电气控制电路的设计方法和步骤

当生产机械的电力拖动方案和控制方案已经确定后，就可以进行电气控制电路的设计了。电气控制电路的设计方法有两种。一种是经验设计法，它是根据生产工艺的要求，按照电动机的控制方法，采用典型环节电路直接进行设计。这种方法比较简单，但对比较复杂的电路，设计人员必须具有丰富的工作经验，需绘制大量的电路图并经多次修改后才能得到符合要求的控制电路。另一种为逻辑设计法，它采用逻辑代数进行设计，按此方法设计的电路结构合理，可节省所用元件的数量。本节主要介绍经验设计法。

4.2.1 电气控制电路设计的一般步骤

电气控制电路设计的一般步骤如下。

(1)根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原理图，拟定出各部分的主要技术要求和主要技术参数。

(2)根据各部分的要求，设计出原理图中各个部分的具体电路。在进行具体电路的设计时，一般应先设计主电路，然后设计控制电路、辅助电路、联锁与保护环节等。

(3)绘制电气系统原理图。初步设计完成后，应仔细检查，看电路是否符合设计要求，并反复修改，尽可能使之完善和简化。

(4)合理选择电气原理图中每一电器元件，并制订出元器件目录清单。

4.2.2 电气控制电路的设计

分析已经介绍过的各种控制电路，发现都有一个共同的规律:拖动生产机械的电动机的启动和停止均由接触器主触点控制，而主触点的动作则由控制回路中接触器线圈的通电与断电决定，线圈的通电与断电则由线圈所在控制回路中一些常开、常闭触点组成的“与”、“或”、“非”等条件来控制。下面举例说明经验设计法设计控制电路。

某机床有左、右两个动力头，用以铣削加工，它们各由一台交流电动机拖动;另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。加工工艺是在开始工作时，要求滑台先快速移动到加工位置，然后自动变为慢速进给，进给到指定位置自动停止，再由操作者发出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。要求两动力头电动机在滑台电动机正向启动后启动，而在滑台电动机正向停车时也停车。

1.主电路设计

动力头拖动电动机只要求单方向旋转，为使两台电动机同步启动，可用一只接触器KM3控制。滑台拖动电动机需要正、反转，可用两只接触器KM1、KM2控制。滑台的快速移动由电磁铁YA改变机械传动链来实现，由接触器KM4来控制。主电路如图4-1所示。

图4-1 主电路

2.控制电路设计

滑台电动机的正、反转分别用两个按钮SB1、SB2控制，停车则分别用SB3与SB4控制。由于动力头电动机在滑台电动机正转后启动，按停车按钮时两台电动机也同时停止转动，故可用接触器KM1的常开辅助触点控制KM3的线圈，如图4-2(a)所示。

滑台的快速移动可采用电磁铁YA通电时，改变凸轮的变速比来实现。滑台的快速前进与返回分别用KM1与KM2的辅助触点控制KM4，再由KM4触点去通断电磁铁YA。滑台快速前进到加工位置时，要求慢速进给，因而在KM1触点控制KM4的支路上串联行程开关SQ3的常闭触点。此部分的辅助电路如图4-2(b)所示。

图4-2 控制电路图

(a)控制电路;(b)辅助电路

3.联锁与保护环节设计

用行程开关SQ1的常闭触点控制滑台慢速进给到位时的停车，用行程开关SQ2的常闭触点控制滑台快速返回至原位时的自动停车。

接触器KM1与KM2之间应互相联锁，3台电动机均应用热继电器作过载保护。完整的控制电路如图4-3所示。

图4-3 完整的控制电路

4.电路的完善

电路初步设计完毕后，可能还有不够合理的地方，因此需仔细校核。图4-3中，一共用了3个KM1的常开辅助触点，而一般的接触器只有两个常开辅助触点。因此，必须进行修改。从电路的工作情况可以看出，KM3的常开辅助触点完全可以代替KM1的常开辅助触点去控制电磁铁YA，修改完善后的控制电路如图4-4所示。

4.2.3 设计控制电路时应注意的问题

设计具体电路时，为了使电路设计得简单且准确可靠，应注意以下几个问题。

图4-4 修改完善后的控制电路

1.尽量减少连接导线

设计控制电路时，应考虑各电器元件的实际位置，尽可能地减少配线时的连接导线。如图4-5(a)是不合理的。因为按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将启动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少一次引出线，如图4-5(b)所示。

图4-5 电气连接图

(a)不合理;(b)合理

图4-5(b)所示电路不仅连接导线少，更主要的是工作可靠。由于SBl、SB2安装位置较近，当发生短路故障时，图4-5(a)的电路将造成电源短路。

2.正确连接电器的线圈

电压线圈通常不能串联使用，如图4-6(a)所示。由于它们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大，该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使线圈烧毁。

电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图4-6(b)中直流电磁铁YA与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。解决方法为各用一个接触器的触点来控制，如图4-6(c)所示。

3.控制电路中应避免出现寄生电路

寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。图4-7所示是一个具有指示灯HL和热保护的正反向电路。正常工作时，能完成正反向启动、停止和信号指示。当热继电器FR动作时，电路就出现了寄生电路，如图中虚线所示，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保护作用;反转时亦然。

图4-6 电磁线圈的串、并联

(a)电压线圈串联;(b)直流电磁铁与继电器并联1;(c)直流电磁铁与继电器并联2

4.尽可能减少电器数量、采用标准件和相同型号的电器

尽量减少不必要的触点以简化电路，提高电路可靠性。图4-8(a)电路改成图4-8(b)后可减少一个触点。当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路的数量。

图4-7 寄生电路

图4-8 简化电路

(a)多一个触点;(b)少一个触点

5.多个电器的依次动作问题

在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制电路。

6.可逆电路的联锁

在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且要有机械联锁。

7.电路结构力求简单

电路尽量选用常用的且经过实际考验过的电路。

8.要有完善的保护措施

在电气控制电路中，为保证操作人员、电气设备及生产机械的安全，一定要有完善的保护措施。常用的保护环节有漏电流、短路、过载、过流、过压、失压等保护环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必需的指示信号。