《电气控制系统设计》习题解答(7)

第5章 继电器-接触器控制系统设计

习题与思考题

5－1生产设备的电气控制系统设计包括哪些内容，遵循哪些原则? 【参考答案】

1、继电器－接触器控制系统设计的内容

继电器－接触器控制系统设计的内容可以分为电气原理图设计和工艺设计两大部分。 （1）电气原理图设计的主要内容

电气原理图设计是继电器－接触器控制系统设计的核心，是工艺设计和制定其他技术资料的依据。主要包括以下设计内容：

① 制定电气设计技术条件，即任务书； ② 选择电气传动方案与控制方式； ③ 确定或核对电动机的类型及技术参数；

④ 绘制电气控制系统原理图，确定各部分之间的关系，计算主要技术参数； ⑤ 选择电气元件，制定元器件目录清单； ⑥ 编写电气控制系统设计说明书。 （2）工艺设计的主要内容

工艺设计的主要目的是便于组织电气控制装置的制造与施工，实现电气原理图设计的功能和各项技术指标，为设备的制造、调试、维护和使用提供必要的图纸资料。主要包括以下设计内容：

① 根据电气原理图及选定的电器元件，设计、绘制电气控制系统的总装配图及接线图； ② 按照电气原理图或划分的组件进行统一编号，编写各部分元件目录表，并根据总图编号统计出各组件的进出线号；

③ 根据组件电气原理及选定的元件目录表，设计组件装配图(元件安装方式)、接线图，以便组件装配和生产管理；

④ 根据组件装配要求，绘制电气安装板和非标准的电器安装零件图，标明技术要求，以便制造、加工；

⑤ 根据组件尺寸及安装要求，确定电气控制柜结构与外形尺寸、安装支架、安装尺寸、面板安装方式、各组件的连接方式、通风散热以及维修操作位置、方式等；

⑥ 汇总电气控制系统原理图、总装配图及各组件原理图等资料，列出需购买的元器件清单；

⑦ 编制调试、实验、使用、维护技术说明书。 2、继电器－接触器控制系统设计的原则

由于继电器－接触器控制系统是整个生产设备的一部分，所以在设计前要收集相关资料，进行必要的调查研究。应遵循的基本原则是：

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① 最大限度地满足生产需求，实现生产机械和加工工艺对电气控制系统的要求。 ② 在满足控制要求前提下，电气控制电路应力求安全、可靠、经济、实用、使用维护方便，不要盲目追求自动化和高指标。尽量选用标准的、常用的或经过实际考验的电路和环节。

③ 正确、合理地选用电气元件，确保控制系统安全可靠地工作。

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。 ⑤ 谨慎积极地采用新技术、新工艺。

⑥ 设计中贯彻最新的国家标准。电路图中的图形符号及文字符号一律按国家标准绘制。

5－2电气控制系统的设计方法有哪些，各有什么特点? 【参考答案】

电气控制系统原理图的设计方法有2种，即经验设计法(又称—般设计法)和逻辑设计法。 1、经验设计法

经验设计法是根据生产机械的工艺要求和加工过程，利用各种典型的基本控制环节，加以修改、补充、完善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节可以采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。

经验设计法的设计过程比较简单，但必须熟悉大量的基本控制电路，掌握多种典型电路的设计资料，同时具有丰富的实践经验。

采用经验设计法由于是靠经验进行设计，灵活性很大，设计出来的电路可能不是最简洁的，所用的电器及触点不一定最少，所得出的方案也不一定是最佳方案。

2、逻辑设计法

逻辑设计法即逻辑分析设计方法，是根据生产工艺要求，利用逻辑代数来分析、化简、设计控制电路的方法，这种设计方法能够确定实现一个开关量逻辑功能的自动控制电路所必须的、最少的中间继电器的数目，以达到使控制电路最简洁的目的。

总的来说，逻辑设计法较为科学，设计的自动控制电路比较简洁、合理，但是当自动控制电路比较复杂时，设计工作量比较大，过程繁琐，容易出错，因此用于简单的自动控制系统设计。

5－3某生产设备使用一台电动机，其额定功率为5kw、额定电压为380v、额定电流为12.5A。启动电流是额定电流的6倍，现用按钮进行启动和停止控制，试设计控制电路，要求有短路保护和过载保护。并选用接触器、按钮、熔断器，热继电器、电源开关等电器的型号和规格。 【参考答案】

1、控制电路

三相异步电动机的控制线路电气原理图如图5-1所示。

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图5-1 三相异步电动机控制线路电气原理图

控制原理：

当按下启动按钮SB2后，电源U1相通过热继电器FR动断接点、停止按钮SB1的动断接点、启动按钮SB2动合接点及交流接触器KM的线圈接通电源V1相，使交流接触器线圈带电而动作，其主触头闭合使电动机转动。同时，交流接触器KM的常开辅助触头短接了启动按钮SB2的动合接点，保持交流接触器线圈始终处于带电状态，这就是所谓的自锁（自保）。

2、接触器、按钮、熔断器，热继电器、电源开关等电器的型号和规格

电机的启动电流不是一个定值，在电机启动过程中，这个电流由大到小在变化。所以，电机的启动电流指的是个平均值。由于不同的电机、不同的负荷、不同的启动方式，启动所需的时间是不相同的，平均电流就有很大区别。接触器、热继电器和熔断器的选型要满足启动要求。

本题中，电机额定功率为5kw、额定电压为380v、额定电流为12.5A。启动电流是额定电流的6倍。

（1）断路器选型

断路器一般选用其额定电流1.5-2.5倍，即?1.5~2.5??12.5??18.75~31.25?A，选择额定电流25A。

（2）熔断器的选型

异步电机的起动电流Ist约为额定电流IN的 (5~7）倍。熔体额定电流 IF必须躲开起动电流，但对短路电流仍能起保护作用。对于频繁启动的电机：

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1??1IF??~?Ist

?2.53??11?IF??~??6?12.5??30~25?A，选择30A即可。

?2.53?（3）交流接触器

根据电机功率选择合适大小就行，1.5-2.5倍，额定电流32A。

考虑电机的启动电流，可以选用大一级的接触器，同时考虑辅助触点的匹配，本系统选择具备一个常开主触点、一个常闭主触点的接触器。

（4）热继电器

热继电器的整定电流都是可以调整，一般调至电机额定电流1-1.2倍。主电源断路器。 主要设备选型如表5-2所示。

表5-2 设备选型表

电气元件 接触器 型号 LC1-D32 11M7C 参数 额定电流32A，一个常开、一个常闭辅助触点，线圈电压220V 50Hz 热继电器 空开 熔断器 按钮 按钮 LR2- D13 21C C65N 3P D25A RL1-30A XB2BA31C X B2BA42C 整定电流范围12~18 3P，脱扣电流，即起跳电流25A 交流50 Hz，额定电压380V，额定电流30A 弹簧复位按钮，平头，绿色，一常开 弹簧复位按钮，平头，红色，一常闭 施耐德 施耐德 施耐德 施耐德 厂家 施耐德 5－6试设计游泳池自动进水控制电路，要求池内水位低于最低水位时能自动进水，池内的水位高于最高水位时能自动停止进水。 【参考答案】

控制电路原理图如图5-2所示，图中： M1：水泵电机 QF1：低压断路器 FU1、FU2保险丝 FR1：热继电器 KM1：水泵电机接触器

SQ1：浮球开关，最高水位检测，高于最高水位，SQ1断开 SQ2：浮球开关，最低水位检测，低于最低水位，SQ2闭合 SB1：停止按钮 SB2：起动按钮

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图5-2 游泳池自动进水控制电路原理图

工作原理：

按下启动按钮SB2，若水池水位低于最高水位，SQ1常闭触点闭合，KM1接触器线圈得电，水泵电机M1启动，直到水位高于最高水位，SQ1常闭触点断开，KM1接触器线圈失电，泵电机M1停止。

当水位低于最低水位时，SQ2常开触点闭合，KM1接触器线圈得电，水泵电机M1启动，直到水位高于最高水位。

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