电工知识

Question

如题所述

Answer 1

第四章 电气控制系统设计
本章要点：电气控制系统设计是建立在机械结构设计的基础上，并以能最大限度地满足机械设备和用户对电气控制要求为基本目标。设计包括电气原理图设计和电气工艺设计两部分，电气原理图设计是为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制设计，体现了设备的自动化程度和技术的先进性，是电气控制设计的核心；电气工艺设计是为电气控制装置本身的制造、使用、运行及维修的需要而进行的设计，决定着电气控制设备的可行性、经济性、造型美观等技术和经济指标。本章主要阐述继电－接触器控制系统的电气控制设计基本原则、内容及规律，并通过应用实例对设计步骤及方法进行分析。使学生掌握简单电气控制系统的设计和实施过程。

§4.1电气控制系统设计的基本原则和内容
现代工业控制系统的核心设备及关键技术的多样化，使电气控制系统设计的中心内容有了很大的差异。传统继电—接触器控制系统设计是在原理电路设计基础上，重点是对电路的工艺设计；单片机控制系统设计中必须对单片机本身作系统配置；PLC控制系统是将硬件和软件分开，着力进行软件的编程设计。但是，不论什么控制系统，在设计规划时，必须符合设计的基本原则。

§4.1.1电气控制系统设计的基本原则
1、最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。因此在设计前，应深入现场进行调查，搜集资料，并与生产过程有关人员、机械部分设计人员、实际操作者密切配合，明确控制要求，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中的各种问题，使设计成果满足生产工艺要求。

2、在满足控制要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。力求控制系统操作简单、使用与维修方便。

3、正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作。同时考虑技术进步、造型美观。

4、为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当裕量。

§4.1.2电气控制系统设计的基本内容
电气控制系统的设计主要包括电气原理图设计和电气工艺设计两部分，是根据系统的控制要求，设计和编制出电气设备制造、使用和维修中必备的图样、清单、说明书等资料。设计的基本内容：

1、拟定电气设计任务书

电气设计任务书是电气设计的依据，是由电气设计人员、机械设计及企业管理决策人员共同分析设备的原理及动作要求、技术及经济指标而后确定的。

2、选择拖动方案

设备的拖动方法主要有电力拖动、液压传动、气动等多种，选择拖动方案是根据拖动系统的控制要求，合理选择电动机类型和参数，在电力拖动系统中还要对电动机的起动及换向方法、调速及制动方法进行方案设计。

3、选择控制方式

随着电力电子技术、计算机技术、自动控制理论的不断发展进步，机械结构及工艺水平的不断提高，电气控制技术也由传统的继电—接触器控制向顺序控制、PLC控制、计算机网络控制等方面发展，出现了多种控制方式，根据拖动方式和设备自动化程度的要求合理的选择控制方式成为设计中的一部分。

对于一般机械设备，其工作程序是固定不变的，多选用继电—接触器控制对经常变换加工工序的设备可采用PLC控制，对复杂控制系统（自动生产线、加工中心等）采用工业控制计算机和组态软件控制。

4、设计电气控制原理图、合理选用元器件，编制元器件目录清单。

电气原理图主要包括主电路、控制电路和辅助电路。根据电气原理合理选择元器件，并列写元器件清单。

5．设计电气设备制造、安装、调试所必需的各种工艺性技术图纸（设备布置图、元器件安装底板图、控制面板图、电气安装接线图、电气互连图等），并以此依据编制各种材料定额清单。

6．编写设计说明书和使用说明书。

§4.2拖动方案的确定原则和电动机的选择
§4.2.1电力拖动方案的确定原则
生产机械电力拖动方案主要根据生产机械调速要求来确定。

1、对于无电气调速要求的生产机械

一般在不需要电气调速和起、制动不频繁时，应首先考虑采用笼型异步电动机拖动，只有在负载静转矩很大或有飞轮的拖动装置中，才考虑采用绕线转子异步电动机。当负载很平稳，容量大且起制动次数很少时，采用同步电动机更为合理。

2、对于要求电气调速要求的生产机械

①调速范围D＝2～3，调速级数≦2～4，一般采用改变极对数的双速或多速笼型异步电动机拖动。

②调速范围D<3，且不要求平滑调速时，采用绕线型异步电动机，但仅适合于短时或重复短时的场合。

③调速范围D＝3～10，且要求平滑调速，在容量不大的情况下，可采用带滑差离合器的交流电动机拖动系统，若需长期运行在低速，也可考虑采用晶闸管电源的直流拖动系统。

④调速范围10～100时，可采用G-M系统或晶闸管电源的直流拖动系统。

3、确定电动机的调速性质

电动机调速性质是指电动机在整个调速范围内转矩、功率与转速的关系，是容许恒功率输出，还是恒转矩输出。电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应。

§4.2.2拖动电动机的选择
电动机的选择包括电动机结构型式、电动机的额定电压、电动机额定转速、额定功率和电动机的容量等技术指标的选择。

1、电动机选择的基本原则是：

①电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载的负载特性相适应。保证运行稳定且具有良好的起动、制动性能。

②工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值。

③电动机结构型式满足机械设计提出的安装要求，并能适应周围环境工作条件。

④在满足设计要求前提下，应优先采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相笼型异步电动机。

2、电动机型式的选择：

①从工作方式上，不同工作制相应选择连续、短时及断续周期性工作的电动机。

②从安装方式上分卧式和立式两种。

③按不同工作环境选择电动机的防护型式，开启式适用于干燥、清洁的环境；防护式适用于干燥和灰尘不多，没有腐蚀性和爆炸性气体的环境；封闭式分自扇冷式、他扇冷式和密封式三种，前两种用于潮湿、多腐蚀性灰尘、多侵蚀的环境，后一种用于浸入水中的机械；防爆式用于有爆炸危险的环境中。

3、电动机额定电压的选择：

①交流电动机额定电压与供电电网电压一致，低压电网电压为380V，因此，中小型异步电动机额定电压为220/380V。当电机功率较大，可选用3000V、6000V及10000V的高压电动机。

②直流电动机的额定电压也要与电源电压一致，当直流电动机由单独的直流发电机供电时，额定电压常用220V及110V。大功率电动机可提高600～800V。

4、电动机额定转速的选择：

对于额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机尺寸、重量和成本越小，因此选用高速电动机较为经济。但由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构

转速比愈大，传动机构愈复杂。因此应综合考虑电动机与机械两方面的多种因素来确定电动机的额定转速。

5、电动机容量的选择

电动机容量的选择有两种方法：

①分析计算法，该方法是根据生产机械负载图，在产品目录上预选一台功率相当的电动机，再用此电动机的技术数据和生产机械负载图求出电动机的负载图，最后，按电机的负载图从发热方面进行校验，并检查电动机的过载能力是否满足要求，如若不行，重新计算直至合格为止。此法计算工作量大，负载图绘制较难，实际使用不多。

②调查统计类比法,是在不断总结经验的基础上，选择电动机容量的一种实用方法，此法比较简单，对同类型设备的拖动电动机容量进行统计和分析，从中找出电动机容量与设备参数的关系，得出相应的计算公式。以下为典型机床的统计分析法公式

▲车床

式中，D——工件最大直径，单位为m。

▲立式车床

式中，D——工件最大直径，单位为m。

▲摇臂钻床

式中，D——最大钻孔直径，单位为mm。

▲卧式镗床

式中，D——镗杆直径，单位为mm。

§4.3 电气原理图的设计及实例
§4.3.1电气原理图设计的基本步骤及一般规律
1、电气原理图设计的基本步骤：

①根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。

②根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分电路的设计都是按照主电路→控制电路→联锁与保护→总体检查，反复修改与完善来进行。

③绘制系统总原理图。按系统框图结构将各部分电路联成一个整体，完善辅助电路，绘成系统原理图。

④合理选择电气原理图中每一电器元件，制订出元器件目录清单。

2、电气原理图设计中的一般规律：

①电气控制系统应满足生产机械的工艺要求。

在设计前，应对生产机械工作性能、结构特点、运动情况、加工工艺工程及加工情况有充分的了解，并在此基础上考虑控制方案，如控制方式、起动、制动、反向及调速要求，必要的联锁与保护环节，以保证生产机械工艺要求的实现

②尽量减少控制电路中电流、电压的种类，控制电压选择标准电压等级。

电气控制电路中常用的电压等级见表4-1所示。

表4-1 常用控制电压等级

控制电路类型

常用的电压值/V

电源设备

交流电力传动的控制电路较简单

交流

380、220

不用控制电源变压器

交流电力传动的控制电路较复杂

110（127）、48

采用控制电源变压器

照明及信号指示电路

48、24、6

采用控制电源变压器

直流电力传动的控制电路

直流

220、110

整流器或直流发电机

直流电磁铁及电磁离合器的控制电路

48、24、12

整流器

③尽量选用典型环节或经过实际检验的控制线路。

④在控制原理正确的前提下，减少连接导线的根数与长度。

合理的安排各电器元件之间的连线，尤其注重电气柜与各操作面板、行程开关之间的连线，使电路结构更为合理。例如，图4-1（a）所示两地控制电路原理虽然正确，但因为电气柜及一组控制按钮安装在一起，距另一地的控制按钮有一定的距离，两地间的连线较多，而图4-1（b）两地间的连线较少结构更合理。

图4-1 两地控制电路

（a）

（b）

Answer 2

二 常用电工仪表和测试的认识及应用
1. 电工仪表的基本原理
磁电式仪表用符号 ‘∩’表示.其工作原理为：可动线圈通电时，线圈和永久磁铁的磁场磁场相互作用的结果产生电磁力，从而形成转动力矩，使指针偏转．
电磁式仪表用符号 ‘ ‘表示,分为吸引型和排斥型两种.
吸引型电磁式仪表工作原理：线圈通电后,铁片被磁化,无论在那种情况下都能使时钟顺时方向转动.
排斥型电磁式仪表工作原理：线圈通电后,动定铁片被磁化, 动定铁片的同极相对,互相排斥,使动铁片转动.
电动式仪表用符号 ‘ ‘表示. 其工作原理为：固定线圈产生磁场,可动线圈有电流通过时受到安培力作用,使指针顺时针转动.
2. 常用的测量仪表
电工测量项目：电流、电压、电阻、电功率、电能、频率、功率因素等.
电流表和电压表
电流测量
电流测量的条件：电流表须与被测电路串联；电流流量不超过量程．
电流测量的方法：
a图 电流表直接接入式
UE 负载 适用:交直流小电流测量
A

b图 直流电流表与分流器接入
UE A R不 适用:扩大仪表量程

RfL的确定：1. 测出R表;2.定出量程范围

例:假定A表的量程为A1(1A,1m)
解:因U表=RfL,则A1 x R表 = (A2 – A1) x RfL
1 x 0.1 = (10 – 1) x RfL
即RfL = = m
c图 交流电流表通过电流互感器接入
R 适用:交流大电流测量

A

互感器的选用：
1) 选用穿互感器的匝数必须满足母线电流,小于允许电流;
2) 购买配套仪表:例如选用1匝150/5,则选用150/5仪表

电压测量
电压测量条件：电压表必须与被测电流并联,电压值不得超出量程.

电压测量方法：
a图 直接接入法
R 适用:交直流低压测量
V

b图 通过附加电阻加入
R 适用:扩大仪表量程,一般不超过2000V
V
c图
通过电流互感器接入
V 适用:交流高电压测量
R
电功率测量
功率表的选用：功率表大都采用电动式.因为要反映电压、电流要素,要使实际电压小于电压线圈耐压,实际电流小于电流线圈额定电流.
接线守则：符号 ‘*’,端接电源.电流端钮与电路串联,电压端钮与电路并联.
接线图：
I2 *
A B
I1 * A1 a R
R 负载

单相功率及三相功率测量接线：
a图 *W
A * 测量出ZA的功率

Answer 3

你的问题太广泛了，谁也没办法回答的。

Answer 4

范围太大，无从下手。