基于PLC技术的Z3050摇臂钻床改造 毕业设计论文.doc

毕业设计任务书设计（论文）题目基于PLC的Z3050摇臂钻床控制系统改造设计主 要研 究内 容1. 机床系统自动化改造意义和思路2. 摇臂钻床液压系统、电气系统控制要求3. 利用三菱FX2N系列PLC对Z3050摇臂钻床进行改造设计4. 根据摇臂钻床的控制要求及特点；进行主电路设计，PLC控制电路设计5. PLC程序设计并进行现场调试6. 摇臂钻床的PLC改造对同类机床电气数控化改造的借鉴作用主 要技 术指 标或 研 究 目标1. 提高学生对可编程控制器及普通摇臂钻床知识的掌握和应用2. 掌握PLC控制系统的原理设计以及电器元件的选择3. 掌握PLC程序设计与安装调试方法和步骤4. 系统调试与故障排除及实际应用5. 培养学生正确的思维、严谨认真的科学态度基 本要 求1. 联系生产实际进行Z3050摇臂钻床的改造2. 合理选用PLC、电动机、接触器等电器元件3. 确定设计方案、编写梯形图程序，并进行调试，能实现自动钻床控制要求4. 编写毕业设计论文，论文格式应符合学校的毕业论文格式论文应包括：封面、目录、摘要、引言、正文、结束语、致谢、参考文献。目 录摘要1第1章、绪 论21.1设计目的和意义21.1.1设计项目发展21.1.2PLC的发展及前景展望21.1.3PLC特点2第2章、摇臂钻床简介32.1 Z3050型摇臂钻床32.1.1操纵机构液压系统32.1.2 夹紧机构液压系统32.1.3 主运动42.1.4进给运动42.1.5辅助运动42.1.6 Z3050摇臂钻床电气控制原理图42.2 Z3050型摇臂钻床电气控制线路分析42.2.1主电路分析42.2.2 控制电路分析42.2.3 工作台自动往返控制线路及工作原理5第3章、低压电器73.1低压电器的选择73.1.1 行程开关73.1.2 低压断路器83.1.3低压断路器的选择93.2 漏电保护断路器93.2.1漏电保护断路器工作原理103.2.2 漏电保护器的选用103.3电流继电器113.3.1 电流继电器的分类113.4电压继电器113.4.1 电压继电器的分类113.5按钮开关113.5.1 按钮开关的结构种类113.6 交流接触器123.6.1 交流接触器基本组成123.6.2 交流接触器工作原理123.6.3 交流接触器的选用123.7 控制变压器133.7.1 控制变压器工作原理133.7.2 BK机床控制变压器13第4章、 三相异步电动机144.1三相异步电动机原理144.1.1三相异步电动机的结构144.1.2三相异步电动机的故障分析和处理15第5章、PLC简介及应用185.1 PLC简介185.1.1 PLC的特点195.1.2 PLC的选型195.2 PLC应用中应注意的问题205.2.1工作环境205.2.2 安装与布线215.2.3 I/O端的接线215.2.4 外部安全电路215.2.5 PLC的接地225.3PLC控制的设计225.3.1 PLC的I/O分配图225.3.2 PLC的I/O接线图225.4 PLC的程序设计225.4.1 梯形图225.4.2 指令表225.5 调试方法和步骤23结束语24致谢24参考文献24附录一PLC的I/O分配图25附录二PLC的I/O接线图26附录三PLC的梯形图27附录四PLC的指令29附录五 Z3050摇臂钻床电气控制原理图28III湖南电气职业技术学院毕业设计摘要 传统机床控制系统基本上采用交流继电接触器控制方式，可靠性较差。存在触点寿命低、故障率高、线路维护困难等缺点。可编程序控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种工业自动控制装置，应用灵活、可靠性高、维护方便。应用PLC对传统机床控制系统进行改造可取得良好效果。本论文是研究机械加工中常用的 Z3050 摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题旨在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。将把 PLC 控制技术应用到改造 Z3050 摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文对摇臂钻床主电路进行了分析，对控制线路进行了详细的阐述，完成了电气制系统硬件和软件的设计，其中包括 PLC机型的选择、输入输出信号及地址的分配、I/O 端口的分配、PLC 梯形图程序的设计。关键词： 摇臂钻床 PLC 梯形图 ABSTRACTTraditional machine control system basically adopt ac contactor relay control mode, reliability is poorer. Existing contacts life expectancy, high failure, line maintenance difficulties shortcomings. Programmable logic controller (PLC) is the micro processor based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology developed a kind of industrial automatic control device, the application of the flexible, high reliability, easy maintenance. Application of PLC control system to reform the traditional machine tool can get a good effect. This paper is to study mechanical processing in common use in the Z3050 radial drilling machine traditional electric control system of reform of the problem is to solve traditional relays-contactor electric control system of the existing line of poor stability and reliability of the complex fault diagnosis and rule out such as difficult problem. Will the PLC control technology is applied to transform Z3050 radial drilling machine electric control system, which greatly improve the performance of radial drilling machine. Papers on radial drilling machine main circuit is analyzed, and the control circuit in detail, the completion of the electrical control system of the software and hardware design, including the choice of type, PLC input and output signal and address of distribution, and the I/O port distribution, PLC ladder diagram program design. radial drilling machine PLC ladder diagram第1章、绪 论1. 1设计目的和意义 将把 PLC 控制技术应用到改造 Z3050 摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文对摇臂钻床主电路进行了分析，对控制线路进行了详细的阐述，完成了电气制系统硬件和软件的设计，其中包括 PLC机型的选择、输入输出信号及地址的分配、I/O 端口的分配、PLC 梯形图程序的设计1.1.1设计项目发展传统机床控制系统基本上采用交流继电接触器控制方式，可靠性较差。存在触点寿命低、故障率高、线路维护困难等缺点。可编程序控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种工业自动控制装置，应用灵活、可靠性高、维护方便。应用PLC对传统机床控制系统进行改造可取得良好效果。本论文是研究机械加工中常用的 Z3050 摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题旨在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。将把 PLC 控制技术应用到改造 Z3050 摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文对摇臂钻床主电路进行了分析，对控制线路进行了详细的阐述，完成了电气制系统硬件和软件的设计，其中包括 PLC机型的选择、输入输出信号及地址的分配、I/O 端口的分配、PLC 梯形图程序的设计1.1.2PLC的发展及前景展望在本次设计中，我将利用PLC来实现对Z3050 摇臂钻床的控制。在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加，PLC则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。1.1.3PLC特点人现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。（1） 可靠性高，抗干扰能力强；（2） 编程方法简单、直观；（3） 体积小、耗能低、重量轻；（4） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；（5） 系统的设计/安装、调试工作量少；（6） 维修工作量小、维护方便；（7） 接口模块功能强、品种多。因此，PLC行业已经在工业市场上占有一大片领地。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。本次设计包括对PLC硬件的设计，软件设计，驻点路的设计，控制柜的设计，以及Z3050 摇臂钻床和其他设备的选择，还有原理分析等。相信此次设计后，我对Z3050 摇臂钻床的实际运行以及PLC的基本原理和控制过程能有初步的掌握。第2章、摇臂钻床简介2.1 Z3050型摇臂钻床钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，使用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔加工，式机械加工中床用的机床设备，具有典型性。摇臂钻床的摇臂可绕立柱回转和升降，它与立式钻床的区别是主轴可方便地在水平面上调整位置，使刀具对准被加工孔轴心，而工件则固定不动。因此，对于加工大而重的工件上的孔带来很大的方便。Z3050型摇臂钻床是一种常见的立式钻床，适用于单件和成批生产加工多孔的大型零件。具有两套液压控制系统：操纵机构液压系统和夹紧机构液压系统2.1.1操纵机构液压系统：安装在主轴箱内，用以实现主轴正反、停车制动、空挡、预选及变速；2.1.2 夹紧机构液压系统：安装在摇臂背后的电器盒下部，用以夹紧松开主轴箱、摇臂及立柱。Z3050型摇臂钻床(上图)内立柱固定在底座上，在它外面套着空心的外立柱，外立柱可绕着内立柱回转一周，摇臂一端的套筒部分与外立柱滑动配合，借助于丝杆，摇臂可沿着外立柱上下移动，但两者不能作相对转动，所以摇臂将与外立柱一起相对内立柱回转。2.1.3 主运动：主轴带动钻头的旋转运动。2.1.4进给运动：钻头的上下移动。2.1.5辅助运动：主轴箱沿摇臂水平移动、摇臂沿外立柱上下移动、摇臂与外立柱一起相对于内立柱回转运动。2.1.6 Z3050摇臂钻床电气控制原理图(见附录五)2.2 Z3050型摇臂钻床电气控制线路分析2.2.1主电路分析 Z3050型摇臂钻床共有4台电动机，除冷却泵电动机采用开关直接启动外，其余3台异步电动机均采用接触器直接启动。 M1：主轴电动机，由交流接触器KM1控制，只要求单方向旋转，主铀的正反转由机械手柄操作。M1装在主轴箱顶部，带动主轴及进给传动系统，热继电器FR是过载保护元件。 M2：摇臂升降电动机，装于主轴顶部，用接触器KM2和KM3控制正反转。因为该电动机短时间工作，故不设过载保护电器。 M3：液压油泵电动机，可以做正向转动和反向转动。正向旋转和反向旋转的启动与停止由接触器KM4和KM5控制。热继电器FR2是液压油泵电动机的过载保护电器。该电动机的主要作用是供给夹紧装置压力油、实现摇臂和立柱的夹紧与松开。 M4：冷却泵电动机，功率很小，由开关直接启动和停止。2.2.2 控制电路分析 1）主轴电动机M1的控制 按下启动按钮SB2，则接触器KM1吸合并自锁，使主电动机M1启动运行，同时指示灯HL3亮。 按停止按钮SB1，则接触器KM1释放，使主电动机M1停止旋转，同时指示灯HL3熄灭。（2）摇臂升降控制 Z3050型摇臂钻床摇臂的升降由M2拖动，SB3和SB4分别为摇臂升、降的点动按钮，由SB3、SB4和KM2、KM3组成具有双重互锁的M2正反转点动控制电路。因为摇臂平时是夹紧在外立柱上的，所以在摇臂升降之前，先要把摇臂松开，再由M2驱动升降；摇臂升降到位后，再重新将其夹紧。摇臂的松、紧是由液压系统完成的。在电磁阀YV线圈通电吸合的条件下，液压泵电动机M3正转，正向供出压力油进入摇臂的松开油腔，推动松开机构使摇臂松开，摇臂松开后，行程开关SQ2动作、SQ3复位；若M3反转，则反向供出压力油进入摇臂的夹紧油腔，推动夹紧机构使摇臂夹紧，摇臂夹紧后，行程开关SQ3动作、SQ2复位。由此可见，摇臂升降的电气控制是与松紧机构液压与机械系统（M3与YV）的控制配合进行的。3）主轴箱和立柱的松紧控制 主轴箱和立柱的松、紧是同时进行的，SB5和SB6分别为松开与夹紧控制按钮，由它们点动控制KM4、KM5控制M3的正、反转，由于SB5、SB6的动断触点（172021）串联在YV线圈支路中。 操作SB5、SB6使M3点动作的过程中，电磁阀YV线圈不吸合，液压泵供出的压力油进入主轴箱和立柱的松开、夹紧油腔，推动松、紧机构实现主轴箱和立柱的松开、夹紧。 同时，由行程开关SQ4控制指示灯发出信号：主轴箱和立柱夹紧时，SQ4的动断触点（201202）断开而动合触点（201203）闭合，指示灯HL1灭，HL2亮；反之，在松开时SQ4复位，HL1亮而HL2灭。2.2.3 工作台自动往返控制线路及工作原理根据要求完成控制电路的设计与安装：（1）工作台由原位开始前进，到终端后自动后退。（2）要求能在前进或后退途中任意位置停止或启动。（3）控制电路设有短路、失压、过载和位置极限保护。 工作台自动往返控制线路工作台自动往返工作原理第3章、低压电器低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类。总的来说，低压电器可以分为配电电器和控制电器两大类，是成套电气设备的基本组成元件。在工业、农业、交通、国防以及人们用电部门中，大多数采用低压供电，因此电器元件的质量将直接影响到低压供电系统的可靠性。3.1低压电器的选择3.1.1 行程开关 行程开关又称为限位开关。 作用：将机械位移转变为触点的动作信号，以控制机械设备的运动，行程开关主要用于机床、自动生产线和其他机械的限位及程序控制。为了适用于不同的工作环境，可以将行程开关做成各种各样的外形行程开关型号含义：本设计选用LX19K和JLXK1型 JLXK1型当运动部件的挡铁碰压行程开关的滚轮时，杠杆连同转轴一起转动，使凸轮推动撞块，当撞块被压到一定位置时，推动微动开关快速动作，使其动断触点断开，动合触点闭合。 LX19K型当运动部件的挡铁碰压顶杆时，顶杆向下移动，压缩弹簧使之储存一定的能量。 当顶杆移动到一定位置时，弹簧的弹力方向发生改变，同时储存的能量得以释放，完成跳跃式快速换接动作。当挡铁离开顶杆时，顶杆在弹簧的作用下上移，上移到一定位置，接触桥瞬时进行快速换接，触点迅速恢复到原状态。 3.1.2 低压断路器低压断路器即低压自动空气开关，又称自动空气断路器。作用：电路的短路、过载、失电压与欠电压保护。 能自动分断故障电路，是低压配电网络和电力拖动系统中常用的重要保护电器之一。3.1.2.1 低压断路器工作原理：断路器的三副主触点串联在被控制的三相电路中，按下接通按钮时，外力使锁扣克服反作用弹簧的反力，将固定在锁扣上面的动触点与静触点闭合，并由锁扣锁住搭钩使动静触点保持闭合，开关处于接通状态。 当线路发生过载时，过载电流流过热元件产生一定的热量，使双金属片受热向上弯曲，通过杠杆推动搭钩与锁扣脱开，在反作用弹簧的推动下，动、静触点分开，从而切断电路，使用电设备不致因过载而烧毁。当线路发生短路故障时，短路电流超过电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流，电磁脱扣器产生足够大的吸力将衔铁吸合，通过杠杆推动搭钩与锁扣分开，从而切断电路，实现短路保护。低压断路器出厂时，电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流一般整定为10倍的额定电流）。3.1.2.2低压断路器的型号图及含义3.1.3低压断路器的选择选择低压断路器时主要从以下几方面考虑。（1）断路器额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。（2）断路器极限通断能力大于或等于线路最大短路电流。（3）欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。（4）过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。本设计选用DZ520低压断路器3.2 漏电保护断路器 漏电保护断路器通常称为漏电开关，是一种安全保护电器，在线路或设备出现对地漏电或人身触电时，迅速自动断开电路，能有效地保证人身和线路的安全。 漏电保护断路器主要由零序互感器TA、漏电脱扣器WS、试验按钮SB、操作机构和外壳组成。 3.2.1漏电保护断路器工作原理在电路正常工作时，无论三相负载电流是否平衡，通过零序电流互感器一次侧的三相电流相量和为零，二次侧没有电流。 当出现漏电和人身触电时，漏电或触电电流将经过大地流回电源的中性点，因此零序电流互感器一次侧三相电流的相量和就不为零，互感器的二次侧将感应出电流，此电流通过使漏电脱扣器线圈动作，则低压断路器分闸切断了主电路，从而保障了人身安全。3.2.2 漏电保护器的选用漏电保护器的选用应根据，应根据供电方式、使用目的、安装场所、电压等级、被控制回路的泄漏电流和用电设备的接触电阻等因素来考虑。1 ）根据电气设备的供电方式来选择漏电保护器三相三线制380V电源供电的电气设备，应选用三极式漏电保护（3P）。三相四线制380V电源供电的电气设备，或者单相与三相设备共用电路应选取用三极四线（3P+N）、四极四线式漏电保护器（4P）。2）根据使用目的选择漏电保护器用于防止人身触电的漏电保护器，应根据直接接触保护和间接接触保护的不同要求来选用，二者的技术参数是不同的。a直接接触保护。 直接接触保护是防止人体直接接触带电导体而设置的保护装置，手持式电动工具、移动电器、家用电器插座回路和临时用电的拖动供电线路等，使用时操场作者经常与其发生接触，容易发生带电导体与人体直接接触电事故，在漏电保护器切断电源之前，漏电保护器不能限制触电电流，它完全由导体的电压和人体的电阻决定，为了尽量缩短人体的触电时间，应优先选用额定漏电动作电流30mA的快速动作（0.1S）型漏电保护器。b间接接触保护。漏电断路器用于间接接触保护的目的，是在用电设备的绝缘损坏时，防止其金属外壳出现危险的接触电压，所以选择漏电保护器时额定动作电流In时,应与设备的接触电阻Rd和允许的接触电压Uj联系起来考虑，即InUj/Rd。于额定电压为220V或380V的固定式电气设备（如水泵、压缩机、农用电气设备和其它容易被人接触的电气设备），当其金属外壳接地电阻在500欧姆以下时，单台电气设备可选用额定漏电动作电流为3050mA、0.1S动作的漏电保护器，对于额定电流在100A以上的大型电气设备或带有多台电气设备的供电线路，可以选定额定漏电动作电流为50100mA的快速动作型漏电保护器。当用电设备的接地电阻在100欧姆以下时，也可选用200500mA的快速动作型漏电保护器。c根据使用场所选择漏电保护器d 根据电路和用电设备的正常泄漏电流选择漏电保护器任何供电线路和用电设备其绝缘电阻不可能无穷大，总是存在一定泄漏电流，若漏电动作电流选得太小、漏电保护器不能投入运行或经常破坏供电的可靠性，所以为了保证断路器的供电可靠性和供电不间断，应根据电路允许的泄漏电流选择漏电保护器的额定动作电流值。3.3电流继电器 根据继电器线圈中电流的大小而接通或断开电路的继电器叫做电流继电器。使用时，电流继电器的线圈串联在被测电路中。为了使串入电流继电器线圈后不影响电路正常工作，电流继电器线圈的匝数要少，导线要粗，阻抗要小。 3.3.1 电流继电器的分类 电流继电器分为过电流继电器和欠电流继电器两种。当继电器中的电流超过预定值时，引起开关电器有延时或无延时动作的继电器称为过电流继电器。当流过继电器的电流减小到低于整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。3.4电压继电器 反映输入量为电压的继电器称为电压继电器。使用时电压继电器的线圈并联在被测量的电路中，根据线圈两端电压的大小而接通或断开电路。因此这种继电器线圈的导线细、匝数多、阻抗大。3.4.1 电压继电器的分类电压继电器分为过电压继电器、欠电压继电器。欠电压继电器:是当电压降至某一规定范围时动作的电压继电器；零电压继电器是欠电压继电器的一种特殊形式，是当继电器的端电压降至0或接近消失时才动作的电压继电器。过电压继电器:是当电压大于整定值时动作的电压继电器，主要用于对电路或设备作过电压保护，常用的过电压继电器为JT4A系列，其动作电压可在105%120%额定电压范围内调整。3.5按钮开关 按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。按钮开关可以完成启动、停止、正反转、变速以及互锁等基本控制。通常每一个按钮开关有两对触点。每对触点由一个常开触点和一个常闭触点组成。当按下按钮，两对触点同时动作，两对常闭触点先断开，随后两对常开闭合。3.5.1 按钮开关的结构种类按钮开关的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等，有单钮、双钮、三钮及不同组合形式，一般是采用积木式结构，由按钮帽，复位弹簧，桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，有一对常闭触头和常开触头，有的产品可通过多个元件的串联增加触头对数。还有一种自持式按钮，按下后即可自动保持闭合位置，断电后才能打开。本设计选择的开关如下 启动按钮 停止按钮急停按钮3.6 交流接触器交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。3.6.1 交流接触器基本组成交流接触器主要有四部分组成:(1) 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统,包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。3.6.2 交流接触器工作原理 当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。3.6.3 交流接触器的选用 按接触器的控制对象、操作次数及使用类别选择相应类别的接触器。按使用位置处线路的额定电压选择。 按负载容量选择接触器主触头的额定电流。 对于吸引线圈的电压等级和电流种类，应考虑控制电源的要求。 对于辅助接点的容量选择，要按联锁回路的需求数量及所连接触头的遮断电流大小考虑。 对于接触器的接通与断开能力问题，选用时应注意一些使用类别中的负载，如电容器、钨丝灯等照明器，其接通时电流数值大，通断时间也较长，选用时应留有余量。 对于接触器的电寿命及机械寿命问题，由已知每小时平均操作次数和机器的使用寿命年限，计算需要的电寿命，若不能满足要求则应降容使用。 选用时应考虑环境温度、湿度，使用场所的振动、尘埃、化学腐蚀等，应按相应环境选用不同类型接触器。 对于照明装置适用接触器，还应考虑照明器的类型、起动电流大小、起动时间长短及长期工作电流，接触器的电流选择应不大于用电设备（线路）额定电流的90%。对于钨丝灯及有电容补偿的照明装置，应考虑其接通电流值。 设计时应考虑一、二次设备动作的一致性。本设计选用接触器型号 CJ10-20和 CJ10-103.7 控制变压器变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的。变压器有两组线圈。初级线圈和次级线圈。次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是500匝，次级线圈是250匝，初级通上220V交流电，次级电压就是110V。变压器能降压也能升压。3.7.1 控制变压器工作原理控制变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件 控制变压器变压器原理 与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组 与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组 一次绕组的 二次绕组的 电压相量 U1 电压相量 U2 电流相量 I1 电流相量 I2 电动势相量 E1 电动势相量 E2 匝数 N1 匝数 N2 同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 m ,该磁通量称为主磁通。3.7.2 BK机床控制变压器 1、适用范围 BK系列机床控制变压器（以下简称变压器）适用于50-60Hz电压至500V的电路中，通常用作机床控制电器局部照明灯及指示的电源之用。 2、结构特征 BK系列变压器按结构可分为壳式，按安装方式可分为立式。 3、使用环境 周围空气温度-5至+40，24小时平均值不超过+35； 安装地点海拔不超过2000M； 大气相对湿度在周围空气温度为+40时不超过50%，在较低温 度下可以有较高的相对湿度，最湿月的月平均最大湿度为90%。本设计选用BK-150型号控制变压器第4章、 三相异步电动机作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。4.1三相异步电动机原理当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。4.1.1 三相异步电动机的结构 一）定子（静止部分）1、定子铁心 作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。 构造：定子铁心一般由0.350.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。 定子铁心槽型有以下几种： 半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。 半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。 开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。 2、定子绕组 作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。 构造：由三个在空间互隔120电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。 定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。 （1）对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。 （2）相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。 （3）匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。 电动机接线盒内的接线： 电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（W2）、4（U2）、5（V2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。 3、机座 作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。 构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。（二）转子（旋转部分）1、三相异步电动机的转子铁心： 作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。 构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。 2、三相异步电动机的转子绕组 作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。 构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。 （1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。 （2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。 特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。（三）三相异步电动机的其它附件1、端盖：支撑作用。 2、轴承：连接转动部分与不动部分。 3、轴承端盖：保护轴承。 4、风扇：冷却电动机。4.1.2 三相异步电动机的故障分析和处理绕组是电动机的组成部分,老化,受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击都会造成对绕组的伤害,电机过载、欠电压、过电压,缺相运行也能引起绕组故障。绕组故障一般分为绕组接地、短路、开路、接线错误。现在分别说明故障现象、产生的原因及检查方法。一、绕组接地指绕组与铁心或与机壳绝缘破坏而造成的接地。1、故障现象机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热,致使电动机无法正常运行。2、产生原因绕组受潮使绝缘电阻下降；电动机长期过载运行；有害气体腐蚀；金属异物侵入绕组内部损坏绝缘；重绕定子绕组时绝缘损坏碰铁心；绕组端部碰端盖机座；定、转子磨擦引起绝缘灼伤；引出线绝缘损坏与壳体相碰；过电压(如雷击)使绝缘击穿。3.检查方法(1)观察法。通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹,如有就是接地点。 (2)万用表检查法。用万用表低阻档检查,读数很小,则为接地。 (3)兆欧表法。根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电阻,若读数为零,则表示该项绕组接地,但对电机绝缘受潮或因事故而击穿,需依据经验判定,一般说来指针在“0”处摇摆不定时,可认为其具有一定的电阻值。 (4)试灯法。如果试灯亮,说明绕组接地,若发现某处伴有火花或冒烟,则该处为绕组接地故障点。若灯微亮则绝缘有接地击穿。若灯不亮,但测试棒接地时也出现火花,说明绕组尚未击穿,只是严重受潮。也可用硬木在外壳的止口边缘轻敲,敲到某一处等一灭一亮时,说明电流时通时断,则该处就是接地点。 (5)电流穿烧法。用一台调压变压器,接上电源后,接地点很快发热,绝缘物冒烟处即为接地点。应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍,时间不超过半分钟；大电机为额定电流的20%-50%或逐步增大电流,到接地点刚冒烟时立即断电。 (6)分组淘汰法。对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害,烧损的铜线与铁芯熔在一起。采用的方法是把接地的一相绕组分成两半,依此类推,最后找出接地点。 此外,还有高压试验法、磁针探索法、工频振动法等,此处不一一介绍。4.处理方法(1)绕组受潮引起接地的应先进行烘干,当冷却到6070左右时,浇上绝缘漆后再烘干。 (2)绕组端部绝缘损坏时,在接地处重新进行绝缘处理,涂漆,再烘干。 (3)绕组接地点在槽内时,应重绕绕组或更换部分绕组元件。 最后应用不同的兆欧表进行测量,满足技术要求即可。二、绕组短路由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至,分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。1.故障现象离子的磁场分布不均,三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧,严重时电动机不能启动,而在短路线圈中产生很大的短路电流,导致线圈迅速发热而烧毁。2.产生原因电动机长期过载,使绝缘老化失去绝缘作用；嵌线时造成绝缘损坏；绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿；端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏；端部连接线绝缘损坏；过电压或遭雷击使绝缘击穿；转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏；金属异物落入电动机内部和油污过多。3.检查方法(1)外部观察法。观察接线盒、绕组端部有无烧焦,绕组过热后留下深褐色,并有臭味。 (2)探温检查法。空载运行20分钟(发现异常时应马上停止),用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。 (3)通电实验法。用电流表测量,若某相电流过大,说明该相有短路处。 (4)电桥检查。测量个绕组直流电阻,一般相差不应超过5%以上,如超过,则电阻小的一相有短路故障。 (5)短路侦察器法。被测绕组有短路,则钢片就会产生振动。 (6)万用表或兆欧表法。测任意两相绕组相间的绝缘电阻,若读数极小或为零,说明该二相绕组相间有短路。 (7)电压降法。把三绕组串联后通入低压安全交流电,测得读数小的一组有短路故障。 (8)电流法。电机空载运行,先测量三相电流,在调换两相测量并对比,若不随电源调换而改变,较大电流的一相绕组有短路。4.短路处理方法(1)短路点在端部。可用绝缘材料将短路点隔开,也可重包绝缘线,再上漆重烘干。 (2)短路在线槽内。将其软化后,找出短路点修复,重新放入线槽后,再上漆烘干。 (3)对短路线匝少于1/12的每相绕组,串联匝数时切断全部短路线,将导通部分连接,形成闭合回路,供应急使用。 (4)绕组短路点匝数超过1/12时,要全部拆除重绕。三、绕组断路由于焊接不良或使用腐蚀性焊剂,焊接后又未清除干净,就可能造成壶焊或松脱；受机械应力或碰撞时线圈短路、短路与接地故障也可使导线烧毁,在并烧的几根导线中有一根或几根导线短路时,另几根导线由于电流的增加而温度上升,引起绕组发热而断路。一般分为一相绕组端部断线、匝间短路、并联支路处断路、多根导线并烧中一根断路、转子断笼。1.故障现象电动机不能启动,三相电流不平衡,有异常噪声或振动大,温升超过允许值或冒烟。2.产生原因(1)在检修和维护保养时碰断或制造质量问题。 (2)绕组各元件、极(相)组和绕组与引接线等接线头焊接不良,长期运行过热脱焊。 (3)受机械力和电磁场力使绕组损伤或拉断。 (4)匝间或相间短路及接地造成绕组严重烧焦或熔断等。3.检查方法(1)观察法。断点大多数发生在绕组端部,看有无碰折、接头出有无脱焊。 (2)万用表法。利用电阻档,对“Y”型接法的将一根表棒接在“Y”形的中心点上,另一根依次接在三相绕组的首端,无穷大的一相为断点；“”型接法的短开连接后,分别测每组绕组,无穷大的则为断路点。 (3)试灯法。方法同前,等不亮的一相为断路。 (4)兆欧表法。阻值趋向无穷大(即不为零值)的一相为断路点。 (5)电流表法。电机在运行时,用电流表测三相电流,若三相电流不平衡、又无短路现象,则电流较小的一相绕组有部分短断路故障。 (6)电桥法。当电机某一相电阻比其他两相电阻大时,说明该相绕组有部分断路故障； (7)电流平衡法。对于“Y”型接法的,可将三相绕组并联后,通入低电压大电流的交流电,如果三相绕组中的电流相差大于10%时,电流小的一端为断路；对于“”型接法的,先将定子绕组的一个接点拆开,再逐相通入低压大电流,其中电流小的一相为断路。 (8)断笼侦察器检查法。检查时,如果转子断笼,则毫伏表的读数应减小。4.断路处理方法(1)断路在端部时,连接好后焊牢,包上绝缘材料,套上绝缘管,绑扎好,再烘干。 (2)绕组由于匝间、相间短路和接地等原因而造成绕组严重烧焦的一般应更换新绕组。 (3)对断路点在槽内的,属少量断点的做应急处理,采用分组淘汰法找出断点,并在绕组断部将其连接好并绝缘合格后使用。 (4)对笼形转子断笼的可采用焊接法、冷接法或换条法修复。四、绕组接错绕组接错造成不完整的旋转磁场,致使启动困难、三相电流不平衡、噪声大等症状,严重时若不及时处理会烧坏绕组。主要有下列几种情况:某极相中一只或几只线圈嵌反或头尾接错；极(相)组接反；某相绕组接反； 多路并联绕组支路接错；“”、“Y”接法错误。1、故障现象电动机不能启动、空载电流过大或不平衡过大,温升太快或有剧烈振动并有很大的噪声、烧断保险丝等现象。2、产生原因误将“”型接成“Y”型；维修保养时三相绕组有一相首尾接反；减压启动是抽头位置选择不合适或内部接线错误；新电机在下线时,绕组连接错误；旧电机出头判断不对。3.检修方法(1)滚珠法。 如滚珠沿定子内圆周表面旋转滚动,说明正确,否则绕组有接错现象。 (2)指南针法。如果绕组没有接错,则在一相绕组中,指南针经过相邻的极(相)组时,所指的极性应相反,在三相绕组中相邻的不同相的极(相)组也相反；如极性方向不变时,说明有一极(相)组反接；若指向不定,则相组内有反接的线圈。 (3)万用表电压法。按接线图,如果两次测量电压表均无指示,或一次有读数、一次没有读数,说明绕组有接反处。 (4)常见的还有干电池法、毫安表剩磁法、电动机转向法等。4.处理方法(1)一个线圈或线圈组接反,则空载电流有较大的不平衡,应进厂返修。 (2)引出线错误的应正确判断首尾后重新连接。 (3)减压启动接错的应对照接线图或原理图,认真校对重新接线。 (4)新电机下线或重接新绕组后接线错误的,应送厂返修。 (5)定子绕组一相接反时,接反的一相电流特别大,可根据这个特点查找故障并进行维修。 (6)把“Y”型接成“”型或匝数不够,则空载电流大,应及时更正。怎样测量三相异步电动机六股引出线的相同端头用干电池和万用表判别,测量三相异步电动机六股引出线相同端头（1）先判别三相绕组的各自的两个首尾端.将万用表调到电阻档进行测量,凡是同一相的线圈就相连接没有阻值，凡不是同一相的线圈就不相通，因此根据万用表可分清两个线端属于同一相绕组引出线。 （2）判别其中两侧线圈引出线的同名端，将指针式万用表调到量程最小的直流电流档，再将任意一相的绕组的两个线端接到表上，然后将另