执行与控制回路电器v概要PPT课件.ppt

机床电气装调 执行与控制回路电器 v17 1 三相交流异步电动机 三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置 它主要由定子 转子和它们之间的气隙构成 对定子绕组通往三相交流电源后 产生旋转磁场并切割转子 获得转矩 三相交流异步电动机具有结构简单 运行可靠 价格便宜 过载能力强及使用 安装 维护方便等优点 被广泛应用于机床领域 2 基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子构成 定子是静止不动的部分 转子是旋转部分 在定子与转子之间有一定的气隙定子由铁心 绕组与机座三部分组成 转子由铁心与绕组组成 转子绕组有鼠笼式和线绕式 鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条 再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成 线绕式转子绕组与定子绕组一样 由线圈组成绕组放入转子铁心槽里 鼠笼式与线绕式两种电动机虽然结构不一样 但工作原理是一样的 3 三相交流异步电动机 工作原理 定子三相绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场 当三相电流不断地随时间变化时 所建立的合成磁场也不断地在空间旋转 如下图所示 旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致 意调换两根电源进线 则旋转磁场反转 定子旋转磁场旋转切割转子绕组 转子绕组产生感应电动势 其方向由 右手螺旋定则 确定 由于转子绕组自身闭合 便有电流流过 并假定电流方向与电动势方向相同 转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下 产生电磁力 其方向由 左手螺旋定则 判断 该力对转轴形成转矩 称电磁转矩 并可见 它的方向与定子旋转磁场 即电流相序 一致 于是 电动机在电磁转矩的驱动下 顺着旋转磁场的方向旋转 且一定有转子转速 有转速差是异步电动机旋转的必要条件 异步的名称也由此而来 4 旋磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率 描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度 在正常运行范围内 异步电动机的转差率很小 仅在0 01 0 06之间 5 电磁铁 通电产生电磁的一种装置 在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组 这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性 它也叫做电磁铁 electromagnet 我们通常把它制成条形或蹄形状 以使铁芯更加容易磁化 另外 为了使电磁铁断电立即消磁 我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做 这样的电磁铁在通电时有磁性 断电后磁就随之消失 电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用 由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高 6 应用 电磁铁是电流磁效应 电生磁 的一个应用 1 牵引电磁铁 主要用来牵引机械装置 开启或关闭各种阀门 以执行自动控制任务 2 制动电磁铁 主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的 3 自动电器的电磁系统 如电磁继电器和接触器的电磁系统 自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等 4 其他用途的电磁铁 如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等 7 指示灯与照明灯 指示灯的作用 指示电气系统重要部位的工作状态 照明灯为车床 电气控制装置的操作者提供照明 两者的图形符号相同 文字符号不同 见图 左图为指示灯 右图为照明灯 图指示灯和照明灯的图形文字符号 8 指示灯 信号等 外观 车床照明灯外观 9 控制回路电器 1 控制按钮 结构 1 按钮帽2 复位弹簧3 常闭触头4 动触头5 常开触头 10 控制按钮有单式按钮 复式按按钮和三联式按钮等型式 各种按钮图形文字符号a 常开按钮b 常闭按钮c 复式按钮d 紧急按钮e 按钮带锁及带灯f 按钮带灯 11 三 控制按钮 按钮颜色含义 12 时间继电器 1 线圈2 铁芯3 衔铁4 复位弹簧5 推板6 活塞杆7 塔形弹簧8 弱弹簧 9 橡皮膜10 空气室壁11 调节螺杆12 进气孔13 活塞14 16 微动开关15 杠杆 a 通电延时原理 13 1 线圈2 铁芯3 衔铁4 复位弹簧5 推板6 活塞杆7 塔形弹簧8 弱弹簧 9 橡皮膜10 空气室壁11 调节螺杆12 进气孔13 活塞14 16 微动开关15 杠杆 c 断电延时原理 14 d 精确延时时间继电器 a 晶体管式b 电动机式 15 2 时间继电器图形文字符号 a 通电延时线圈b 断电延时线圈c 通电延时闭合触头d 通电延时断开触头e 断电延时断开触头f 断电延时闭合触头 16 2 时间继电器系列1 JS7 A系列JS7 A系列是空气阻尼式时间继电器 型号标注型式为 JS7 XA 空气阻尼式时间继电器代号 设计序号 基本规格代号 1 通电延时 无瞬时触头 2 通电延时 有瞬时触头 3 断电延时 无瞬时触头 4 断电延时 有瞬时触头 结构设计改动情况 A表示结构设计稍有改动 17 JS23系列JS7 A系列空气阻尼式时间继电器以带四个瞬时触头的中间继电器为主体 加上一个延时组件组成 型号标注型式为 JS23 时间继电器代号 设计序号 是触头形式代号 用数字1 6表示 延时范围代号 1 0 2 0 3s 2 10 180s 安装方式代号 1 螺钉安装 2 卡轨安装 18 JS20系列JS20系列晶体管时间继电器分为单结晶体管电路和场效应晶体管电路两类 有通电延时型 断电延时型和带瞬时触头的通电延时型三种型式 型号标注型式为 JS20 时间继电器代号 设计序号 基本规格代号 以数字表示延时时间范围s 派生代号 D 断电延时 无字母 通电延时型 辅助规格代号 0 无波段开关 1 带波段开关 安装形式代号 0 装置式 1 面板式 2 外接式 3 装置式带瞬动触头 4 面板式带瞬动触头 5 外接式带瞬动触头 19 二 速度继电器 1 结构 1 转轴2 永磁转子3 绕组套4 笼形绕组5 摆锤6 9 簧片7 8 静触头 20 21 速度继电器各部件的图形文字符号a 速度继电器摆锤b 速度继电器常开触头c 速度继电器常闭触头 22 中间继电器主要用途是当其他继电器触头数量或容量不够时 可借助中间继电器扩充触头数目或增大触头容量 起中间转换作用 中间继电器 23 中间继电器图形文字符号a 中间继电器线圈b 常开触头c 常闭触头 24 2020 1 7 25 固态继电器 固态继电器 SolidStateRelay 缩写SSR 是由微电子电路 分立电子器件 电力电子功率器件组成的无触点开关 用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离 固态继电器的输入端用微小的控制信号 达到直接驱动大电流负载 26 固态继电器有三部分组成 输入电路 隔离 耦合 和输出电路 按输入电压的不同类别 输入电路可分为直流输入电路 交流输入电路和交直流输入电路三种 有些输入控制电路还具有与TTL CMOS兼容 正负逻辑控制和反相等功能 固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种 固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路 交流输出电路和交直流输出电路等形式 交流输出时 通常使用两个可控硅或一个双向可控硅 直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管 27 固态继电器的优点 1 高寿命 高可靠 固态继电器没有机械零部件 有固体器件完成触点功能 由于没有运动的零部件 因此能在高冲击 振动的环境下工作 由于组成固态继电器的元器件的固有特性 决定了固态继电器的寿命长 可靠性高 2 灵敏度高 控制功率小 电磁兼容性好 固态继电器的输入电压范围较宽 驱动功率低 可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器 3 快速转换 固态继电器因为采用固体器件 所以切换速度可从几毫秒至几微妙 4 电磁干扰小 固态继电器没有输入 线圈 没有触点燃弧和回跳 因而减少了电磁干扰 大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关 在零电压处导通 零电流处关断 减少了电流波形的突然中断 从而减少了开关瞬态效应 28 桥式整流电路 电力网供给用户的是交流电 机床电气线路中有时需要用直流电 整流 就是把交流电变为直流电的过程 桥式整流电路是机床电气线路中用的整流电路 29 当E2处在交流正弦波的正半周整流二极管D1 D3导通 整流回路中电流由1 D1 2 Rf 4 D3 3 负载Rf上得到一个半波整流电压 当E2处在交流正弦波的负半周 整流二极管D2 D4导通 整流回路中电流由3 D2 2 Rf 4 D4 1 负载Rf上得到另一个半波整流电压 30 31 一种用于工业自动化控制系统中以实现检测 控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件 当开关接近某一物体时 即发出控制信号 在各类开关中 有一种对接近它物件有 感知 能力的元件 位移传感器 利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的 这就是接近开关 32 常见的接近开关有 1 电容式接近开关这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板 而另一个极板是开关的外壳 这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接 当有物体移向接近开关时 不论它是否为导体 由于它的接近 总要使电容的介电常数发生变化 从而使电容量发生变化 使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化 由此便可控制开关的接通或断开 这种接近开关检测的对象 不限于导体 可以绝缘的液体或粉状物等 33 2 霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件 利用霍尔元件做成的开关 叫做霍尔开关 当磁性物件移近霍尔开关时 开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化 由此识别附近有磁性物体存在 进而控制开关的通或断 这种接近开关的检测对象必须是磁性物体 34 3 光电式接近开关利用光电效应做成的开关叫光电开关 将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内 当有反光面 被检测物体 接近时 光电器件接收到反射光后便在信号输出 由此便可 感知 有物体接近 35 4 热释电式接近开关用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关 这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上 当有与环境温度不同的物体接近时 热释电器件的输出便变化 由此便可检测出有物体接近 36 接近开关的选型 1 当检测体为金属材料时 应选用高频振荡型接近开关 该类型接近开关对铁镍 A3钢类检测体检测最灵敏 对铝 黄铜和不锈钢类检测体 其检测灵敏度就低 2 当检测体为非金属材料时 如 木材 纸张 塑料 玻璃和水等 应选用电容型接近开关 3 金属体和非金属要进行远距离检测和控制时 应选用光电型接近开关或超声波型接近开关 4 对于检测体为金属时 若检测灵敏度要求不高时 可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关 37 38 步进电机 是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件 在非超载的情况下 电机的转速 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数 而不受负载变化的影响 当步进驱动器接收到一个脉冲信号 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 称为 步距角 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量 从而达到准确定位的目的 同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度 从而达到调速的目的 39 步进电机分类步进电机分三种 永磁式 PM 反应式 VR 和混合式 HB 永磁式步进一般为两相 转矩和体积较小 步进角一般为7 5度或15度 反应式步进一般为三相 可实现大转矩输出 步进角一般为1 5度 但噪声和振动都很大 在欧美等发达国家80年代已被淘汰 混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点 分为两相和五相 两相步进角一般为1 8度而五相步进角一般为0 72度 这种步进电机的应用最为广泛 40 41 42 步进电机的静态指标术语 相数 产生不同对极n s磁场的激磁线圈对数 常用m表示 拍数 完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示 或指电机转过一个齿距角所需脉冲数 以四相电机为例 有四相四拍运行方式即ab bc cd da ab 四相八拍运行方式即a ab b bc c cd d da a 步距角 对应一个脉冲信号 电机转子转过的角位移用 表示 转子齿为50齿电机为例 四拍运行时步距角为 360度 50 4 1 8度 俗称整步 八拍运行时步距角为 360度 50 8 0 9度 俗称半步 43 伺服电机 是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机 是一种补助马达间接变速装置 伺服电机可使控制速度 位置精度非常准确 可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象 可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出 分为直流和交流伺服电动机两大类 其主要特点是 当信号电压为零时无自转现象 转速随着转矩的增加而匀速下降 44 德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统 到目前为止 高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机 控制驱动器多采用快速 准确定位的全数字位置伺服