（3）繼電器的選擇①電磁式繼電器的選擇中間繼電器中間繼電器用于電路中傳遞與轉(zhuǎn)換信號，擴大控制路數(shù)，將小功率控制信號轉(zhuǎn)換為大容量的觸頭控制，擴充交流接觸器及其它電器的控制作用。其選用主要根據(jù)觸頭的數(shù)量及種類確定型號；同時注意吸引線圈的額定電壓應等于控制電路的電壓等級。常用JZ7系列，新產(chǎn)品有JDZl系列、CA2-DNl系列及仿西門子3TH的JZCl系列等。直流接觸器的選用方法與交流接觸器基本相同。電流、電壓繼電器選用的主要依據(jù)是：被控制或被保護對象的特性、觸頭的種類、數(shù)量、控制電路的電壓，電流、負載性質(zhì)等因素。線圈電壓、電流應滿足控制線路的要求。如果控制電流超過繼電器觸頭額定電流，可將觸頭并聯(lián)使用。也可以采用觸頭串聯(lián)使用方法來提高觸頭的分斷能力。

時間繼電器選用時應考慮延時方式（通電延時或斷電延時）、延時范圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價格等因素。電流、電壓繼電器選用的主要依據(jù)是：被控制或被保護對象的特常用的時間繼電器有空氣阻尼式、電磁式、電動式及晶體管式和數(shù)字時間繼電器等。在延時精度要求不高且電源電壓波動大的場合，宜選用價格較低的電磁式或空氣阻尼式時間繼電器。當延時范圍大，延時精度較高時，可選用電動式或晶體管式時間繼電器，延時精度要求更高時，可選用數(shù)字式時間繼電器，同時也要注意線圈電壓等級能否滿足控制電路的要求，JS7系列是應用較多的空氣阻尼式時間繼電器，代替它的新產(chǎn)品是JSKl。常用的時間繼電器有空氣阻尼式、電磁式、電動式及晶體管式和數(shù)字熱繼電器對于工作時間較短、停歇時間長的電動機，如機床的刀架或工作臺的快速移動，以及雖長期工作但過載可能性很小的電動機如排風扇等，可以不設過載保護，除此以外，一般電動機都應考慮過載保護。熱繼電器有兩相式、三相式及三相帶斷相保護等形式。對于星形接法的電動機及電源對稱性較好的情況可采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；對于三角形接法的電動機或電源對稱性不夠好的情況則應選用三相結(jié)構(gòu)或帶斷相保護的三相結(jié)構(gòu)熱繼電器，在重要場合或容量較大的電動機，可選用半導體溫度繼電器來進行過載保護。

熱繼電器對于工作時間較短、停歇時間