后动作优先设备控制电路设计优秀课程设计.doc

后动作优先设备控制电路设计

摘要：伴随科学技术不停发展、生产工艺不停改善，尤其是计算机技术应用，新型控制策略出现，不停改变着电气控制技术面貌。在控制对象上关键是对电机控制。此次设计对多个电气器件综合利用，使设计达成控制要求。为了能实现电机后开启优先并确保前面已经工作电机自动停止，设计时有意添加了互锁步骤。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，而且只对三台电机中所过载加以停车控制。另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全部加了熔断器。整个线路设计遵守简便，完整和功效完善基础标准。

关键词：电气控制技术，后开启优先，停车，过载，互锁，热继电器，熔断器。

引言
伴伴随电气控制技术迅猛发展，在控制原理上，从单一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网络化自动控制系统。最近中国外控制大全部以PLC实现控制，此次设计题目网络上也有对应对应，不过却全部是以PLC编写程序为主。而我们试验室又不便提供，所以我们就采取有触头硬接线继电器逻辑控制系统来设计。

目 录
摘要
引言
1 设计方案介绍·······························································4
1.1 设计题目及要求·····························································4
1.2设计分析···································································4
1.3设计方案概述·······························································4
2 单元电路介绍·····························································6
2.1电机选择·································································6
2.2熔断器选择·······························································6
2.3热继电器选择·····························································8
2.4根本路线、控制线路及地线线径选择·········································9
2.5接触器选择······························································10
2.6刀开关选择······························································10
2.7按钮选择································································11
2.8元器件配置清单表··························································12
3 总电路····································································13
3.1方案一····································································13
3.2方案二····································································15
4 调试及说明································································16
5 总结和心得································································16
6 致谢······································································16
7 参考文件··································································16

1 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组成，每台电机功率分别为：5.5kw，5.5kw和3kw，不管三台电机当中任一台电机工作，只要按下任意一台开启按钮前面已经工作电机自动停止，而只有对应开启按钮下电机工作。
设计要求：设计对应控制电路完成上述过程控制，同时利用热继电器实现电机过载保护。画出控制连接图，分析其工作原理；撰写设计汇报、调试汇报、设计心得。

1.2 设计分析
因为电机功率不是太高所以在设计时能够采取直接开启而不去考虑其它方法开启。考虑到设计要求并未说明同一时间段电机工作台数，那么此次设计只许可同一时间段下有一台电机工作。依据题目要求，只要按下对应电机开启按钮则该电机便开启而其它电机便停车。如此很轻易联想到接触器互锁设计不仅能够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能够相互抑制线圈得电而只使其中一个线圈得电，受此启发，我们便经过设计互锁来达成电机后开启优先。

1.3设计方案概述
其实一开始我们毫无头绪，只是一再对设计要求琢磨，反复看设计汇报才明白了“后开启优先”意思。于是我们便开始经过理论课上上《电气控制和PLC》这一书翻阅，借以寻求灵感。在看到电机次序启停这一设计段描述后果不其然受到了感发，这才有了我们起初方案。这一方案最终落定上段已经描述。我们考虑到试验室里有接触器只有一个常开触头和一个常闭触头，所以我们备选方案里添加了中间继电器增加了触头填补了这一不足。
开始
主电路设计
辅助电路设计
采取含有多触电接触器实现互锁功效
保护考虑
结束
开始
主电路设计
辅助电路设计
采取中间继电器增加触点以填补接触器触电不足
保护考虑
结束

图1 方案一设计步骤图 图 2 方案二设计步骤图

2 单元电路介绍

2.1 电机选择

图3 此次设计中M1、M2电机采取Y132S1—2型号，M3电机采取Y100L—2型号。【8】
其关键基础数据以下：
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：33kg【2】

2.2 熔断器选择
熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中关键用作短路保护电器。熔断器关键由熔体、安装熔体熔管和熔座三部分组成。使用时，熔断器应串联在被保护电路中。正常情况下，熔断器熔体相当于一段导线；而当电路发生短路故障时，熔体能快速熔断分断电路，起到保护线路和电气设备作用。
熔断器关键技术参数（1）额定电压: 熔断器长久工作所能承受电压。（2）额定电流: 确保熔断器能长久正常工作电流。（3）分断能力: 在要求使用和性能条件下，在要求电压下熔断器能分断预期分断电流值。（4）时间－电流特征: 在要求条件下，表征流过熔体电流和熔体熔断时间关系曲线，如右图所表示。

【1】
图4 RC1A系列瓷插式熔断器

图5 熔断器结构：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
额定电压380V及以下、额定电流为5～200A低压线路末端或分支电路中，作线路和用电设备短路保护，在照明线路中还可起过载保护作用
熔体额定电流选择
（1）对照明和电热等短路保护，熔体额定电流应等于或稍大于负载额定电流。
（2）对一台不常常开启且开启时间不长电动机短路保护，应有：
IRN ≥(1.5～2.5)IN
（3)对多台电动机短路保护，应有：
IRN ≥(1.5～2.5)INmax +∑IN
主电路里电机中最大额定电流为12.6A，所以INmax=12.6A×1.5=18.9A，故所选择熔断器型号为RC1A—30，其额定电流为30A【3】

2.3 热继电器选择
热继电器是由流入热元件电流产生热量，使有不一样膨胀系数双金属片发生形变，当形变达成一定距离时，就推进连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机过载保护。

图6 热继电器实物图
热继电器是由流入热元件电流产生热量，使有不一样膨胀系数双金属片发生形变，当形变达成一定距离时，就推进连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机过载保护。继电器作为电动机过载保护元件，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最高电压值，通常为交流220V，380V，600V。
额定电流：热继电器额定电流关键是指经过热继电器电流
额定频率：通常而言，其额定频率根据45~62HZ设计。
整定电流范围：整定电流范围有本身特征来决定。它描述是在一定电流条件下热继电器动作时间和电流平方成正比。
　　热继电器作用是：关键用来对异步电动机进行过载保护，她工作原理是过载电流经过热元件后，使双金属片加热弯曲去推进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，起到过载保护作用。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量传输需要较长时间，所以，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、电气线途经载保护保护电器。电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常情况或电路异常使电动机碰到过载，则电动机转速下降、绕组中电流将增大，使电动机绕组温度升高。若过载电流不大且过载时间较短，电动机绕组不超出许可温升，这种过载是许可。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组温升就会超出许可值，使电动机绕组老化，缩短电动机使用寿命，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。热继电器就是利用电流热效应原理，在出现电动机不能承受过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护保护电器。
热继电器选择方法：
　　热继电器关键用于保护电动机过载，所以选择时必需了解电动机情况，如工作环境、开启电流、负载性质、工作制、许可过载能力等。
　　（1）、标准上应使热继电器安秒特征尽可能靠近甚至重合电动机过载特征，或在电动机过载特征之下，同时在电动机短时过载和开启瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。
　　（2）、当热继电器用于保护长久工作制或间断长久工作制电动机时，通常按电动机额定电流来选择。比如，热继电器整定值可等于0.95~1.05倍电动机额定电流，或取热继电器整定电流中值等于电动机额定电流，然后进行调整。
　　（3）、当热继电器用于保护反复短时工作制电动机时，热继电器仅有一定范围适应性。假如短时间内操作次数很多，就要选择带速饱和电流互感器热继电器。
（4）、对于正反转和通断频繁特殊工作制电动机，不宜采取热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组温度继电器或热敏电阻来保护。
所以热元件整定电流为电机额定电流0.95～1.05倍，IRN=（0.95～1.05）×28=26.6～29.4A，则热继电器选择JR36—63（20—32A）。

2.4 根本路线、控制线路及地线线径选择
确定导线截面积基础标准应确保供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，导线截面选择必需满足下列条件：发烧条件，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，按导线许可载流量选择。经过相线计算电流Ic不超出其许可载流量Ial，即 Ic≤Ial。                                    
保护线（PE线）截面选择
（1）当Sφ≤16mm2时，SPE≥Sφ    
（2）当16mm2＜Sφ≤35mm2时 SPE≥16mm2                                  
（3) 当Sφ≥35mm2时 SPE≥0.5Sφ                            
保护中性线（PEN线）截面选择，因为PEN线含有PE线和N线双重功效，所以选择截面时按其中最大值选择。
由此可得此次设计截面选择，当环境温度为30℃时，敷设铜芯橡胶线BX—500型。由《电气控制和PLC》附录A查：3.0kw电机满载时I=7A，开启时：I30=5 ~7×7A=49A，Ial=54A>I30=49A满足发烧条件，所以相线截面选Ay=6mm
N线截面选择按A0≥0.5Ay，选A0=3mm【4】

2.5 接触器选择
接触器（Contactor）狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及要求过载电流开断和关合装置。它应用于电力、配电和用电。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，以达成控制负载电器。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。【6】
【10】
图8 接触器实物图
在电工学上，因为可快速切断交流和直流主回路和接触器可频繁地接通和大电流控制（一些型别可达800安培）电路装置，所以常常利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，而且还含有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中关键元件之一。
在工业电气中，接触器型号很多，电流在5A-1000A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=（Pn×10^3）/（K×Un），K=（1～1.4）计算约等于39A，则接触器选择型号是CJ10-40

2.6刀开关选择
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一个低压电器，图是最简单刀开关（手柄操作式单级开关）示意图。
【7】
图9 三级单头式刀开关
此次设计用是开启式负荷开关HK1系列，开启式负荷开关含有结构简单，价格低廉，安装、使用、维修方便优点，它广泛用作照明电路和小容量（5.5KW及以下）动力电路不频繁开启控制开关。
所用HK1开启式负荷开关关键技术数据以下：
额定电流：60A，额定电压：380V。

2.7 按钮选择
按钮，是一个常见控制电器元件，常见来接通或断开‘控制电路’（其中电流很小），从而达成控制电动机或其它电气设备运行目标一个开关。
按钮工作原理：按钮是一个人工控制主令电器。关键用来公布操作命令，接通或开断控制电路，控制机械和电气设备运行。
选择按钮型号：LA10—3H（保护式）
【9】
图10 按钮工作原理示意图

2.8元件配置清单表：
元件名称
型号
数量/个
电动机M
Y132S1—2；Y100L—2
3
熔断器FU
RC1A—30
5
热继电器KM
JR36—63（20—32A）
3
中间继电器KA
NA1-~6300万能式
2
隔离开关QS
三级单头式
1
接触器
CJ10-40
5
按钮SB
LA10—3H（保护式）
4
导线
BX—500
若干

3 总电路

3.1 方案一

图11 方案一总电路
线路工作过程以下：
（1）起动

KM1自锁触头闭合；
按下SB1→KM1线圈得电 KM1主触头闭合→电动机M1起动；
KM1常闭触头断开→确保KM2、KM3线圈无电

KM2自锁触头闭合；
按下SB2→KM2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SB3→KM3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。
再按任意起动按钮全部将遵照上述线途经程动作。
若按下SB则所运行电机停止运行。
（2）保护装置运行
若主电路发生短路则电流会超出熔断器熔断阈值，那么熔丝就会熔断，这么便起到了短路保护。假如电机发生过载情况，那么热继电器线路中所增加电流流过发烧元件热量使检测元件受热弯曲，进而推进机构动作而使该过载电机停车。

3.2 方案二

图12 方案二控制电路图

（1）线途经程以下：

再按任意起动按钮全部将遵照上述线途经程动作。
若按下SB则所运行电机停止运行。
（2）保护装置运行如上
4.调试和说明
因为此次课程设计所用一些器件试验室无法提供，所以也就没有调试这一步骤。

5 总结和心得
此次设计意义有：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.经过此次课程设计加深了对电气控制技术了解，并对电气控制系统设计有了基础了解。3.掌握对电机基础控制，并能画出对应电气原理图。4.锻炼经过自学和探索方法处理问题能力。5.经过此次课程设计锻炼了实践和理论联络能力。“电气控制和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专业。因为电气控制技术应用领域很广，现在PLC控制系统应用十分普遍，已成为实现工业自动化关键手段。但这并不意味着继电—接触器控制系统就不关键了，它仍然是机械设备最常见电气控制方法，而且控制系统所用低压电器正向小型化、智能化发展，出现了功效多样电子式、智能化电气，使继电—接触器控制系统性能不停提升，所以，它在以后电气控制技术中仍占有相当关键地位。

6 致谢
很感谢学校提供此次课程设计机会让我们得要了有力锻炼，也感谢我父母为我提供上大学机会，另外还要感谢张老师悉心指导。

7 参考文件
【1】熊幸明主编《电气控制和PLC》—北京：机械工业出版社，.1/第26页
【2】陈伯时主编《电力拖动自动控制系统》—北京：机械工业出版社，.7/第28页
【3】刘介才主编《工厂供电》—北京：机械工业出版社，.12/第206页
【4】刘介才主编《工厂供电》—北京：机械工业出版社，.12/第182页
【5】熊幸明主编《电气控制和PLC》—北京：机械工业出版社，.1/第21页
【6】熊幸明主编《电气控制和PLC》—北京：机械工业出版社，.1/第13页
【7】熊幸明主编《电气控制和PLC》—北京：机械工业出版社，.1/第33页
【8】熊幸明主编《电气控制和PLC》—北京：机械工业出版社，.1/第367附录
【9】熊幸明主编《电气控制和PLC》—北京：机械工业出版社，.1/第29页
【10】电子发烧友网，网址为：.com