課題二電氣控制線路的設計533534熟悉電動機的控制原則、保護措施和選擇方法，以及電氣控制線路設計的基本原則、應注意的問題，能進行簡單生產機械電氣控制線路的設計。學習目標在工業生產中，所用的機械設備種類繁多，對電動機提出的控制要求各不相同，從而構成的電氣控制線路也不一樣。那么，如何根據生產機械的控制要求來正確、合理地設計電氣控制線路呢？本次的工作任務是進行簡單生產機械電氣控制線路的設計。535536一、電動機的控制原則1.行程控制原則根據生產機械運動部件的行程或位置，利用行程開關來控制電動機的工作狀態稱為行程控制原則。行程開關是有觸點開關，在操作頻繁時，易產生故障，工作可靠性較低。如圖所示是接近開關，又稱為無觸點行程開關，是一種與運動部件無機械接觸而能操作的行程開關537接近開關a）外形b）符號538接近開關按工作原理分，有高頻振蕩型、感應電橋型、霍爾效應型、光電型、永磁及磁敏元件型、電容型和超聲波型等多種類型，其中以高頻振蕩型最為常用。高頻振蕩型接近開關的原理框圖如圖所示，其工作原理如下。高頻振蕩型接近開關的原理框圖539接近開關的型號含義如下。5402.時間控制原則利用時間繼電器按一定時間間隔來控制電動機的工作狀態稱為時間控制原則。3.速度控制原則根據電動機的速度變化，利用速度繼電器等電器來控制電動機的工作狀態稱為速度控制原則。4.電流控制原則根據電動機主回路電流的大小，利用電流繼電器來控制電動機的工作狀態稱為電流控制原則。541二、電動機的保護措施1.短路保護常用的短路保護電器是熔斷器和低壓斷路器。熔斷器的熔體與被保護的電路串聯。當電路正常工作時，熔斷器的熔體不起作用，相當于一根導線，其上面的壓降很小，可忽略不計。當電路短路時，很大的短路電流流過熔體，使熔體立即熔斷，切斷電動機電源，電動機停轉。同樣，若電路中接入低壓斷路器，當電路短路時，低壓斷路器會立即動作，切斷電源，使電動機停轉。5422.過載保護常用的過載保護電器是熱繼電器。當電動機的工作電流等于額定電流時，熱繼電器不動作；當電動機短時過載或過載電流較小時，熱繼電器不動作，或經過較長時間才動作；當電動機過載電流較大時，串接在主電路中的熱元件會在較短的時間內發熱彎曲，使串接在控制電路中的常閉觸頭斷開，先后切斷控制電路和主電路的電源，使電動機停轉。5433.欠壓保護實現欠壓保護的電器是接觸器和電磁式電壓繼電器。在機床電氣控制線路中，只有少數線路專門裝設了電磁式電壓繼電器，大多數控制線路由于接觸器已兼有欠壓保護功能，所以不必再加設欠壓保護電器。一般當電網電壓降低到額定電壓的85％以下時，接觸器（或電壓繼電器）線圈產生的電磁吸力將小于復位彈簧的拉力，動鐵芯被迫釋放，其主觸頭和自鎖觸頭同時斷開，切斷主電路和控制電路電源，使電動機停轉。5444.失壓保護（零壓保護）在電氣控制線路中，起失壓保護作用的電器是接觸器和中間繼電器。當電網停電時，接觸器和中間繼電器線圈中的電流消失，電磁吸力減小為零，動鐵芯釋放，觸頭復位，切斷主電路和控制電路的電源。當電網恢復供電時，若不重新按下啟動按鈕，則電動機就不會自行啟動，實現了失壓保護。5455.過流保護過流保護常用電磁式過電流繼電器來實現。當電動機的電流值達到過電流繼電器的動作值時，繼電器動作，使串接在控制電路中的常閉觸頭斷開，切斷控制電路，電動機隨之脫離電源停轉，達到過流保護的目的。6.弱磁保護直流電動機必須在磁場具有一定強度時才能啟動和正常運轉。在直流電動機的電氣控制線路中要采取弱磁保護。弱磁保護是在電動機勵磁回路中串入弱磁繼電器（即欠電流繼電器）來實現的。5467.多功能保護器如圖所示為3DB系列電子式電動機多功能保護器，它具有過載、缺相、欠壓、過壓、漏電、電動機堵轉等多種保護功能，是理想的電動機綜合保護裝置。基本原理都是在控制回路中串聯一些受這些參數控制的常開觸頭或常閉觸頭，通過邏輯組合、聯鎖控制等實現所需的控制功能。DB系列電子式電動機多功能保護器547三、電動機的選擇第一，電動機能夠完全滿足生產機械在機械特性方面的要求。第二，電動機在工作過程中，其功率能被充分利用，即溫升應達到國家標準規定的數值。第三，電動機的結構形式應適合周圍環境的條件。5481.電動機額定功率的選擇（1）連續工作制電動機額定功率的選擇1）恒定負載下電動機額定功率的選擇。電動機的額定功率等于或略大于生產機械所需要的功率即可。2）變化負載下電動機額定功率的選擇。在變化負載下使用的電動機，一般是為恒定負載工作而設計的。因此，這種電動機在變化負載下使用時，必須進行發熱校驗。549（2）短期工作制電動機額定功率的選擇當電動機的實際工作時間符合標準工作時間時，電動機的額定功率PN只要不小于負載功率PL即可，即滿足PN≥PL。（3）周期性斷續工作制電動機額定功率的選擇當負載持續率≤10％時，按短期工作制選擇；當負載持續率≥70％時，按長期工作制選擇。5502.電動機額定電壓的選擇電動機的額定電壓要與現場供電電網電壓等級相符，否則，若電動機的額定電壓低于供電電源電壓，電動機將由于電流過大而被燒毀；若額定電壓高于供電電源電壓，電動機有可能因電壓過低而不能啟動，或雖能啟動但因電流過大而縮短其使用壽命，甚至被燒毀。3.電動機額定轉速的選擇電動機額定轉速選擇得合理與否，將直接影響電動機的價格、能量損耗及生產機械的生產率等技術指標和經濟指標。5514.電動機種類的選擇（1）三相籠型異步電動機三相籠型異步電動機的電源采用的是應用最普遍的動力電源——三相交流電源。（2）三相繞線轉子異步電動機在啟動、制動比較頻繁，啟動、制動轉矩較大，而且有一定調速要求的生產機械上，可以優先選用三相繞線轉子異步電動機。繞線轉子異步電動機一般采用轉子串接電阻（或電抗器）的方法實現啟動和調速，調速范圍有限。使用晶閘管串級調速，可擴展繞線轉子異步電動機的應用范圍。552（3）三相同步電動機在要求大功率、恒轉速和改善功率因數的場合。（4）直流電動機由于直流電動機的啟動性能好，可以實現無級平滑調速，且調速范圍寬、精度高，所以對于要求在大范圍內平滑調速和需要準確的位置控制的生產機械，可使用他勵或直流并勵電動機；對于要求啟動轉矩大、機械特性較軟的生產機械，選用直