電氣控制系統(tǒng)基本介紹

所謂的電氣控制系統(tǒng)，是指由若干電氣原件組合，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)或某些對(duì)象的控制，從而保證被控設(shè)備安全、可靠地運(yùn)行。電氣控制系統(tǒng)的主要功能有：自動(dòng)控制、保護(hù)、監(jiān)視和測(cè)量。它的構(gòu)成主要有三部分：輸入部分（如傳感器、開關(guān)、按鈕等）、邏輯部分（如繼電器、觸電等）和執(zhí)行部分（如電磁線圈、指示燈等）。

電氣控制系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的目的是為了滿足電氣控制設(shè)備的制造和使用要求。在完成電氣原理圖設(shè)計(jì)及電氣元件選擇之后，就可以進(jìn)行電氣控制設(shè)備的總體配置，即總裝配圖和總接線圖的設(shè)計(jì)，然后再設(shè)計(jì)各部分的電氣裝配圖與接線圖，并列出各部分的元件目錄、進(jìn)出線號(hào)以及主要材料清單等技術(shù)資料，最后編寫使用說明書。

1.電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，有以下四點(diǎn)：

（1）最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械和工藝對(duì)電氣控制線路的要求；

（2）在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；

（3）保證控制線路工作的可靠性和安全性；

（4）操作和維修方便。

2.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有：

（1）擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書；

（2）確定電力拖動(dòng)方案與控制方式；

（3）選擇電動(dòng)機(jī)容量、結(jié)構(gòu)形式；

（4）設(shè)計(jì)電氣控制原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)；

（5）選擇電氣元件，制定電器元件一覽表；

（6）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。

其中，電氣原理圖是整個(gè)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，因?yàn)殡姎庠韴D是工藝設(shè)計(jì)和制定其他技術(shù)資料的依據(jù)。

為了保證一次設(shè)備運(yùn)行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設(shè)備為之服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)某項(xiàng)控制功能的若干個(gè)電器組件的組合，稱為控制回路或二次回路。這些設(shè)備要有以下功能：

（1）自動(dòng)控制功能。高壓和大電流開關(guān)設(shè)備的體積是很大的，一般都采用操作系統(tǒng)來控制分、合閘，特別是當(dāng)設(shè)備出了故障時(shí)，需要開關(guān)自動(dòng)切斷電路，要有一套自動(dòng)控制的電氣操作設(shè)備，對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。

（2）保護(hù)功能。電氣設(shè)備與線路在運(yùn)行過程中會(huì)發(fā)生故障，電流(或電壓)會(huì)超過設(shè)備與線路允許工作的范圍與限度，這就需要一套檢測(cè)這些故障信號(hào)并對(duì)設(shè)備和線路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整(斷開、切換等)的保護(hù)設(shè)備。

（3）監(jiān)視功能。電是眼睛看不見的，一臺(tái)設(shè)備是否帶電或斷電，從外表看無法分辨，這就需要設(shè)置各種視聽信號(hào)，如燈光和音響等，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行電氣監(jiān)視。

（4）測(cè)量功能。燈光和音響信號(hào)只能定性地表明設(shè)備的工作狀態(tài)(有電或斷電)，如果想定量地知道電氣設(shè)備的工作情況，還需要有各種儀表測(cè)量設(shè)備，測(cè)量線路的各種參數(shù)，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。

在設(shè)備操作與監(jiān)視當(dāng)中，傳統(tǒng)的操作組件、控制電器、儀表和信號(hào)等設(shè)備大多可被電腦控制系統(tǒng)及電子組件所取代，但在小型設(shè)備和就地局部控制的電路中仍有一定的應(yīng)用范圍。這也都是電路實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。

常用的控制線路的基本回路由以下幾部分組成。

（1）電源供電回路。供電回路的供電電源有交流AC380V、220V和直流24V等多種。

（2）保護(hù)回路。保護(hù)(輔助)回路的工作電源有單相220（交流）、36V（直流）或直流220（交流）、24V（直流）等多種，對(duì)電氣設(shè)備和線路進(jìn)行短路、過載和失壓等各種保護(hù)，由熔斷器、熱繼電器、失壓線圈、整流組件和穩(wěn)壓組件等保護(hù)組件組成。

（3）信號(hào)回路。能及時(shí)反映或顯示設(shè)備和線路正常與非正常工作狀態(tài)信息的回路，如不同顏色的信號(hào)燈，不同聲響的音響設(shè)備等。

（4）自動(dòng)與手動(dòng)回路。電氣設(shè)備為了提高工作效率，一般都設(shè)有自動(dòng)環(huán)節(jié)，但在安裝、調(diào)試及緊急事故的處理中，控制線路中還需要設(shè)置手動(dòng)環(huán)節(jié)，用于調(diào)試。通過組合開關(guān)或轉(zhuǎn)換開關(guān)等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換。

（5）制動(dòng)停車回路。切斷電路的供電電源，并采取某些制動(dòng)措施，使電動(dòng)機(jī)迅速停車的控制環(huán)節(jié)，如能耗制動(dòng)、電源反接制動(dòng)，倒拉反接制動(dòng)和再生發(fā)電制動(dòng)等。

（6）自鎖及閉鎖回路。啟動(dòng)按鈕松開后，線路保持通電，電氣設(shè)備能繼續(xù)工作的電氣環(huán)節(jié)叫自鎖環(huán)節(jié)，如接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)串聯(lián)在線圈電路中。兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電氣裝置和組件，為了保證設(shè)備運(yùn)行的安全與可靠，只能一臺(tái)通電啟動(dòng)，另一臺(tái)不能通電啟動(dòng)的保護(hù)環(huán)節(jié)，叫閉鎖環(huán)節(jié)。如：兩個(gè)接觸器的動(dòng)斷觸點(diǎn)分別串聯(lián)在對(duì)方線圈電路中。

電氣控制系統(tǒng)圖是電氣線路安裝、調(diào)試、使用與維護(hù)的理論依據(jù)，主要包括電氣原理圖、電氣安裝接線圖、電器元件布置圖。系統(tǒng)中各所用電氣設(shè)備的電氣控制原理，用以指導(dǎo)電氣設(shè)備的安裝和控制系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行工作。

電氣控制系統(tǒng)圖閱讀方法

1、先讀機(jī)．后讀電

先讀機(jī)，就是應(yīng)該先了解生產(chǎn)機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)行情況、工藝要求和操作方法，以便對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行情況有總體了解。后讀電。就是在了解機(jī)械的基礎(chǔ)上進(jìn)而明確對(duì)電力拖動(dòng)的控制要求，為分析電路做好前期準(zhǔn)備。

2、先讀主，后讀輔

先讀主，就是先從主回路開始讀圖。首先，要看清楚機(jī)床設(shè)備由幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的作用，結(jié)合加工工藝與主電路，分析電動(dòng)機(jī)是否有降壓?jiǎn)?dòng)，有無正反轉(zhuǎn)控制，采用何種制動(dòng)方式。其次，要弄清楚用電設(shè)備是由什么電氣元件控制的，有的用刀開關(guān)或組合開關(guān)手動(dòng)控制，有的用按鈕加接觸器或繼電器自動(dòng)控制。

3、化整為零、集零為整

最后進(jìn)行總體檢查，先經(jīng)過“化整為零”，逐步分析每一局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系后。再用“集零為整”的方法檢查整個(gè)控制線路。以免遺漏"sup--normal" data-sup="4" data-ctrmap=":4,"> [4]

電氣控制系統(tǒng)必須在安全可靠的前提下來滿足生產(chǎn)工藝要求。為此，在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行中，必須充分考慮系統(tǒng)發(fā)生各種故障和不正常情況的可能性，在控制系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)保護(hù)裝置。保護(hù)環(huán)節(jié)是所有電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分。對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)常用的保護(hù)環(huán)節(jié)如下所示：

電氣控制系統(tǒng)短路保護(hù)

當(dāng)電器或線路發(fā)生絕緣遭到損壞、負(fù)載短路、接線錯(cuò)誤等情況時(shí)就會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象。短路時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)故障電流可達(dá)到額定電流的十幾倍到幾十倍，使電氣設(shè)備或配電線路因過電流而損壞，甚至?xí)螂娀《鸹馂?zāi)。短路保護(hù)要求具有瞬時(shí)特性，即要求在很短時(shí)間內(nèi)切斷電源。短路保護(hù)常用的方法有熔斷器保護(hù)和低壓斷路器保護(hù)。

電氣控制系統(tǒng)過電流保護(hù)

過電流保護(hù)是區(qū)別于短路保護(hù)的一種電流型保護(hù)。所謂過電流是指電動(dòng)機(jī)或電器元件超過其額定電流的運(yùn)行狀態(tài)，一般比短路電流小，不超過6倍額定電流。在過電流情況下，電器元件并不是立即損壞，只要達(dá)到最大允許溫升之前電流值能恢復(fù)正常，還是允許的。但過大的沖擊負(fù)載，使電動(dòng)機(jī)流過過大的沖擊電流，以致?lián)p壞電動(dòng)機(jī)。同時(shí)，過大的電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩也會(huì)使機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件受到損壞，因此要瞬時(shí)切斷電源。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生過電流的可能性要比發(fā)生短路要大，特別是在頻繁起動(dòng)和正反轉(zhuǎn)、重復(fù)短時(shí)工作電動(dòng)機(jī)中更是如此。

過電流保護(hù)常用過電流繼電器與接觸器配合實(shí)現(xiàn)，即將過電流繼電器線圈串接在被保護(hù)電路中，過電流繼電器常閉觸頭串接在接觸器線圈電路中。當(dāng)電路電流達(dá)到其整定值時(shí)，過電流繼電器動(dòng)作；其常閉觸頭斷開，接觸器線圈斷電釋放，接觸器主觸頭斷開來切斷電動(dòng)機(jī)電源。這種過電流保護(hù)環(huán)節(jié)常用于直流電動(dòng)機(jī)和三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的控制電路中。若過電流繼電器動(dòng)作電源為1.2倍電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，則其亦可實(shí)現(xiàn)電路的短路保護(hù)作用。

電氣控制系統(tǒng)過載保護(hù)

過載保護(hù)是過電流保護(hù)中的一種。過載是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流大于其額定電流，但在1.5倍額定電流以內(nèi)。引起電動(dòng)機(jī)過載的原因很多，如負(fù)載的突然增加、缺相運(yùn)行或電源電壓降低等。若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載運(yùn)行，其繞組的溫升將超過允許值而使絕緣老化、損壞。過載保護(hù)裝置要求具有反時(shí)限特性，且不會(huì)受電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動(dòng)作，所以通常用熱繼電器作過載保護(hù)。當(dāng)有6倍以上額定電流通過熱繼電器時(shí)，需經(jīng)5s后才動(dòng)作，這樣在熱繼電器未動(dòng)作前，可能先燒壞熱繼電器的發(fā)熱元件，所以在使用熱繼電器作過載保護(hù)時(shí)，還必須裝有熔斷器或低壓斷路器的短路保護(hù)裝置。由于過載保護(hù)特性與過電流保護(hù)不同，故不能用過電流保護(hù)方法來進(jìn)行過載保護(hù)。

還可選用帶斷相保護(hù)的熱繼電器來實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。

電氣控制系統(tǒng)失電壓保護(hù)

電動(dòng)機(jī)應(yīng)在一定的額定電壓下才能正常工作，電壓過高、過低或者工作過程中非人為因素的突然斷電，都可能造成生產(chǎn)機(jī)械損壞或人身事故。因此在電氣控制電路中，應(yīng)根據(jù)要求設(shè)置失電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)和欠電壓保護(hù)。

如果電動(dòng)機(jī)因?yàn)殡娫措妷合Ф＾D(zhuǎn)，一旦電源電壓恢復(fù)，有可能自行啟動(dòng)，造成人身事故或機(jī)械設(shè)備損壞。為防止電壓恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)或電器元件自行投入工作而設(shè)置的保護(hù)，稱為失電壓保護(hù)。采用接觸器和按鈕控制的啟動(dòng)、停止裝置，就具有失電壓保護(hù)作用。這是因?yàn)楫?dāng)電源電壓消失時(shí)，接觸器就會(huì)自動(dòng)釋放而切斷電動(dòng)機(jī)電源；當(dāng)電源電壓恢復(fù)時(shí)，由于接觸器自鎖觸頭已斷開，不會(huì)自行啟動(dòng)。如果不是采用按鈕而是用不能自動(dòng)復(fù)位的手動(dòng)開關(guān)、行程開關(guān)來控制接觸器，必須采用專門的零電壓繼電器進(jìn)行失電壓保護(hù)。工作過程中一旦失電壓，零電壓繼電器釋放，其自鎖電路斷開；電源電壓恢復(fù)時(shí)，不會(huì)自行啟動(dòng)。

電氣控制系統(tǒng)欠電壓保護(hù)

電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電源電壓的降低引起電磁轉(zhuǎn)矩下降，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，轉(zhuǎn)速下降，電動(dòng)機(jī)電流增大。此外，由于電壓的降低引起控制電器釋放，造成電路工作不正常。因此，當(dāng)電源電壓降低到60%~80%額定電壓時(shí)，需要將電動(dòng)機(jī)電源切除而停止工作，這種保護(hù)稱欠電壓保護(hù)。

除上述采用接觸器及按鈕控制方式，利用接觸器本身的欠電壓保護(hù)作用外，還可采用欠電壓保護(hù)，欠電壓繼電器的吸合電壓通常整定為（0.8~0.85）

電氣控制系統(tǒng)過電壓保護(hù)

電磁鐵、電磁吸盤等大電感負(fù)載及直流電磁機(jī)構(gòu)、直流繼電器等，在電流通斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使電磁線圈絕緣擊穿而損壞。因此，必須采用過電壓保護(hù)措施。通常過電壓保護(hù)是在線圈兩端并聯(lián)一個(gè)電阻、電阻與電容串接或二極管與電阻串聯(lián)，形成一個(gè)放電回路，實(shí)現(xiàn)電壓的保護(hù)。

電氣控制系統(tǒng)弱磁保護(hù)

直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)的過度減少會(huì)引起電動(dòng)機(jī)超速，需設(shè)置弱磁保護(hù)。這種保護(hù)是通過在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈回路中串入欠電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若勵(lì)磁電流過小，欠電流繼電器釋放，其觸頭斷開電動(dòng)機(jī)電樞回路線路接觸器線圈電路，接觸器線圈斷電釋放，接觸器主觸頭斷開電動(dòng)機(jī)電樞回路，電動(dòng)機(jī)斷開電源，達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的。

電氣控制系統(tǒng)其他保護(hù)

除上述保護(hù)外，還有超速保護(hù)、行程保護(hù)、油壓（水壓）保護(hù)等，這些都是在控制電路中串接上一個(gè)受這些參量控制的常開觸頭或常閉觸頭來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制電路的控制。這些裝置有離心開關(guān)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、行程開關(guān)、壓力繼電器等。

電氣控制電路發(fā)生故障后，輕者使電氣設(shè)備不能工作，影響生產(chǎn)等，重者會(huì)造成人身傷害事故。因此，要求在發(fā)生故障后，必須及時(shí)查明原因并迅速排除。故障檢修時(shí)，大體上可按下列幾個(gè)步驟操作：

電氣控制系統(tǒng)觀察調(diào)查故障

電氣故障是多種多樣的，例如同一故障可能有不同的故障現(xiàn)象，不同類故障可能是同種故障現(xiàn)象。這種故障現(xiàn)象的同一性和多樣性，給查找故障帶來了困難。但是，故障現(xiàn)象是查找電氣故障的基本依據(jù)，是查找電氣故障的起點(diǎn)，因而要仔細(xì)觀察并分析故障現(xiàn)象，找出故障現(xiàn)象中最主要的、最典型的方面，搞清故障發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境等。

電氣控制系統(tǒng)分析故障原因

根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，是查找電氣故障的關(guān)鍵。分析的基礎(chǔ)的電工基本理論，是對(duì)電氣設(shè)備的構(gòu)造、原理、性能的充分理解，是實(shí)際故障的結(jié)合。某一故障產(chǎn)生的原因可能很多，重要的是在眾多原因中找出最主要的原因。

在分析電氣設(shè)備故障時(shí)，常常需要用到以下方法：

（1）狀態(tài)分析法。

（2）圖形分析法。

（3）單元分析法。

（4）回路分析法。

（5）推理分析法。

（6）簡(jiǎn)化分析法。

（7）樹形分析法。

（8）計(jì)算機(jī)輔助分析法。

電氣控制系統(tǒng)確定故障部位

確定故障部位是查找電氣設(shè)備故障的最終目的。確定故障部位可理解成確定設(shè)備的故障點(diǎn)，如短路點(diǎn)、損壞元件等，也可理解為確定某些運(yùn)行參數(shù)的變異，如電壓波動(dòng)、三相不平衡等。

確定故障部位是對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行周密的考察和細(xì)致分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在這一過程中，往往要采用多種手段和方法，可采用如下方法：

（1）調(diào)查研究法。

（2）通電試驗(yàn)法。

（3）測(cè)量法。

（4）類比法。