普通机床电气电路设计与分析——韩旭

1、本科生课程设计报告课程名称：电器原理与应用题目：普通机床电气电路的设计与分析 姓名：韩旭学号：3073031091学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化 指导教师：陈阳生 提交日期：2010 年 6 月 29 日普通机床电气电路的设计与分析一、背景材料普通卧式车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，主要用来车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型 表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。1、主要结构和运动情况 普通卧式车床结构主要有床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成，如图 1。图 11进给箱2挂轮箱3主轴变速箱4溜板与刀架5溜板箱6尾架7丝杆8光杆9床身车床

2、的主运动为工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘带动工件旋转，其为车削加工时的主要切削 功率。车削加工时，应根据加工工件，刀具种类、工件尺寸、工艺要求等来选择。不同的切削速度，普 通车床一般采用机械变速，车削加工时，一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，要反转退刀 ， 再以正向进刀继续进行加工，所以要求主轴能够实现正反转。车床的进给运动是溜板带动刀架的横向或纵向的直线运动。其运动方式有手动和机动两种。主运动 与进给运动由一台电动机驱动并通过各自的变速箱来调节主轴旋转或进给速度。此外，为提高效率、减轻劳动强度， 车床的溜板箱还能快速移动，称为辅助运动。2、C650 车床对电气控制的要求普通卧式

3、车床由三台三相笼型异步电动机拖动，即主轴电动机 M1、冷却泵电动机 M2 和刀架快速 移动电动机 M3。从车削加工工艺要求出发，对各电动机的控制要求是：(1)主轴电动机 M1, 11kW，采用全电压下的空载直接起动，能实现正、反向旋转的连续运行。为便 于对工件作调整运动，即对刀操作，要求主轴电动机能实现单方向的点动控制，同时定子串入电阻获得 低速点动。(2)主轴电动机停车时，由于加工工件转动惯量较大，采用反接制动。加工过程中为显示电动机工 作电流设有电流监视环节。(3)冷却泵电动机 M2，200W，用以车削加工时提供冷却液，采用直接起动，单向旋转，连续工作。 (4)快速移动电动机 M3，2kW

4、，单向点动、短时运转。 (5)电路应有必要的保护和联锁，有安全可靠的照明电路。3、电气控制电路图图 2 普通车床电气原理图。二、实验任务1、分析车床的电气控制电路的工作原理（图 2）。2、已知电动机 M1，M2，M3 功率分别为 15KW，300W，3KW，电压等级都是 380V。请仔细分析计 算各主要元器件的工作参数和要求，并在此基础上，查阅产品样本，选择合适的型号，生产厂家，并说 明选用的原则。3、如果 M1 主轴电机控制改为由变频器驱动，请设计变频器供电电路，设计变频器的接口电路，实现 图 2 中，主轴电机的所有控制功能。同时，请说明有哪些变频器参数必须设置。三、车床的电气控制电路的工作

5、原理分析1、主电路分析三相交流电由隔离开关 QS 引入，熔断器 FU1、FU2、FU3 分别为主电动机 M1、冷却泵电动机 M2 和快速移动电动机 M3 的短路保护，热继电器 FR1、FR2 分别为主电动机 M1、冷却泵电动机 M2 的过 载保护，快速移动电动机 M3 为短时间隙工作，不设过载保护。KM1、KM2 分别控制主电动机 M1 的正 反 转，KM4 控制冷却泵电动机 M2 的运转，KM5 控制快速移动电动机 M3 的运转。电阻 R 为限流电阻， 在点动起动和反接制动时接入主电路以限制过大的电流。在电机正常运转时，KM3 闭合将限流电阻 R 短路，使电机运行在额定状态。2、控制电路分析

6、(1) 主电动机的点动调整控制按下 SB2，接触器 KM1 线圈得电（但不自锁，因为 KA 未 得 电 ），KM1 主触点闭合，由于 KM3 不 得电，三相电源通过限流电阻 R 接入电机 M1，使电机起动。若松开 SB2，则 KM1 线圈失电，主电机 停转。(2) 主电动机的正反转控制主电动机 M1 的正转控制如下：按下 SB3，KM3 线圈首先得电，其主触点闭合将限流电阻 R 短路； KM3 动合触点闭合，从而 KA 线圈得电并自锁。KA 线圈得电后，KA 动合触点闭合，锁住 KM3，同时 使 KM1 线圈得电。KM1 主触点闭合，主电动机 M1 正转；KM1 动合触点闭合形成自锁。此时，主

7、电动 机 M1 连续正转。主电动机 M1 的反转控制也类似：按下 SB4，KM3 线圈首先得电，其主触点闭合将限流电阻 R 短 路；KM3 动合触点闭合，从而 KA 线圈得电。KA 线圈得电后，KA 动合触点闭合，锁住 KM3，同时使 KM2 线圈得电。KM2 主触点闭合，主电动机 M1 反转；KM2 动合触点闭合形成自锁。此时，主电动机 M1 连续反转。KM1 和 KM2 的动断触点分别接在对方的控制回路中，形成电气互锁，防止电机正反转接触器同时 接通，使主回路短路。(3) 主电动机的反接制动控制主电动机在连续正转时，控制回路中 KM1、KM3、KA 的动合触点都是闭合的，速度继电器的正转

8、触头 KS-1 也是闭合的。当电机需要制动时，按下按钮 SB1，则 KM3 线圈失电，KM3 主触点断开使限 流电阻接入主回路。线圈 KM1 也失电，从而断开三相正转电源。但由于电机的惯性，KS-1 仍 然 闭 合 ， 因此当松开 SB1 后 ，KM2 线圈得电，电机在接入限流电阻的情况下实现反接制动。当电机转速很低时 ， 触头 KS-1 断开，KM2 失电，电机停转，反接制动结束。主电动机反转时的反接制动过程与此类似。(4) 刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动通过快速移动电动机 M3 来控制。扳动刀架手柄，压下行程开关 SQ，则接触器 KM5 得电，KM5 的主触点接通，使电动机 M3

9、 转动，实现刀架快速移动。移开刀架手柄， KM5 线 圈 失 电 ， M3 停止转动，从而刀架停止移动。冷却泵电机 M2 通过起动按钮 SB6 和停止按钮 SB5 来控制。按下起动按钮 SB6，KM4 线圈得电并 自 锁，KM4 的主触点闭合，使电动机 M2 转动，驱动冷却泵，提供冷却液。按下停止按钮 SB5，则 KM4 线圈失电，M2 停止转动，冷却泵停止工作。(5) 辅助电路在主电机 M1 的主回路中接入电流表以监视主回路中的电流。为了防止起动和制动时的冲击电流损 坏电流表，将其与时间继电器 KT 的延时断开触点并联。当电机起动时，KM3 和 KT 同时得电，KT 的 延时断开触点先是闭合

10、，将电流表短路。起动完毕电机 M1 正常运转后，KT 的延时断开触点断开，将 电流表接入主回路。当电机需要停止时，按下 SB1 后，KT 线圈失电，KT 的延时断开触点立即复位， 将电流表短路，防止制动电流的冲击。另外，照明电路可通过控制开关 SA 来控制。3、电路的保护环节，联锁环节分析(1) 熔断器 FU1、FU2、FU3 分别为电机 M1、M2 和 M3 提供短路保护，熔断器 FU4 为变压器 TC提供短路保护，熔断器 FU5 为控制回路提供短路保护，熔断器 FU6 为照明电路提供短路保护。(2) 热继电器 FR1、FR2 分别为电机 M1 和 M2 提供过载保护。(3) 主电机 M1

11、正反转控制中，KM1 和 KM2 的动断触点形成电气互锁，已在主电动机的正反转控 制中详述。(4) 与电流表并联的 KT 延时断开触点用来保护电流表，已在辅助电路中详述。(5) 限流电阻 R 用来减小点动起动和反接制动时的大电流冲击。(6) 当电源严重低于额定电压或失压时，接触器吸力急剧下降，衔铁释放，电路断开，即使电源电压恢复正常也不会自动启动运转，因此电路具有欠压和失压保护作用。四、主要元器件的选择1、交流接触器 KM1-KM5 的选择P根据 IN =3UN cos，得到 M1、M2、M3 的额定电流分别是 IM1=28.5A，IM2=0.570A，IM3=5.70A（这里假定 cos =

12、 0.8 ）。但实际选用接触器时，主触点额定电流应大于计算值。由于 M1 需要点动控制和反接制动控制，故工作条件为 AC-4，最大耐受电流约为额定电流的 4 倍，通过查找资料，可以使用乐清市天惠电气有限公司生产的 CJX2-N 系列的接触器。其规格如表 1。 根据该表，KM1、KM2、KM3 可选用 CJX2-65N，KM4、KM5 可选用 CJX2-09N。2、熔断器 FU1-FU6 的选择熔体额定电流 IR = (1.5 2.5)IN ，故 IR160A，IR21.4A，IR314A。电灯额定电流约为 1-2A，选 取 FU6 的额定电流在 4A 左右。根据接触器线圈的技术参数，最坏的情况

13、是所有的接触器线圈都接通，根据表 1 的线圈功率计算，选取 FU5 的额定电流在 10A 左右，FU4 的额定电流在 15A 左右。综 上 ，FU1-FU6 可选择上海侨光电器(集团)有限公司生产的 RT16 系 列 的 熔 断 器 。FU1 可选择 RT16-160/63，熔体额定电流 63A；FU2 可选择 RT16-160/2，熔体额定电流 2A；FU3 可选择 RT16-160/16， 熔体额定电流 16A；FU4 可选择 RT16-160/16，熔体额定电流 16A；FU5 可选择 RT16-160/12，熔体 额定电流 12A；FU6 可选择 RT16-160/4，熔体额定电流 4

14、A。3、热继电器 FR1-FR2 的选择CJX2-N 系列交流接触器可以直接和乐清市中烁电器有限公司生产的 JRS1 系列中 Z 型热继电器配 套使用。CJX2-09N 选用 JRS1-25/Z 热继电器，CJX2-65N 选用 JRS1-80/Z 热继电器。JRS1-25/Z 整 定电流范围为 0.125A 可 调 ，JRS1-80/Z 整定电流范围为 2380A 可调，完全可以满足 M2 和 M3 控制的需要。辅助触点的额定电压为 220V，触点额定电流 6A。表 1 CJX2-N 系列交流接触器的技术参数4、速度继电器 KS 的选择速度继电器可选用长沙威尔克自动化设备公司生产的 JY1

15、型，为鼠笼电动机控制常用的速度继电 器。其工作速度范围 1003600r/min，可以满足机床日常使用的需要。正向和反向工作各带有常开常闭触点一对，辅助触点额定电流 2A，额定电压 220V。控制回路中要求至少 2 个常开触点，正反转各 1个。可见，JY1 型速度继电器满足上述要求。5、时间继电器 KT 的选择时间继电器的延时范围只要略大于主轴电机 M1 的启动时间即可，其要求不高。可选择上海思源公 司生产的 JS48S-S 时间继电器，延时范围 0.1s-99s，额定电压 220V。完全可以满足要求。6、中间继电器 KA 的选择中间继电器 KA 的触点最多拖动两只继电器线圈 KM3 和 KT

16、，且同为保持状态，观察 KM3 的保持 电流约为 AC0.1A，KT 也应该大致是这个数量级。两只线圈的总容量应该在 50VA 左右。选择常州泰明 电子电器厂生产的 JZ7-44 型中间继电器，常 开 常 闭 触 点各有四对，单个触点控制容量 1 8 0 VA（AC380V）， 额定电流 5A，可以满足要求。7、变压器的选择已算出控制电路的最大电流约为 10A，故容量为 110V×10A=1100VA，变压器容量储备系数 KT=1.1-1.25，故应选择变压器为 220V/110V，容量在 1500VA 左右。五、变频器供电回路设计1、变频器的供电电路如下：(1) M1 的点动控制：

17、按下 SB2 后，线圈 KM1 和 KM2 均 接 通 ，KM1 主触点接通使变频器接入电源 ， KM2 动合触点闭合，使 DIN1 通电，电机正转。若松开 SB2，则 KM1、KM2 均断电，电机停转。连续 按下和松开 SB2 可实现点动控制。(2) M1 的正反转控制：按下 SB3，KM1 线圈通电，KM2 通电吸合并自锁，DIN1 通电，电机开始 正转。同时 SB3 和 KM2 的动断触点形成电气与机械双互锁，使 KM3 无法接通，防止 DIN1 和 DIN2 同 时接通。用同样的方法，按下 SB4，KM3 通电吸合并自锁，DIN2 通电，电机开始反转，电气、机械双互锁也同样发挥作用，电机可以从正转直接切换到反转。(3) M1 的制动控制：电机需要停转时，按下 SB5 即可按照设定的速度停车，但主回路并不断电。 按下 SB1，则可将主电路彻底断开。2、需要设置的变频器参数序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P000312允许访问扩展参数2P0304230380电动机的额定电压(380V)3P03051.330电动机的额定电流(30A)4P03070.1815电动机的额定功率(15KW)5P031050.0050.00电动机的额定频率(50Hz)6P031101395电动机的额定转速(按实际情况设定)7P1000