第四章机床控制线讲述

第四章机床控制线路 4 1三相异步电动机 电动机的作用 电能 机械能电动机在机械设备上的配置 单台驱动钻床多台驱动复合机床电动机的分类 交流电动机直流电动机交流电动机分类 异步电动机 磁场转速大于转子转速 同步电动机工业上实际应用 三相异步电动机三相异步电动机转动原理摇动磁极 转子转动 摇得快转子转得快 反摇 转子反转 异步电动机转动的基本原理与此相同 电机工作原理 当磁极顺时针方向旋转式 磁极的磁力线切割转子铜条 铜条中感应出电动势 的方向由右手定则确定由纸面向外 感应电流由纸面向外方向形成流动 再由左手定则确定铜条转子受到电磁力如图所示 F 磁场力 产生转矩 转子旋转 实际异步电动机旋转磁场形成原理定子铁芯中嵌有三相对称绕组AX BY CZ 连接成星形接在三相电源上 绕组中通入三相电流波形如图 规定绕组始端到末端方向作为电流正方向 电流正半周时其值为正 负半周时 其值为负 当wt 0时 iA 0 AX绕组不产生磁场 iB为负 iC为正 BY CZ内磁场如图 wt 60 iC 0 CZ绕组不产生磁场iB为负 iA为正 AX和BY内磁场如图 wt 90 iA为正 iBiC为负 磁场如图 显然Wt从0 90 电流变化了90 磁场也变化了90 转子受磁场力矩跟着旋转 三相异步电动机的基本结构两个主要部分组成 定子 机座定子铁芯定子绕组 三相对称绕组组成 按互差120 电角度嵌放在定子槽内 与铁芯绝缘 转子 转子铁芯转子绕组转轴定子作用 产生旋转磁场转子作用 在旋转磁场作用下产生电磁转矩并随着旋转磁场转动改变转子转动方向 将定子绕组任意两根相线对调 三相异步电动机的接法三相电动机有星形和三角形接法通过接线盒的接线柱连接更多情况是参照电机铭牌规定来连接如图所示 三相异步电动机的铭牌型号 汉拼Y315机座中心高S短机座M中机座L长机座6电动机的级数额定功率 在额定转速下电动机转轴输出的功率w或KW额定频率 电动机在额定运行时电源频率50HZ额定电压 电动机定子绕组规定使用的线电压单位V或kv额定电流 电动机在输出额定功率时 定子绕组所允许通过的线电流A额定转速 电动机满载时转子的转速R MIN绝缘等级 绝缘材料耐热等级7个等级接法 铭牌电压为380V时应接成三角形铭牌上电压为380 220V 接法为Y 时 电源电压380V时应接成星形 220V时应接成 形定额 电动机的运转状态分连续 短时和断续三种情况防护等级 查手册 4 2常用低压电器电器 电工器械低压电器 在交流50HZ 或60HZ 额定电压为1200V以下 直流额定电压1500V以下的电路中起通断 保护或调解作用的电器 控制与保护电器1 开关用途 分断接通电路 一般为手动 类型 刀开关 转换开关 空气断路器 1 刀开关结构最简单一种 应用广泛 在各种供电线路 配电设备中作为电源隔离开关 也用于不频繁接通 分断容量较小的低压供电线路或启动小容量的三相异步电动机 刀开关的几种主要形式 1 开启式负荷开关 闸刀开关 瓷底胶盖刀开关 开启式负荷开关结构和外形图安装时注意的问题 一 垂直安装 接通电源时 手柄朝上 二 电源进线应接入进线座 否则易发生触电事故 2 封闭式负荷开关 铁壳开关 在开启式负荷开关基础上改进的开关 其灭弧性能 通电性能 安全防护性能都优于前者用于不频繁接通和分断带电荷的电路 也可用于15KW以下电动机不频繁起动的控制为保证用电安全 开关上装有机械联锁装置 箱盖打开时不能合闸 合闸时不能开箱 负荷开关外壳一定要可靠接地 防止触电 2 组合开关 转换开关 特点 体积小 寿命长 结构简单 操作方便 多用于机床电气中的电源隔离开关 也可用于5KW以下电动机的直接启动 停止 反转控制 使用注意 一 开关本身不带过载和短路保护装置 必须另外加装保护装置 二 控制全压起动时 容量应大于电动机额定电流的1 5倍 2 5倍 三 开关切换次数应控制在每小时不超过15 20次 3 空气断路器 自动空气开关 主要用途 线路保护开关 电动机及照明系统控制开关 也应用于输配电系统某些重要环节中 带有多种保护性能 当线路中发生短路 过载 欠压等不正常时 能自动切断故障电路 与刀开关和熔断器相比 安装方便 操作安全 自动脱扣保护 故障排除后 可恢复使用 不像刀开关需更换熔断丝空气断路器分断电源时是三相电源同时切断 可避免电动机断相运行 在机床电气中被广泛应用 2 熔断器作用 电动机控制电路中作短路保护的电器工作原理 串联在被保护线路中 当线路或用电设备发生短路时 及时熔断 断开电路保护供电线路及设备的安全 常用形式 瓷插式和螺旋式1 瓷插式熔断器结构组成 瓷盖 瓷座 动触头及熔丝结构特点 瓷座中部有一空腔 与瓷盖的凸出部分组成灭弧室 60A以上的瓷插式熔断器中还垫有编织石棉 以加强灭弧功能 2 螺旋式熔断器组成结构 上接线端 底座下接线端 瓷套 熔断管及瓷帽熔断体主要元件为熔体熔体的两种材料 低熔点铅 锡合金 95 铅 5 锡 俗称保险丝 用于小容量线路中高熔点铜银薄片用于大容量线路中熔体主要参数 额定电流 长时间通过熔体而不熔断最大电流熔断电流 线路中电流不能长时间维持 否则熔体熔断熔体额定电流绝对不能大于熔断器额定电流熔丝粗细由线路负载性质及工作情况确定异步电动机直接起动中 起动电流可达电机额定电流的4 7倍选择熔丝额定电流为电机额定电流的1 5 2 5倍 3 接触器与继电器功用 利用电磁吸力及弹簧反作用力配合动作控制电器在机床电气自动控制中用于频繁接通和分断大电流的的主电路接触器特点 动作迅速 操作方便和便于远距离的控制 接触器的弱点 本身不具备短路保护和过载保护能力 在电机控制线路中与熔断器 热继电器配合使用 1 交流接触器构成 电磁系统 触头系统和灭弧装置电磁系统 线圈 静铁芯 动铁芯组成 基本工作原理 线圈通电时产生磁场 动铁芯被吸向静铁芯 带动触头控制电路的接通与分断 短路环 为消除吸合时的振动 接触器结构示意图 接触器有三对主触头和至少一对辅助触头 主触头用于接通和分断主电路 允许通过较大的电流 辅助触头用于控制电路 只允许小电流通过 触头分类 常开与常闭式两类工作原理 当线圈通电时 所有常闭触头首先断开 然后所有常开触头闭合 当线圈断电时 在反向弹簧力作用下 所有触头恢复平常状态 接触器主触头均为常开式 辅助触头有常开和常闭之分 并按上述联动 接触器主触头20A以上均装有陶瓷灭罩 以便切断大电流产生的电弧 选用时注意 1主触头额定电流大于电机额定电流 2 接触器额定电压与控制回路电压相等 2 中间继电器作用 控制各种电磁线圈 使控制信号得到放大 也可将信号同时传送给几个元件 使它们相互配合完成各种逻辑功能 起到自动控制的作用 结构特点 与接触器基本相同 触头系统有区别 无主 辅之分 触头所允许通过电流相同 选用注意 1 选用继电器电磁线圈额定电压必须符合供给控制 接有线圈 的电压 2 根据控制电路的需要选取触头数 JZ7系列中间继电器有4常开 4常闭 6常开 2常闭和8常开等多种 3 时间继电器工作原理 能使触头延时闭合或延时断开 从而达到机械运动的某些要求 类型 种类很多 空气阻尼式 电磁式 电动式 晶体管式 电路符号 较一般复杂 触头有六种情况 尤其是要理解常开触头延时断开 常闭触头延时闭合的工作原理 4 热继电器工作原理 利用电流的热效应对电动机或其它用电设备进行过载保护的控制电器组成构造 由热元件 触头 动作机构 复位按键和整定电流调节装置等组成主要部件 热元件 由双金属片及绕在外面的电阻丝组成 电路和设备正常时双金属片不会弯曲 过载时 较大电流通过电阻丝 电阻丝发热使双金属片弯曲 通过机械联动机构将常闭触头断开 切断控制电路 分断主电路 起到过载保护作用 分断电流后 双金属片散热冷却 恢复初态 常闭触头重新闭合 设备又可重新启动 注意两点 1 只作过载保护 不能作短路保护 金属弯曲时间长 2 选择继电器额定电流时应根据电机或其它用电设备来定 5 速度继电器作用 与接触器配合 当转速过高时 通过继电器使接触器动作 实现对电机的制动 工作条件 速度继电器动作转速一般不低于300转 每分钟 复位转速在100转 每分钟以下 速度继电器工作时装在被控制电动机的轴上 选择 根据电动机的额定转速来选定速度继电器 4 按钮 按钮开关 作用 接通和断开控制电路 电力拖动中发送指令的电器 用按钮和接触器相配合来控制电动机的起动和停止 优点 1 能对电动机实现远距离的自动控制2 以小电流控制大电流3 减轻劳动强度按钮的分类 三种如图所示常闭停止按钮 按钮在停按后常开起动按钮 复合按钮有两复合按钮对触头 按下时断开常闭触头 闭合常开触头 停按后 自动复位 如只使用其中一对触头 即成为常开的起动按钮 或常闭的停止按钮 5 行程开关 位置开关或限位开关 工作原理 利用生产设备的某些运动部件的机械位移而碰撞操作头 使触头产生动作 将机械信号转变成电信号 控制接通和断开其它控制电路 以实现机械运动的电气控制要求 应用 用于限制机械运动的位置或行程 使运动机械实现自动停止 反向运动 自动往返 变速运动等控制要求 组成结构 由操作头 触头系统 外壳组成 操作头接受机械设备发出的动作指令和信号 并将其传到触头系统触头系统将指令和信号变为电信号 输出到有关控制电路 进行控制 分类 按钮式旋转式 微动式 4 3电气控制线路原理图的基本知识电气图常用图形符号及文字符号工程机械电气控制线路用电气原理图表示原理图 用图形符号 文字符号和线条表明各个电器元件的功能及连接关系和电路的具体安排示意图 原理图的重要特征 将原件和电气以图形符号和文字符号的形式表达在图上 采用国家标准 规定的图形符号和文字符号绘制电路图的种类 功能上分 原理图 装配图 接线图类别上分 配电系统图 照明系统图 电力拖动电气原理图等 介绍 工厂电力拖动自动控制系统电气原理图的识读 电气元器件工作状态表示法 1 项目代号 将各个元器件按其所在位置编号 如图所示 2 加注元器件的主要参数 帮助对电路工作原理的分析理解 为更好的分析电气线路工作原理规定 在电路图中 元器件和设备的可动部分或装置通常都应表示在非激励 不工作的状态或位置上 常用元器件在电路中的布置方法 1 集中表示法 把一个元器件或项目的图形符号的各个组成部分 在图上集中绘制的一种表示方法 如图示 2 半集中表示法 把一个元器件或项目的图形符号中的各个部分或其中几个部分分开绘制在电路图上 并采用机械连接符号即虚线来表示它们之间的关系 如图示 3 分开表示 把一个元器件或项目的图形符号的各个部分或其中某些部分分开绘制在电路图上 并用项目代号来表示它们之间的关系 此法运用最多 电气控制线路的组成动力电路 主电路 从电网向电动机供电的电路 控制电路 操纵工作机械和电动机 电磁铁等设备的电路 信号电路 指示工作机械的动作或状态的电路 保护电路 接地安全装置 如PE板 接地导线等 图示CA6140车床电气控制线路图 编号2 3 4为主电路 5 6 7 8 9为控制电路 10为信号电路 XB PE板为保护电路 识读电路图的一般方法和步骤1 了解掌握电路图的格式和布局 上方功能说明栏 下方电路编号2 分清主电路 控制电路 信号电路 保护电路及相互之间的联系3 尤其注意接触器 中间继电器 时间继电器等多个触头在图中分布位置和作用 通常在接触器线圈符号下标出与该线圈配套的触头在图中的位置 如KM1有三对常开触头在电路编号2内 另各有一对常开触头在电路编号7到9范围内 看图方法 先看标题栏 大致了解和联想车床的一些功能和动作 本图省略 主电路 控制电路 其他电路 如主电路控制电机的台数 何种方法控制等 4 4三相笼形异步电动机的直接起动控制线路直接起动条件 电机容量小于10KW或或容量不超过电源变压器容量的15 20 时 都允许直接起动 常见 点动控制线路 接触器自锁控制线路 具有过载保护的自锁控制线路 点动控制线路 用按钮 接触器控制电机运转的最简单控制线路 电路特点 按下按钮 电机转动 松开按钮 电机停下使用场合 电葫芦起重机控制和车床拖板箱快速移动的电机控制工作原理 合上QS组合开关 起动 按下SB 接触器线圈KM通电 接触器主触头KM闭合 主电路接通 电动机M起动 停止 松开SB 自动复位处于常开状态 线圈KM断电 主触头KM断开 主电路断开 电机M停转如停止使用时 应断开电源组合开关QS 接触器自锁控制线路要求 电动机起动后连续运转 在前述点动线路中串接一个停止按钮SB1 常闭式 在起动按钮SB2两端并接接触器KM一对常开辅助触头 工作原理 合上QS 起动 主触头KM闭合 按下SB2按钮 线圈KM得电 M运转 常开辅助触头KM闭合松开SB2 KM常开触头处于闭合 M连续运转 自锁 KM辅助常开触头为自锁触头 主触头KM分断 停止 按下SB1 线圈KM失电 M断电停转 自锁触头KM分断 松开SB1 恢复闭合 但自锁触头已失电解除自锁 接触器线圈不能得电 M停转 另外的重要特点 失压保护作用 即当线路突然断电 电机被迫停转 机床刀具吃在工件表面上 若没及时切断电源 突然恢复供电 会引起设备或人身事故 采用此电路后可避免上述事故 具有过载保护的自锁控制线路问题 上述自锁线路中 熔断器FU作短路保护 由接触器KM作失压保护 缺少过载保护 对长期运转电动机不利 过载保护 电机出现过载时能自动切断电源 使电动机停转的保护 线路如图所示 在上述自锁线路主电路中串入热继电器FR工作原理 电机过载或其它原因使电流超过额定值 FR受热弯曲使FR常闭触头分断 切断控制电路 线圈KM失电 主触头分断 自锁触头分断 M失电停转 4 5三相笼形异步电动机的正反转控制线路实际要求 正反两个方向运动 如起重机 工作台的工作运动要求 方法 利用三相定子绕组电源进线中任意两项对调接线 实现电机反转 实际电路 由接触器联锁组成正反转控制线路线路分析 采用2个接触器KM1 KM2 分别由SB2 SB3按钮控制 KM1 KM2主触头所接电源相序不同 KMI是L1 L2 L3 KM2是L3 L2 L1 SB2 KM1线圈组成正转控制电路 SB3 KM2线圈组成反转控制电路 接触器联锁 KM1和KM2主触头绝对不能允许同时闭合 否则将造成两相电源 L1 L2两相 短路事故 为此在正 反转电路中串接了对方接触器一对常闭辅助触头 当一个接触器得电动作时 通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作 接触器间相互制约作用防止短路的发生 实际联锁作用的常闭辅助触头称为 联锁触头 用 表示 正反转工作原理 合上QS KM1常闭联锁触头分断 KM2主触头不能得电 正转控制 按SB2 KM1线圈通电 KM1主触头闭合 M正转 KM1常开自锁触头闭合 KM2常闭联锁触头分断 KM1主触头不能得电 反转控制 按SB3 KM2线圈通电 KM2主触头闭合 M反转 KM2常开自锁触头闭合 停止时 按SB1 控制电路失电 KM1 或KM2 主触头分断 M停转 正反转控制线路优点 工作安全可靠缺点 操作方便 正转 反转中间要按SB1后再变换反向起动按钮 否则由于接触器的联锁作用 不能实现反转 改进 采用双重联锁正反转控制线路 KM1常闭联锁触头分断 正转 按SB2 KM1线圈得电 KM1主触头闭合 M正转 KM1常开自锁触头闭合 KM2断电 KM1主触头失电停转 反转 按SB3 KM1线圈断电 KM1常开自锁触头断开 KM2主触头闭合 M反转 KM2线圈得电 KM2常开自锁触头闭合 KM2常闭联锁触头分断作业P1025 6 4 6位置控制线路实际工况 机械运动部件自动往返运动 如铣床 镗床 桥式起重机等实现方法 依靠位置开关 限位开关 行程开关 以工厂行车为例 线路工作原理 QS已合上 1 行车向前运动 按下SB1 KM1线圈得电 KM1自锁触头闭合自锁 KM1主触头闭合 M起动正转 KM1联锁触头分断 对KM2联锁 行车前移至限定位置 挡铁1碰撞位置开关SQ1 SQ1常闭触头分断 KM1自锁触头分断解除自锁 KM1主触头分断 M失电停转 行车停止前进 KM1联锁触头恢复闭合解除对KM2的联锁此时 即使再按下SB1 由于SQ1常闭触头已分断 KM1线圈也不会得电 行车不会超过SQ1所在位置 2 行车向后运动 按下SB2 KM2线圈得电 KM2自锁触头闭合自锁 KM2主触头闭合 M起动反转 KM2联锁触头分断对KM1联锁 行车后移 SQ1常闭触头恢复闭合 移至限定位置 挡铁2碰撞SQ2 SQ2常闭触头分断 KM2线圈失电 KM2主触头分断 M失电停转 行车停止后移 KM2自锁触头分断 解除自锁 KM2联锁触头恢复闭合 解除对KM1的联锁同理 此时按下SB2 由于SQ2常闭触头已分断 接触器KM2线圈也不会得电 行车也不会超过SQ2所在位置 4 7顺序控制与多地控制线路实际问题 有多台电机的设备上 根据作用不同 有先后起动或停止的要求 如 万能铣床 主轴电机起动后 进给电机再起动 1 主电路实现顺序控制 1 M1起动 按下SB1 KM1线圈得电 KM1主触头闭合 M1连续转动 KM1自锁触头闭合自锁2 M2起动运转 按下SB2 KM2线圈得电 主触头KM2闭合 M2起动 KM2自锁触头闭合自锁3 M1 M2同时停转 按下SB3 控制电路失电 KM1 KM2主触头分断 M1 M2同时停转 2 控制电路实现顺序控制 a 特点 电机M2中串入KM1常开辅助触头 只要M1不启动 即使按下SB21 由于KM1常开辅助触头未闭合 KM2线圈也不能得电 保证了M1起动后 M2才能起动 按下SB12 两台电动机同时停转 按下SB22 只能使M2单独停止 b 特点 在SB12两端并接KM2的常开辅助触头 电路仍然实现M1起动后 M2才能起动 KM1常开辅助触头所起的作用 但此时 若M2起动停止后 M1才能停止转动 如果M2没有停下 则KM2常开辅助触头处于闭合状态 将SB12短接了 KM1线圈仍然通电 即 M1 M2顺序起动 逆序停止 多地控制线路两地或多地控制同一台电动机SB11 SB12为安装在甲地的起动按钮和停止按钮SB21 SB22为安装在乙地的起动按钮和停止按钮线路特点 两地的起动按钮SB11 SB21并联连接两地的停止按钮SB12 SB22串联连接作业P102第7题 4 8三相笼形异步电动机降压起动控制线路问题提出 起动时电流较大 为额定电流的4 7倍 在电源变压器容量不够大而电动机功率较大的情况下 直接起动将导致电源变压器输出电压下降 不仅减小电动机的起动转矩 还会影响到同一供电线路中其他电气设备的正常工作 降压起动 起动时利用启动设备将电压适当降低后加到定子绕组上进行起动 待电动机起动运转后 再使其电压恢复到额定值正常运转 常见降压起动方法 定子绕组串接电阻降压起动 自耦变压器降压起动 Y 降压起动 延边 降压起动 分析应用广泛的时间继电器控制的Y 降压起动控制线路基本原理 采用Y形连接时三相对称负载定子绕组的相电压Uy相 Uy线 3采用 形连接时三相对称负载定子绕组的相电压Uy相 Uy线 电路组成如图 三个接触器 一个热继电器 一个通电延时继电器和两个按钮组成 KT用于控制Y形降压起动时间和完成Y 自动切换线路工作原理 已合上QS KM自锁触头闭合自锁 按下SB1 KMy线圈得电 KMy常开触头闭合 KM线圈得电 KM主触头闭合 KMy主触头闭合 电动机M接成Y形降压起动 KMy联锁触头分断对KM 联锁 KT线圈得电 当M转速上升到一定值时 KT延时结束 KT常闭触头分断 KMy线圈失电 KMy常开触头分断 对KMy联锁 KMy主触头分断 解除Y形连接 KM 联锁触头分断 KT线圈失电 KT常闭触头瞬间闭合 KMy联锁触头闭合 KM 线圈得电 停止时按下SB2KT延时长短 KM 主触头闭合 电机M按 形连接全压运行由电机容量和起动时的负载情况决定 一般容量小延时短 反之长 作业P103第8 9题 4 9三相笼形异步电动机的制动控制线路工况要求 电动机断开电源后立即停止运动 如 起重机吊钩制动 给电动机一个与转动方向相反的转矩 使它迅速减速并停转制动方式 机械制动 电力制动机械制动 利用机械装置使电动机断电后迅速停转 应用普遍 如电磁抱闸制动 电力制动 产生一个与电动机实际旋转方向相反的电磁力矩 使电动机迅速制动停转的方法 电力制动常用的方法 反接制动 能耗制动 电容制动 再生发电制动 能耗制动 电机断电后 立即在定子绕组任意两项中通入直流电 使电机迅速停转的方法 基本原理 通过在定子绕组中通入直流电以消耗转子惯性运转的动能来制动 线路工作原理 已合上QS 1 单向起动运转 按下SB1 KM1线圈得电 KM1自锁触头闭合自锁 电动机M起动运转 KM1主触头闭合 KM1联锁触头分断对KM2联锁 2 能耗制动停转 KM1自锁触头分断 解除自锁 SB2常闭触头先分断 KM1线圈失电 KM1主触头分断 M暂时失电并惯性运转按下SB2 KM1联锁触头闭合 SB2常开触头后闭合 KM2联锁触头分断对KM1联锁 KM2线圈得电 KM2主触头闭合 电动机M接入直流电能耗制动 KM2自锁触头闭合自锁 KT线圈得电 KT常开触头瞬间闭合自锁 KM2自锁触头分断 KT失电 触头复位 KT常闭触头延时后分断 KM2线圈失电 KM2主触头分断 M切断直流能耗制动停 KM2联锁触头恢复闭合 4 10电动机的保护及电气控制系统在运行中的常见故障电动机的保护 除正常运转外 还需考虑线路出现短路 过载 失压等现象时 系统能自动切断电源停转 防止电气设备和机械设备的进一步损坏事故的发生 保证操作人员的人身安全 常见的保护措施 短路保护 过载保护 失压保护1 短路保护电机绕组和导线绝缘损坏或控制电器击穿 线路将出现短路现象 产生很大电流 保护电器为熔断器 短路大电流流过熔体熔断 切断电源 电机停转 和低压断路器 短路时 低压断路器立即动作 切断电源 电机停