电力拖动系统设计时，电动机的调速性质应与负载特性相适应 调速性质是指在整个调速范围内转矩和功率与转速的关系，有恒功率和恒转矩输出两种。以车床为例，其主运动需要恒功率传动，进给运动则要求恒转矩传动。若采用双速笼型异步电动机，当定子绕组由三角形改成双星形连接时，转速由低速升为高速，而功率却增加很少，适用于恒功率传动。但当定子绕组由低速的星形连接改成双星形连接后，转速和功率都增加一倍，而电动机输出转矩却保持不变，适用于恒转矩传动。 （二）电动机的选择
机械设备的运动部分大多数由电动机驱动。因此，正确地选择电动机具有重要的意义。 1．电动机结构形式的确定 一般来说，应采用通用系列的普通电动机，只有在特殊场合才采用某些特殊结构的电动机，以便于安装。
在通常的环境条件下，应尽量选用防护式（开启式）电动机。对易产生悬浮飞扬的铁屑或废料、或者切消液、工业用水等有损于绝缘的介质能侵入电动机的场合，应采用封闭式为宜。煤油冷却切削刀具或加工易燃合金的机械设备应选用防爆式电动机。
2．电动机容量的选择
正确地选择电动机容量具有重要意义。电动机容量选得过大是浪费，且功率因数降低；选得过小，会使电动机因过载运行而降低使用寿命。
电动机容量选择的依据是机械设备的负载功率。若机械设备总体设计中确定的机械传动功率为P1，则所需电动机的功率P为：
P=P1/?
式中，?为机械传动效率，一般取为0.6~0.85。 3．电动机转速的选择
笼型异步电动机的同步转速有3000、1500、750和600r/min等几种。一般情况下选用同步转速为1500r/min的电动机。因为这个转速下的电动机适应性强，而且功率因数和效率也较高。对于一定容量，转速选得越低，则电动机的体积就越大，价格也越高，并且功率因数和效率也越低。但选得太高，则增加了机械部分的复杂程度。
4．笼型异步电动机的系列
Y系列电动机是全国统一设计的新系列产品，它具有效率高、起动转矩大、噪声低、振动小、性能优良、外形美观等优点，功率等级和安装尺寸符合国际电工委员会标准。
一般电动机的铭牌上有名称、型号、功率、电压、电流、频率、接法、工作方式、绝缘等级、产品编号、重量、生产厂家和出厂日期等栏。
若电压写380V，接法写Δ联接，表示定子绕组的额定电压为380V，应接成Δ联接。若电压写380V/220V，接法写Y/Δ联接，表明电源线电压为380V，应接成Y联接；电源线电压为220V，应接成Δ联接。
电流是指电动机绕组的输入电流。如果写有两个电流值，表示定子绕组在两种接法时的输入电流。
三、电气控制线路的设计
机械设备电气原理图包括机械设备电气控制线路图和电气元器件目录表，它的设计是设备电气系统设计的中心环节，而电气控制线路的设计又是这一环节的核心内容。在总体方案确定之后的具体设计是从电气原理图开始的,各项设计要求和指标主要是通过电气原理图来实现的，同时，它又是工艺设计和编制各种技术资料的依据。 （一）电气原理图设计的基本方法
电气原理图的设计是在拖动方案及控制方式确定之后进行的。在具体设计时，熟练掌握下面几种基本方法的应用是极为重要的。
5
1．经验设计
若控制系统较简单，可采用经验设计法，也就是利用前面学过的基本电路的知识，按照主电路→控制电路→辅助电路→联锁与保护→总体检查→反复修改与完善的步骤进行。
2．逻辑设计
所谓逻辑设计是指：参照在控制要求中由机械液压系统设计人员给出的执行元件及主令电器工作状态表，找出执行元件线圈同主令电器触点间的关系，将主令电器的触点作为逻辑自变量，执行元件线圈作为逻辑应变量，写出有关逻辑代数式；当无法写出全部逻辑式时，只能凭经验逐个增设中间继电器，将它们的触点也当作逻辑自变量，直到能写出全部逻辑式为止，另一方面，还要写出中间继电器自身的逻辑式；最后，根据逻辑式作出对应电路。但是，一般当系统复杂时才采用逻辑设计法，而在当前条件下，较复杂的系统应采用可编程序控制器控制。
（二）电气原理图设计的注意点
有时候，设计出来的实际线路会出现不正确、不合理、不经济等现象，因此在设计过程中，应注意：
1．避免“临界竞争和冒险现象”的产生，图2-1为一个产生这种现象的典型电路。 图2-1电路的设计意图是：按动SB2后，KM1、KT通电，电动机M1运转，延时到后，电动机M1停转M2运转。正式运行时，会产生这样的奇特现象：有时候可正常运行，有时候就不行。 原因在于图4-4电路设计不可靠，存在临界竞争和冒险现象。KT延时到后，其延时常闭触点总是由于机械运动原因先断开而延时常开触点晚闭合，当延时常闭触点先断开后， KT线圈随即断电，由于磁场不能突变为零和衔铁复位需要时间，故有时候延时常开触点来得及闭合，但有时候因受到某些干扰而失控。若将KT延时常闭触点换上KM2常闭触点以后，就绝对可靠了。改进后的电路如图4-5所示。
2．尽量减少电器元件触点数量，图4-6为一个实例。图4-6a不合理；图4-6b较合理，节省了一个KM1常开触点，通过两个线圈共用同个触点来实现。
3. 合理安排电器元件触点位置。
4. 尽量减少电气线路的电源种类，电源有交流和直流两大类，接触器和继电器等也有交直流两大类，要尽量采用同一类电源。电压等级应符合标准等级，如交流一般为：380 V、220 V、127 V、110 V、36 V、24 V、6.3V，直流为：12 V、24 V和48V。
5．尽量减少电器元件的品种、规格、数量和触点。同一用途的电器元件，尽可能选用同一型号规格。实现同一控制功能的电路可以有多个，电器元件的触点用得最少的电路最优。
6．尽可能减少通电电器数量。例如，时间继电器在完成延时控制功能以后就应断电，以利节能和延长寿命。
（三）原理图设计举例-CW6163型卧式车床电气原理图的设计
1．课题概述和设计要求
CW6163型卧式车床是性能优良应用广泛的普通小型车床，工件最大车削直径为630mm，工件最大长度为1500 mm，其主轴运动的正反转依靠两组机械式摩擦片离合器完成，主轴的制动采用液压制动器，进给运动的纵向左右运动、横向前后运动以及快速移动都集中由一个手柄操作。对电气控制的要求是：
①由于工件的最大长度较长，为了减少辅助时间，除了配备一台主轴运动电动机以外，还应配备一台刀架快速运动电动机，主轴运动的起、停要求两地操作。
②由于车削时会产生高温，故需配备一台普通冷却泵电动机。 ③需要一套局部照明装置以及一定的工作状态指示灯。 2．电动机的选择
根据课题概述和设计要求，可知需配备三台电动机：主轴电动机，设为M1；冷却泵电动
6
机，设为M2；快速电动机，设为M3。通常电动机的选择在机械设计时确定。
① 主轴电动机M1选定为Y160M-4（11kW，380V，22.6A，1460r/min）。 ②冷却泵电动机M2选定为JCB-22（0.125kW，380V，0.43A，2790r/min）。 ③快速电动机M3选定为Y90S- 4 （1.1kW，380V，2.7A，1400r/min）。 3．电气控制线路图的设计 ①主电路的设计
主轴电机M1。M1的功率较大，超过10kW，但是由于车削是在起动以后进行，并且主轴的正反转通过机械式方式进行的，所以M1采用单向直接起动控制方式，用KM进行控制。在设计时还应考虑到过载保护，并采用电流表PA监视车削量，就可得到控制M1的主电路如图4-7所示。从图4-7中可看到M1未设置短路保护，它的短路保护可由机械设备的前一级配电箱中的熔断器担任。
冷却泵电动机M2和快速电动机M3。由于电动机M2和M3的功率较小，额定电流分别为0.43A和2.7A，为了节省成本和缩小体积，可分别用交流中间继电器KA1和KA2替代接触器进行控制。由于快速电动机M3短时运行，故不设过载保护，这样可得到控制M2和M3 的主电路如图4-7所示。
②控制电源的设计
考虑到安全可靠和满足照明及指示灯的要求，采用控制变压器TC供电，其一次侧为交流380V，二次侧为交流127V、36V和6.3V，其中：127V提供给KM和中间继电器KA1及KA2的线圈，36V交流安全电压提供给局部照明电路，6.3V提供给指示灯电路，具体接线情况如图4-7所示。
③控制电路的设计
主轴电动机M1的控制。由于机械设备比较大，考虑到操作方便，主电机M1可在机床床头操作板上和刀架拖板上分别设置起动和停止按钮SB3及SB1和SB4及SB2进行操纵，实现两地控制，可得到M1的控制电路如图4-7所示。
冷却泵电动机M2和快速电动机M3。M2采用单向起停控制方式，而M3采用点动控制方式，具体电路如图4-6所示。
④局部照明与信号指示电路的设计
设置照明灯EL、灯开关SA和照明回路熔断器FU3，具体电路如图4-7示。 可设三相电源接通指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接通以后立即发光显示，表示机床电气线路已经处于供电状态。另外，设置指示灯HL1（红色）表示主轴电动机是否运行。此两指示灯HL1和HL2可分别由接触器KM的常开和常闭触点进行切换通电显示，电路如图4-7所示。
在操作板上设有交流电流表PA，它被串接在主轴电动机的主回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机工作情况调整切削量使主电机尽量满载运行，以提高生产效率，并能提高电动机的功率因数。
4.电气元件的选择
(1)电动机的选择：实际上是在机电设计密切配合下并进行实际实验的情况下定型的。现在我们来进行其它电气元件的选择。
(2)电源开关的选择：电源开关QS的选择主要考虑电动机M1~M3的额定电流和起动电流，而在控制变压器TC二次侧的接触器及继电器线圈、照明灯和显示灯在TC一次侧产生的电流相对来说较小，因而可不作考虑。
已知M1、M2和M3的额定电流分别为22.6A 、0.43A和2.7A，易算得电流之和为25.73A，由于只有功率较小的冷却泵电动机M2和快速移动电动机M3为满载起动，如果这两台电动机的额定电流之和放大5倍，也不过15.65A，而功率最大的主轴电动机M1为轻载起动，并且
7
M3短时动作，因而电源开关的额定电流就选25A左右，具体选择QS为：三极转换开关，HZ10-25/3型额定电流25A。
(3)热继电器的选择：根据M1和M2的额定电流，FR1应选用JR0-40型热继电器。热元件额定电流为25A，额定电流调节范围为16~25A，工作时调整为22.6A。FR2应选用JR0-40型热继电器。热元件额定电流为0.4A，额定电流调节范围为0.4~ 0.64A，工作时调整为0.43A。
(4)接触器的选择：因主轴电动机M1的额定电流为22.6A，控制回路电源127V，需主触点三对，辅助点常开触点两对，辅助常闭触点KM应选用CJ10-40型接触器，主触点额定电流40A，线圈电压127V。
(5)中间继电器的选择：冷却泵电动机M2和快速电动机M3的额定电流较小，分别为0.43A和2.7A,所以KA1和KA2都可以选用普通的JZ7-44型交流中间继电器代替接触器进行控制,每个中间继电器常开常闭触点各有4个,额定电流为5A,线圈电压为127V。
(6)熔断器的选择：熔断器FU1对M2和M3进行短路保护，M2和M3的额定电流分别为0.43A和2.7A，根据多台电动机共用一个熔断器时熔体额定电流的计算公式：
Ifu ?（1.5~2.5）INmax+?IN
若取系数为2.5,算得Ifu ?7.18A，因此可选用RL1-15型熔断器，配用10A熔体。
1总开关2主轴3短路保护FU125A4冷却泵5快速移动6变压器和照明及显示7主轴控制8冷却泵控制9快移控制L1L2L3QSU21V21W21U12V12W12TC100VA380V/127、6.3、36V6.3V127VFU21152017814FR1216FR23KM7KA18KA2936VFU3SAKM7KM7612SB13SB4SB5SB7U11V11W11PAAFR16U1V1W1M1-3V22W22SB3KM7SB6KA18FR27U2V2W2M2-318SB25U3V3W3M3-3ELHL1HL2KM74KA111KA21319 图4-7 CW6163型卧式车床电气原理图 图3-5CW6163型卧式车床电气原理图 熔断器FU2和FU3的选择将同控制变压器的选择结合进行。 (7)按钮的选择：三个起动按钮SB3、SB4和SB6可选择LA-18型按钮，黑色；三个停止按钮SB1、SB2和SB5也选择LA-18型按钮，颜色为红色；点动按钮SB7型号相同，颜色为绿色。
(8)照明灯及灯开关的选择：照明灯EL和灯开关SA成套购置，EL可选用JC2型，交流36V，40W。
(9)指示灯的选择：指示灯HL1和HL2，都选用ZSD-0型，6.3V，0.25A，分别为红色和绿色。
(10)电流表的选择：电流表PA可选用62T2型，0~50A。 (11)控制变压器的选择：控制变压器可实现高低压电路的隔离，使得控制电路中的电气元件，如按钮、行程开关和接触器及继电器线圈等同电网电压不直接相接，提高了安全性。
8
相关推荐：
loading