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书名 机械设备控制技术ISBN 978 7 111 15576 9作者 王德发出版社 机械工业出版社本书配有电子课件 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 1电气控制技术概述2 2常用低压电器2 3基本电气控制电路2 4典型电气控制系统作业 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 1电气控制技术概述 2 1 1电气自动控制及其在现代机床中的地位2 1 2机床电气自动控制的发展概况 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 1 1电气自动控制及其在现代机床中的地位 所谓 自动控制 是指在没有人直接参与 或仅有少数人参与 的情况下 利用自动控制系统 使被控对象 或生产过程 自动地按预定的规律去进行工作 由于现代化的金属切削机床均用交 直流电机作为动力源 因而电气自动控制是现代机床的主要控制手段 本章就是以机床作为典型对象来研究电气自动控制技术的基本原理 方法和应用 这些基本控制方法自然也适用于机器设备及生产过程 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 1 2机床电气自动控制的发展概况 2 1 2 1电气拖动的发展与分类2 1 2 2电气控制系统的发展与分类 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 1 2 1电气拖动的发展与分类 电气控制与电气拖动有着密切的关系 20世纪初 由于电动机的出现 使得机床的拖动发生了变革 用电动机代替蒸汽机 机床的电气拖动随电动机的发展而发展 1 成组拖动2 单电机拖动3 多电机拖动4 交 直流无级调速 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 1 2 2电气控制系统的发展与分类 1 逻辑控制系统 1 手动控制 2 自动控制继电器接触器自动控制系统顺序控制器数字控制2 连续控制系统3 混合控制系统 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 2常用低压电器 2 2 1常用低压电器的基本知识2 2 2主令电器2 2 3接触器2 2 4继电器2 2 5其他电器 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 2 1常用低压电器的基本知识 2 2 1 1低压电器的分类2 2 1 2低压电器的作用2 2 1 3低压电器的基本结构 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 2 1 1低压电器的分类 所低压电器是指工作在交流电压1200V 直流电压1500V以下的各种电器 生产机械上大多用低压电器 低压电器种类繁多 按其结构 用途及所控制对象的不同 可以有不同的分类方式 1 按用途和控制对象不同 可将低压电器分为配电电器和控制电器 用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器 这类电器包括刀开关 转换开关 空气断路器和熔断器等 用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器 这类电器包括接触器 起动器和各种控制继电器等 机械设备控制技术高职高专ppt课件 2 2 1 1低压电器的分类 2 按操作方式不同 可将低压电器分为自动电器和手动电器 通过电器本身参数变化或外来信号 如电 磁 光 热等 自动完成接通 分断 起动 反向和停止等动作的电器称为自动电器 常用的自动电器有接触器 继电器等 通过人力直接操作来完成接通 分断 起动 反向和停止等动作的电器称为手动电器 常用的手动电器有刀开关 转换开关和主令电器等 3 按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器 如接触器 各类电磁式继电器等 非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动作的电器 如行程开关 速度继电器等 2 2 1 2低压电器的作用 控制作用保护作用测量作用调节作用指示作用转换作用 2 2 1 3低压电器的基本结构 电磁式低压电器大都有两个主要组成部分 即 感测部分 电磁机构和执行部分 触头系统 1 电磁机构电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量 带动触头动作 从而完成接通或分断电路的功能 电磁机构由吸引线圈 铁心和衔铁3个基本部分组成 常用的电磁机构如图所示 可分为3种形式 2 2 1 3低压电器的基本结构 2 直流电磁铁和交流电磁铁按吸引线圈所通电流性质的不同 电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁 直流电磁铁由于通入的是直流电 其铁心不发热 只有线圈发热 因此线圈与铁心接触以利散热 线圈做成无骨架 高而薄的瘦高型 以改善线圈自身散热 铁心和衔铁由软钢和工程纯铁制成 交流电磁铁由于通入的是交流电 铁心中存在磁滞损耗和涡流损耗 线圈和铁心都发热 所以交流电磁铁的吸引线圈有骨架 使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖形 以利于铁心和线圈的散热 铁心用硅钢片叠加而成 以减小涡流 当线圈中通以直流电时 气隙磁感应强度不变 直流电磁铁的电磁吸力为恒值 当线圈中通以交流电时 磁感应强度为交变量 交流电磁铁的电磁吸力F在0 最小值 Fm 最大值 之间变化 其吸力曲线如下图所示 在一个周期内 当电磁吸力的瞬时值大于反力时 衔铁吸合 当电磁吸力的瞬时值小于反力时 衔铁释放 所以电源电压每变化一个周期 电磁铁吸合两次 释放两次 使电磁机构产生剧烈的振动和噪声 因而不能正常工作 2 2 1 3低压电器的基本结构 交流电磁铁吸力变化情况如下图所示 2 2 1 3低压电器的基本结构 2 直流电磁铁和交流电磁铁为了消除交流电磁铁产生的振动和噪声 在铁心的端面开一小槽 在槽内嵌入铜制短路环 如下图所示 2 2 1 3低压电器的基本结构 3 触头系统触头是电器的执行部分 起接通和分断电路的作用 触头主要有两种结构形式 桥式触头和指形触头 具体如下图所示 2 2 1 3低压电器的基本结构 4 灭弧装置在大气中分断电路时 电场的存在使触头表面的大量电子溢出从而产生电弧 电弧一经产生 就会产生大量热能 电弧的存在既烧蚀触头金属表面 降低电器的使用寿命 又延长了电路的分断时间 所以必须迅速把电弧熄灭 常用的灭弧方法 电动力灭弧磁吹灭弧金属栅片灭弧 2 2 2主令电器 主令电器是一种专门发布命令 直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器 常用来控制电力拖动系统中电动机的起动 停车 调速及制动等 2 2 2 1控制按钮2 2 2 2行程开关2 2 2 3接近开关2 2 2 4万能转换开关 2 2 2 1控制按钮 控制按钮由按钮帽1 复位弹簧2 桥式触头3 4 5和外壳等组成 通常做成复合式 即具有动合触点和动断触点 其结构示意图见下图所示 2 2 2 1控制按钮 控制铵钮的种类很多 指示灯式按钮内可装入信号灯显示信号 紧急式按钮装有蘑菇形钮帽 以便于紧急操作 旋钮式按钮用于扭动旋钮来进行操作 常见按钮的外形如下图所示 2 2 2 1控制按钮 控制按钮的型号含义和电气符号如下图所示 1型号含义 2电气符号 2 2 2 2行程开关 行程开关又称位置开关或限位开关 它的作用与按钮相同 只是其触点的动作不是靠手动操作 而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断电路的 行程开关的结构分为3个部分 操作机构 触头系统和外壳 行程开关的外形及结构如下图所示 行程开关实物图 行程开关结构图 2 2 2 2行程开关 行程开关的型号含义和电气符号如下图所示 型号含义 电气符号 2 2 2 3接近开关 接近式位置开关是一种非接触式的位置开关 简称接近开关 它由感应头 高频振荡器 放大器和外壳组成 当运动部件与接近开关的感应头接近时 就使其输出一个电信号 接近开关包括电感式和电容式两种 电感式接近开关的感应头是一个具有铁氧体磁心的电感线圈 只能用于检测金属体 振荡器在感应头表面产生一个交变磁场 当金属块接近感应头时 金属中产生的涡流吸收了振荡的能量 使振荡减弱以至停振 因而存在振荡和停振两种信号 经整形放大器转换成二进制的开关信号 从而起到 开 关 的控制作用 2 2 2 3接近开关 常用的电感式接近开关型号有LJ1 LJ2等系列 电容式接近开关型号有LXJ15 TC等系列产品 接近开关外形图 接近开关的电气符号 2 2 2 4万能转换开关 万能转换开关是一种多档式 控制多回路的主令电器 一般可作为多种配电装置的远距离控制 也可作为电压表 电流表的换相开关 还可作为小容量电动机的起动 制动 调速及正反向转换的控制 其触头档数多 换接线路多 用途广泛 故有 万能 之称 转换开关实物图如下 2 2 2 4万能转换开关 万能转换开关主要由操作机构 面板 手柄及数个触点座等部件组成 并用螺栓组装成为一个整体 如下图所示 万能转换开关的图形符号及文字符号如下图所示 图中水平方向的数字1 3表示触点编号 垂直方向的数字及文字 左 0 右 表示手柄的操作位置 档位 虚线表示手柄操作的联动线 在不同的操作位置 各对触点的通 断状态的表示方法为 在触点的下方与虚线相交位置有黑色圆点表示在对应操作位置时触点接通 没涂黑色圆点表示在该操作位置不通 2 2 3接触器 2 2 3 1接触器的结构及工作原理2 2 3 2接触器的主要技术参数及型号 接触器主要用于频繁接通或分断交 直流主电路和大容量的控制电路 可远距离操作 配合继电器可以实现定时操作 联锁控制及各种定量控制和失压及欠压保护 2 2 3 1接触器的结构及工作原理 如图所示 交流接触器主要由电磁机构 包括电磁线圈1 铁心2和衔铁3 触头系统 主触头4和辅助触头5 灭弧装置 图中未画出 及其他部分组成 2 2 3 2接触器的主要技术参数及型号 1 接触器的主要技术参数有 1 额定电压 2 额定电流 3 吸引线圈额定电压 4 通断能力 5 电气寿命和机械寿命 6 额定操作频率 次 h 各种接触器的实物图 2 2 3 2接触器的主要技术参数及型号 2 接触器的型号常见接触器有CJ20系列 3TH和CJX1 3TB 系列 其中CJ20系列是较新的产品 而3TH和CJX1 3TB 系列是从德国西门子公司引进制造的新型接触器 接触器的各种型号的用途如图所示 接触器的型号含义及电气符号如下所示 2 2 4继电器 继电器是根据一定的信号 如电流 电压 时间和速度等物理量 的变化来接通或分断小电流电路和电器的自动控制电器 2 2 4 1电磁式继电器的结构及工作原理2 2 4 2电流继电器2 2 4 3电压继电器2 2 4 4时间继电器2 2 4 5热继电器2 2 4 6速度继电器 2 2 4 1电磁式继电器的结构及工作原理 1 结构及工作原理继电器一般由3个基本部分组成 检测机构 中间机构和执行机构 低压控制系统中的控制继电器大部分为电磁式结构 下图为电磁式继电器的典型结构示意图 电磁式继电器由电磁机构和触头系统两个主要部分组成 电磁机构由线圈1 铁心2 衔铁7组成 触头系统由于其触点都接在控制电路中 且电流小 故不装设灭弧装置 它的触点一般为桥式触点 有动合和动断两种形式 另外 为了实现继电器动作参数的改变 继电器一般还具有改变弹簧松紧和改变衔铁打开后气隙大小的装置 即反作用调节螺钉6 当通过电流线圈1的电流超过某一定值 电磁吸力大于反作用弹簧力 衔铁7吸合并带动绝缘支架动作 使动断触点9断开 动合触点10闭合 通过调节螺钉6来调节反作用力的大小 即调节继电器的动作参数值 2 2 4 1电磁式继电器的结构及工作原理 2 继电特性继电器的主要特性是输入 输出特性 又称继电特性 继电特性曲线如下图所示 当继电器输入量X由零增至X 以前 继电器输出量Y为零 当输入量X增加到X 时 继电器吸合 输出量为Y 若X继续增大 Y保持不变 当X减小到Xr时 继电器释放 输出量由Y 变为零 若X继续减小 Y值均为零 2 2 4 2电流继电器 电流继电器主要用于过载及短路保护 电流继电器的线圈串联接入主电路 其线圈匝数少 导线粗 阻抗小 用来感测主电路的电流 触点接于控制电路 为执行元件 电流继电器反映的是电流信号 常用的电流继电器有欠电流继电器和过电流继电器两种 欠电流继电器用于欠电流保护 在电路正常工作时 欠电流继电器的衔铁是吸合的 其动合触点闭合 动断触点断开 只有当电流降低到某一整定值时 衔铁释放 控制电路失电 从而控制接触器及时分断电路 过电流继电器在电路正常工作时不动作 整定范围通常为额定电流的1 1 3 5倍 当被保护线路的电流高于额定值 并达到过电流继电器的整定值时 衔铁吸合 触点机构动作 控制电路失电 从而控制接触器及时分断电路 对电路起过流保护作用 2 2 4 2电流继电器 过电流继电器实物图 欠电流继电器实物图 2 2 4 3电压继电器 电压继电器反映的是电压信号 它的线圈并联在被测电路的两端 所以匝数多 导线细 阻抗大 电压继电器用于电力拖动系统的电压保护和控制 其线圈并联接入主电路 感测主电路的电压 触点接于控制电路 为执行元件 按吸合电压的大小 电压继电器可分为过电压继电器和欠电压继电器 过电压继电器用于线路的过电压保护 当被保护的电路电压正常时衔铁不动作 当被保护电路的电压高于额定值 达到过电压继电器的整定值时 衔铁吸合 触点机构动作 控制电路失电 控制接触器及时分断被保护电路 欠电压继电器用于电路的欠电压保护 其释放整定值为电路额定电压的0 1 0 6倍 当被保护电路电压正常时衔铁可靠吸合 当被保护电路电压降至欠电压继电器的释放整定值时衔铁释放 触点机构复位 控制接触器及时分断被保护电路 2 2 4 3电压继电器 中间继电器实质上是一种电压继电器 它的特点是触点数目较多 电流容量可增大 起到中间放大 触点数目和电流容量 的作用 型号含义 电气符号 中间继电器实物图 2 2 4 4时间继电器 在自动控制系统中 有时需要继电器得到信号后不立即动作 而是要顺延一段时间后再动作并输出控制信号 以达到按时间顺序进行控制的目的 时间继电器就能实现这种功能 时间继电器按工作原理分可分为 电磁式 空气阻尼式 气囊式 晶体管式 单片机控制式等 其外形如图所示 2 2 4 4时间继电器 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的 其外形如图所示 空气阻尼时间继电器由电磁机构 延时机构 触头系统三部分组成 延时方式有通电延时和断电延时两种 断电延时型结构及工作原理见图 当线圈通电后 使上方微动开关触头迅速转换 微动开关的延时常开触点马上闭合 常闭触点马上断开 当线圈断电时 在空气室内与橡皮膜相连的活塞杆在弹簧作用下向上移动 由于橡皮膜下方的空气稀薄形成负压 起到空气阻尼的作用 因此活塞杆只能缓慢向上移动 可通过调节螺钉调整 经过一段延时后 使其常开触点延时断开 常闭触点延时闭合 2 2 4 4时间继电器 空气阻尼式断电延时型时间继电器的工作过程演示 2 2 4 4时间继电器 按延时方式可分为通电延时型时间继电器和断电延时型时间继电器 对于通电延时型时间继电器 当线圈得电时 其延时动合触点要延时一段时间才闭合 延时动断触点要延时一段时间才断开 当线圈失电时 其延时动合触点迅速断开 延时动断触点迅速闭合 对于断电延时型时间继电器 当线圈得电时 其延时动合触点迅速闭合 延时动断触点迅速断开 当线圈失电时 其延时动合触点要延时一段时间再断开 延时动断触点要延时一段时间再闭合 时间继电器的图形符号及文字符号 2 2 4 5热继电器 热继电器主要用于过载 缺相及三相电流不平衡的保护 热继电器的形式有多种 其中以双金属片式应用最多 双金属片式热继电器主要由发热元件1 主双金属片2和触点4三部分组成 如右图所示 主双金属片2是热继电器的感测元件 由两种膨胀系数不同的金属片辗压而成 当串联在电动机定子绕组中的热元件有电流流过时 热元件产生的热量使双金属片伸长 由于膨胀系数不同 致使双金属片发生弯曲 电动机正常运行时 双金属片的弯曲程度不足以使热继电器动作 但是当电动机过载时 流过热元件的电流增大 加上时间效应 就会加大双金属片的弯曲程度 最终使双金属片推动导板3使热继电器的触点4动作 切断电动机的控制电路 热继电器动画演示 2 2 4 5热继电器 JR0 JRl JR2和JRl5系列的热继电器均为两相结构 是双热元件的热继电器 可以用作三相异步电动机的均衡过载保护和定子绕组为Y联结的三相异步电动机的断相保护 但不能用作定子绕组为 联结的三相异步电动机的断相保护 热继电器的外形及结构见下图所示 2 2 4 5热继电器 JRl6和JR20系列热继电器均为带断相保护的热继电器 具有差动式断相保护机构 选择时主要根据电动机定子绕组的联结方式来确定热继电器的型号 在三相异步电动机电路中 对Y联结的电动机可选用两相或三相结构的热继电器 一般采用两相结构 即在两相主电路中串接热元件 但对于定子绕组为 联结的电动机必须采用带断相保护的热继电器 热继电器的型号含义及图形符号如下图所示 2 2 4 6速度继电器 速度继电器是利用转轴的转速来切换电路的自动电器 它主要用作鼠笼式异步电动机的反接制动控制中 故也称为反接制动继电器 速度继电器主要由定子 转子和触点三部分组成 如下图所示为速度继电器的结构原理示意图及工作过程演示 2 2 4 6速度继电器 速度继电器的轴与电动机的轴相连接 转子2固定在轴上 定子3与轴同心 当电动机转动时 速度继电器的转子随之转动 绕组切割磁场产生感应电动势和电流 此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩 使定子向轴的转动方向偏摆 通过摆锤5拨动触点6 使常闭触点断开 常开触点闭合 当电动机转速下降到接近零时 转矩减小 摆锤在弹簧力的作用下恢复原位 触点也复位 速度继电器根据电动机的额定转速进行选择 速度继电器的图形符号和文字符号如图所示 2 2 5其他电器 2 2 5 1刀开关2 2 5 2熔断器2 2 5 3断路器 2 2 5 1刀开关 刀开关是一种手动电器 在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路 或用于隔离电源 故又称 隔离开关 1 刀开关的结构和安装刀开关是一种结构较为简单的手动电器 主要由手柄 触刀 静插座和绝缘底板等组成 如下图所示 刀开关在切断电源时会产生电弧 因此在安装刀开关时手柄必须朝上 不得倒装或平装 接线时应将电源线接在上端 负载接在下端 这样拉闸后刀片与电源隔离 可防止意外发生 2 常用刀开关常用刀开关有HD系列及HS系列板用刀开关 HK系列开启式负荷开关和HH系列封闭式负荷开关 HD系列及HS系列刀开关 2 HK系列开启式负荷开关 3 HH系列封闭式负荷开关刀开关的外形如图所示 2 2 5 1刀开关 2 2 5 1刀开关 3 刀开关的型号含义和电气符号 2 2 5 2熔断器 熔断器是一种结构简单 使用方便 价格低廉 控制有效的短路保护电器 1 熔断器的结构和工作原理熔断器主要由熔体 俗称保险丝 和安装熔体的熔管 或熔座 组成 熔断器的熔体与被保护的电路串联 当电路正常工作时 熔体允许通过一定大小的电流而不熔断 当电路发生短路或严重过载时 熔体中流过很大的故障电流 当电流产生的热量使熔体温度升高达到熔点时 熔体熔断并切断电路 从而达到保护的目的 2 2 5 2熔断器 2 熔断器的分类熔断器的类型很多 按结构形式可分为插入式熔断器 螺旋式熔断器 封闭管式熔断器 快速熔断器和自复式熔断器等 熔断器的外形如右图所示 螺旋式熔断器 圆筒形帽熔断器 螺栓连接熔断器 2 2 5 2熔断器 3 熔断器的型号含义和电气符号如下图所示 型号含义 电气符号 2 2 5 3断路器 低压断路器 也称自动开关 是一种既可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流 又可以接通和分断短路电流的开关电器 低压断路器在电路中除起控制作用外 还具有一定的保护功能 如过负荷 短路 过载 欠压和漏电保护等 1 断路器的结构和工作原理低压断路器主要由触头 灭弧装置 操动机构和保护装置等组成 断路器的保护装置由各种脱扣器来实现 断路器的脱扣器形式有 欠压脱扣器 过电流脱扣器 分励脱扣器等 其结构如下图所示 2 2 5 3断路器 1 断路器的结构和工作原理 2 2 5 3断路器 2 断路器的分类低压断路器的分类方式很多 按结构形式分有DW15 DW16 CW系列万能式 又称框架式 和DZ5系列 DZ15系列 DZ20系列 DZ25系列塑壳式断路器 按灭弧介质分有空气式和真空式 目前国产多为空气式 按操作方式分有手动操作 电动操作和弹簧储能机械操作 按极数分有单极式 二极式 三极式和四极式 按安装方式分有固定式 插入式 抽屉式和嵌入式等 低压断路器容量范围很大 最小为4A 而最大可达5000A 2 2 5 3断路器 1 灭弧罩2 开关本体3 抽屉座4 合闸按钮5 分闸按钮6 智能脱扣器7 摇匀柄插入位置8 连接 试验 分励指示 断路器的安装示意图 3 断路器的型号含义和电气符号 2 2 5 3断路器 断路器的实物图 2 3基本电气控制电路 2 3 1电气图概述2 3 2基本控制规律2 3 3降压起动控制电路2 3 4制动控制电路2 3 5调速控制电路 2 3 1电气图概述 电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要求和规律连接而成的 将电气控制系统中各电器元件及它们之间的连接线路用一定的图形表达出来 这种图形就是电气控制系统图 一般包括电气原理图 电器布置图和电气安装接线图3种 2 3 1 1常用电气图的图形符号与文字符号在国家标准中 电气技术中的文字符号分为基本文字符号 单字母或双字母 和辅助文字符号 基本文字符号中的单字母符号按英文字母将各种电气设备 装置和元器件划分为23个大类 每个大类用一个专用单字母符号表示 如 K 表示继电器 接触器类 F 表示保护器件类等 单字母符号应优先采用 双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一字母组成 其组合应以单字母符号在前 另一字母在后的次序列出 2 3 1电气图概述 2 3 1 2电气原理图电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理 它并不反映电器元件的实际大小和安装位置 如右图所示 CW6132型普通车床的电气原理图 2 3 1电气图概述 2 3 1 2电气原理图 1 电气原理图一般分为主电路 控制电路和辅助电路3个部分 2 电气原理图中所有电器元件的图形和文字符号必须符合国家规定的统一标准 3 在电气原理图中 所有电器的可动部分均按原始状态画出 4 动力电路的电源线应水平画出 主电路应垂直于电源线画出 控制电路和辅助电路应垂直于两条或几条水平电源线之间 耗能元件 如线圈 电磁阀 照明灯和信号灯等 应接在下面一条电源线一侧 而各种控制触点应接在另一条电源线上 5 应尽量减少线条数量 避免线条交叉 6 在电气原理图上应标出各个电源电路的电压值 极性或频率及相数 对某些元器件还应标注其特性 如电阻 电容的数值等 不常用的电器 如位置传感器 手动开关等 还要标注其操作方式和功能等 7 为方便阅图 在电气原理图中可将图幅分成若干个图区 图区行的代号用英文字母表示 一般可省略 列的代号用阿拉伯数字表示 其图区编号写在图的下面 并在图的顶部标明各图区电路的作用 8 在继电器 接触器线圈下方均列有触点表以说明线圈和触点的从属关系 即 符号位置索引 也就是在相应线圈的下方 给出触点的图形符号 有时也可省去 对未使用的触点用 表明 或不作表明 2 3 1电气图概述 2 3 1 2电气原理图 2 3 1电气图概述 2 3 1 2电气原理图 接触器各栏表示的含义如下 继电器各栏表示的含义如下 2 3 1 3电气安装接线图 电气安装接线图反映的是电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系 2 3 1电气图概述 2 3 1 4电器元件布置图 电器元件布置图反映各电器元件的实际安装位置 在图中电器元件用实线框表示 而不必按其外形形状画出 在图中往往还留有10 以上的备用面积及导线管 槽 的位置 以供走线和改进设计时用 在图中还需要标注出必要的尺寸 如下图所示 CW6132型普通车床的电器布置图 2 3 2基本控制规律 2 3 2 1自锁控制电路2 3 2 2互锁控制电路2 3 2 3行程控制电路2 3 2 4多地控制电路2 3 2 5顺序控制电路 2 3 2 1自锁控制电路 2 3 2基本控制规律 1 点动控制电路点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制线路 其原理图如下图所示 分为主电路和控制电路两部分 电路工作原理如下 首先合上电源开关QS 这种当按钮按下时电动机就运转 按钮松开后电动机就停止的控制方式 称为点动控制 起动 停止 2 3 2 1自锁控制电路 2 3 2基本控制规律 2 自锁控制电路接触器自锁控制电路的动画演示如右图所示 在点动控制电路的基础上它又在控制回路增加了一个停止按钮SB1 还在起动按钮SB2的两端并接了接触器的一对辅助动合触点KM 起动 停止 2 3 2 1自锁控制电路 2 3 2基本控制规律 3 点动和自锁混合控制电路右图所示的电路既能进行点动控制 又能进行自锁控制的动画演示 所以称为点动和自锁混合控制电路 当SA闭合时为自锁控制 当SA断开时为点动控制 4 电路保护环节 1 短路保护 2 过载保护 3 欠压和失压保护 2 3 2 2互锁控制电路 2 3 2基本控制规律 互锁的实现 将接至电动机的三相电源线中的任意两相对调 就可以实现电动机的反转 1 接触器互锁的正反转控制电路右图为两个接触器的电动机正反转控制电路 图中 若同时按下SB2和SB3 则接触器KM1和KM2线圈同时得电并自锁 它们的主触点都闭合 这时会造成电动机三相电源的相间短路事故 所以该电路不能使用 为了避免两接触器同时得电而造成电源相间短路 在控制电路中 分别将两个接触器KM1 KM2的辅助动断触点串接在对方的线圈回路里 如右图所示 这种利用两个接触器 或继电器 的动断触点互相制约的控制方法叫做互锁 也称联锁 而这两对起互锁作用的触点称为互锁触点 2 3 2 2互锁控制电路 2 3 2基本控制规律 1 接触器互锁的正反转控制电路 2 3 2 2互锁控制电路 2 3 2基本控制规律 接触器互锁的电动机正反转控制的工作原理如下 首先合上电源开关QS 正转起动 停止 反转起动 1 接触器互锁的正反转控制电路 2 按钮 接触器双重互锁的正反转控制电路下图所示的按钮 接触器双重互锁的正反转控制电路 所谓按钮互锁 就是将复合按钮动合触点作为起动按钮 而将其动断触点作为互锁触点串接在另一个接触器线圈支路中 这样 要使电动机改变转向 只要直接按反转按钮就可以了 而不必先按停止按钮 简化了操作 2 3 2 2互锁控制电路 2 3 2基本控制规律 2 3 2 2互锁控制电路 2 3 2基本控制规律 2 按钮 接触器双重互锁的正反转控制电路 2 3 2 3行程控制电路 2 3 2基本控制规律 工作台自动往返运动的示意图 自动往返动画演示 2 3 2 4多地控制电路 2 3 2基本控制规律 能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫做电动机的多地控制 右图所示为两地控制的电路 所谓两地控制是在两个地点各设一套电动机起动和停止用的控制按钮 图中SB3 SB2为甲地控制的起动和停止按钮 SB4 SB1为乙地控制的起动和停止按钮 电路的特点是 两地的起动按钮SB3 SB4 动合触点 要并联接在一起 停止按钮SB1 SB2 动断触点 要串联接在一起 这样就可以分别在甲 乙两地起 停同一台电动机 达到操作方便之目的 2 3 2 5顺序控制电路 2 3 2基本控制规律 常用的顺序控制电路有两种 一种是主电路的顺序控制 一种是控制电路的顺序控制 1 主电路的顺序控制主电路顺序起动控制电路如图所示 只有当KM1闭合 电动机M1起动运转后 KM2才能使M2得电起动 满足电动机M1 M2顺序起动的要求 2 控制电路的顺序控制下图所示为用控制电路来实现电动机顺序控制的电路 2 3 2 5顺序控制电路 2 3 2基本控制规律 图中利用接触器KM1的动合触点实现顺序控制 2 3 3降压起动控制电路 2 3 3 1定子串电阻降压起动控制电路2 3 3 2自耦变压器降压起动控制电路2 3 3 3Y 降压起动控制电路2 3 3 4绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路 电动机直接起动时 定子起动电流约为额定电流的4 7倍 过大的起动电流将将影响接在同一电网上的其他用电设备的正常工作 甚至使它们停转或无法起动 因此往往采用降压起动 鼠笼式异步电动机常用的降压起动方法主要有 定子串电阻 或电抗 降压起动 自耦变压器降压起动 Y 降压起动等 2 3 3 1定子串电阻降压起动控制电路 这种起动方法是 起动时在电动机的定子绕组中串接电阻 通过电阻的分压作用 使电动机定子绕组上的电压减小 待起动完毕后 将电阻切除 使电动机在额定电压 全压 下正常运转 其控制电路如右图所示 2 3 3 1定子串电阻降压起动控制电路 电路工作原理如下 首先合上电源开关QS 2 3 3 2自耦变压器降压起动控制电路 自耦变压器降压起动是指电动机起动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压 待起动一定时间 转速升高到预定值后 将自耦变压器切除 电动机定子绕组直接接上电源电压 进入全压运行 其控制电路如下 2 3 3 2自耦变压器降压起动控制电路 电路工作原理如下 首先合上电源开关QS 2 3 3 3Y 降压起动控制电路 Y 降压起动是指电动机起动时 把定子绕组接成星形 以降低起动电压 限制起动电流 待电动机起动后 再把定子绕组改接为三角形 使其全压运行 右图为按照时间控制的Y 降压起动控制电路演示 2 3 3 3Y 降压起动控制电路 电路工作原理如下 首先合上电源开关QS 2 3 3 4绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路 绕线式三相异步电动机降压起动方法 转子电路串入起动电阻或频敏变阻器 起动过程的控制原则有电流控制原则和时间控制原则两种 1 电流控制原则下图为电流控制原则的转子串三级电阻起动控制电路 转子电阻采用平衡短接法 三个过电流继电器KA1 KA2 KA3根据电动机转子电流的变化 控制接触器KM1 KM2 KM3依次得电动作 来逐级切除外加电阻R1 R2 R3 2 3 3 4绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路 电路工作原理如下 首先合上电源开关QS 由于电动机刚起动时转子电流很大 三个电流继电器KA1 KA2 KA3都吸合 它们的动断触点全部断开 转子绕组串全电阻起动 随着电动机转速的升高 转子电流逐渐减小 逐次使KA1 KA2 KA3释放 并逐次将电阻切除 直到全部电阻被切除 电动机起动完毕 进入正常运行状态 2 3 3 4绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路 2 时间控制原则右图为按时间原则控制的转子串电阻起动电路 图中KM为电源接触器 KM1 KM3用来短接转子电阻 时间继电器KT1 KT3控制起动过程 2 3 4制动控制电路 2 3 4 1机械制动控制电路2 3 4 2反接制动控制电路2 3 4 3能耗制动控制电路 所谓制动 就是给正在运行的电动机加上一个与原转动方向相反的制动转矩迫使电动机迅速停转 电动机常用的制动方法有机械制动和电气制动两大类 2 3 4 1机械制动控制电路 利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法称为机械制动 机械制动分为通电制动型和断电制动型两种 断电制动型电磁抱闸的结构示意图如下 电磁抱闸制动装置由电磁操作机构和弹簧力机械抱闸机构组成 下图所示为应用断电制动型电磁抱闸的控制电路 2 3 4 1机械制动控制电路 工作原理 上电源开关QS 按下起动按钮SB2后 接触器KM线圈得电自锁 主触点闭合 电磁铁线圈YB通电 衔铁吸合 使制动器的闸瓦和闸轮分开 电动机M起动运转 停车时 按下停止按钮SB1后 接触器KM线圈断电 自锁触点和主触点分断 使电动机和电磁铁线圈YB同时断电 衔铁与铁心分开 在弹簧拉力的作用下闸瓦紧紧抱住闸轮 电动机迅速停转 2 3 4 2反接制动控制电路 用于快速停车的电气制动方法有反接制动和能耗制动等 反接制动依靠改变电动机定子绕组中三相电源的相序 使电动机旋转磁场反转 从而产生一个与转子惯性转动方向相反的电磁转矩 使电动机转速迅速下降 电动机制动到接近零转速时 再将反接电源切除 通常采用速度继电器检测速度的过零点 右图所示为单向运行的反接制动控制电路的演示 2 3 4 3能耗制动控制电路 能耗制动是在切除三相交流电源之后 定子绕组通人直流电流 在定子 转子之间的气隙中产生静止磁场 惯性转动的转子导体切割该磁场 形成感应电流 产生与惯性转动方向相反的电磁力矩而使电动机迅速停转 并在制动结束后将直流电源切除 1 能耗制动控制原理下面以手动控制的能耗制动控制电路进行说明 按下SB2 KM1线圈得电并自锁 电动机起动 当进行能耗制动时 手一直按住SB1 KM2线圈得电 将直流电源接入电动机进行能耗制动 延时两秒左右 松开SB1 能耗制动结束 2 3 4 3能耗制动控制电路 能耗制动控制电路动画演示 2 3 4 3能耗制动控制电路 2 按时间原则控制的能耗制动 按时间原则控制的能耗制动电路如图所示 工作原理 首先合上电源开关QS 2 3 4 3能耗制动控制电路 2 按时间原则控制的能耗制动 2 3 5调速控制电路 2 3 5 1变级调速原理2 3 5 2变级调速控制电路 由上式可知 要改变异步电动机的转速 可采用改变电源频率f1 改变磁极对数p以及改变转差率s等3种基本方法 三相交流异步电动机的转速公式 2 3 5 1变级调速原理 改变异步电动机定子绕组的连接方式 可以改变磁极对数 从而得到不同的转速 常见的交流变极调速电动机有双速电动机和多速电动机 双速电动机定子绕组常见的接法有Y YY和 YY两种 右图所示为4 2极 YY的双速电动机定子绕组接线图 在制造时每相绕组就分为两个相同的绕组 中间抽头依次为U2 V2 W2 这两个绕组可以串联或并联 a 低速 形接法 b 高速YY形接法 根据变极调速原理 定子一半绕组中电流方向变化 磁极对数成倍变化 上图 a 将绕组的U1 V1 W1三个端子接三相电源 将U2 V2 W2三个端子悬空 三相定子绕组接成三角形 这时每相的两个绕组串联 电动机以4极运行 为低速 上图 b 将U2 V2 W2三个端子接三相电源 U1 V1 W1连成星点 三相定子绕组连接成双星 YY 形 这时每相两个绕组并联 电动机以2极运行 为高速 根据变极调速理论 为保证变极前后电动机转动方向不变 要求变极的同时改变电源相序 2 3 5 1变级调速原理 2 3 5 2变级调速控制电路 4 2极的双速交流异步电动机控制电路如下图所示 图中 SB2为低速起动按钮 SB3为高速起动按钮 SB1为停止按钮 由低速变为高速时采用时间继电器进行控制 电动机低速运转时 M的绕组连接成 形 电动机高速运转时 M的绕组连接成YY形 2 4典型电气控制系统 2 4 1电气线路分析基础2 4 2普通车床的电气控制2 4 3铣床的电气控制2 4 4组合机床的电气控制 2 4 1电气线路分析基础 2 4 1 1电气控制线路分析的内容 分析的具体内容如下 1 设备说明书2 电气控制原理图3 电气设备总装接线图4 电器元件布置图与接线图 2 4 1 2电气原理图阅读分析的步骤 2 4 1 3电气原理图阅读分析的方法 2 4 1 2电气原理图阅读分析的步骤 1 分析主电路从主电路入手 根据每台电动机和执行电器的控制要求去分析它们的控制内容 控制内容包括起动 转向控制 调速 制动等 2 分析控制电路根据主电路中各电动机和执行电器的控制要求 逐一找出控制电路中的控制环节 利用前面学过的典型控制环节的知识 按功能不同将控制线路 化整为零 来分析 分析控制线路最基本的方法是 查线读图法 3 分析辅助电路辅助电路包括电源指示 各执行元件的工作状态显示 参数测定 照明和故障报警等部分 它们大多是由控制电路中的元件来控制的 所以在分析辅助电路时 还要回过头来对照控制电路进行分析 4 分析联锁及保护环节机床对于安全性及可靠性有很高的要求 实现这些要求 除了合理地选择拖动和控制方案外 还在控制线路中设置了一系列电气保护和必要的电气联锁 5 总体检查 查线读图法 是分析电气原理图的最基本的方法 其应用也最广泛 2 4 1 3电气原理图阅读分析的方法 1 认识符号2 熟悉控制设备的动作情况及触头状态3 弄清控制目的和控制方法4 按操作后的动作流程来分析动作过程5 假设故障分析现象 2 4 2普通车床的电气控制 2 4 2 1车床的主要结构与运动分析2 4 2 2车床的电力拖动形式及控制要求2 4 2 3车床的电气控制线路分析2 4 2 4车床电气控制线路的特点 2 4 2 1车床的主要结构与运动分析 右图所示为C650卧式车床结构示意图 它主要由床身 主轴变速箱 尾座进给箱 丝杠 光杠 刀架和溜板箱等组成 主运动 卡盘或顶尖带动工件的旋转运动 进给运动 溜板带动刀架的纵向或横向直线运动 辅助运动 刀架的快速进给与快速退回 车床的调速采用变速箱 C650卧式车床结构示意图1 4 带轮2 进给箱3 挂轮架5 主轴箱6 床身7 刀架8 溜板9 尾架10 丝杆11 光杆12 床腿 2 4 2 2车床的电力拖动形式及控制要求 1 主轴的旋转运动C650型车床的主运动是工件的旋转运动 由主电机拖动 其功率为30kW 主电机由接触器控制实现正反转 为提高工作效率 主电机采用反接制动 2 刀架的进给运动溜板带着刀架的直线运动 称为进给运动 刀架的进给运动由主轴电动机带动 并使用走刀箱调节加工时的纵向和横向走刀量 3 刀架的快速移动为了提高工作效率 车床刀架的快速移动由一台单独的快速移动电动机拖动 其功率为2 2kW 并采用点动控制 4 冷却系统车床内装有一台不调速 单向旋转的三相异步电动机拖动冷却泵 供给刀具切削时使用的冷却液 2 4 2 3车床的电气控制线路分析 C650卧式车床的电气控制原理图 2 4 2 3车床的电气控制线路分析 1 主电路主电动机M1 KM1 KM2两个接触器实现正反转 FR1作过载保护 R为限流电阻 电流表PA用来监视主电动机的绕组电流 由于主电动机功率很大 故PA接入电流互感器TA回路 当主电动机起动时 电流表PA被短接 只有当正常工作时 电流表PA才指示绕组电流 KM3用于短接电阻R 冷却泵电机M2 KM4接触器控制冷却泵电动机的起停 FR2为M2的过载保护用热继电器 快速电机M3 KM5接触器控制快速移动电动机M3的起停 由于M3点动短时运转 故不设置热继电器 2 4 2 3车床的电气控制线路分析 2 控制电路 1 主轴电动机的点动控制如右图所示 按下点动按钮SB2不松手 接触器KM1线圈通电 KM1主触点闭合 主轴电动机把限流电阻R串入电路中进行降压起动和低速运转 车床主电动机点动控制电路 2 主轴电动机的正反转控制下图所示 按下正向起动按钮SB3 KM3线圈通电 KM3主触点闭合 短接限流电阻R同时另有一个常开辅助触点KM3 5 15 闭合 KA线圈通电 KA常开触点 5 10 闭合 KM3线圈自锁保持通电 把电阻R切除同时KA线圈也保持通电 另一方面 当SB3尚未松开时 由于KA的另一常开触点 9 6 已闭合 KM1线圈通电 KM1主触点闭合 KM1辅助常开触点 9 10 也闭合 自锁 主电动机M1全压正向起动运行 2 4 2 3车床的电气控制线路分析 2 4 2 3车床的电气控制线路分析 3 主电动机的反接制动控制C650车床采用反接方式制动 用速度继电器KS进行检测和控制 假设原来主电动机M1正转运行 见上图 则KS 1 11 13 闭合 而反向常开触点KS 2 6 11 依然断开 当按下反向总停按钮SB1 4 5 后 原来通电的KM1 KM3 KT和KA就随即断电 它们的所有触点均被释放而复位 然而 当SB1松开后 反转接触器KM2立即通电 4 刀架快速移动控制转动刀架手柄 限位开关SQ 5 19 被压动而闭合 使得快速移动接触器KM5线圈得电 快速移动电动机M3就起动运转 而当刀架手柄复位时 M3随即停转 5 冷却泵控制按SB6 16 17 按钮 KM4接触器线圈得电并自锁 KM4主触点闭合 冷却泵电动机M2起动运转 按下SB5 5 16 KM4接触器线圈失电 M2停转 2 4 2 4车床电气控制线路的特点 1 主轴的正反转是通过电气方式 而不是通过机械方式实现的 2 主电动机的制动采用了电气反接制动形式 并用速度继电器进行控制 3 控制回路由于电器元件很多 故通过控制变压器TC与三相电网进行电隔离 提高了操作和维修时的安全性 4 采用时间继电器KT对电流表PA进行保护 5 中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用 2 4 3铣床的电气控制 2 4 3 1铣床的主要结构与运动分析2 4 3 2铣床的电力拖动形式及控制要求2 4 3 3铣床的电气控制线路分析2 4 3 4铣床电气控制线路的特点 2 4 3 1铣床的主要结构与运动分析 铣床主要由底座 床身 悬梁 刀杆支架 工作台 溜板箱和升降台等部分组成 其结构如右图所示 1 底座2 主轴变速手柄3 主轴变速数字盘4 床身5 悬梁6 刀杆支架7 主轴8 工作台9 工作台纵向操纵手柄10 回转台11 床鞍12 工作台升降及横向操纵手柄13 进给变速手柄及数字盘14 升降台 主运动 主轴带动铣刀的旋转运动 进给运动 工作台的上下 前后及左右三个方向的移动为进给运动 2 4 3 2铣床的电力拖动形式及控制要求 1 主运动铣刀的主运动由一台笼型异步电动机M1拖动 并能进行顺铣和逆铣 2 进给运动铣床的进给运动一台进给电动机M2拖动 三个方向的选择由操纵手柄改变传动链来实现 每个方向上都有正反向运动 因此要求进给电动机能正反转 同一时间只允许工作台向一个方向移动 故三个方向的运动之间应有联锁保护 3 辅助运动铣床的辅助运动为工作台上下 左右 前后三个方向上的快速移动 它是通过采用快速电磁铁YA2吸合来改变传动链的传动比从而实现快速移动的 4 变速冲动为保证变速时齿轮易于啮合 减小齿轮端面的冲击 要求变速时有电动机冲动 短时转动 控制 5 联锁控制根据工艺要求 主轴旋转与工作台进给应有联锁控制 即进给运动要在铣刀旋转之后才能进行 加工结束时必须在铣刀停转前停止进给运动 圆工作台的旋转运动与工作台的上下 左右 前后三个方向的运动之间也有联锁控制 即圆工作台旋转时 工作台不能向其他方向移动 6 两地控制为操作方便 应能在两处控制各部件的起动停止 7 冷却泵控制由一台电动机M3拖动 供给铣削时的冷却液 2 4 3 3铣床的电气控制线路分析 在分析电气原理图之前必须详细了解各转换开关 行程开关的作用 各指令开关的状态以及与相应控制手柄的动作关系 表3 1 表3 2 表3 3分别列出了工作台纵向 左右 进给行程开关SQ1 SQ2 工作台横向 前后 升降 上下 进给行程开关SQ3 SQ4以及圆工作台转换开关SA1的工作状态 其中 表示开关闭合 表示开关断开 SA5是主轴换向开关 SA3是冷却泵控制开关 SA4是照明灯开关 SQ6 SQ7分别是工作台进给变速和主轴变速冲动开关 均由各自的变速手柄和变速手轮控制 主电路主电路中共有三台电动机 其中M1为主轴拖动电动机 M2为工作台进给拖动电动机 M3为冷却泵拖动电动机 1 M1由KM1控制 由倒顺开关SA5预选转向 由电磁离合器YB进行制动控制 2 M2由接触器KM2 KM3实现正反转控制 并由接触器KM4控制快速电磁离合器YB2 3 M3由SA3控制 单方向旋转 2 4 3 3铣床的电气控制线路分析 2 4 3 3铣床的电气控制线路分析 2 控制电路由于控制电器较多 所以控制电压为110V 由控制变压器TC供给 1 主电动机的起停控制 主电动机的起停控