电气控制线路设计基础的探究

摘要 电气控制线路设计是电气控制的重要环节，对电气设备的设计、生产、操作等 方面都有着直接或间接的影响。因此，做好电气的线路设计工作，是做好电气控制的关键环节。本文将对电气控制线路设计基础进行探讨。

关键词 电气控制；设计；原则

中图分类号TM92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0018-02

随着工业化进程的加速，工业生产中电气化设备的运用越来越广泛，而机械设备的使用效能无疑是和气电气化的程度及有效性密切联系的。在机电一体化逐步发展的今天，掌握电气控制线路设计，是做好机电工作的基础工作。而设计工作的关键问题在于其设计思想和原则的正确性，在这样的基础上才能保证所设计产品的科学合理有效。设计的主要内容包括：确定电力拖动方案、设计生产机械电力拖动自动控制线路、选择拖动电机及电器元件，制定电器元件明细表、进行生产机械电力装备施工设计、编写生产机械电气控制系统的说明书与设计文件等这5个方面。

1 电力拖动方案确定的原则

选择和确定合适的拖动方案，是各类生产机械电气控制系统的设计的首要问题。而一般来说方案的确定分为两个方面。一是由设备的工艺要求、结构来选择电动机的数量；二是按照各生产机械的调速要求来确定调速方案；三是适当考虑使电动机的调速特性与负载特性相适应，以保证电动机充分合理的应用。具体原则如下：

1）无电气调速要求的生产机械

一般来说，如果不需要电气调速和起动不频繁，则首先考虑的是鼠笼式异步电动机；而如果在负载静转矩很大的拖动装置中，应该使用绕线式异步电动机；如果负载平稳、容量大且起停次数很少时，可以考虑发挥同步电动机效率高、功率因数高的优点，采用同步电动机更为科学合理，这样还可以调节励磁使它工作在过励情况下，提高电网的功率因数。

2）要求电气调速的生产机械

应该在考虑如调速范围、调速平滑性、机械特性硬度、转速调节级数及工作可靠性等生产机械的调速要求来选择拖动方案。当然前提是满足技术指标，进行经济比较，最后再确定最佳拖动方案。通常来说，调速范围D=2-3，调速级数≤2-4时，都会采用改变磁极对数的双速或多速笼式异步电动机拖动；调速范围D

3）电动机调速性质的确定

从实际运用上看，电动机的调速性质应该要和生产机械的负载特性相适应。对于双速笼型异步电动机来说，如果定子绕组由连接改为YY接法，转速由低速转为高速，功率却变化不会太大，这就适用于恒功率传动；而如果定子绕组由Y连接改为YY接法，电动机输出转矩不变，则适用于恒转矩传动。对于直流他励电动机，改变电枢电压调速为恒转矩输出；而改变励磁调速为恒功率调速。

2控制方案的确定原则

电气设备的控制方案是多种多样的，因此，设计人员在设计时，应该本着简便、可靠、经济、实用的要求进行控制方案的制定。具体来说，设计人员应该遵循以下原则：

1）控制方式与拖动需要相适应

经济效益是控制方式科学与否的重要标准。如果控制逻辑较为简单，其加工程序也较为稳定的生产设备，则适用于继电―接触控制方式，这是较为合理的；反之，如果是加工程序多变，则应该考虑采用编程序控制器。

2）控制方式与通用化程度相适应

通用化指的是生产机械加工不同对象的通用化程度。如果某些加工一种或者几种零件的专用机床，其通用化程度低，那也是合理的，因为其可以保持较高的自动化程度，因此，这样的机床一般适用于固定的控制电路；而如果是单件、小批量的零件加工的通用机床，则应该采用数字程序或者编程控制器控制，因为其可以根据加工对象的不同设定不同加工程序，具有相当的灵活性和通用性。

3）控制电路的电源应该可靠

如果控制电路比较简单，则可以采用电网电源，如果元件多且电路复杂，则对电网电压隔离降压，减少故障的可能性。而对于自动化程度高的生产设备，就应该考虑采用直流电源，这样可以节省安装的空间，操作和维修也比较方便。

事实上，影响方案确定的因素还有很多，在实际的设计中，最后方案的确定要根据设计人员的技术水平和判断力来决定。

3电气控制路线的设计方法

设计人员在进行具体电路设计时，必须要根据主次原则进行设计，其顺序是：设计主电路，设计控制电路，信号电路及局部照明电路设计。在完成初步设计后，必须要仔细检查，保证线路符合设计要求，同时尽可能使之完善和简化，最后再根据实际需要选择所用电器的型号与规格。

3.1控制线路的设计要求

由于电气的种类繁多，因此不同用途的电气控制线路，其控制要求也不尽相同，但从规律上，还是必须要应满足以下这些基本要求：1）应该要满足生产机械的工艺要求，正确按照工艺的顺序工作；2）线路结构以简单为主要目标，尽量选用常用的且经过实际考验过的线路；3）操作、调整和检修要符合方便的原则；4）具有各种必要的保护装置和联锁环节，即使在误操作时也不会发生重大事故；5）工作稳定，安全可靠，符合使用环境条件。

3.2控制线路的设计方法

事实上，电气控制线路的设计方法主要归纳为两种：一种是经验设计法，另一种是逻辑设计法。所谓经验设计法是指，依照生产工艺的要求，根据电动机的控制方法，使用典型环节线路直接进行设计，首先设计出各个独立的控制电路，最后结合设备的工艺要求，来决定各部分电路的联锁或联系。这种方法的优点是简单，不过其缺点也很明显，即对于比较复杂的线路，就要求设计人员拥有丰富的工作经验，同时需要绘制大量的线路图，而且可能要进行多次的修改，才能得到符合要求的控制线路。所谓逻辑设计法是指采用逻辑代数进行设计，按此方法设计的线路结构合理，可节省所用元件的数量。

3.3设计控制线路时应注意的问题

为了使线路设计得简单且准确可靠，在设计具体线路时，应注意以下几个问题：

1）尽量减少连接导线

设计人员在设计控制电路时，必须考虑要电气设备各元器件的实际位置，应该在符合设计原则的基础上，尽可能减少配线时的连接导线。如图6．1(a)所示电路是不合理的，原因就在于求按钮是安装在操作台上的，而接触器是安装在电气柜内的。因此，这就需要从电气柜内二次引出连接线到操作台上。也就是说，通常情况下，为了避免这一次引出线，都会把起动按钮与停止按钮直接连接。如图所示为合理的连接。

2）正确连接电器的线圈

从理论上看，电压线圈一般不能串联使用，如图(a)所示为不正确的连接。原因就在于它们的阻抗不尽相同，这样就可能会造成两个线圈上的电压分配不等。而即使是两个同型号线圈，在外加电压是它们的额定电压之和的理想情况下，也不能这样连接。因为，电器动作是有先后的，而当一个接触器先动作时，其线圈阻抗增大，该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，如果情况严重，还可能使线圈烧毁。此外，如果电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不应该并联连接。图（b）中直流电磁铁YA与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作，但如果断开电源，可能会造成继电器的误动作，因为电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大多，如果断电，继电器将迅速释放，但电磁铁线圈在自感电动势的带动下，完全有可能使继电器又重新吸合一段时间。因此，就必须要分开使用一个接触器的触点来进行控制，如图(c)

3）控制线路中应避免出现寄生电路

寄生电路是线路动作过程中意外接通的电路。例如图所示的正反转电路，正常工作时，能完成正反转起动、停止和信号指示；但当热继电器FR动作时，线路就出现了寄生电路，如图中虚线所示，使正向接触器KM，不能有效释放，起不了保护作用，反转时亦然。

4）尽可能减少电器数量、采用标准件和相同型号的电器尽量减少不必要的触点以简化线路，提高线路可靠性。

4 结论

综上所述，可知电气路线的基础设计是电气控制系统的重要环节，对电气的操作以及设备的运行状况等，有着直接的影响。因此，电气控制的设计人员，应该在电路的设计上进行广泛深入发研究，从实际工程需要出发，结合自身的工作经验，采用合理的设计方法，保证电气路线设计的准确有效。

参考文献

[1]王炳实.机床电气控制.北京：机械工业出版社，2004.

[2]周庆贵.电气控制技术.北京：化学工业出版社，2001.

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