电气设计的基本内容和一般原则

4.1.1 电气设计的基本内容

电气设计的基本内容如下:

(1)拟定电气设计任务书;

(2)确定电力拖动方案和控制方案;

(3)设计电气原理图;

(4)选择电动机、电器元件，并制定电器元件明细表;

(5)设计操作台、电气柜及非标准电器元件;

(6)设计机床电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图;

(7)编写电气说明书和使用操作说明书。

以上电气设计各项内容，必须以有关国家标准为依据。根据机床的总体技术要求和控制电路的复杂程度不同，内容可增可减，某些图样和技术文件可适当合并或增删。

4.1.2 电气设计的一般原则

电气设计的一般原则如下。

(1)最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。因此在设计前，应深入现场进行调查，搜集资料，并与生产过程有关人员、机械部分设计人员、实际操作者密切配合，明确控制要求，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中的各种问题，使设计成果满足生产工艺要求。

(2)在满足控制要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。力求控制系统操作简单、使用与维修方便。

(3)正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作。同时考虑技术进步、造型美观。

(4)为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力要留有适当余量。

4.1.3 电力拖动方案确定的原则

所谓电力拖动方案是指根据生产机械的精度、工作效率、结构、运动部件的数量、运动要求、负载性质、调速要求以及投资额等条件去确定电动机的类型、数量、传动方式及拟订电动机的启动、运行、调速、转向、制动等控制要求。它是电气设计的主要内容之一，作为电气控制原理图设计及电器元件选择的依据，是以后各部分设计内容的基础和先决条件。

1.确定拖动方式

电力拖动方式有以下两种。

1)单独拖动

一台设备只有一台电动机拖动。

2)多电动机拖动

一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构，通过机械传动链将动力传送到每个工作机构。

电气传动发展的趋向是多电动机拖动，这样不仅能缩短机械传动链，提高传动效率，而且能简化总体结构，便于实现自动化。具体选择时可根据工艺及结构决定电动机的数量。

2.确定调速方案

不同的对象有不同的调速要求。为了达到一定的调速范围，可采用齿轮变速箱、液压调速装置、双速或多速电动机以及电气的无级调速传动方案。无级调速有直流调压调速、交流调压调速和变频变压调速。目前，变频变压调速技术的使用越来越广泛，在选择调速方案时，可参考以下几点。

(1)对重型或大型设备主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速。这有利于简化机械结构，缩小体积，降低制造成本。

(2)对精密机电设备如坐标镗床、精密磨床、数控机床以及某些精密机械手，为了保证加工精度和动作的准确性，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。

(3)对一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三相鼠笼式异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为了简化结构，扩大调速范围，也可采用双速或多速的鼠笼式异步电动机。在选用三相鼠笼式异步电动机的额定转速时，应满足工艺条件要求。

3.电动机的调速特性与负载特性相适应

不同机电设备的各个工作机构，具有各不相同的负载特性，如机床的主轴运动为恒功率负载，而进给运动为恒转矩负载。在选择电动机调速方案时，要使电动机的调速特性与负载特性相适应，否则将会引起拖动工作的不正常，电动机不能充分合理的使用。例如，双速鼠笼式异步电动机，当定子绕组由三角形连接改接成双星形连接时，转速增加一倍，功率却增加很少。因此，它适用于恒功率传动。对于低速为星形连接的双速电动机改接成双星形连接后，转速和功率都增加一倍，而电动机所输出的转矩却保持不变，它适用于恒转矩传动。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。分析调速性质和负载特性，找出电动机在整个调速范围内的转矩、功率与转速的关系，以确定负载需要恒功率调速，还是恒转矩调速，为合理确定拖动方案、控制方案以及电动机和电动机容量的选择提供必要的依据。

4.1.4 电气控制方案确定的原则

设备的电气控制方法很多，有继电器接点控制、无触点逻辑控制、可编程序控制器控制、计算机控制等。总之，合理地确定控制方案，是实现简便可靠、经济适用的电力拖动控制系统的重要前提。

控制方案的确定，应遵循以下原则。

(1)控制方式与拖动需要相适应。控制方式并非越先进越好，而应该以经济效益为标准。控制逻辑简单、加工程序基本固定的机床，采用继电器接点控制方式较为合理;对于经常改变加工程序或控制逻辑复杂的机床，则采用可编程序控制器较为合理。

(2)控制方式与通用化程度相适应。通用化是指生产机械加工不同对象的通用化程度，它与自动化是两个概念。对于某些加工一种或几种零件的专用机床，它的通用化程度很低，但它可以有较高的自动化程度，这种机床宜采用固定的控制电路;对于单件、小批量且可加工形状复杂零件的通用机床，则采用数字程序控制，或采用可编程序控制器控制，因为它们可以根据不同的加工对象而设定不同的加工程序，因而有较好的通用性和灵活性。

(3)控制方式应最大限度满足工艺要求。根据加工工艺要求，控制电路应具有自动循环、半自动循环、手动调整、紧急快退、保护性联锁、信号指示和故障诊断等功能，以最大限度满足工艺要求。

(4)控制电路的电源应可靠。简单的控制电路可直接用电网电源，元件较多、电路较复杂的控制装置，可将电网电压隔离降压，以降低故障率。对于自动化程度较高的生产设备，可采用直流电源，这有助于节省安装空间，便于同无触点元件连接，元件动作平稳，操作维修也较安全。

影响方案确定的因素较多，最后选定方案的技术水平和经济水平，取决于设计人员设计经验和设计方案的灵活运用。