第4章电气控制线路的设计及元器件选择

第第 44 章章电气控制线路的设计及元器件选电气控制线路的设计及元器件选择择

44 ．． 1 1 电气控制线路设计的主要内电气控制线路设计的主要内容容

44 ．． 2 2 电气控制线路的设计电气控制线路的设计 44 ．． 3 3 常用电器元件的选择常用电器元件的选择

本章介绍本章介绍 :: 继电接触器电控线路设计方法，包括设计内容、一般程序、继电接触器电控线路设计方法，包括设计内容、一般程序、设计原则、设计方法和步骤，电控系统的安装、调试方法。设计原则、设计方法和步骤，电控系统的安装、调试方法。

4.1 4.1 设计的主要内容设计的主要内容基本任务：基本任务：根据控制要求，设计、编制出设备制造和使用维修过程中根据控制要求，设计、编制出设备制造和使用维修过程中

所必须的图纸、资料，包括电气原理图、元件布置图、电气安装接线所必须的图纸、资料，包括电气原理图、元件布置图、电气安装接线图、电气箱图及控制面板等，编制外购件目录、单台消耗清单、设备图、电气箱图及控制面板等，编制外购件目录、单台消耗清单、设备说明书等资料。说明书等资料。

设计：设计：原理设计、工艺设计。原理设计、工艺设计。以电力拖动控制系统为例说明。以电力拖动控制系统为例说明。 4.1.1 4.1.1 原理设计内容原理设计内容 1.1. 拟定电气设计任务书拟定电气设计任务书 (( 技术条件技术条件 )) ；； 2.2. 确定电力拖动方案确定电力拖动方案 (( 电气传动形式电气传动形式 )) 及控制方案；及控制方案； 3.3. 选择电动机，包括类型、电压等级、容量及转速，并选择出具体型选择电动机，包括类型、电压等级、容量及转速，并选择出具体型

号；号； 4.4. 设计电气控制原理框图，包括主电路、控制电路和辅助控制电路，设计电气控制原理框图，包括主电路、控制电路和辅助控制电路，

确定各部分间关系，拟订各部分技术要求。确定各部分间关系，拟订各部分技术要求。

第第 44章电气控制线路的设计及元器件选章电气控制线路的设计及元器件选择择

5.5. 设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数；设计并绘制电气原理图，计算主要技术参数； 6.6. 选择电器元件，制定电机和电器元件明细表。以及装置易损件及备用件清选择电器元件，制定电机和电器元件明细表。以及装置易损件及备用件清

单；单； 7.7. 编写设计说明书。编写设计说明书。 4.1.2 4.1.2 工艺设计内容工艺设计内容主要目的：主要目的：便于组织电气控制装置的制造，实现所要求的各项技术指标，为便于组织电气控制装置的制造，实现所要求的各项技术指标，为

设备使用、维修提供必要的图纸资料。设备使用、维修提供必要的图纸资料。主要内容：主要内容： 1.1. 根据原理图及选定的电器元件，设计电气设备的总体配置，绘制系统的总根据原理图及选定的电器元件，设计电气设备的总体配置，绘制系统的总

装配图及总接线图。装配图及总接线图。 2.2. 按照电气原理框图或划分的组件，对总原理图编号、绘制各组件原理电路按照电气原理框图或划分的组件，对总原理图编号、绘制各组件原理电路

图，列出元件目录表，标出各组件进出线号；图，列出元件目录表，标出各组件进出线号； 3.3. 根据各组件原理电路及选定元件目录表，设计各组件装配图根据各组件原理电路及选定元件目录表，设计各组件装配图 (( 包括电器元包括电器元

件布置图和安装图件布置图和安装图 )) 、接线图、接线图 .. 4.4. 根据组件安装要求，绘制零件图纸，并标明技术要求根据组件安装要求，绘制零件图纸，并标明技术要求 .. 5.5. 设计电气箱，根据组件尺寸及安装要求，确定电气箱结构与外形尺寸设计电气箱，根据组件尺寸及安装要求，确定电气箱结构与外形尺寸 .. 6.6. 根据总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，进行汇总，分别列根据总原理图、总装配图及各组件原理图等资料，进行汇总，分别列


出外购件清单、标准件清单以及主要材料消耗定额出外购件清单、标准件清单以及主要材料消耗定额 .. 7.7. 编写使用说明书。编写使用说明书。实际操作时，根据总体技术要求和系统复杂程度实际操作时，根据总体技术要求和系统复杂程度 ,, 对上述步骤适当调整。对上述步骤适当调整。 4.2 4.2 电气控制线路的设计电气控制线路的设计 4.2.14.2.1 设计的基本原则设计的基本原则在电力拖动方案和控制方案确定后，即可着手进行电控线路具体设计。在电力拖动方案和控制方案确定后，即可着手进行电控线路具体设计。电控系统设计一般应遵循以下原则：电控系统设计一般应遵循以下原则： 11 ．最大限度满足生产机械和工艺对电控系统的要求．最大限度满足生产机械和工艺对电控系统的要求首先弄清设备需满足的生产工艺要求，对设备工作情况作全面了解。深首先弄清设备需满足的生产工艺要求，对设备工作情况作全面了解。深

入现场调研，收集资料，结合技术人员及现场操作人员经验，作为设计入现场调研，收集资料，结合技术人员及现场操作人员经验，作为设计基础。基础。

22 ．在满足生产工艺要求前提下，力求使控制线路简单、经济．在满足生产工艺要求前提下，力求使控制线路简单、经济（（ 11 ）尽量选用标准电器元件，减少电器元件数量）尽量选用标准电器元件，减少电器元件数量 ,, 选用同型号电器元选用同型号电器元

件以减少备用品数量。件以减少备用品数量。（（ 22 ）尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节或基本电控）尽量选用标准的、常用的或经过实践考验的典型环节或基本电控

线路。线路。


（（ 33 ）尽量减少不必要的触点，以简化线路。）尽量减少不必要的触点，以简化线路。在满足工艺要求前提下，元件越少，触点数量越少，线路越简单。可提在满足工艺要求前提下，元件越少，触点数量越少，线路越简单。可提

高工作可靠性，降低故障率。高工作可靠性，降低故障率。常用减少触点数目的方法：常用减少触点数目的方法： ① ① 合并同类触点合并同类触点见图见图 4-14-1 示示 .. ② ② 利用转换触点方式利用转换触点方式见图见图 4-24-2 示示。。

图图 4-1 4-1 同类触点合并图同类触点合并图 4-24-2 具有转换触点的中间继电器的应具有转换触点的中间继电器的应用用


③ ③ 利用二极管的单向导电性减少触点数目。利用二极管的单向导电性减少触点数目。见图见图 4-34-3示示 .. ④ ④ 利用逻辑代数的方法减少触点数目。利用逻辑代数的方法减少触点数目。如图如图 4-4(4-4(a)a)示示 ..

图图 4-3 4-3 利用二极管简化控制电路图利用二极管简化控制电路图 4-4 4-4 利用逻辑代数减少触利用逻辑代数减少触点点

（（ 44 ）尽量缩短连接导线的数量和长度）尽量缩短连接导线的数量和长度设计时，应根据实际情况，合理考虑并安排电气设备和元件的位置及实设计时，应根据实际情况，合理考虑并安排电气设备和元件的位置及实

际连线，使连接导线数量最少，长度最短。际连线，使连接导线数量最少，长度最短。图图 4-54-5 中中，，图图 ((a)a) 接线不合理，从电气柜到操作台需接线不合理，从电气柜到操作台需 44 根导线。图根导线。图 ((b)b)

接线合理，从电气柜到操作台只需接线合理，从电气柜到操作台只需 33 根导线。根导线。


注意：注意：同一电器的不同触点在线路中应尽可能具有公共连接线。以减少同一电器的不同触点在线路中应尽可能具有公共连接线。以减少

导线段数和缩短导线长度，如图导线段数和缩短导线长度，如图 4-64-6 示示 ..

图图 4-5 4-5 线路的合理连接图线路的合理连接图 4-6 4-6 节省连接导线的方法节省连接导线的方法（（ 55 ）线路工作时，除必要的电器元件必须通电外，其余尽量不通电以）线路工作时，除必要的电器元件必须通电外，其余尽量不通电以

节约电能。如图节约电能。如图 4-74-7 示示 .. 33 ．保证电控线路工作可靠．保证电控线路工作可靠最主要的是选择可靠的电器元件。同时，设计时要注意几点：最主要的是选择可靠的电器元件。同时，设计时要注意几点：（（ 11 ）正确连接电器元件的触点）正确连接电器元件的触点


图图 4-7 4-7 减少通电电器的线路图减少通电电器的线路图 4-8 4-8 触点的正确连接触点的正确连接同一电器元件的常开和常闭触点靠得很近，如果分别接在电源不同相上，同一电器元件的常开和常闭触点靠得很近，如果分别接在电源不同相上，

当触点断开产生电弧时，可能在两触点间形成飞弧造成电源短路。当触点断开产生电弧时，可能在两触点间形成飞弧造成电源短路。图图 4-8(4-8(a)a) 中中 SQSQ 的接法错误的接法错误 ,, 应改成图应改成图 4-8(4-8(b)b) 形式形式 .. （（ 22 ）正确连接电器线圈）正确连接电器线圈 ① ① 在交流线路中，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也不允许在交流线路中，即使外加电压是两个线圈额定电压之和，也不允许两个电器元件的线圈串联，如图两个电器元件的线圈串联，如图 4-94-9（（ aa ））示示。。


若需两个电器同时工作，其线圈应并联连接，如图若需两个电器同时工作，其线圈应并联连接，如图 4-9(4-9(b)b)示示 ..

图图 4-9 4-9 线圈的正确连接图线圈的正确连接图 4-10 4-10 电磁铁与继电器线圈的连接电磁铁与继电器线圈的连接 ② ② 两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联两电感量相差悬殊的直流电压线圈不能直接并联 ,,如图如图 4-10(4-10(a)a) 示示。。解决办法：在解决办法：在 KAKA 线圈电路中单独串接线圈电路中单独串接 KMKM 的常开触点，如图的常开触点，如图 4-10(4-10(b)b)示。示。（（ 33 ）避免出现寄生电路）避免出现寄生电路线路工作时，发生意外接通的电路称为寄生电路。线路工作时，发生意外接通的电路称为寄生电路。寄生电路破坏电器元件和控制线路的工作顺序或造成误动作。见图寄生电路破坏电器元件和控制线路的工作顺序或造成误动作。见图 4-4-

11(11(a).a). 解决办法：将指示灯与其相应的接触器线圈并联，如图解决办法：将指示灯与其相应的接触器线圈并联，如图 4-11(4-11(b)b)示。示。（（ 44 ）应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一电器的现象。）应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一电器的现象。


图图 4-14-1l l 防止寄生电路防止寄生电路（（ 55 ）在可逆线路中，正反向接触器间要有电气联锁和机械联锁。）在可逆线路中，正反向接触器间要有电气联锁和机械联锁。（（ 66 ）线路应能适应所在电网的情况，）线路应能适应所在电网的情况，并据此决定电动机起动方式是直接起并据此决定电动机起动方式是直接起

动还是间接起动。动还是间接起动。（（ 77 ）应充分考虑继电器触点的接通和分断能力。）应充分考虑继电器触点的接通和分断能力。若要增加接通能力，可用若要增加接通能力，可用多触点并联；若要增加分断能力，可用多触点串联。多触点并联；若要增加分断能力，可用多触点串联。

44 ．保证电控线路工作的安全性．保证电控线路工作的安全性应有完善的保护环节，保证设备安全运行。常用有短路、过流、过载、失压、应有完善的保护环节，保证设备安全运行。常用有短路、过流、过载、失压、弱磁、超速、极限保护等。弱磁、超速、极限保护等。


((11 ）短路保护）短路保护强大的短路电流容易引起各种电气设备和元件的绝缘损坏及机械损坏。强大的短路电流容易引起各种电气设备和元件的绝缘损坏及机械损坏。因此，短路时应迅速可靠地切断电源。因此，短路时应迅速可靠地切断电源。

采用熔断器作短路保护的电路见图采用熔断器作短路保护的电路见图 4-124-12 。。也可用断路器（自动开关）作短路保护，也可用断路器（自动开关）作短路保护，兼有过载保护功能。兼有过载保护功能。

图图 4-12 4-12 熔断器短路保护熔断器短路保护（（ 22 ）过电流保护）过电流保护不正确的启动和过大的负载引起电动机很大的过电流；过大的冲击负载不正确的启动和过大的负载引起电动机很大的过电流；过大的冲击负载引起电动机过大的冲击电流，损坏电动机换向器；过大的电动机转矩使引起电动机过大的冲击电流，损坏电动机换向器；过大的电动机转矩使生产机械的机械传动部分受到损坏。生产机械的机械传动部分受到损坏。

采用过电流继电器的保护电路见图采用过电流继电器的保护电路见图 4-13(4-13(a),a), 继电器动作值一般整定为继电器动作值一般整定为电动机启动电流的电动机启动电流的 1.21.2 倍。倍。


用于笼型电动机直接启动的过流保护见图用于笼型电动机直接启动的过流保护见图 4-13 4-13 ((b).b).

图图 4-13 4-13 过电流保护过电流保护（（ 33 ）过载保护）过载保护电动机长期过载运行，其绕组温升将超过允许值，损坏电动机。电动机长期过载运行，其绕组温升将超过允许值，损坏电动机。多采用具有反时限特性的热继电器进行保护，同时装有熔断器或过流继多采用具有反时限特性的热继电器进行保护，同时装有熔断器或过流继

电器配合使用。如图电器配合使用。如图 4-144-14 示示。。图图 ((a)a) 适于三相均衡过载的保护。图适于三相均衡过载的保护。图 ((b)b) 适于任一相断线或三相均衡适于任一相断线或三相均衡

过载的保护。图过载的保护。图 ((c)c) 为三相保护，能可靠地保护电动机的各种过载。为三相保护，能可靠地保护电动机的各种过载。图图 ((b)b) 和图和图 ((c)c) 中，如电动机定子绕组为三角形联接，应采用差动式中，如电动机定子绕组为三角形联接，应采用差动式热继电器。热继电器。


图图 4-14 4-14 过载保护图过载保护图 4-15 4-15 失压保护失压保护（（ 44 ）失压保护）失压保护防止电压恢复时电动机自行起动的保护称为失压保护。防止电压恢复时电动机自行起动的保护称为失压保护。通过并联在启动按钮上接触器的常开触点通过并联在启动按钮上接触器的常开触点 (( 图图 4-15(4-15(a))a)) ，，或通过并联或通过并联

在主令控制器的零位常开触点上的零压继电器的常开触点在主令控制器的零位常开触点上的零压继电器的常开触点 (( 图图 4-4-15(15(b))b)) ，，来实现失压保护。来实现失压保护。

（（ 55 ）弱磁保护）弱磁保护直流并励电动机、复励电动机在励磁减弱或消失时，会引起电动机“飞直流并励电动机、复励电动机在励磁减弱或消失时，会引起电动机“飞车”。必须加弱磁保护。车”。必须加弱磁保护。

采用弱磁继电器，吸合电流一般为额定励磁电流的采用弱磁继电器，吸合电流一般为额定励磁电流的 00 ．． 88 倍倍 ..


（（ 66 ）极限保护）极限保护对直线运动的生产机械常设极限保护。如上、下极限，前、后极限等。对直线运动的生产机械常设极限保护。如上、下极限，前、后极限等。

常用行程开关的常闭触点来实现常用行程开关的常闭触点来实现 .. （（ 77 ）其他保护）其他保护根据实际情况设置，如温度、水位、欠压等保护环节。根据实际情况设置，如温度、水位、欠压等保护环节。 55 ．应使操作、维护、检修方便．应使操作、维护、检修方便具体安装与配线时，电器元件应留备用触点，必要时留备用元件；为检具体安装与配线时，电器元件应留备用触点，必要时留备用元件；为检

修方便，应设置电气隔离，避免带电检修；为调试方便，控制应简单，修方便，应设置电气隔离，避免带电检修；为调试方便，控制应简单，能迅速实现从一种方式到另一种方式的转换。能迅速实现从一种方式到另一种方式的转换。

设置多点控制，便于在生产机械旁调试；操作回路较多时，如要求正反设置多点控制，便于在生产机械旁调试；操作回路较多时，如要求正反转并调速，应采用主令控制器，不要用许多按钮转并调速，应采用主令控制器，不要用许多按钮 ..

4.2.2 4.2.2 电气控制线路设计的基本规律电气控制线路设计的基本规律设计程序：设计程序： 1.1. 拟定设计任务书拟定设计任务书设计任务书是整个系统设计的依据，拟定时，应聚集电气、机械工艺、设计任务书是整个系统设计的依据，拟定时，应聚集电气、机械工艺、

机械结构三方面设计人员，根据机械设备总体技术要求，共同商讨机械结构三方面设计人员，根据机械设备总体技术要求，共同商讨。。任务书应简要说明所设计设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传任务书应简要说明所设计设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传

动要求、工作条件、使用环境等。还应说明动要求、工作条件、使用环境等。还应说明 ::


（（ 11 ）控制精度，生产效率要求；）控制精度，生产效率要求；（（ 22 ）有关电力拖动的基本特性，如电动机的数量、用途、负载特）有关电力拖动的基本特性，如电动机的数量、用途、负载特

性、调速范围以及对反向、起动和制动的要求等；性、调速范围以及对反向、起动和制动的要求等；（（ 33 ）用户供电系统的电源种类，电压等级、频率及容量等要求；）用户供电系统的电源种类，电压等级、频率及容量等要求；（（ 44 ）有关电气控制的特性，如自动控制的电气保护，联锁条件，）有关电气控制的特性，如自动控制的电气保护，联锁条件，

动作程序等；动作程序等；（（ 55 ）其他要求，如主要电气设备的布置草图，照明，信号指示，）其他要求，如主要电气设备的布置草图，照明，信号指示，报警方式等；报警方式等；

（（ 66 ）目标成本及经费限额）目标成本及经费限额 ;; （（ 77 ）验收标准及方式）验收标准及方式 .. 2.2. 电力拖动方案与控制方式选择电力拖动方案与控制方式选择根据生产工艺要求，生产机械结构，运动部件数量、运动要求、负根据生产工艺要求，生产机械结构，运动部件数量、运动要求、负载特性、调速要求以及投资额等条件，确定电动机的类型、数量、载特性、调速要求以及投资额等条件，确定电动机的类型、数量、拖动方式，拟定电动机的启动、运行、调速、转向、制动等控制要拖动方式，拟定电动机的启动、运行、调速、转向、制动等控制要求。作为电气原理图设计及电器元件选择的依据求。作为电气原理图设计及电器元件选择的依据 ..


3.3. 电动机的选择电动机的选择根据拖动方案，选择电动机的类型、数量、结构形式以及容量，额定电根据拖动方案，选择电动机的类型、数量、结构形式以及容量，额定电

压，额定转速等。压，额定转速等。基本原则基本原则 :: （（ 11 ）电动机机械特性应满足生产机械要求，与负载特性相适应，保证）电动机机械特性应满足生产机械要求，与负载特性相适应，保证运行稳定性、有一定调速范围与良好的起、制动性能；运行稳定性、有一定调速范围与良好的起、制动性能；

（（ 22 ）结构形式应满足设计提出的安装要求，适应周围环境；）结构形式应满足设计提出的安装要求，适应周围环境；（（ 33 ）根据负载和工作方式，正确选择电动机容量；）根据负载和工作方式，正确选择电动机容量； ① ① 对于恒定负载长期工作制的电动机，应保证电动机额定功率等于或对于恒定负载长期工作制的电动机，应保证电动机额定功率等于或大于负载所需功率；大于负载所需功率；

② ② 对于变动负载长期工作制电动机，应保证负载变到最大时，电动机对于变动负载长期工作制电动机，应保证负载变到最大时，电动机仍能给出所需功率，而电动机温升不超过允许值；仍能给出所需功率，而电动机温升不超过允许值；

③ ③ 对于短时工作制电动机，应按照电动机过载能力来选择；对于短时工作制电动机，应按照电动机过载能力来选择； ④ ④ 对于重复短时工作制电动机，原则上可按电动机在一个工作循环内对于重复短时工作制电动机，原则上可按电动机在一个工作循环内

的平均功耗来选择；的平均功耗来选择；（（ 44 ）电动机电压：应根据使用地点的电源电压来决定。）电动机电压：应根据使用地点的电源电压来决定。（（ 55 ）在无特殊要求的场合，一般采用交流电动机。）在无特殊要求的场合，一般采用交流电动机。


4.4. 电气控制方案的确定电气控制方案的确定综合考虑各方案的性能，设备投资、使用周期、维护检修、发展等因素综合考虑各方案的性能，设备投资、使用周期、维护检修、发展等因素 .. 主要原则：主要原则：（（ 11 ）自动化程度与国情相适应）自动化程度与国情相适应尽可能选用最新科技，同时要与企业自身经济实力相适应。尽可能选用最新科技，同时要与企业自身经济实力相适应。（（ 22 ）控制方式应与设备的通用及专用化相适应）控制方式应与设备的通用及专用化相适应对工作程序固定的专用设备，可采用继电接触器控制系统；对工作程序固定的专用设备，可采用继电接触器控制系统；对要求较复杂的控制对象或要求经常变换工序和加工对象的设备，可采对要求较复杂的控制对象或要求经常变换工序和加工对象的设备，可采

用可编程序控制器控制系统。用可编程序控制器控制系统。（（ 33 ）控制方式随控制过程的复杂程度而变化）控制方式随控制过程的复杂程度而变化根据控制要求及控制过程的复杂程度，可采用分散控制或集中控制方案，根据控制要求及控制过程的复杂程度，可采用分散控制或集中控制方案，但各单机的控制方式和基本控制环节应尽量一致，以简化设计和制造过但各单机的控制方式和基本控制环节应尽量一致，以简化设计和制造过程。程。

（（ 44 ）控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度地满）控制系统的工作方式，应在经济、安全的前提下，最大限度地满足工艺要求。足工艺要求。

控制方案选择，还应考虑采用自动、半自动循环，工序变更、联锁、安控制方案选择，还应考虑采用自动、半自动循环，工序变更、联锁、安全保护、故障诊断、信号指示、照明等。全保护、故障诊断、信号指示、照明等。


5.5. 设计电气原理图并合理选择元器件，编制元器件目录清单。设计电气原理图并合理选择元器件，编制元器件目录清单。 6.6. 设计制造、安装、调试所必须的各种施工图纸，并以此为依据编制各设计制造、安装、调试所必须的各种施工图纸，并以此为依据编制各种材料定额清单。种材料定额清单。

7.7. 编写说明书编写说明书 .. 4.2.3 4.2.3 电气控制线路的设计步骤和方法电气控制线路的设计步骤和方法常用方法：常用方法：经验设计法，逻辑设计法。经验设计法，逻辑设计法。 1.1. 经验设计法经验设计法又称为一般设计法、分析设计法。根据生产机械工艺要求和生产过程，选又称为一般设计法、分析设计法。根据生产机械工艺要求和生产过程，选

择适当的基本环节（单元电路）或典型电路综合而成。择适当的基本环节（单元电路）或典型电路综合而成。要求设计人员必须熟悉和掌握大量的基本环节和典型电路，具有丰富的实要求设计人员必须熟悉和掌握大量的基本环节和典型电路，具有丰富的实

际设计经验。际设计经验。适用于不太复杂的（继电接触式）电气控制线路设计适用于不太复杂的（继电接触式）电气控制线路设计 .. （（ 11 ）基本步骤）基本步骤 ① ① 主电路设计：主电路设计：主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动和调速。主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动和调速。 ② ② 控制电路设计：控制电路设计：包括基本控制线路和特殊部分的设计，以及选择控制包括基本控制线路和特殊部分的设计，以及选择控制

参量和确定控制原则。参量和确定控制原则。


主要考虑如何满足电动机的各种运转功能和生产工艺要求。主要考虑如何满足电动机的各种运转功能和生产工艺要求。 ③ ③ 联结各单元环节联结各单元环节，构成满足整机生产工艺要求的控制电路。，构成满足整机生产工艺要求的控制电路。 ④ ④ 联锁保护环节设计：联锁保护环节设计：主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包含各主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包含各种联锁环节以及短路、过载、过流、失压等保护。种联锁环节以及短路、过载、过流、失压等保护。

⑤ ⑤ 线路的综合审查：线路的综合审查：反复审查所设计的线路是否满足设计原则和生产工反复审查所设计的线路是否满足设计原则和生产工艺要求。在条件允许情况下，进行模拟实验，逐步完善设计，直至满足艺要求。在条件允许情况下，进行模拟实验，逐步完善设计，直至满足要求。要求。

（（ 22 ）基本方法）基本方法 ① ① 根据生产机械工艺要求和工作过程，适当选用已有典型基本环节根据生产机械工艺要求和工作过程，适当选用已有典型基本环节 ,, 将将它们有机地组合起来，加以适当补充和修改，综合成所需线路。它们有机地组合起来，加以适当补充和修改，综合成所需线路。

② ② 若无合适的典型环节，则根据机械工艺要求和生产过程自行设计若无合适的典型环节，则根据机械工艺要求和生产过程自行设计 ,, 边边分析边画图，将输入主令信号适当转换，得到执行元件所需的工作信号。分析边画图，将输入主令信号适当转换，得到执行元件所需的工作信号。随时增减电器元件和触点，满足给定的工作条件。随时增减电器元件和触点，满足给定的工作条件。

（（ 33 ）经验设计法举例）经验设计法举例以皮带运输机为例。以皮带运输机为例。一种连续平移运输机械，常用于粮库、矿山等的生产流水线上，将粮食、一种连续平移运输机械，常用于粮库、矿山等的生产流水线上，将粮食、矿石等从一个地方运到另一个地方。一般由多条皮带机组成，可以改变矿石等从一个地方运到另一个地方。一般由多条皮带机组成，可以改变运输的方向和斜度。运输的方向和斜度。


属长期工作制，不需调速，无特殊要求，也不需反转。拖动电机多采用属长期工作制，不需调速，无特殊要求，也不需反转。拖动电机多采用笼型异步电动机。若考虑事故情况下可能有重载启动，要求启动转矩大，笼型异步电动机。若考虑事故情况下可能有重载启动，要求启动转矩大，可由双笼型异步电动机或绕线型异步电动机拖动，也可二者配合使用。可由双笼型异步电动机或绕线型异步电动机拖动，也可二者配合使用。

以三条皮带运输机为例，见图以三条皮带运输机为例，见图 4-164-16 。。 ① ① 工艺要求工艺要求 ((a) a) 启动顺序为启动顺序为 3#3# 、、 2#2# 、、 1#1# ，并要有一定时间间隔，以免货物在皮，并要有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积，造成后面皮带重载启动。带上堆积，造成后面皮带重载启动。

((b) b) 停车顺序为停车顺序为 1#1# ，， 2#2# 、、 3#3# ，保证停车后皮带上不残存货物。，保证停车后皮带上不残存货物。 ((c) c) 不论不论 2#2# 或或 3#3# 哪一个出故障，哪一个出故障， 1#1# 必必须停车，以免继续进料，造成货物堆须停车，以免继续进料，造成货物堆积。积。 ((d) d) 必要的保护。必要的保护。 ② ② 主电路设计主电路设计图图 4-16 4-16 皮带运输机工作示意图皮带运输机工作示意图三条皮带分别由三台电机拖动，均采用笼型异步电机。由于电网容量足三条皮带分别由三台电机拖动，均采用笼型异步电机。由于电网容量足够大，且三台电机不同时起动，故采用直接启动。由于不经常启动、制够大，且三台电机不同时起动，故采用直接启动。由于不经常启动、制动，对于制动时间和停车准确度也无特殊要求，制动时采用自由停车。动，对于制动时间和停车准确度也无特殊要求，制动时采用自由停车。


三台电机都用熔断器作短路保护，用热继电器作过载保护。由此，设计三台电机都用熔断器作短路保护，用热继电器作过载保护。由此，设计出主电路如图出主电路如图 4-174-17 示示 ..

图图 4-17 4-17 皮带运输机主电路图皮带运输机主电路图 ③ ③ 基本控制电路设计基本控制电路设计三台电机由三个接触器控制启、停。启动顺序为三台电机由三个接触器控制启、停。启动顺序为 3#3# 、、 2#2# 、、 1#1# ，可用，可用

3#3# 接触器的常开（动合）触点控制接触器的常开（动合）触点控制 2#2# 接触器线圈，用接触器线圈，用 2#2# 接触器常开接触器常开触点控制触点控制 1#1# 接触器线圈。制动顺序为接触器线圈。制动顺序为 1#1# 、、 2#2# 、、 3#3# ，用，用 1#1# 接触器常接触器常开触点与控制开触点与控制 2#2# 接触器的常闭（动断）按钮并联，用接触器的常闭（动断）按钮并联，用 2#2# 接触器常开触接触器常开触点与控制点与控制 3#3# 接触器的常闭按钮并联。基本控制线路如图接触器的常闭按钮并联。基本控制线路如图 4-184-18示示。。

可见，只有可见，只有 KM3KM3 动作后，按下动作后，按下 SB3SB3 ，， KM2KM2 线圈才能通电动作，然后按线圈才能通电动作，然后按下下 SB1SB1 、、 KM1KM1 线圈通电动作，实现了电动机的顺序起动。线圈通电动作，实现了电动机的顺序起动。


图图 4-18 4-18 控制电路的基本部分控制电路的基本部分同理，只有同理，只有 KM1KM1 断电释放，按下断电释放，按下 SB4SB4 ，， KM2KM2 线圈才能断电，然后按下线圈才能断电，然后按下

SB6SB6 ，， KM3KM3 线圈断电，实现电动机的顺序停车。线圈断电，实现电动机的顺序停车。 ④④ 控制线路特殊部分设计控制线路特殊部分设计为实现自动控制，皮带运输机启动和停车可用行程参量或时间参量控制。为实现自动控制，皮带运输机启动和停车可用行程参量或时间参量控制。由于皮带是回转运动，检测行程比较困难，而用时间参量比较方便。所由于皮带是回转运动，检测行程比较困难，而用时间参量比较方便。所以，以时间为变化参量，利用时间继电器作输出器件的控制信号。以通以，以时间为变化参量，利用时间继电器作输出器件的控制信号。以通电延时的常开触点作启动信号，以断电延时的常开触点作停车信号。为电延时的常开触点作启动信号，以断电延时的常开触点作停车信号。为使三条皮带自动按顺序工作，采用中间继电器使三条皮带自动按顺序工作，采用中间继电器 KAKA ，，线路如图线路如图 4-194-19示示 ..

⑤ ⑤ 设计联锁保护环节设计联锁保护环节


图图 4-19 4-19 控制电路的联锁部分控制电路的联锁部分分析分析 :: 按下按下 SB1SB1 发出停车指令时，发出停车指令时， KT1KT1 、、 KT2KT2 、、 KAKA 同时断电，同时断电， KAKA 常开常开

触点瞬时断开，触点瞬时断开， KM2KM2 、、 KM3KM3 若不加自锁，则若不加自锁，则 KT3KT3 、、 KT4KT4 的延时将不起作的延时将不起作用，用， KM2KM2 、、 KM3KM3 线圈将瞬时断电，电动机不能按顺序停车，所以需加自锁线圈将瞬时断电，电动机不能按顺序停车，所以需加自锁环节。三个热继电器的保护触头均串联在环节。三个热继电器的保护触头均串联在 KAKA 线圈电路中，无论哪一号皮带线圈电路中，无论哪一号皮带机过载，都能按机过载，都能按 1#1#、、 2#2#、、 3#3#顺序停车。线路失压保护由顺序停车。线路失压保护由 KAKA 实现。实现。

⑥ ⑥ 线路综合审查线路综合审查线路工作过程：线路工作过程：按下启动按钮按下启动按钮 SB2SB2 ，， KAKA通电吸合并自锁，通电吸合并自锁， KAKA 常开触点闭合，接通常开触点闭合，接通 KT1KT1

～～ KT4KT4 ，，其中其中 KT1KT1 、、 KT2KT2 为通电延时型，为通电延时型， KT3KT3 、、 KT4KT4 为断电延时为断电延时型，型， KT3KT3 ，， KT4KT4 的常开触点立即闭合，为的常开触点立即闭合，为 KM2KM2 和和 KM3KM3 的线圈通电准备条的线圈通电准备条件。件。 KAKA另一个常开触点闭另一个常开触点闭


图图 4-20 4-20 完整的电路图完整的电路图闭合，与闭合，与 KT4KT4 一起接通一起接通 KM3KM3 ，，电动机电动机 M3M3 首先启动，经一段时间，达到首先启动，经一段时间，达到

KT1KT1 的整定时间，则的整定时间，则 KT1KT1 的常开触点闭合，使的常开触点闭合，使 KM2KM2通电吸合，电动机通电吸合，电动机 M2M2启动，再经一段时间，达到启动，再经一段时间，达到 KT2KT2 的整定时间，则的整定时间，则 KT2KT2 的常开触点闭合，使的常开触点闭合，使KM1KM1通电吸合，电动机通电吸合，电动机 M1M1启动。启动。

按下停止按钮按下停止按钮 SB1SB1 ，， KAKA断电释放，断电释放， 44个时间继电器同时断个时间继电器同时断电，电， KT1KT1 、、 KT2KT2 常开触点立即断开，常开触点立即断开， KM1KM1失电，电动机失电，电动机 M1M1停车。由于停车。由于KM2KM2自锁，所以，只有达到自锁，所以，只有达到 KT3KT3 的整定时间，的整定时间， KT3KT3断开，使断开，使 KM2KM2断电，电断电，电动机动机 M2M2停车，最后，达到停车，最后，达到 KT4KT4 的整定时间，的整定时间， KT4KT4 的常开触点断开，使的常开触点断开，使KM3KM3 线圈断电，电动机线圈断电，电动机 M3M3停车停车 ..


2.2. 逻辑设计法逻辑设计法利用逻辑代数这一数学工具来设计电控线路。将线路中的接触器、继利用逻辑代数这一数学工具来设计电控线路。将线路中的接触器、继

电器等电器元件线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令元件触电器等电器元件线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，主令元件触点的接通与断开等，看成逻辑变量，考虑线路中各逻辑变量间所要满点的接通与断开等，看成逻辑变量，考虑线路中各逻辑变量间所要满足的逻辑关系，用函数关系式表示出来，按照一定方法和步骤设计出足的逻辑关系，用函数关系式表示出来，按照一定方法和步骤设计出符合生产工艺要求的电控线路。符合生产工艺要求的电控线路。

(1)(1) 逻辑代数基础逻辑代数基础 ① ① 逻辑代数中的逻辑变量和逻辑函数逻辑代数中的逻辑变量和逻辑函数又称布尔代数或开关代数。又称布尔代数或开关代数。 ((a) a) 逻辑变量逻辑变量逻辑代数中逻辑代数中 ,, 具有两种互为对立工作状态的物理量称为逻辑变量。如具有两种互为对立工作状态的物理量称为逻辑变量。如

继电器、接触器等电器元件线圈的通电与失电，触点的断开与闭合等，继电器、接触器等电器元件线圈的通电与失电，触点的断开与闭合等，其对立的两种工作状态可采用逻辑“其对立的两种工作状态可采用逻辑“ 0”0” 和“和“ 1”1” 表示。表示。

规定：规定：继电器、接触器等电器元件的线圈、常开（动合）触点为原变继电器、接触器等电器元件的线圈、常开（动合）触点为原变量；常闭（动断）触点为反变量。即：量；常闭（动断）触点为反变量。即：

线圈通电为“线圈通电为“ 1”1” ，失电为“，失电为“ 0”0” ；；常开触点闭合为“常开触点闭合为“ 1”1” ，断开为“，断开为“ 0”0” ；；


常闭触点闭合为“常闭触点闭合为“ 0”0” ，断开为“，断开为“ 1”1” ；；电器元件电器元件 KA1KA1 ，， KA2KA2 …，…，的常开触点分别用的常开触点分别用 KA1KA1 ，， KA2KA2 …，…，表示；表示；

常闭触点则分别用常闭触点则分别用 KA1KA1 ，， KA2KA2 ，…表示；，…表示； ((b) b) 逻辑函数逻辑函数表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量；表示接触器、继电器线表示触点状态的逻辑变量称为输入逻辑变量；表示接触器、继电器线圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输出逻辑变量与输入逻圈等受控元件的逻辑变量称为输出逻辑变量。输出逻辑变量与输入逻辑变量间所满足的相互关系称为逻辑函数关系，简称为逻辑关系。辑变量间所满足的相互关系称为逻辑函数关系，简称为逻辑关系。

② ② 逻辑代数的运算法则逻辑代数的运算法则 ((a) a) 逻辑与——触点串联逻辑与——触点串联能够实现逻辑与运算的电路如图能够实现逻辑与运算的电路如图 4-214-21 示示。。逻辑表达式：逻辑表达式： K=A·B (“·”K=A·B (“·” 为逻辑与运算符号为逻辑与运算符号 )) 含义：只有触点含义：只有触点 AA 与与 BB 都闭合，线圈都闭合，线圈 KK 才得电。才得电。 ((b) b) 逻辑或——触点并联逻辑或——触点并联实现逻辑或运算的电路如图实现逻辑或运算的电路如图 4-224-22 示示。。逻辑表达式：逻辑表达式： K=A+B (“+”K=A+B (“+” 为逻辑或运算符号为逻辑或运算符号 )) 含义：触点含义：触点 AA 与与 BB 只要有一个闭合，线圈只要有一个闭合，线圈 KK 就可得电。就可得电。


图图 4-21 4-21 逻辑与运算电路图逻辑与运算电路图 4-22 4-22 逻辑或运算电路图逻辑或运算电路图 4-23 4-23 逻辑非运算电路逻辑非运算电路 ((c) c) 逻辑非——动断触点逻辑非——动断触点实现逻辑非运算的电路如图实现逻辑非运算的电路如图 4-234-23示示 ((P146)P146) 。。表达式：表达式： K= A (“ ”K= A (“ ” 为逻辑非运算符号为逻辑非运算符号 )) 含义：触点含义：触点 AA 不动作，线圈不动作，线圈 KK 通电。通电。 ③ ③ 基本定理基本定理 ((a) a) 交换律交换律 A·B = B·AA·B = B·A ，， A+B = B+AA+B = B+A (b) (b) 结合律结合律 A·(B·C) = (A·B)·CA·(B·C) = (A·B)·C ，， A+(B+C) = (A+B)+CA+(B+C) = (A+B)+C (c) (c) 分配律分配律 A·(B+C) = A·B+A·CA·(B+C) = A·B+A·C ，， A+(B·C) = (A+B)·(A+C)A+(B·C) = (A+B)·(A+C) (d) (d) 重叠律重叠律 A·A = AA·A = A ，， A+A = AA+A = A (e) (e) 吸收律吸收律 A+AB = AA+AB = A ，， A·(A+B) = AA·(A+B) = A


A+ AB=A+BA+ AB=A+B ，， A +AB =A+BA +AB =A+B (f) (f) 非非律非非律 A = AA = A (g) (g) 反演律反演律 A+B = A* BA+B = A* B ，， A*B = A + B A*B = A + B ④ ④ 逻辑代数化简逻辑代数化简在保证逻辑功能在保证逻辑功能 (( 生产工艺要求生产工艺要求 )) 不变的前提下，运用逻辑代数的定理不变的前提下，运用逻辑代数的定理

和法则将原始表达式化简，得到简化的电控线路图。和法则将原始表达式化简，得到简化的电控线路图。化简时经常用到的常量和变量关系为：化简时经常用到的常量和变量关系为： A+0 = A A·0 = 0A+0 = A A·0 = 0 A+1 = l A·1 = A A+1 = l A·1 = A A+ A = 1 A· A = 0A+ A = 1 A· A = 0 化简时经常用到的方法：化简时经常用到的方法： ((a) a) 合并项法合并项法利用利用 AB+A B =AAB+A B =A ，，将两项合为一项将两项合为一项例：例： AB C+ABC = ABAB C+ABC = AB (b) (b) 吸收法吸收法利用利用 A+AB = AA+AB = A 消去多余的因子。消去多余的因子。例：例： B+ABDF = BB+ABDF = B (c) (c) 消去法消去法利用利用 A+A B = A+BA+A B = A+B 消去多余的因子。消去多余的因子。例：例： A+AB+DEF = A+B+DEFA+AB+DEF = A+B+DEF


(d) (d) 配项法配项法利用逻辑表达式乘以一个“ 利用逻辑表达式乘以一个“ 1”1” 和加上一个“和加上一个“ 0”0” 其其逻辑功能不变来进行化简，即利用逻辑功能不变来进行化简，即利用 A+A = 1A+A = 1 和和 A· A = 0A· A = 0 。。

⑤ ⑤ 继电接触器开关的逻辑函数继电接触器开关的逻辑函数继电接触器开关的逻辑电路，是以检测信号、主令信号、中间单元及输继电接触器开关的逻辑电路，是以检测信号、主令信号、中间单元及输

出逻辑变量的反馈触点作为输入变量，以执行元件作为输出变量而构成出逻辑变量的反馈触点作为输入变量，以执行元件作为输出变量而构成的电路。的电路。

通过图通过图 4-244-24 的启、停自锁电路说明组成继电接触器开关的逻辑函数规律的启、停自锁电路说明组成继电接触器开关的逻辑函数规律 ..

图图 4-24 4-24 启、停自锁电路启、停自锁电路图图 4-24(4-24(a)a) 逻辑函数逻辑函数：： FFkk = SB1+SB2·K = SB1+SB2·K 一般形式：一般形式： FFkk =X =X 开开 ++XX 关关 ·· K (4-1)K (4-1)


图图 4-24(4-24(b)b)逻辑函数：逻辑函数： FFkk = SB2·(SB1+K) = SB2·(SB1+K) 一般形式：一般形式： FFkk = X = X 关关 ((XX 开开 ++K) (4-2)K) (4-2)

式中式中 ,,XX 开开代表开启信号，代表开启信号， XX 关关代表关闭信号代表关闭信号 .. 实际启动、停止、自锁线路，控制一个线圈通、断电的条件往往不止一个。实际启动、停止、自锁线路，控制一个线圈通、断电的条件往往不止一个。

对开启信号，当不只一个主令信号，还必须有其它条件才能开启时，则开对开启信号，当不只一个主令信号，还必须有其它条件才能开启时，则开启主令信号用启主令信号用 XX 开主开主表示，其它条件称为开启约束信号，用表示，其它条件称为开启约束信号，用 XX 开约开约表示。只表示。只有当条件都具备时，开启信号才能开启，则有当条件都具备时，开启信号才能开启，则 XX 开主开主与与 XX 开约开约是逻辑与的关系，是逻辑与的关系，用用 XX 开主开主 ·· XX 开约开约去代替式去代替式 (4-1)(4-1) 、、 (4-2)(4-2) 中的中的 XX 开开 ..

当关断信号不只一个主令信号，还必须有其它条件才能关断时，则关断主当关断信号不只一个主令信号，还必须有其它条件才能关断时，则关断主令信号用令信号用 XX 关主关主表示，其它条件称关断约束信号，用表示，其它条件称关断约束信号，用 XX 关约关约表示。只有当信表示。只有当信号全为“号全为“ 0”0”时，信号才能关断，则时，信号才能关断，则 XX 关主关主与与 XX 关约关约是逻辑或的关系，用是逻辑或的关系，用 XX关主关主 ++XX 关约关约代替式代替式 (4-1)(4-1) 、、 (4-2)(4-2) 中的中的 XX 关关。。

启动、停止、自锁线路扩展公式：启动、停止、自锁线路扩展公式： FFKK = X = X 开主开主 XX 开约开约 + (+ (XX 关主关主 ++XX 关约关约 ))K (4-3)K (4-3)

FFKK = (X = (X 关主关主 ++XX 关约关约 )()(XX 开主开主 XX 开约开约 ++K) (4-4) K) (4-4)


（（ 22 ）逻辑设计基本步骤：）逻辑设计基本步骤： ① ① 根据生产工艺要求，作出工作循环示意图。根据生产工艺要求，作出工作循环示意图。 ② ② 确定执行元件和检测元件，并根据工作循环示意图作出执行元件的动确定执行元件和检测元件，并根据工作循环示意图作出执行元件的动

作节拍表和检测元件状态表。作节拍表和检测元件状态表。 ③③根据主令元件和检测元件状态表写出各程序的特征数，确定待相区分根据主令元件和检测元件状态表写出各程序的特征数，确定待相区分

组，增设必要的中间记忆元件，使待相区分组的所有程序区分开。组，增设必要的中间记忆元件，使待相区分组的所有程序区分开。 ④ ④ 列出中间记忆元件的开关逻辑函数和执行元件的逻辑函数。列出中间记忆元件的开关逻辑函数和执行元件的逻辑函数。 ⑤ ⑤ 根据逻辑函数式设计电控线路图。根据逻辑函数式设计电控线路图。 ⑥ ⑥ 进一步检查、化简、完善电路，增加必要的保护和联锁环节。进一步检查、化简、完善电路，增加必要的保护和联锁环节。（（ 33 ）逻辑设计法举例）逻辑设计法举例以皮带运输机电控线路设计为例。以皮带运输机电控线路设计为例。 ① ① 皮带运输机工作循环示意图皮带运输机工作循环示意图见图见图 4-164-16 （（ P143P143 ）） .. 按生产工艺要求，启动信号给出后，按生产工艺要求，启动信号给出后， 3#3# 皮带机启动，经一定时间，由控皮带机启动，经一定时间，由控

制元件——时间继电器制元件——时间继电器 KT1KT1发出启动发出启动 2#2# 皮带机的信号，皮带机的信号， 2#2# 皮带机启动；皮带机启动；再经一定时间，由控制元件——时间继电器再经一定时间，由控制元件——时间继电器 KT2KT2发出启动发出启动 1#1# 皮带机的信皮带机的信号，号， 1#1# 皮带机启动。发出停止信号时，皮带机启动。发出停止信号时， 1#1# 皮带机停车，经一定时间，由皮带机停车，经一定时间，由控制元件——控制元件—— KT3KT3发出停止发出停止 2#2# 皮带机的信号，皮带机的信号， 2#2# 皮带机停车；再经一皮带机停车；再经一定时间，由控制元件——定时间，由控制元件—— KT4KT4发出停止发出停止 3#3# 皮带机的信号，皮带机的信号， 3#3# 皮带机停皮带机停车。车。


② ② 作出执行元件动作节拍表和检测元件状态表作出执行元件动作节拍表和检测元件状态表执行元件执行元件 ::KM1KM1 、、 KM2KM2 、、 KM3KM3 ；；检测元件检测元件 ::KT1KT1 、、 KT2KT2 、、 KT3KT3 、、 KT4KT4 ；；其中其中 KT1KT1 、、 KT2KT2 为启动用时间继电器，用于通电延时；为启动用时间继电器，用于通电延时； KT3KT3 、、 KT4KT4 为为停止用时间继电器，用于断电延时。停止用时间继电器，用于断电延时。

主令元件主令元件 :: 启动按钮启动按钮 SB2SB2 和停止按钮和停止按钮 SBlSBl 。。接触器和时间继电器线圈状态见表接触器和时间继电器线圈状态见表 4-14-1 （（ P150P150 ），），时间继电器及按钮时间继电器及按钮

触点状态见表触点状态见表 4-24-2 （（ P150P150 ）。）。表中“表中“ 1”1” 代表线圈通电或触点闭合，代表线圈通电或触点闭合，““ 0”0” 代表线圈断电或触点断开。代表线圈断电或触点断开。

表中表中 1/01/0 和和 0/10/1 表示短信号。例如，按下表示短信号。例如，按下 SB2SB2 时，常开触点闭合；松开时，常开触点闭合；松开时，触点即断开。所产生的信号为短信号，在表中用时，触点即断开。所产生的信号为短信号，在表中用 1/01/0 表示。表示。

③ ③ 决定待相区分组，设置中间记忆元件决定待相区分组，设置中间记忆元件根据控制或检测元件状态表得程序特征数如表根据控制或检测元件状态表得程序特征数如表 4-34-3 示（示（ P150P150 ）。）。只有“只有“ 1”1” 程序和“程序和“ 4”4” 程序有相同特征数程序有相同特征数 001110001110 ，但，但 SB2SB2 为短信号，为短信号，

需加自锁。因此，“需加自锁。因此，“ 1”1” 程序和“程序和“ 4”4” 程序属于可区分组。因为没有待程序属于可区分组。因为没有待相区分组，所以不需设置中间记忆元件。相区分组，所以不需设置中间记忆元件。


④ ④ 列出输出元件逻辑函数式列出输出元件逻辑函数式 KM3KM3 工作区间是程序工作区间是程序 11 ～～ 55 ，程序，程序 00、、 ll 间转换主令信号是间转换主令信号是 SB2SB2 ，，由由 0→10→1

取取 XX 开主开主为为 SB2SB2 ，，程序程序 55 、、 66 间转换主令信号是间转换主令信号是 KT4KT4 ，，由由 1→01→0 ，取，取 XX 关主关主为为KT4KT4 ，，且且 SB2SB2 为短信号，需自锁。故：为短信号，需自锁。故：

KM3 = (SB2+KM3)KT4KM3 = (SB2+KM3)KT4 KM2KM2 工作区间是程序工作区间是程序 22～～ 44 ，程序，程序 ll 、、 22 间转换主令信号是间转换主令信号是 KT1KT1 ，，由由 0→1,0→1,

取取 XX 开主开主为为 KT1KT1 ，，程序程序 44 、、 55 间转换主令信号是间转换主令信号是 KT3KT3 ，，由由 1→01→0 ，取，取 XX 关主关主为为KT3KT3 ，，但在开关边界内但在开关边界内 XX 开主开主 ·· XX 关主关主不全为不全为 11 ，需自锁。故：，需自锁。故：

KM2 = (KT1+KM2)KT3KM2 = (KT1+KM2)KT3 KM1KM1 工作程序是程序工作程序是程序 33 ，程序，程序 22 、、 33 间转换主令信号是间转换主令信号是 KT2KT2 ，，由由 0→10→1 取取 XX

开主开主为为 KT2KT2 ，，程序程序 33 、、 44 间转换主令信号是间转换主令信号是 SB1SB1 ，，由由 1→0→11→0→1 ，取，取 XX 关主关主为，为，故：故：

KM1=·SB1*KT2KM1=·SB1*KT2 KT1KT1 ～～ KT4KT4 工作区间是程序工作区间是程序 11～～ 33 ，程序，程序 00、、 11 间转换主令信号是间转换主令信号是 SB2SB2 ，，由由 0→10→1 ，且，且 SB2SB2是短信号，需加自锁，取是短信号，需加自锁，取 XX 开主开主为为 SB2SB2 。。程序程序 33 、、 44 间转间转换主令信号是换主令信号是 SB1SB1 ，，由由 1→0→11→0→1 ，取，取 XX 关主关主为为 SB1SB1 ，，故：故：

KT1 = (SB2+KT1)SB1 KT2 = (SB2+KT2)SB1KT1 = (SB2+KT1)SB1 KT2 = (SB2+KT2)SB1


KT3 = (SB2+KT3)SB1 KT4 = (SB2+KT4)SB1 KT3 = (SB2+KT3)SB1 KT4 = (SB2+KT4)SB1 由于由于 KT1KT1 ～～ KT4KT4 线圈的通、断电信号相同，自锁信号可用线圈的通、断电信号相同，自锁信号可用 KT1KT1 的瞬动的瞬动

触点代替，上面四个公式可用一个公式代替触点代替，上面四个公式可用一个公式代替 :: KT1KT1 ～～ KT4 = (SB2+KT1)SB1KT4 = (SB2+KT1)SB1 。。 ⑤ ⑤ 按逻辑函数式画出电控线路图按逻辑函数式画出电控线路图按上面逻辑函数式画出电控线路图按上面逻辑函数式画出电控线路图 ,, 见图见图 4-254-25 示示 ..

图图 4-25 4-25 按逻辑函数画出的控制线路按逻辑函数画出的控制线路


考虑考虑 SB1SB1 、、 SB2SB2 需两常开、两常闭，对按钮来说难以满足，改用：需两常开、两常闭，对按钮来说难以满足，改用： KA=(SB2+K)SB1KA=(SB2+K)SB1 和和 KT1KT1 ～～ KT4=KAKT4=KA 利用利用 SB2SB2 和和 SB1SB1 控制中继控制中继 KAKA 线圈，再由线圈，再由 KAKA 常开触点控制常开触点控制 KT1KT1 ～～

KT4KT4 线圈，由此画出图线圈，由此画出图 4-264-26 电路。电路。

图图 4-26 4-26 完善的控制线路完善的控制线路 ⑥ ⑥ 进一步完善电路，增加必要的联锁和保护环节。进一步完善电路，增加必要的联锁和保护环节。得到与图得到与图 4-204-20（（ P145P145 ））相同电路。相同电路。二种设计方法比较二种设计方法比较 :: 对一般不太复杂的线路可按经验设计法设计。对一般不太复杂的线路可按经验设计法设计。对较复杂的线路，宜采用逻辑设计法设计对较复杂的线路，宜采用逻辑设计法设计 ..


4.3 4.3 常用电器元件的选择常用电器元件的选择正确、合理选用元器件，是电路安全、可靠工作的保证。正确、合理选用元器件，是电路安全、可靠工作的保证。基本原则：基本原则： ① ① 按对电器元件的功能要求确定电器元件的类型。按对电器元件的功能要求确定电器元件的类型。 ② ② 确定电器元件承载能力的临界值及使用寿命。根据电器控制的电压、确定电器元件承载能力的临界值及使用寿命。根据电器控制的电压、

电流及功率的大小确定电器元件的规格。电流及功率的大小确定电器元件的规格。 ③ ③ 确定电器元件预期的工作环境及供应情况，如防油防尘、防水、防确定电器元件预期的工作环境及供应情况，如防油防尘、防水、防爆及货源情况。爆及货源情况。

④ ④ 确定电器元件在应用中所要求的可靠性。确定电器元件在应用中所要求的可靠性。 ⑤ ⑤ 确定电器元件的使用类别。确定电器元件的使用类别。 4.3.1 4.3.1 按钮、开关类电器选择按钮、开关类电器选择 1.1. 按钮按钮主要根据所需要的触点数、使用场合、颜色标注、以及额定电压、额主要根据所需要的触点数、使用场合、颜色标注、以及额定电压、额

定电流进行选择。定电流进行选择。按钮颜色及其含义：按钮颜色及其含义：见国标见国标 GB5226—85GB5226—85 《《机床电气设备通用技术条件》规定机床电气设备通用技术条件》规定 ,, 如如 ::


（（ 11 ）“停止”和急停按钮必须是红色。）“停止”和急停按钮必须是红色。（（ 22 ）“启动”按钮的颜色是绿色。）“启动”按钮的颜色是绿色。（（ 33 ）“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色。）“启动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色。（（ 44 ）点动按钮必须是黑色。）点动按钮必须是黑色。（（ 55 ）复位按钮（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。当复位按）复位按钮（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。当复位按钮还有停止作用时，则必须是红色钮还有停止作用时，则必须是红色 ..

按钮颜色的含义及应用见表按钮颜色的含义及应用见表 4—54—5 （（ P154P154 ）。）。 2.2. 行程开关行程开关主要根据机械设备运动方式与安装位置，挡铁的形状、速度、工作力、主要根据机械设备运动方式与安装位置，挡铁的形状、速度、工作力、

工作行程、触点数量、及额定电压、额定电流来选择。工作行程、触点数量、及额定电压、额定电流来选择。 3.3. 万能转换开关万能转换开关根据控制对象的接线方式、触点型式与数量、动作顺序和额定电压、根据控制对象的接线方式、触点型式与数量、动作顺序和额定电压、

额定电流等参数进行选择。额定电流等参数进行选择。 4.4. 电源引入控制开关电源引入控制开关机械设备常选用刀开关、组合开关和断路器等。机械设备常选用刀开关、组合开关和断路器等。 (1)(1) 刀开关与铁壳开关刀开关与铁壳开关


根据电源种类、电压等级、电动机容量及控制极数进行选择。根据电源种类、电压等级、电动机容量及控制极数进行选择。用于照明电路时，额定电压、额定电流应等于或大于电路最大工作电压用于照明电路时，额定电压、额定电流应等于或大于电路最大工作电压

与工作电流。与工作电流。用于电动机直接启动时，额定电压为用于电动机直接启动时，额定电压为 380380VV 或或 500500VV 、、额定电流应等于或额定电流应等于或大于电动机额定电流的大于电动机额定电流的 33 倍。倍。

(2)(2) 组合开关组合开关根据电流种类、电压等级、所需触点数量及电动机容量进行选择。根据电流种类、电压等级、所需触点数量及电动机容量进行选择。用于控制用于控制 77kWkW 以下电动机的启动、停止时，额定电流应等于电动机额定以下电动机的启动、停止时，额定电流应等于电动机额定

电流的三倍。电流的三倍。若不直接用于启动和停机，额定电流只需稍大于电动机额定电流。若不直接用于启动和停机，额定电流只需稍大于电动机额定电流。 (3)(3) 断路器断路器包括正确选用开关类型、容量等级和保护方式。包括正确选用开关类型、容量等级和保护方式。 ① ① 额定电压和额定电流应不小于电路正常工作电压和工作电流。额定电压和额定电流应不小于电路正常工作电压和工作电流。 ② ② 热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流热脱扣器的整定电流应与所控制电动机的额定电流或负载额定电流

一致。一致。 ③ ③ 电磁脱扣器瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的峰值电电磁脱扣器瞬时脱扣整定电流应大于负载电路正常工作时的峰值电流。流。


对电动机，断路器电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流值对电动机，断路器电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流值 II 按下式计算按下式计算 I I ≥≥KK··IISTST (4—5) (4—5) 式中式中 KK———— 安全系数，可取安全系数，可取 K=1.7K=1.7 ；； IISTST———— 电动机启动电流。电动机启动电流。 4.3.2 4.3.2 熔断器选择熔断器选择先确定熔体额定电流，再根据熔体规格，选择熔断器规格，根据被保护电先确定熔体额定电流，再根据熔体规格，选择熔断器规格，根据被保护电

路的性质，选择熔断器的类型。路的性质，选择熔断器的类型。 1.1.熔体额定电流的选择熔体额定电流的选择 (1) (1) 电阻性负载，如照明电路、信号电路、电阻炉电路等。电阻性负载，如照明电路、信号电路、电阻炉电路等。 IIFUN FUN ≥≥II （（ 4—64—6 ））式中式中 IIFUN FUN ————熔体额定电流；熔体额定电流； II ————负载额定电流。负载额定电流。 (2) (2) 冲击性负载（出现尖峰电流），如笼型电动机起动电流为冲击性负载（出现尖峰电流），如笼型电动机起动电流为 (4(4 ～～

7)7)IIeded ((IIeded为电机额定电流为电机额定电流 )) 。。单台不频繁起、停，且长期工作的电动机：单台不频繁起、停，且长期工作的电动机： IIFUN FUN ＝＝ (1.5(1.5 ～～ 2.5)2.5)IIeded （（ 44——77 ））


单台频繁起动、长期工作的电动机：单台频繁起动、长期工作的电动机：IIFUN FUN =(3=(3 ～～ 3.5)3.5)IIeded （（ 4—84—8 ））

多台长期工作的电动机共用熔断器：多台长期工作的电动机共用熔断器：IIFUN FUN ≥(1.5≥(1.5 ～～ 2.5)2.5)IIemaxemax+∑+∑IIeded （（ 4—94—9 ））

或或 IIFUN FUN ≥≥IImm ／／ 2.5 (4—102.5 (4—10 ））式中式中 IIemaxemax———— 容量最大一台电动机的额定电流；容量最大一台电动机的额定电流； ∑ ∑IIed ed 其余电动机额定电流之和；其余电动机额定电流之和； IIm m —— —— 电路中可能出现的最大电流。电路中可能出现的最大电流。当几台电动机不同时起动时，电路中最大电流当几台电动机不同时起动时，电路中最大电流 :: IIm m ＝＝ 77 I Iemaxemax +∑ +∑IIeded （（ 4—114—11 ）） (3) (3) 采用降压方法起动的电动机：采用降压方法起动的电动机： IIFUN FUN ≥≥IIeded （（ 4—124—12 ）） 2.2.熔断器规格选择熔断器规格选择额定电压大于电路工作电压，额定电流等于或大于所装熔体额定电流。额定电压大于电路工作电压，额定电流等于或大于所装熔体额定电流。 3.3.熔断器类型选择熔断器类型选择应根据负载保护特性的短路电流大小及安装条件选择应根据负载保护特性的短路电流大小及安装条件选择 . .


4.3.3 4.3.3 交流接触器选择交流接触器选择主要考虑主触点额定电压与额定电流、辅助触点数量、吸引线圈电压等级、主要考虑主触点额定电压与额定电流、辅助触点数量、吸引线圈电压等级、

使用类别、操作频率等。使用类别、操作频率等。主触点额定电流应等于或大于负载或电动机的额定电流。主触点额定电流应等于或大于负载或电动机的额定电流。 1.1.额定电压与额定电流额定电压与额定电流主要考虑接触器主触点的额定电压与额定电流。主要考虑接触器主触点的额定电压与额定电流。 UUKMNKMN≥≥UUCNCN （（ 4—134—13 ））

IIKMNKMN ≥ ≥ IINN = = （（ 4—144—14 ））

式中式中 UUKMNKMN —— —— 接触器额定电压；接触器额定电压； UUCNCN —— —— 负载额定线电压；负载额定线电压； IIKMNKMN —— —— 接触器额定电流；接触器额定电流； IINN —— —— 接触器主触点电流；接触器主触点电流； PPMNMN —— —— 电动机功率；电动机功率； UUMNMN —— —— 电动机额定线电压；电动机额定线电压； KK—— —— 经验常数，经验常数， KK ＝＝ 11 ～～ 1.41.4 。。

PMN×103

KUMN


2. 2. 吸引线圈的电流种类及额定电压吸引线圈的电流种类及额定电压对频繁动作场合，宜选用直流励磁方式对频繁动作场合，宜选用直流励磁方式 ;;一般情况下采用交流控制。一般情况下采用交流控制。线圈额定电压线圈额定电压 :: 根据控制电路复杂程度，维修、安全要求，设备采用控根据控制电路复杂程度，维修、安全要求，设备采用控

制电压等级考虑。制电压等级考虑。 3.3. 其它方面其它方面（（ 11 ）辅助触点的额定电流、种类和数量。）辅助触点的额定电流、种类和数量。（（ 22 ）根据使用环境选择有关接触器或特殊用接触器。）根据使用环境选择有关接触器或特殊用接触器。（（ 33 ）考虑电器的固有动作时间）考虑电器的固有动作时间 ,, 电器的使用寿命和操作频率。电器的使用寿命和操作频率。 4.3.4 4.3.4 继电器的选择继电器的选择 1.1. 电磁式通用继电器电磁式通用继电器先考虑交流类型或直流类型，而后考虑采用电压继电器还是电流继电器，先考虑交流类型或直流类型，而后考虑采用电压继电器还是电流继电器，

或是中间继电器。或是中间继电器。保护用继电器保护用继电器 ::考虑过电压考虑过电压 (( 或过电流或过电流 )) 、欠电压、欠电压 (( 或欠电流或欠电流 )) 继电器继电器

的动作值和释放值；的动作值和释放值；中间继电器中间继电器 ::考虑触点类型和数量，励磁线圈的额定电压或额定电流。考虑触点类型和数量，励磁线圈的额定电压或额定电流。


2.2. 时间继电器时间继电器根据延时方式、延时精度、延时范围、触点形式及数量、工作环境等因根据延时方式、延时精度、延时范围、触点形式及数量、工作环境等因素确定类型，再选择线圈额定电压。素确定类型，再选择线圈额定电压。

3.3.热继电器热继电器结构型式结构型式：主要决定于电动机绕组接法及是否要求断相保护。：主要决定于电动机绕组接法及是否要求断相保护。热元件整定电流按下式选取热元件整定电流按下式选取 :: IIFRNFRN ＝＝ (0.95(0.95 ～～ 1.05) 1.05) IIeded （（ 4—154—15 ））式中式中 IIFRNFRN————热元件整定电流。热元件整定电流。对工作环境恶劣、启动频繁的电动机按下式选取：对工作环境恶劣、启动频繁的电动机按下式选取： IIFRNFRN ＝＝ (1.15(1.15 ～～ 1.5) 1.5) IIeded （（ 4—164—16 ））对过载能力较差的电动机，热元件整定电流为电动机额定电流的对过载能力较差的电动机，热元件整定电流为电动机额定电流的 (60(60 ～～ 80)80)％。％。

对重复短时工作制电动机，其过载保护不宜选用热继电器，而应选用温对重复短时工作制电动机，其过载保护不宜选用热继电器，而应选用温度继电器。度继电器。

4.4.速度继电器速度继电器根据机械设备的安装情况及额定工作转速，选择合适的型号。根据机械设备的安装情况及额定工作转速，选择合适的型号。


4.3.5 4.3.5 控制变压器的选择控制变压器的选择用于降低辅助电路电压，保证控制电路安全可靠工作。用于降低辅助电路电压，保证控制电路安全可靠工作。选择原则：选择原则： 1. 1. 一、二次侧电压应与交流电源电压、控制电路和辅助电路电压相等。一、二次侧电压应与交流电源电压、控制电路和辅助电路电压相等。 2. 2. 应能保证接于二次侧的交流电磁器件在起动时可靠吸合。应能保证接于二次侧的交流电磁器件在起动时可靠吸合。 3. 3. 电路正常运行时，变压器温升不超过允许值。电路正常运行时，变压器温升不超过允许值。容量近似计算：容量近似计算：

PPTT ≥ 0.6∑ ≥ 0.6∑PPqq +0.25∑ +0.25∑PPKjKj +0.125 +0.125KKLL∑∑PPKmKm （（ 4—174—17 ））式中式中 PPTT —— —— 控制变压器容量控制变压器容量 ((VA);VA);

PPqq —— —— 电磁器件的吸持功率电磁器件的吸持功率 ((VA)VA) ；； PPKjKj —— —— 接触器、继电器起动功率接触器、继电器起动功率 ((VA)VA) ；； PPKmKm —— —— 电磁铁起动功率电磁铁起动功率 ((VA)VA) ；； KKLL —— —— 电磁铁工作行程电磁铁工作行程 LLPP与额定行程与额定行程 LLNN之比的修正系数；之比的修正系数；当当 LLPP ／／ LLNN ＝＝ 0.50.5 ～～ 0.80.8 时，时， KKLL ＝＝ 0.70.7 ～～ 0.80.8 ；； LLPP ／／ LLNN ＝＝ 0.850.85 ～～ 0.90.9 时，时， KKLL ＝＝ 0.850.85 ～～ 0.90.9 ；； LLPP ／／ LLNN ＝＝ 0.90.9 以上时，以上时， KKL L ＝＝ 1 1


上式满足，既可保证已吸合的电器在启动其它电器时仍能保持吸合状态，又上式满足，既可保证已吸合的电器在启动其它电器时仍能保持吸合状态，又能保证启动电器可靠地吸合。能保证启动电器可靠地吸合。

变压器容量也可按变压器长期运行的允许温升来确定，这时变压器的容量应变压器容量也可按变压器长期运行的允许温升来确定，这时变压器的容量应大于或等于最大工作负载的功率。大于或等于最大工作负载的功率。

PPTT ≥ ≥KKff ∑ ∑PPqq （（ 4—184—18 ））式中式中 KKff —— ——变压器容量储备系数，变压器容量储备系数， KKff ＝＝ 1.11.1 ～～ 1.251.25 。。控制变压器实际容量应由以上两式计算出的最大容量来确定控制变压器实际容量应由以上两式计算出的最大容量来确定 .. 4.3.6 4.3.6 笼型异步电动机有关电阻的计算笼型异步电动机有关电阻的计算 1.1.启动电阻的计算启动电阻的计算在降压启动方式中，定子回路串联的限流电阻在降压启动方式中，定子回路串联的限流电阻 RRqq可按下式近似计算可按下式近似计算：：

RRqq = (4 = (4——19)19)

式中式中 RRqq————每相启动限流电阻的阻值每相启动限流电阻的阻值 ((Ω)Ω) ；； IIeded———— 电动机额定电流电动机额定电流 ((A)A) ；； KKqq———— 不加电阻时电动机的启动电流与额定电流之比不加电阻时电动机的启动电流与额定电流之比 ((查手册查手册 )) ；； KKqrqr————加入启动限流电阻后，电动机启动电流与额定电流之比，可根加入启动限流电阻后，电动机启动电流与额定电流之比，可根

据需要选取。据需要选取。


若只在电动机两相中串入限流电阻，若只在电动机两相中串入限流电阻， RRqq 的值可取计算值的的值可取计算值的 1.51.5 倍，加入限倍，加入限流电阻后，起动转矩流电阻后，起动转矩 MMqrqr可由下式估算：可由下式估算：

MMqrqr = = （（ 4—204—20 ））

式中式中 MMqq———— 电动机不加起动电阻时的起动转矩；电动机不加起动电阻时的起动转矩； MMee———— 电动机额定转矩；电动机额定转矩； KKmm———— 电动机起动转矩与额定转矩之比电动机起动转矩与额定转矩之比 ((查手册查手册 )) 。。 2.2. 反接制动电阻的计算反接制动电阻的计算电动机定子回路接入反接制动限流电阻。其阻值电动机定子回路接入反接制动限流电阻。其阻值 RRzrzr由下式计算：由下式计算：

（（ 4—214—21 ））式中式中 KKzrzr———— 接入限流电阻后，反接制动电流与额定电流之比。接入限流电阻后，反接制动电流与额定电流之比。若只在电动机两相串联制动限流电阻若只在电动机两相串联制动限流电阻 RRzrzr，，则则 RRzrzr可取计算值的可取计算值的 1.51.5倍。倍。电动机转速在制动到零的瞬间，其制动转矩电动机转速在制动到零的瞬间，其制动转矩 MMzrzr可估算为：可估算为： MMzrzr ＝＝ ((KKzrzr//KKqq))

22MMqq ＝＝ ((KKzrzr//KKqq))22KKmmMMee （（ 4—224—22 ））


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第4章 电气控制线路的设计及元器件选择

第4章电气控制线路的设计及元器件选择