后动作优先设备控制电路设计课程设计报告书

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1、 . . . 后动作优先设备控制电路设计摘要：随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进,特别是计算机技术的应用,新型控制策略的出现,不断改变着电气控制技术的面貌。在控制对象上主要是对电机的控制。本次设计对多种电气器件的综合运用,使设计达到控制要求。为了能实现电机的后启动优先并保证前面已经工作的电机自动停止,设计时有意添加了互锁环节。考虑到电机在工作过程中可能会出现过载,所以在控制线路串接了热继电器,并且只对三台电机中所过载的加以停车控制。此外还顾及到线路中有可能出现短路,故在主电路和控制电路都加了熔断器。整个线路的设计遵守简便,完整和功能完善的基本原则。关键词：电气控制技术,后启动优先,停车

2、,过载,互锁,热继电器,熔断器。引言 伴随着电气控制技术的迅猛发展,在控制原理上,从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。近来国外的控制大都以PLC实现控制,此次的设计的题目网络上也有相应对应,但是却都是以PLC编写的程序为主。而我们实验室又不便提供,所以我们就采用有触头硬接线继电器逻辑控制系统来设计的。目 录摘要引言1 设计方案介绍41.1 设计题目及要求41.2设计分析41.3设计方案概述42 单元电路的介绍62.1电机的选择62.2熔断器的选择62.3热继电器的选择82.4主线路线、控制线路及地线的线径选择92.5接触器的选择102.

3、6刀开关的选择102.7按钮的选择112.8元器件配置清单表123 总电路133.1方案一133.2方案二154 调试及说明165 总结与心得166 致167 参考文献161 设计方案介绍1.1 课程设计题目及设计要求：设备主电路有三台电机构成,每台电机的功率分别为：5.5kw,5.5kw和3kw,无论三台电机当中的任一台电机工作,只要按下任意一台的启动按钮前面已经工作的电机自动停止,而只有对应启动按钮下的电机工作。设计要求：设计相应的控制电路完成上述过程的控制,同时利用热继电器实现电机的过载保护。画出控制连接图,分析其工作原理；撰写设计报告、调试报告、设计心得。1.2 设计分析由于电机的功率

4、不是太高所以在设计时可以采用直接启动而不去考虑其他方式的启动。考虑到设计要求并未说明同一时间段电机工作的台数,那么本次设计只允许同一时间段下有一台电机工作。根据题目要求,只要按下相应电机的启动按钮则该电机便启动而其他电机便停车。如此很容易联想到接触器的互锁的设计不仅可以使得在任何情况下不会出现两个线圈得电而避免俩控制支路短路还可以相互抑制线圈得电而只使其中一个线圈得电,受此启发,我们便通过设计互锁来达到电机的后启动优先。1.3设计方案的概述其实一开始我们毫无头绪,只是一再的对设计的要求琢磨,反复看设计报告才明白了后启动优先的意思。于是我们便开始通过理论课上上的电气控制与PLC这一书翻阅,借以寻

5、找灵感。在看到电机顺序启停这一设计段的描述后果不其然受到了感发,这才有了我们的起初的方案。这一的方案最终落定上段已经描述。我们考虑到实验室里有的接触器只有一个常开触头和一个常闭触头,所以我们的备选方案里添加了中间继电器增加了触头弥补了这一不足。开始主电路的设计辅助电路的设计采用含有多触电的接触器实现互锁功能保护考虑结束开始主电路的设计辅助电路的设计采用中间继电器增加触点以弥补接触器的触电不足保护考虑结束 图1 方案一的设计流程图 图 2 方案二的设计流程图2 单元电路的介绍2.1 电机的选择图3 本次设计中M1、M2电机采用Y132S12型号,M3电机采用Y100L2型号。8其主要基本数据如下

6、：额定功率：5.5KW 额定功率：3.0KW 满载时：电流：11.1A 满载时：电流：6.4A 转速：2900r/min 转速：2880r/min 效率：85.5% 效率：82% 功率因数：0.88 功率因数：0.87堵转电流额定电流：7.0A 堵转电流额定电流：7.0A堵转转矩额定转矩：2.0N.M 堵转转矩额定转矩：2.2N.M最大转矩额定转矩：2.3N.M 最大转矩额定转矩：2.3N.M质量：64kg 质量：33kg22.2 熔断器的选择熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护的电器。熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。使用时,熔断器应串联在被保护的电路中。正常

7、情况下,熔断器的熔体相当于一段导线；而当电路发生短路故障时,熔体能迅速熔断分断电路,起到保护线路和电气设备的作用。 熔断器的主要技术参数1额定电压: 熔断器长期工作所能承受的电压。2额定电流: 保证熔断器能长期正常工作的电流。3分断能力: 在规定的使用和性能条件下,在规定电压下熔断器能分断的预期分断电流值。4时间电流特性: 在规定的条件下,表征流过熔体的电流与熔体熔断时间的关系曲线,如右图所示。1图4 RC1A系列瓷插式熔断器 图5 熔断器的结构：1-熔丝 2-动触头 3-瓷盖 4-空腔 5-静触头 6-瓷座 特点 结构简单,价格低廉,更换方便,使用时将瓷盖插入瓷座,拔下瓷盖便可更换熔丝 应用

8、 额定电压380V及以下、额定电流为5200A的低压线路末端或分支电路中,作线路和用电设备的短路保护,在照明线路中还可起过载保护作用 熔体额定电流的选用1对照明和电热等的短路保护,熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。2对一台不经常启动且启动时间不长的电动机的短路保护,应有：IRN IN 3对多台电动机的短路保护,应有： IRN INmax +IN 主电路里电机中最大的额定电流为12.6A,所以INmax=12.6A1.5=18.9A,故所选用的熔断器的型号为RC1A30,其额定电流为30A32.3 热继电器的选择热继电器是由流入热元件的电流产生热量,使有不同膨胀系数的双金属片发生形变,

9、当形变达到一定距离时,就推动连杆动作,使控制电路断开,从而使接触器失电,主电路断开,实现电动机的过载保护。图6 热继电器实物图热继电器是由流入热元件的电流产生热量,使有不同膨胀系数的双金属片发生形变,当形变达到一定距离时,就推动连杆动作,使控制电路断开,从而使接触器失电,主电路断开,实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件,以其体积小,结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。额定电压：热继电器能够正常工作的最高的电压值,一般为交流220V,380V,600V。额定电流：热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流额定频率：一般而言,其额定频率按照4562HZ设计。整定电流围：

10、整定电流的围有本身的特性来决定。它描述的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。热继电器的作用是：主要用来对异步电动机进行过载保护,他的工作原理是过载电流通过热元件后,使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作,从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车,起到过载保护的作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中,热量的传递需要较长的时间,因此,热继电器不能用作短路保护,而只能用作过载保护热继电器的符号为FR,5图7 热继电器符号图热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。电动机在实际运行中,如拖动生产机械进行工作过程中,若机械出现不正常的情况或电路异常使电动

11、机遇到过载,则电动机转速下降、绕组中的电流将增大,使电动机的绕组温度升高。若过载电流不大且过载的时间较短,电动机绕组不超过允许温升,这种过载是允许的。但若过载时间长,过载电流大,电动机绕组的温升就会超过允许值,使电动机绕组老化,缩短电动机的使用寿命,严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以,这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理,在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路,为电动机提供过载保护的保护电器。热继电器的选择方法：热继电器主要用于保护电动机的过载,因此选用时必须了解电动机的情况,如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。1、原则上应使热继电器的安秒特性尽

12、可能接近甚至重合电动机的过载特性,或者在电动机的过载特性之下,同时在电动机短时过载和启动的瞬间,热继电器应不受影响。2、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时,一般按电动机的额定电流来选用。例如,热继电器的整定值可等于0.951.05倍的电动机的额定电流,或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流,然后进行调整。3、当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时,热继电器仅有一定围的适应性。如果短时间操作次数很多,就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。4、对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机,不宜采用热继电器作为过载保护装置,而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保

13、护。所以热元件的整定电流为电机额定电流的0.951.05倍,IRN=0.951.0528=26.629.4A,则热继电器选择JR36632032A。2.4 主线路线、控制线路及地线的线径选择确定导线截面积的基本原则应保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行,导线截面的选择必需满足下列条件：发热条件,机械强度,电压损失条件,经济电流密度,按热稳定最小截面来校验,按导线的允许载流量选择。通过相线的计算电流Ic不超过其允许载流量Ial,即 IcIal。 保护线PE线截面的选择 1当S16mm2时,SPES2当16mm2S35mm2时 SPE16mm23 当S35mm2时 SPE0.5S保护中性线PE

14、N线截面的选择,因为PEN线具有PE线和N线的双重功能,所以选择截面时按其中的最大值选取。由此可得本次设计的截面的选择,当环境温度为30时,敷设铜芯橡胶线BX500型。由电气控制与PLC附录A查的：3.0kw电机满载时I=7A,启动时：I30=5 77A=49A,Ial=54AI30=49A满足发热条件,因此相线截面选Ay=6mmN线截面的选择按A00.5Ay,选A0=3mm42.5 接触器的选择接触器Contactor狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。它应用于电力、配电与用电。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场,使触头闭合,以达到控制负载

15、的电器。接触器由电磁系统铁心,静铁心,电磁线圈触头系统常开触头和常闭触头和灭弧装置组成。610图8 接触器实物图在电工学上,因为可快速切断交流与直流主回路和接触器可频繁地接通与大电流控制某些型别可达800安培电路的装置,所以经常运用于电动机做为控制对象也可用作控制工厂设备电热器工作母机和各样电力机组等电力负载,接触器不仅能接通和切断电路,而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大,适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。在工业电气中,接触器的型号很多,电流在5A-1000A的不等,其用处相当广泛。控制电机时,可按下列经验公式计算：Ic=Pn103/KUn,K=11.4计

16、算约等于39A,则接触器选择的型号是CJ10-402.6刀开关的选择刀开关又称闸刀开关或隔离开关,它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器,如图是最简单的刀开关手柄操作式单级开关示意图。7图9 三级单头式刀开关本次设计用的是开启式负荷开关HK1系列,开启式负荷开关具有结构简单,价格低廉,安装、使用、维修方便的优点,它广泛用作照明电路和小容量5.5KW及以下动力电路不频繁启动的控制开关。所用HK1开启式负荷开关的主要技术数据如下：额定电流：60A,额定电压：380V。2.7 按钮的选择按钮,是一种常用的控制电器元件,常用来接通或断开控制电路其中电流很小,从而达到控制电动机或其他电气设备运

17、行目的的一种开关。按钮工作原理：按钮是一种人工控制的主令电器。主要用来发布操作命令,接通或开断控制电路,控制机械与电气设备的运行。选用按钮的型号：LA103H保护式9 图10 按钮的工作原理示意图2.8元件配置清单表：元件名称型号数量/个电动机MY132S12；Y100L23熔断器FURC1A305热继电器KMJR36632032A3中间继电器KANA1-20006300万能式2隔离开关QS三级单头式1接触器CJ10-405按钮SBLA103H保护式4导线BX500若干3 总电路3.1 方案一 图11 方案一总电路线路工作过程如下：1起动KM1自锁触头闭合；按下SB1KM1线圈得电KM1主触头

18、闭合电动机M1起动；KM1常闭触头断开保证KM2、KM3线圈无电KM2自锁触头闭合；按下SB2KM2线圈得电KM2主触头闭合电动机M2起动；KM2常闭触头断开KM1线圈失电,主触头断开,电机M1停车。KM3自锁触头闭合；按下SB3KM3线圈得电KM3主触头闭合电机M3起动；KM3常闭触头断开KM2线圈失电,主触头断开,电机M2停车。再按任意起动按钮都将遵循上述线路的过程动作。若按下SB则所运行的电机停止运行。2保护装置的运行若主电路发生短路则电流会超过熔断器的熔断阈值,那么熔丝就会熔断,这样便起到了短路保护。如果电机发生过载状况,那么热继电器的线路中所增加的电流流过发热元件热量使检测元件受热弯

19、曲,进而推动机构动作而使该过载电机停车。3.2 方案二 图12 方案二的控制电路图1线路过程的如下：再按任意起动按钮都将遵循上述线路的过程动作。若按下SB则所运行的电机停止运行。2保护装置运行如上4.调试与说明由于本次课程设计所用的某些器件实验室无法提供,所以也就没有调试这一环节。5 总结与心得本次设计的意义有：1.利用有触头硬接线继电器逻辑控制系统来控制电机工作。2.通过本次课程设计加深了对电气控制技术的理解,并对电气控制系统设计有了基本的了解。3.掌握对电机的基本控制,并能画出相应的电气原理图。4.锻炼通过自学与探索的方式解决问题的能力。5.通过本次课程设计锻炼了实践与理论联系的能力。电气

20、控制与PLC是电气工程及其自动化、电气技术、自动化、机电一体化等专业一门实用性很强的专业。由于电气控制技术的应用领域很广,现在PLC控制系统应用十分普遍,已成为实现工业自动化的重要手段。但这并不意味着继电接触器控制系统就不重要了,它仍然是机械设备最常用的电气控制方式,而且控制系统所用的低压电器正向小型化、智能化发展,出现了功能多样的电子式、智能化电气,使继电接触器控制系统性能不断提高,因此,它在今后的电气控制技术中仍占有相当重要的地位。6 致非常感学校提供此次课程设计的机会让我们得要了有力的锻炼,也感我的父母为我提供上大学的机会,此外还要感老师悉心指导。7 参考文献1熊幸明主编的电气控制与PL

21、C：机械工业,2011.1/第26页2伯时主编的电力拖动自动控制系统：机械工业,2003.7/第28页3介才主编的工厂供电：机械工业,2009.12/第206页4介才主编的工厂供电：机械工业,2009.12/第182页5熊幸明主编的电气控制与PLC：机械工业,2011.1/第21页6熊幸明主编的电气控制与PLC：机械工业,2011.1/第13页7熊幸明主编的电气控制与PLC：机械工业,2011.1/第33页8熊幸明主编的电气控制与PLC：机械工业,2011.1/第367附录9熊幸明主编的电气控制与PLC：机械工业,2011.1/第29页10电子发烧友网,网址为：.elecfans.17 / 17