机械设备电气设计的一般原则

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2817页（1806字）

机械设备电气控制电路设计的要求，一般包括：熟悉所设计机械设备的总体技术要求和工作过程，以及其它系统对电气控制系统的技术要求，尤其应注意机—电—液或机—电一体化的要求；了解机械设备的现场工作条件、供电情况及测量仪表的种类。然后通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传动方案和控制方案。设计方案应简单合理、工作可靠、维修方便，并应进行模拟试验、现场调试。机械设备的电气设计，应保证使用的安全性。如对机床应严格按GB5226－85《机床电器设备通用技术条件》的规定设计。

机械设备电气设计的内容，一般包括：拟定电气设计的技术条件及任务书；确定电力传动方案和控制方案；选择电动机的容量；设计电气控制原理图；选择电气元件，制定电机和电气元件明细表；设计操作台、电气柜及非标准电气元件；绘制电气安装图；编写设计计算说明书和使用说明书。

机械设备电力传动的方案，一般可根据如下方面确定：

①传动方式。采用多电动机传动方式，即分立拖动，不仅能缩短机械传动链，提高传动效率，便于自动化，而且也可使总体结构简化。

②调速方式。对于无特殊调速指标要求的机械设备，应优先采用三相鼠笼式异步电动机作电力拖动，配以适当级数的齿轮变速箱或液压调速系统。若需进一步简化传动机构，提高传动效率，扩大调速范围，可采用双速和多速的鼠笼式异步电动机。如果调速的范围、精度和平滑性要求较高，则可采用直流或交流电动机调速系统。因为直流电动机调速系统的体积大、成本高、维修困难，所以，应优先考虑采用交流调速系统。例如，当调速范围D=3～10，且要求平滑调速时，在容量不大的情况下，可采用带滑差离合器的异步电动机传动系统。若需要长期低速运转，则以采用直流电动机调速系统为宜。

③负载特性。不同机械设备的各工作机构，具有不相同的负载特性，如机床的主运动为恒动功率负载，而进给运动为恒转矩负载。为此，在确定电动机调速方案时，应使电动机的调速特性与负载特性相适应，以求得电动机充分合理的使用。例如，双速鼠笼式异步电动机，△－YY变速，适用于恒功率传动，而Y－YY变速，适用于恒转矩传动。他激直流电动机的调磁调速属于恒功率调速，而调压调速则属于恒转矩调速。

④电动机的起动、制动和正反转。

电动机的起动和制动方式的优缺点，已在本篇第二章介绍，可参考选用。对于高精密机械设备，如龙门刨床、电梯、机器人、数控机床、坐标镗床等，由于电动机起制动频繁，需有正反转，要求变速快而平稳，甚至要求准确定位。因此，除必须采取限制电动机起制动电流的措施外，还需采用反馈控制系统、高转差电动机、步进电机系统或其它有关的方式，以满足控制要求。

电气控制方案与电力传动方案有密切关系，通常在选择电力传动形式的同时，应考虑如何实现控制，以便在电力传动方案确定之后，选择合理的控制方案。确定的电气控制方案，应既能满足生产技术指标和可靠性、安全性的要求，又能提高经济效益。为此，应在继电控制系统、可编程序控制器、数控系统和微机控制系统中进行择优选取。对于工作功能不复杂，工作程序不需经常改变的生产机械，可采用继电控制系统。其优点是控制的功率较大，控制方法简单，价格低。但也可采用可编程序控制器，使控制系统的可靠性和灵活性大大提高，生产周期大大缩短，且便于计算机管理。对于控制中输入输出信号量大，要求较复杂或需要经常变动程序的生产机械，可采用可编程序控制器(PC)。对于在控制中需要进行模拟量处理及数学运算、控制要求复杂或需经常改变程序、要求控制系统体积小以及响应时间快的生产机械，可根据情况采用可编程序控制器、数控或微机控制方式。对于自动生产线控制，可采用分散控制或集中控制的方案。此外，为满足生产工艺的某些要求，在控制方案中还应考虑采用自动循环或半自动循环，以及手动调整。工序变更、系统的检测，各运动之间的联锁、保护措施、故障诊断、信号指示、照明及人机关系等。