电机与电气控制电路设计的核心流程, 主要是先明确工况参数, 接着选定驱动与控制方案, 然后完成主电路与辅助电路设计, 最后进行接线与调试验证。这个设计的关键在于, 需要根据电机类型, 比如交流异步、直流还有伺服这类, 根据负载特性来匹配驱动方式, 目的是要确保保护环节完整, 还要让信号链路变得可靠。
设计流程与关键步骤
1. 工况参数确定
设计的第一步就是把这几个参数给明确下来, 比如电机的额定功率和电压是多少, 负载的惯量有多大, 扭矩的变化曲线是怎样的, 启动和停止的频率有多高, 工作的环境条件怎么样的, 包括温度情况如何, 还有防护等级的要求, 以及在电磁兼容方面有什么样的需求。
这几个参数定好了之后, 就自然而然地把后面所有选型的方向给决定了。
2. 驱动与控制方案选型
对于功率在三千瓦及以下的小功率交流电机, 可以使用星形-三角形启动方法, 也可以使用直接启动方法。控制电路主要通过接触器和热继电器组成。
如果是中大功率, 或者需要调速的情况, 就要去选择变频器或者是软启动器, 控制信号是由PLC或者由专用控制器发出来的。
为了实现高精度的定位和调速, 需要采取伺服驱动器与编码器的闭环控制模式。在这种模式下, 相关的控制电路必须预留好模拟量接口以及通信总线, 例如包括CANopen或者是EtherCAT这样的通信协议。
3. 主电路设计
主电路包含电源进线, 它接着连接断路器, 然后连接接触器或者是变频器, 最后连接到电机绕组。在设计方案上必须满足以下这些要求。
整定值不得大于电机额定电流的一点二五倍, 这是指的是直接启动的情况；另外一点呢, 就是如果采用变频启动的话, 那这个整定值就不应该超过电机额定电流的一倍的。
用户提交的句子是: “变频器输出侧不得串接接触器, 防止电流冲击；”。
在计算三相电机的时候, 需要把持续工作电流的1.25倍到1.5倍这个范围拿来当作每相导线截面选取的依据。在完成上述选取之后, 还要对电压降进行校验一下, 确保这个电压降是小于或者等于5%的。
4. 辅助控制电路设计
里面包含了启停按钮、还有指示灯以及PLC I/O之类的东西, 另外还得进行传感器信号的采集工作。这个事儿的原则得讲清楚, 就是控制回路和主回路一定要互相隔离开来。在供电这块儿, 要采用24 V DC那种安全的电压来驱动设备。
至于具体的接法呢, 是把PLC的输出信号先接到继电器或者固态继电器上进行隔离处理完之后, 再把线连到主回路上去, 这样做的目的是为了能够避免那些高频信号带来的干扰麻烦。
5. 保护环节配置
必须配备的东西包括: 过载保护, 用的是热继电器或者变频器里面自带的功能, 还要有短路保护, 这个是通过熔断器或者断路器来实现的, 此外还得有缺相保护, 以及急停回路, 这个回路上面是常闭串联的结构, 只要其中任何一个环节断开, 机器就会立刻停机, 对于伺服系统来说, 除此之外还需要额外配置编码器出现故障的检测功能以及过温保护的功能。
设计要点与易错项
当变频器和电机之间连接的电缆长度超过了规定的数值的时候, 就必须安装输出电抗器或者是带有屏蔽层的导线, 这样就可以有效防止因为地电位差的存在所导致的误动作情况的发生。
PLC的扫描周期必须与电机的响应时间相配合。如果需要进行高速控制,并且控制周期小于1 ms电机与电气控制电路设计, 那么一定要选用运动控制型的PLC,或者是选用专用的CNC控制器。
在那些电气的图纸里面杭州市上城区明德公益事业发展中心, 大家是把主电路还有控制电路分开来画的, 然后元件的编号都是统一的, 这么做的意思就是为了避免大家在接线路的时候搞混淆。
调试与验证
在这个设计环节完毕之后, 我们需要开始逐步进行加载测试。具体的操作流程是, 先进行空载状态下的测试。接着, 过渡到轻载状态。最后, 才进入满载状态的测试步骤。在加载的过程中, 要持续记录下每个关键点的电流数值以及温升值等情况。
同时, 还要测量振动的大小数据。把这些实测数据和理论上的预期值加以对比, 可以发现两者之间的偏差必须控制在正百分之十与负百分之十的范围之内。另外, 还需要验证所有的保护机制是否能按照规定的时限正常触发动作。
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