張鵬飛

【摘 要】文章對電氣控制系統(tǒng)設計的基本任務、電力拖動系統(tǒng)自動控制原理進行概述。并依據(jù)控制原理，提出了如何進行系統(tǒng)設計、電氣控制設計任務擬定、電動機選擇、電器控制線路設計，最后討論了如何對電力拖動系統(tǒng)進行安全保護。

【關鍵詞】電力控制系統(tǒng)；安全保護；電器控制線路；自動控制

【Abstract】The basic task of the article on the electrical control system design， electric drive system to automatically control principles outlined. And based on control theory， the question of how the system design， electrical control design task formulation， motor selection， electrical control circuit design， and finally discusses how electric drive systems security.

【Key words】Power control system；Security；Electrical control circuit；Automatic control

1. 電氣控制系統(tǒng)設計的基本任務

1.1 電氣控制系統(tǒng)設計的基本任務是根據(jù)生產(chǎn)機械對控制系統(tǒng)的要求，設計和編制出設備制造和使用維修過程中所必須的圖紙、資料，包括電氣原理圖、電氣元器件布置圖、安裝接線圖等，編制外購元器件目錄、單臺材料消耗清單、設備說明書等資料。由于系統(tǒng)從初步設計、技術設計到產(chǎn)品設計過程中的每一個環(huán)節(jié)都與產(chǎn)品質(zhì)量和成本密切相關，因此設計工作首先要樹立科學的設計思想，樹立工程實踐的觀點。正確的設計思想和工程觀點是高質(zhì)量完成設計任務的保證。

1.2 電氣控制系統(tǒng)設計的基本要求是：（1）熟悉所設計設備的總體技術要求及工作過程，取得電氣設計的依據(jù)，最大限度地滿足生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求。（2）優(yōu)化設計方案，妥善處理機械與電氣的關系，通過技術經(jīng)濟分析，選用性能價格比最佳的電氣設計方案，在滿足要求的前提下，設計簡單合理、技術先進、工作可靠、維修方便的電路。（3）正確合理地選用電器元器件，盡可能減少元件的品種和規(guī)格。（4）取得良好的平均無故障時間指標，確保使用的安全可靠。（5）謹慎積極地采用新技術、新工藝。（6）設計中貫徹最新的國家標準。

2. 電力拖動系統(tǒng)自動控制原理及其設計

2.1 控制原理。

（1）電力拖動系統(tǒng)中電動機本身有各種反饋，如：速度反饋、電流反饋、電壓反饋、頻率反饋等。電力拖動系統(tǒng)的控制部分主要是由電氣設備來完成的?？刂撇糠旨措娖鞅Ｗo，主要包括過電流保護、熱保護、欠電壓保護、短路保護等。而啟動連鎖、運行連鎖、安全保護、信息顯示等是由計算機系統(tǒng)來實現(xiàn)的。

（2）在計算機系統(tǒng)中，普遍通過編程、功能模塊化、邏輯計算、畫面操作等步驟來實現(xiàn)電力拖動系統(tǒng)自動控制，呈現(xiàn)給用戶的儀器驅動程序幾乎與設備無關，這樣使用者就可以比較迅速將儀器連入自己的測試系統(tǒng)，不僅方便編程，還能促進組態(tài)的可靠性。由于工藝條件不同，對電力拖動系統(tǒng)及其控制的要求也就不同。但就實質(zhì)來說并沒有很大差別，通過信號輸入輸出，在計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)電力拖動系統(tǒng)的集中控制。輸入計算機系統(tǒng)的信號主要有啟動連鎖、運行連鎖、電動機的運行信號、就地集中控制信號、熱故障信號等。計算機系統(tǒng)輸出的信號主要有電動機的啟/停，變頻調(diào)節(jié)等。電力拖動系統(tǒng)在計算機中的自動控制過程如圖1所示：

2.2 電動機的選擇。 當電力拖動系統(tǒng)設計方案確定后，要進一步考慮選擇電動機類型、數(shù)量、結構形式及電機功率、電流、額定電壓與額定轉速等。電動機選擇的基本原則如圖1：

2.2.1 電動機的功率應該滿足生產(chǎn)機械提出的標準要求，能夠與相應的負載很好結合，保證正常運行。決定電動機功率時，需要考慮電動機的發(fā)熱、啟動能力、允許過載能力三個主要因素。電動機容量是選擇的關鍵，由于受到外界條件的影響，需要試驗校驗選出電動機的額定功率。

2.2.2 對于選擇直流電動機還是交流電動機要考慮生產(chǎn)機械在技術和經(jīng)濟等方面的要求，一般是盡量選擇幾個便宜的、結構簡單的、維護比較方便的交流異步電動機。而直流電動機的調(diào)速性較優(yōu)，主要應用在調(diào)速范圍要求大、功率大的生產(chǎn)機械上。

2.2.3 電動機的額定轉速選擇要根據(jù)電機與機械配合的技術經(jīng)濟情況來決定?？梢苑譃閮煞N情況：（1）電動機長期工作，很少啟動、制動和反轉。此時要考慮設備的投資、占地面積、維護檢修等方面的技術經(jīng)濟，決定電動機的額定轉速。（2）電動機經(jīng)常啟動、制動和反轉，此時要根據(jù)電動機的動能儲存量來決定電動機的額定轉速。

2.2.4 電動機的額定電壓要求電壓的等級、相數(shù)、頻率都必須與供電電網(wǎng)的電壓一致。

2.2.5 電動機機構形式的選擇取決于電動機安裝位置和周圍的環(huán)境的要求，根據(jù)不同的工作方式可相應選擇連續(xù)、短時、斷續(xù)周期性工作的電動機。

2.2.6 總之，要根據(jù)不同的性質(zhì)和使用條件的要求，合理選擇不同類型和不同規(guī)格的電動機。正確、合理的選用電動機可以保證其具有良好的運行特性，同時還可以保證經(jīng)濟型和可靠性。

2.3 電器控制線的設計。 電力拖動系統(tǒng)電器控制線的設計應根據(jù)不同的生產(chǎn)要求，作業(yè)環(huán)境，生產(chǎn)性質(zhì)來決定配備什么規(guī)格的電器控制線路與其匹配。在此基礎上，對控制線路的設計力求做到精煉，安全可靠，便于操作維修并達到最優(yōu)的經(jīng)濟效益。一般設計電器控制線路的方法是：根據(jù)要求，參考基本線路先局部設計，然后根據(jù)各部分的相互關系，綜合成一個完整的控制線路。設計過程中應遵循的規(guī)則如下：

（1）電器線路設計者要明確生產(chǎn)要求，因為控制線路是為整個設備和工藝過程服務的，要根據(jù)實際準確地設計線路是首要遵循的原則。力求做到最到限度地滿足生產(chǎn)機械和工藝對電器控制線路的要求。

（2）在滿足生產(chǎn)條件的要求的前提下，盡可能地讓控制線路簡單經(jīng)濟。在設計時就要盡量減少不必要的觸頭和電器數(shù)量，盡量選用比較標準的、常用的以及經(jīng)過實際考驗的線路并盡可能地縮短連接導線的長度和數(shù)量，同時要減少通電電路。

（3）要確?？刂凭€路工作的可靠、安全，首先要選用可靠的元器件同時在具體的線路中正確地連接電器觸頭和電器線圈。此外，在線路還要盡量避免許多電器依次動作才能接通另一個電器的控制線路并且要確保電路中有短路、過流、過壓、過載、欠壓等保護環(huán)節(jié)。

（4）應力爭使控制機構操作和維修方便，要求能迅速并正確地由一種控制方式轉換到另一種控制方式?？傊还芸刂齐娐啡绾螐碗s，它都是由一些基本的單元電路組合而成的。設計者在設計控制線路時，只要根據(jù)生產(chǎn)和工藝的要求，選擇正確的基本環(huán)節(jié)，然后將它們合理地組合起來，就可以完成控制線路的設計。

3. 電力拖動系統(tǒng)的安全保護

電力拖動系統(tǒng)的安全保護有電器保護和計算機系統(tǒng)保護，最基本的保護就是電器保護，一般包括欠壓保護、過流保護、熱保護以及短路保護。而計算機系統(tǒng)保護也是必不可少的保護，它是上層保護，主要包括安全鏈、運行連鎖和啟動連鎖以及整體系統(tǒng)故障的停車等。下面主要介紹一下安全保護作用：

（1）短路保護：短路電流會造成一些電氣的絕緣設備損壞，強大的電流產(chǎn)生較大的電動應力，從而使電動機繞組和電路中的各種電器設備機械性的損壞。

（2）過流保護：如果不正確啟動電動機或者電動機擁有過大的負載常常會引起較大的過電流，這種電流通常是啟電流的1.2倍，會造成電動機和機械傳動部件的損壞。

（3）欠壓保護：在電動機正常的運行過程中，如果電源電壓過分降低就會引起電動機的轉速降低甚至會停止，當負載矩一定時，此時就要增加電源。此外電動機的電壓降低還會引起部分電氣釋放，從而造成電路不能夠正常工作，或許還產(chǎn)生故障。因此要在電壓下降到最小允許的電壓值范圍內(nèi)盡可能地切斷電源。

（4）熱保護：如果電動機長期的超載運行、電動機繞組的升溫超過了允許值，就會造成電動機的損壞，做好熱保護工作室防止這一點發(fā)生的有效措施。

（5）安全鏈：包括了欠壓保護和過流保護，它還包括油壓、水壓和軸瓦溫度保護。安全鏈是一個串行條件，如果其中有一個條件不滿足要求，計算機會通過自動控制系統(tǒng)將電動機關閉。

（6）運行連鎖和啟動連鎖的保護：輸入信號進入計算機后，由計算機內(nèi)部由程序或模塊化程序來實現(xiàn)的自動控制過程，這一過程主要是完成在電動機啟動前和運行過程中條件不具備或信號消失時的保護。

（7）計算機系統(tǒng)不僅處理的信息安全可靠，而且還要系統(tǒng)本身的硬件和軟件保證自動控制系統(tǒng)的安全可靠性。一旦有什么意外發(fā)生，計算機會及時作出反應，停運現(xiàn)場的所有運行設備。

4. 結束語

作為一名電氣工程技術人員，必須掌握電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則，設計內(nèi)容和設計方法以及如何安全保護電氣拖動設備等，以便根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求去進行設計。希望相關從業(yè)人員更好地使用電力拖動系統(tǒng)，維護電氣拖動設備，延長電力設備的壽命，從各種方面來減少經(jīng)濟的開銷。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2015）07-29-036