第章机床电气控制基本电路ppt课件

1 机床电气控制技术 郑州大学机械工程学院 第三章机床电气控制基本电路 2 1 要求掌握异步电动机的启动 停止 制动 正反转 调速 保护等基本控制电路原理及特点 2 要求能够识读简单机床电气控制图纸 并能分析相关控制过程的目的 主要要求 3 1 异步电动机的启动 停止 制动 正反转 调速 保护等基本控制电路原理及特点 2 简单机床电气控制图识读方法 重点难点 4 第三章目录 3 1机床电气控制原理图识图基础3 2电动机启动控制线路3 3电动机正反转控制线路3 4电动机点动控制线路3 5电动机的制动控制线路3 6电动机调速控制线路3 7电液控制3 8控制线路的其他基本环节3 9控制线路的保护电路 5 3 1机床电气控制原理图识图基础 电气控制系统图主要有三类 电气原理图 电气安装接线图和电气元件布置图 电气符号国家标准有新 旧两种 旧国标是从电气元件结构出发设计 如GB312 1964 GB314 1964 GB315 1964等 新国标是从电气元件的功能出发设计 如GB T4728 1 1985 GB T4729 1 1989等 目前统一规定使用与国际电工委员会 IEC 标准接轨的新的国标 常用到的有 GB4728 2000电气图常用图形符号 GB5226 85机床电气设备通用技术条件 GB7159 87电气技术中的文字符号制定通则 GB6988 1997电气技术用文件的编写和GB5094 85电气技术中的项目代号等 6 3 1 1电气图形符号和文字符号 电气图示符号 图形符号 文字符号 回路标号以及坐标表示和文字标示等内容 1 图形符号通常用于图样或其它文件以表示一个设备或概念的图形 标记或字符 详见附录1 图形符号含 符号要素 一般符号和限定符号 符号要素 是一种具有确定意义的简单图形 它必须同其它图形组合才构成一个设备或概念的完整符号 如接触器常开主触点的符号就是由接触器触点功能符号 用小半圆表示 和常开触点符号组合而成的 一般符号 表示一类产品及其特征的一种简单符号 如电机可用一个圆圈表示 限定符号 用于提供附加信息的一种加在其它符号上的符号 如延时继电器触点上的延时符号 7 运用图形符号绘制电气系统图时应注意 符号尺寸大小 线条粗细可缩放 但同图同尺寸 各符号间及符号本身比例保持不变 符号方位可旋转或镜像 但文字和指示方向不得倒置 大多数符号都可以加上补充说明标记 有些具体器件的符号可由设计者根据国家标准的符号要素 一般符号和限定符号组合而成 国家标准未规定的图形符号可根据实际需要 按突出特征 结构简单 便于识别的原则自行设计 但需要报国家标准局备案 当采用其它来源的符号或代号时 必须在图解和文件上说明其含义 8 2 文字符号 有基本文字符号 辅助文字符号 见附录2 基本文字符号有单字母和双字母两种 单字母符号分23大类 每一大类用一个专用单字母符号表示 C 电容器类 R 电阻器类等 双字母符号 单字母 另一个字母 且单字母必须在前 如 F 表示保护器类 FU 则表示为熔断器 FR 表示具有延时动作的限流保护器等 9 辅助文字符号 表示电气设备 装置和元器件以及电路的功能 状态和特征 如 RD 红色 SYN 同步等 也可放在表示种类的单字母后边组成双字母符号 如 SP 接近开关 YB 电磁制动器等 若辅助文字符号有两个以上字母组成时 只允许采用其第一字母进行组合 如 MS 同步电机 辅助文字符号还可以单独使用 如 ON 接通 N 中性线等 10 当规定的基本文字符号和辅助文字符号对均不适用时 可补充 在不违背国家标准文字符号编制的条件下 可采用国际标准中规定的电气技术文字符号 在优先采用基本和辅助文字符号的前提下 可补充未列出的双字母文字符号和辅助文字符号 文字符号应按电气名词术语 国家标准或专业技术标准中规定的英文术语缩写而成 基本文字符号不得超过两位字母 辅助文字符号一般不超过三位字母 文字符号采用拉丁字母大写正体字 因拉丁字母中大写正体字 I 和 O 易与阿拉伯数字 1 和 0 混淆 因此不允许单独作为文字符号使用 11 3 电路各接点标记 三相交流电源引入线 L1 L2 L3标记 电源开关之后的三相交流电源主电路 U V W 分级三相交流电源主电路采用三相文字符号U V W的前边加上阿拉伯数字1 2 3等来标记 如1U 1V 1W 2U 2V 2W等 各电机分支电路各接点标记采用三相文字代号后面加数字来表示 数字中的个位数表示电机代号 十位数字表示该支路各接点的代号 如 U21表示1号电机U相第二个接点代号 以此类推 12 电机绕组首端U V W标记 尾端分别用U V 和W 标记 双绕组中的点则用1U 1V 1W标记 控制电路采用阿拉伯数字编号 一般由三位或三位以下的数字组成 按 等电位 原则 由上而下编号 凡是被线圈 绕组 触点或电阻 电容等元件所间隔的线段 都应标以不同的电路标号 13 3 1 2电气控制原理图分析方法 1 电气控制原理图组成绘制原则 根据控制线路的工作原理绘制的 用于表示控制线路的控制原理 图中位置 按原理接 不是实际位置 组成 主回路 线路 控制回路 线路 和照明 指示回路 线路 等 14 图3 1电气控制原理图组成 b 主电动机与润滑泵电动机联锁控制线路 a 电气控制原理图组成 15 主回路 强电流 开关 熔断器 接触器主触点 热继电器电动机等组成 完成机床电动机的启动 正反转 制动 调速等 通常是380V交流电 控制回路 小电流 继电器和接触器线圈 主令电器 控制触点及控制变压器等 实现机床电动机的启动 正反转 制动 调速基本逻辑控制 控制回路通常是220V 110V交流电压 或24V等直流电压 照明和指示回路 工作状态指示和工作照明 电源变压器 指示灯 照明灯 照明开关等组成 照明回路通常是36V交流电压 指示回路通常是6 3V交流电压等 16 2 电气控制原理图分析基础 1 多部件线路表式法 集中表示法 半集中表示法或分开表示法 分开表示法 较复杂的控制线路 同 电气元件的各部件可以不画在一起 可以根据其在电路中所起的作用分别画在不同的线路中 但文字符号必须相同 2 触点动作控制 无电磁线圈元件 靠外力或其他因素来实现有电磁线圈元件 靠吸引线圈中电流的接通和断开来实现的 17 3 主回路和其他回路可分开画 电源线路 主回路 控制回路 照明线路及信号线路可分画 电源线路 水平线画法或垂直线画法交流电 L1 L2 L3 中性线N和保护地线PE由上到下或由左至右依次排列画出 直流电 正上负下 电源开关水平 主回路 动力装置 如电动机等 保护器件 如热保护继电器的热元件 熔断器等 可用单线或多线表示 控制回路和信号线 线圈 信号灯等耗电元件直接与PE连接 控制触点连接在上方水平电源线与耗电元件之间 18 主辅线路排列方式 据动作的先后顺序 从上到下或从左至右 还可在支路旁标出控制作用 简单主 辅线路通常画在一起 对于不太复杂的电气控制线路图 主线路与辅助线路通常是画在一起的 4 交叉导线接点画法 直联的交叉导线的接点 通常是用小黑点表示 19 5 元器件位置编号 坐标图表示法 行和列 行用字母A B C 列用数字1 2 3 器件位置用行列号表示 右图 X B2 标记为08 B2 Y C4 标记为08 C4 图3 2图幅分区示例 20 6 开关 触点状态 线圈 未通电时的状态 开关 手柄处于零位时的状态 行程开关 按钮 不受外力的状态 机械系统 原始位置 3 电气控制原理图的阅读和分析方法 查线读图法 直接读图法或跟踪追击法 逻辑代数法 间接读图法 和逆读溯源法 1 查线读图法 优 直观 易掌握缺 对复杂线路 叙述冗长 易出错 以分析各个执行元件 控制元件和附加元件的作用 功能为基础 据生产机械的生产工业过程 分析被控对象的控制情况和电气线路的控制原理 21 了解生产工艺与执行电器的关系 完成哪些动作 动作间有何联系 了解机床基本结构 运动形式 加工工艺过程 操作方法和机床对电气控制基本要求 电机 电器安装部位 作用 规格和型号 各种操作手柄 开关 控制按钮的功能和操作方法 对机床的机械 液压部件发生直接联系的各种电器 如行程开关 撞块 压力继电器 电磁离合器 电磁铁等 安装部位及作用 22 分析主回路 据主回路控制元件的触点 电阻和其它检测 保护器件 大致判定电动机的控制和保护功能 电动机数目 电动机间是否有联锁控制 是否有正反转控制 是否有制动控制 是否要调速等 23 图3 1b主电路分析 主电路 电机M1和M2 M1主电路 KM2主触头和热继电器FR1全压直接启动 FR1过载保护M2主电路 KM1的主触头和热继电器FR2全压直接启动 FR2过载保护 油泵电动机 主电动机 24 控制电路的分析方法 主回路主触点和其它电器符号 控制回路控制环节及环节间的相互关系 控制电路由上往下 由左往右阅读 若按按钮 谁动作 控制其它元件动作 被控对象如何动作 跟踪动作 信号检测元件状态变化 执行元件动作变化器件间相互联系和制约 直至将线路完全看懂为止 复杂电路控制电路基本控制环节分解 据控制功能 将电路分解成与主回路基本环节 再逐环节进行分析 再串各个环节 采用这种化整为零分析方法 25 控制电路分析 按电机拆 M1 M2M2 SB1 SB2 接触器线圈及辅助触头KM1 热继电器触头FR2 M1 SB3 SB4 KM1的常开辅助触头 接触器KM2线圈及辅助触头 26 要注意各环节间联系和制约关系 直至全部看懂 优点 是直观性强 容易掌握 缺点 分析复杂电路时易出错 一定要认真细心 27 控制过程分析 M2启动 合上QS 按SB2 KM1线圈得电自锁 主触头KM1闭合 M2启动 M2停转 按SB1 KM1线圈失电 M2停转 同理可以分析主回路电动机M1启停 工艺上 顺序起动 先M2后M1 这是通过将KM1常开触头串入主回路线圈KM2控制电路中来实现 KM2只有KM1通电后才能通电 M2启动后M1才启动 以实现顺序控制 28 2 逻辑代数法 用电路逻辑表达式来分析 机床电气逻辑表示电路状态与逻辑函数式之间对应关系 a 用KA KM SQ 动合 常开 触头 则 动断 常闭 触头 b 开关元件受激状态 接触器 继电器线圈得电 按钮或行程开关处于受压状态 为 1 状态 而元件的原始状态 继电器线圈失电 按钮等未受压 为 0 状态 逻辑代数基本逻辑关系及串 并联电路逻辑表示大写字母A B 逻辑变量 三种基本逻辑 逻辑和 或 逻辑乘 与 逻辑非 29 图3 3逻辑或 图3 4逻辑与 a 逻辑和 f A B 触头并联 b 逻辑乘 f A B 两个触头串联 c 逻辑非 A表示电器的动合触头 常开触头 则表示该电器的动断触头 常闭触头 30 分析步骤 写出接触器或继电器的线圈的逻辑函数表达式 当发出主令控制信号时 如按下控制按钮或某个开关动作 就可以分析判断哪些逻辑表达式输出为 1 表示线圈得电 哪些表达式的输出由 1 变为 0 可进一步分析哪些电动机或电磁阀运行状态发生改变 使机床各运动部件的运行发生何种变化等 31 右图中 线圈KM1控制电动机M2接触器KM1线圈得电与失电由停止按钮SB1 启动按钮SB2 热继电器FR1和自锁触头KM1控制 接触器线圈KM2控制电动机M1 32 逻辑代数的基本性质及其应用举例 33 34 图3 5电路的逻辑化简 b 化简后 优点 元件间联系和制约关系明确 不会遗漏或看错 迅速正确 并有助于计算机分析 缺点 复杂电路逻辑很繁琐 不如查线读图法直观 a 化简前 35 3 逆读溯源法 详见第四章 36 3 2电动机启动控制线路 笼型异步电动机启动方式 直接启动 降压启动 软启动 3 2 1电动机直接启动控制线路优点 简单 可靠 经济 缺点 直接启动电流Ist是其额定电流IN的4 8倍 会造成电网电压显著下降适用条件 小容量 7 5kW 启动压降 电压正常值的10 15 三相异步电动机的参数满足 37 1 手动直接启动控制线路 开关 铁壳开关胶盖闸刀开关空气开关转换开关 图3 6手动直接启动控制线路 QS闭合 M得电工作QS断开 M断电 停止工作优点 所用电器少 线路简单缺点 在启 停频繁的场合 不方便 不安全 操作劳动强度较大 38 2 接触器直接启动控制线路 1 构成 主电路 QS FU1 KM主触点 FR及电动机 控制电路 SBl SB2 KM线圈及辅助触点 热继电器FR作过载保护 2 工作原理 先合上空气开关QS 启动 按SB2 KM得电自锁 主触头闭合 电动机得电运转 停止 按SBl KM线圈断电 电动机停止转动 3 特点 线路简单 用按钮控制电机启动 操作安全 操作劳动强度小 图3 7接触器直接启动 39 3 元器件经验选择 断路器 按照3倍电机额定电流选用 主回路熔丝 为1 5 2 5倍的电动机额定电流 主回路熔断器 应大于或等于熔丝额定电流 接触器主触头电流 为1 3 2倍的电机额定电流 热继电器 选用1 1 1 25倍的电动机额定电流 40 3 2 2电动机降压启动控制线路 降压启动 启动时先降压 以减少对线路负载的冲击 启动完成后再切换回电动机的额定工作电压 由于启动力矩与每相定子绕组所加电压的平方成正比 所以降压启动方法是适用于空载或轻载启动 鼠笼式三相异步电动机降压启动 定子电路串电阻或电抗降压启动 Y 降压启动 自耦变压器降压启动 延边三角形降压启动等方式 定子电路串电阻或电抗降压启动 电阻上有热能损耗 而用电抗器则体积 成本较高 延边三角形降压启动绕组结构较复杂 常用的降压启动方法 Y 降压启动 自耦变压器降压启动和定子电路串电阻或电抗降压启动 41 1 Y 降压启动控制线路 Y系列异步电动机 4kW以上均为三角形接法Y 降压启动 是电机定子绕组启动时接成Y形 220V 启动完毕后再接成 形 380V 42 图3 8Y 降压启动控制线路 43 1 控制线路构成 QS FU1 FU5 1SB 2SB KT 通电延时常闭触点KT 1KM交流接触器 两组主触点1KM 一组常开辅助触点1KM 一组常闭辅助触点1KM 2KM交流接触器 三组常开主触点2KM 一组常闭辅助触点2KM 3KM交流接触器 三组常开主触点3KM 两组常开辅助触点3KM 一组常闭辅助触点3KM 1KM两组常开主触点用于Y形切换 2KM三组主触点用于 切换 3KM的三组主触点用于为电动机供电 44 2 工作原理 启动 合上QS 控制回路得电按1SB后 KT得电 KT通电延时常闭触点KT未断开 1KM线圈得电吸合自锁 1KM接触器的两组主触点闭合 1KM的常闭触点1KM使2KM线圈不能得电 定子绕组连接成Y形 同时3KM线圈得电吸合自锁 3KM的常闭辅助触点使KT失电 3KM的常开主触点使电动机M得电 进行Y形降压启动 3KM线圈得电也使得其两组常开辅助触点闭合 使整个控制空路和3KM线圈处于得电状态 45 Y 变换 5s 7s后 电动机达到运行转速 KT的通电延时常闭触点自动断开 1KM线圈失电 电动机定子绕组Y形连接的星点打开 且1KM的常闭辅助触点闭合使2KM线圈得电 2KM接触器的主触点闭合 电动机定子绕组连接为 连接 进入正常运行 同时 2KM的常闭辅助触点2KM使1KM线圈处于失电自锁 46 停止控制按下停止按钮2SB 控制回路失电 主回路中3KM主触点断开 电机失电停止运转 3 特点1KM和2KM的常闭辅助触点 动断触点 互锁保证接触器1KM与2KM不会同时通电 以防电源短路 3KM的常闭辅助触点也使KT处于失电自锁 启动后不需要KT得电 47 2 自耦变压器降压启动控制线路 Y形连接的笼形异步电动机 可用自耦变压器降压启动 电动机启动时 定子绕组加上自耦变压器的二次电压降压启动 一旦启动完成 自耦变压器被自动断开 定子绕组加上额定电压正常运行 自耦变压器的二次绕组有多个抽头 能输出多种电压 这种方法在启动时可对启动转矩进行选择 并且一般比Y 启动时的启动转矩大得多 自耦变压器降压启动方法适合于容量较大的笼型三相异步电动机启动 但是不允许频繁启动 这种启动方法与定子串接电阻相比 在同样的启动转矩时 对电网的电流冲击小 功率损耗小 但是该方法相对定子串接或电抗器结构复杂 价格较贵 48 图3 9自耦变压器降压启动控制电路 49 1 控制线路构成主回路 电源开关QS 交流接触器KM1 KM2 KM3主触点 自耦变压器SQB 热继电器KH 保护中性线PEN及保护地PE 控制回路 交流接触器KM1线圈及其两个常开辅助触点与一个常闭辅助触点 交流接触器KM2线圈及其一个常开辅助触点与一个常闭辅助触点 交流接触器KM3线圈及一个常开辅助触点 时间继电器KT线圈及一个延时闭合的常开触头 中间继电器KA线圈及其两个常开辅助触点与两个常闭辅助触点 启动按钮SB1 停止按钮SB2及热继电器延时闭合常闭触点 辅助回路 有正常运行电流指示电路和工作状态指示灯指示电路 50 2 工作原理 上电未工作状态合上QS使系统上电 但未按启动按钮时 变压器TC有电 继电器线圈都未得电 指示电路中KM2常闭触点处于闭合状态 绿灯HG亮 表示系统上电但未工作 而红灯HR 黄灯HY不亮 自耦降压启动按下启动按钮SB1 KM1线圈得电 KM1常开主触点闭合 自耦变压器SQB作Y形连接 同时由KM1的辅助常开触头闭合使KM1线圈得电自锁 另一个KM1的辅助常开触头闭合使KM2线圈得电 延时继电器KT线圈得电 使KM2的主触点闭合 延时继电器KT工作 中间继电器KA线圈及KM3线圈不能得电 电动机M由自耦变压器供电进行降压启动 51 降压启动 KA线圈不得电 指示电路中闭合状态 KM2线圈得电 指示电路中断开 绿灯HG不亮 KM3线圈不得电 指示电路中KM3处于断开状态 红灯HR不亮 指示电路中KM2闭合 黄灯HY亮 表示电机处于降压启动过程 电流指示回路中 闭合 电流指示表不工作 避免启动时过大电流烧坏电流表 全压正常运行KT延时时间到 延时闭合的常开触头闭合 KA线圈得电 KA闭合 KA线圈自锁 控制回路断开 KM1 KM2线圈失电 KM1 KM2主触点断开 自偶降压变压器SQB断开 KM1的失电 闭合 KM3线圈得电 KM3主触点 全压运行 52 指示回路中 KA线圈的得电 断开 黄灯HY 绿灯HG都不亮 KM3闭合 红灯HR亮 电动机全压运行 电流指示回路中 断开 电流表工作 停止控制按下停止按钮SB2 KT线圈均失电 KM3主触点断开 电动机失电停止运转 指示回路绿灯HG亮 系统上电未工作 3 特点在控制回路中 KM3线圈回路中串入KM1常闭触点 防止了KM1 KM2 KM3同时得电而造成的自耦变压器SQB的损坏 有工作状态指示 正常运行有电流指示 53 图3 10定子串电阻降压启动控制线路 3 电动机定子串电阻降压启动控制线路 时间控制 电流控制 54 1 控制电路构成主回路 电源开关QS 保险元件FU1 FU3 交流接触器KM1主触点 交流接触器KM2主触点 串电阻R1 R3 热继电器KH及电动机 控制回路 保险元件FU4 FU5 启动按钮SB2 停止按钮SB1 时间继电器KT及其常开延时闭合触点 交流接触器KM1及其常开辅助触点 交流接触器KM2及其常开常闭辅助触点 2 工作原理 串电阻降压启动合上电源开关QS 按下启动按钮SB2 KM1线圈 继KT线圈同时得电工作 KM2线圈不得电 KM1得电吸合 KM1闭合自锁 KM1常开主触点闭合 通过R1 R3启动电阻 电动机得电启动 55 全压正常运行按下启动按钮SB2 KT的线圈得电进入延时状态 延时时间到 其常开延时闭合触点闭合 KM2的线圈得电 KM2闭合 线圈得电自锁 KM2的常闭辅助触点断开 KM1和KT的线圈断电 电阻R1 R3被断开 电动机正常运行 停止控制按下停止按钮SB1 KM1 KM2及KT线圈均失电 电动机断电停止运转 3 特点优点 电阻价格低廉 结构简单 动作可靠 缺点 电阻上功率损耗大 应用 通常仅在中 小容量电动机不经常启动时采用该法启动 56 3 2 3电动机软启动控制线路 电动机常用启动方式的启动转矩和启动电流值 都不能很好地调整电动机的启动特性使其满足平滑启停要求 57 电动机启动特性改善 电动机电流与电压成正比 转矩与电压的平方成正比 调整控制电动机启动过程的电压变化 就能调整控制电动机启动过程的启动转矩和启动电流 改善电动机启动特性 软启动器 是一种集电动机软启动 软停车 轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置 国外称SoftStarter 原理 三相反并联晶闸管 通过控制导通角 相位控制角 调节输出电压 在交流电正和负各半周期内 相位控制角 越大 晶闸管输出电压越高 当 为零度时 晶闸管关断 输出电压为零 软启动功能 电压逐渐增加 电动机逐渐加速 直到晶闸管全导通 达到额定转速 实现平滑启动 直至启动完成 启动后 用自带的旁路接触器取代晶闸管 软停车功能 软停车与软启动过程相反 在停车时间内电压逐渐降低 转数逐渐下降到零 避免自由停车引起转矩冲击 58 a 晶闸管相位控制角 图3 11晶闸管相位控制角及输出电压控制原理 b 软启动器使用双向晶闸管进行输出电压控制 59 图3 12软启动器控制三相异步电动机启动特性 a 转矩特性 b 电流特性 60 软启动特点 启动转矩变化平滑 启动电流变化平滑且较低 无冲击电流 软启动器在启动电机时 通过逐渐增大晶闸管导通角 使电机启动电流平滑上升至设定值 启动转矩线性增大 对电机无冲击 启动平稳 减少对负载机械的冲击转矩 延长机器使用寿命 有软停车功能 即平滑减速 逐渐停机 它可以克服瞬间断电停机的弊病 减轻对机械的冲击 减少设备损坏 启动参数可调 根据负载情况及电网继电保护特性 可自由地无级调整至最佳的启动电流 61 软启动器两种接法 标准三角形接法 软启动器串接于电源线与电机之间 启动器的额定电流Ie与电动机的额定电流IN一致 需要3根电缆 内三角形接法 软启动器的每相与电动机的各相绕组串联 启动器的额定电流Ie相当于电动机的额定电流IN的58 需要6根电缆 62 图3 13软启动器在应用时两种接法 a 标准三角形接法 b 内三角形接法 图3 14ABB公司电动机软启动器控制电路图 64 ABB软启动器控制三相异步电动机软启动控制电路 1 控制电路构成主回路 1QF 1KM常开主触点 1KH 软启动器1RQ 电流指示表1P及电压指示表2P 控制电路 如图3 14所示右边功能框内说明 2 工作原理 启动准备先闭合1QF和1S HW亮 1KM线圈得电 主回路1KM接触器常开主触点闭合 软启动器得电 1KM的常开辅助触点1KM1闭合 65 软启动启动 按下1SF 1KA线圈得电自锁 1KA2闭合 软启动器1RQ控制电动机进行软启动 1KA3闭合 柜门电风扇运转 HR亮 电流表1P 电压表2P分别指示电流和电压 直至正常运转转速 1RQ内部旁路接触器接替晶闸管给电动机供电运行 过载保护 过载 1KH常闭触点断开 1KM线圈失电 1KM主触点断开 电动机停转 1KH闭合 HY亮 保护电动机 停止控制 按下1SS 1KM线圈失电 1KM主触点断开 电动机断电停转 3 特点 用软启动器控制电动机启动 66 3 3电动机正反转控制线路 基本原理 将电动机定子三相绕组任意两相对调接到电源上 改变电动机相序 即可实现异步电动机反转运动 3 3 1电动机手动正反转控制线路 67 图3 15电动机正反转控制电路 a 电动机正反转电路原理 b 电气互锁 c 双重互锁 68 控制线路问题 若同时按FSB和RSB FKM与RKM线圈同时得电 电源相间短路 需要增加保护环节 控制原理 按下FSB FKM线圈得电自锁 电机正转 需要反转 按SB FKM线圈失电电动机停转 按RSB RKM线圈得电自锁 电机反转 69 1 具有电气互锁电动机正反转控制电路 图3 15 b 1 电路构成主回路 QS FU FKM与RKM 热继电器FR 控制回路 FSB RSB SB FKM及其常开常闭辅助触点 RKM及其常开常闭辅助触点 热继电器常闭触点 互锁 或 联锁 在正反转控制支回路中串联了对方的常闭辅助触点 以避免正反转接触器同时得电而短路 70 2 工作原理 正转控制按下FSB FKM线圈得电自锁 电动机正转 FKM闭合 FKM线圈得电自锁 串接在反转接触器RKM线圈支控制回路中的FKM常闭触点断开 切断了RKM线圈回路 以防电源短路 71 停止控制 按下SB FKM线圈失电 电动机停转 FKM常闭触点复位 反转控制 按RSB RKM线圈得电自锁 电动机反转 串接在正转接触器FKM线圈支控制回路中的RKM常闭触点断开 切断了FKM线圈的得电回路 这样也防止了电源短路事故 72 3 特点 电路相对简单 但要实现正反转切换 必须先按停止按钮SB后 再按对应启动按钮才能实现 操作不便 73 2 具有电气和机械双重互锁电动机正反转控制电路 复式按钮机械互锁 电气互锁按FSB 其常闭触点先将RKM线圈回路断开 FSB的常开触点后闭合 使FKM线圈得电 电机正转 反转工作情况类似 优点 操作简单 正反转切换不需停机 可直接通过复合按钮完成 缺点 电动机断电的时间过短 停转过程不充分 冲击较大 应注意保证足够的停车时间 74 3 3 2电动机自动正反转控制线路 行程自动进行控制 根据其行程位置 自动地实现启动 停止 反向的控制 需要行程开关 根据工艺要求 铣床 刨床 组合机床工作台的进给传动可进行右传动和左传动两种循环工作制 右传动循环 工作台以进刀速度向右运动 而后自动快速退回原处 左传动循环 工作台以进刀速度向左运动 而后自动快速退回原处 75 图3 16工作台工作循环图 76 图3 17工作台自动循环控制线路图 a 控制线路 b 万能转换开关SO触点分合顺序 77 1 控制电路组成 SO SB 1KMF与1KMR及其常开常闭辅助触点 2KMF与2KMR其常开常闭辅助触点 1ST 2ST及其常开常闭触点 3ST 4ST及其其常开常闭触点 1SB 2SB 3SB 4SB 2 工作原理 右循环 SO位于右循环 1 4号线路触点闭合 按下1SB 1KMF线圈得电自锁 1号线路得电自锁 低速电动机启动正转 工作台向右进刀 工作台撞下1ST 1ST闭合 断开 1KMF失电 2KMR线圈得电自锁 4号线得电自锁 高速电机启动并反向运行 工作台向左快进 撞下2ST 2KMR线圈失电 工作台自动停止 左循环 SO位于左循环 2 3号线路触点闭合 按下3SB 1KMR线圈得电自锁 3号线路得电自锁 低速电动机启动反转 工作台左移 工作台撞下2ST 2ST常开触点闭合 断开 1KMR失电 2KMF线圈得电自锁 2号线得电自锁 高速电机启动并反向运行 工作台向右快进 撞下1ST 接触器2KMF线圈失电 工作台自动停止 78 手动进给循环控制SO手动 1号与3号线路触点闭合 按下1SB 1KMF线圈得电自锁 1号线路得电自锁 低速电动机启动正转 工作台右移 工作台撞下1ST 断开 1KMF线圈失电 工作台停止 由于4号线路触点未闭合 尽管1ST闭合 不能自动返回 按下3SB 1KMR线圈得电自锁 3号线路得电自锁 低速电动机启动反转 工作台左移 工作台撞下2ST时 断开 1KMR线圈失电 工作台停止 1ST断开的常闭触点闭合 由于2号线路的触点未闭合 尽管2ST闭合 不能自动返回 在手动进给循环运动过程中 只要按下停止按钮SB 手动进给立即停止 并且以上手动左右进给可以循环进行 3 特点 用行程开关实现电动机自动正反转 行程极限开关3ST 4ST用以安全保护 安全可靠 在铣床 刨床及插床上都有应用 79 3 4电动机点动控制线路3 4 1电动机点动简单控制电路 图3 18电动机简单点动控制电路图 1 电路构成 主回路 电源组合开关QS 熔断器FU1 FU3 交流接触器KM常开主触点 电动机 控制回路 熔断器FU4 FU5 点动按钮SB 交流接触器线圈KM 80 2 工作原理 供电电路 电源L1 L2 L3经组合开关QS给电动机M及控制回路供电 点动启动 接通组合开关 按下SB KM线圈得电吸合 其三组常开主触点闭合接通三相电动机电源 电动机得电转动 停止控制 放开SB KM线圈断电释放 主触点由闭合而断开 电动机断电停止转动 3 特点 电路及功能简单 只能实现单向点动转动 常用于讲述点动控制原理 实用场合很少 81 3 4 2电动机点动 连续正反转运转控制线路 图3 19电动机点动及连续正反转运转控制线路 82 1 电路构成 主回路 电源组合开关QS 熔断器FU1 FU3 交流接触器KM1 KM2常开主触点 热继电器FT 控制回路 熔断器FU4 热继电器FT常闭触点 停止按钮SB3开关 交流接触器KM1 KM2线圈及其常开常闭辅助触点 反转联动按钮SB1开关 正转联动按钮SB2开关 正转点动按钮SB4开关 反转点动按钮SB5开关 2 工作原理 电源组合开关QS合上后 控制回路得电 正向连续运转控制 按下SB2开关 SB2 1闭合 KM1线圈得电吸合 KM1 1闭合自锁 KM1常开主触点闭合 电动机得电正向运转 KM1常闭辅助触点KM1 5断开 交流接触器KM2线圈断电 正反转电气互锁 83 正转点动控制 电动机正向连续运转 按下正转点动按钮SB4 常闭触点SB4 2先断开 KM1 1断开 KM1线圈失电 SB4 1常开触点闭合 KM1线圈再得电 电动机进入点动正转 松开SB4 闭合的常开触点SB4 1先断开 KM1线圈失电 断开的常闭触点SB4 2才闭合 电动机停转 电动机停转状态 按下SB4 常闭触点SB4 2先断开 SB4 1常开触点闭合 KM1线圈得电 电动机进入点动正转 KM1常闭辅助触点KM1 5断开 KM2线圈断电 点动正反转电气互锁 反向连续运转控制 按SB1 SB1 2闭合 KM2线圈得电吸合自锁 KM2常开主触点闭合 电动机得电反向运行 KM2常闭辅助触点KM2 5断开 KM1线圈断电 实现正反转电气互锁 84 反转点动控制反转时 按下SB5 常闭触点SB5 2先断开 KM2 1断开 KM2线圈失电 紧接着SB5 1闭合 KM2线圈再得电 点动反转 松开SB5 SB5 1先断开 KM2线圈失电 常闭触点SB5 2才闭合 电动机停转 停转时 按下 SB5 常闭触点SB5 2先断开 后 SB5 1闭合 KM2线圈得电 点动正转 常闭辅助触点KM2 5断开 KM1线圈失电 实现点动正转电气互锁 85 正反转连续运转时相互操作电动机连续正转 按下SB1 其常闭触点SB1 1先断开 KM1线圈失电 KM1 5常闭触点闭合 KM2线圈得电 电动机进入反转状态 反之亦然 停转控制正反转连续运转状态 按SB3 交流接触器线圈失电 电动机停转 3 特点具有连续运转交流接触器KM1 KM2常闭触点KM1 5与KM2 5的电气互锁 而且具有联动按钮SB1 SB2的机械互锁 无论是连续正转还是连续反转 都可以进行相应方向的点动操作 86 3 5电动机的制动控制线路 为了缩短辅助时间 提高生产效率以及安全生产 要求电动机能够迅速停车 由异步电动机所拖动的工作台 工作轴等都要求能够迅速停止和准确定位 这就需要对电动机进行制动 强迫其立即停车 电动机的制动 是当电动机切断电源后 依靠外加的作用使电动机迅速停转一种控制 电动机两类制动方式 机械制动和电气制动 机械制动 是采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法 如电磁抱闸 电磁离合器等电磁制动器 电气制动 实质上是使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的制动转矩 迫使电机转速迅速下降 机床中常用的电气制动有能耗制动和反接制动 87 3 5 1电动机电磁抱闸制动控制线路 1 电磁抱闸断电制动控制电路广泛应用于起重机械以及制动要求较严格的设备上 如交流伺服电动机的制动器 多为直流抱闸断电制动 图3 20电磁抱闸断电制动电路 88 1 电路构成主回路 QS 熔断器 KM主触点 FR 制动闸轮 制动闸瓦及制动弹簧 控制回路 熔断器 SB3 SB1 KM线圈及其常开辅助触点 热继电器常闭触点 制动电磁铁YB线圈 2 工作原理 启动控制 合上QS 按下SB1 KM线圈得电吸合自锁 电动机及制动电磁铁线圈YB得电 电动机工作 YB得电 铁心吸引衔铁而闭合 衔铁克服弹簧拉力使制动器闸瓦与闸轮分开 使制动器对电动机运转不产生影响 制动控制 当按下SB3 KM的线圈失电 电动机和YB的线圈断电 衔铁释放 在弹簧力的作用下 使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮 电动机迅速制动 3 特点 断电制动 工作可靠 机床垂直轴电动机制动器常采用该方式 防止垂直轴因重力不平衡而下落 89 2 电磁抱闸通电制动控制电路 图3 21电磁抱闸通电制动电路 断电制动其闸瓦紧紧抱住闸轮 若想手动调整工作是很困难的 制动后仍想调整工件相对位置的机床设备应采用通电制动控制 90 1 电路构成主回路 QS FU1 KM1 FR 电动机 制动闸轮 闸瓦及制动弹簧 控制回路 FU2 SB2 SB1 KM1 KM2 热继电器 YB 2 工作原理 启动控制 合上QS 按下SB1 KM1线圈得电吸合自锁 电动机工作 KM1的辅助常闭触点断开 构成电气互锁 电动机运转时 制动器电磁线圈无法得电 闸瓦与闸轮分开无制动作用 制动控制 按下SB2 KM1线圈断电 KM2线圈通电 制动器电磁线圈得电 闸瓦紧紧抱住闸轮制动 且KM2常闭辅助触点断开 构成电气互锁 松开SB2 KM2线圈断电 电磁线圈YB断电 在弹簧力作用下 闸瓦与闸轮分开 3 特点 电动机转动时 电磁制动器松开 停止按钮按下时电动机先断电后制动 松开停止按钮制动器也松开 如果作为机床主轴电动机 便于停机非制动状态下操作人员可扳动主轴调整工件或对刀等 91 机械制动 电磁抱闸 电磁离合器制动共同点 两者都是利用电磁线圈通电后产生磁场 使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯 电磁离合器的动铁芯被吸合 动 静摩擦片分开 克服弹簧的拉力而满足工作现场的要求 不同 但电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮 电磁离合器是利用动 静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动 92 3 5 2电动机能耗制动控制线路 1 能耗制动的原理能耗制动 断交流电 将定子绕组接直流电 静止的恒定磁场 转子因惯性在磁场内旋转 转子导体中产生感应电动势 感应电流流过 制动转矩消耗转子惯性能量 电动机迅速减速 转速接近零 切除直流电源 图3 22能耗制动原理图 93 能耗制动 制动效果与定子直流电流I大小和转速n有关 转速一定时 直流电流越大 制动效果越好 应用场合 电动机容量较大 要求制动平稳和制动频繁的场合 在低速时制动速度较慢 同时在控制上需要一个直流电源装置 控制线路较复杂 控制原则 时间控制原则 用时间及电气进行控制 也可速度控制原则 用速度继电器进行控制 94 2 按时间原则控制的电动机单向转动能耗制动控制电路 1 电路构成主回路 QS FU1 KM1 热继电器 电动机 KM2 KT 整流变压器T 桥式整流电路VC 限流电阻RP 控制回路 FU2 KM1 KM2 KT SB2 SB1 图3 23单向转动能耗制动控制电路 95 2 工作原理 启动 按下SB2 KM1的线圈得电自锁 电动机得电运转 KM2线圈断电电气互锁状态 停止能耗制动 按SB1 KM1线圈失电 电动机断电 SB1的常开辅助触点随后闭合 KM2 KT线圈同时得电 并由KT的常开触点闭合而并自锁 KM2的常闭辅助触点断开 KM1的线圈断电电气互锁 直流电流接入电动机定子绕组 能耗制动 转速迅速下降 当转速接近零时 KT的整定时间到 KT的延时常闭触点打开 KM2和KT的线圈断电 能耗制动结束 3 特点 电动机运转和制动状态通过交流接触器常闭触点电气互锁 制动强度可调 96 3 按速度原则控制的电动机双向转动能耗制动控制电路 1 电路构成主回路 QS FU1 KM1 KM2 FR 电动机 KV FU2 T VC KM3 RP控制回路 KM1 KM2 KM3 KV1 KV2 SB2 反转启动按钮SB3 停止按钮SB1 熔断器FU3 热继电器常闭触点 图3 24双向转动能耗制动控制电路 97 1 工作原理 正转启动控制 按SB2 KM1线圈得电 其常开主触点闭合 电动机正转 电机转速超过KV1闭合动作值时 如120r min KV的KV1常开触点闭合 KM1的常开辅助触点闭合 正转回路得电自锁 同时KM1常闭辅助触点断开 使制动交流接触器KM3的线圈处于断电电气自锁状态 KM3的常开主触点处于复位断开状态 正转停止能耗制动 按SB1 其常闭触点先行断开 KM1线圈失电 其常开主触点断开 电机转速很高 KV1保持闭合 SB1闭合 KM3线圈得电自锁 电机的定子绕组通入直流电开始能耗制动 转速迅速下降 KM3的常闭辅助触点使正反转启动回路断电自锁 转速低于KV1断开动作值时 如100r min KV1断开 KM3线圈失电 能耗制动结束 电动机自然停车 98 反转启动 按SB3 KM2线圈得电 其常开主触点闭合 电动机反转 当速超过KV2闭合动作值时 如120r min KV的KV2常开触点闭合 反转控制回路得电自锁 同时KM2常闭辅助触点断开 使制动交流接触器KM3的线圈处于断电电气自锁状态 KM3的常开主触点处于复位断开状态 反转停止能耗制动 按下SB1 KM2线圈失电触点复位 电机转速仍很高 KV2保持闭合 SB1的常开触点闭合 KM3的线圈得电吸合自锁 电动机的定子绕组通入直流电开始能耗制动 转速迅速下降 同时 KM3的常闭辅助触点使正反转启动回路断电自锁 当转速低于KV2断开动作值时 如100r min KV2断开 KM3线圈失电 能耗制动结束 此后电动机自然停车 3 特点 较完善的电气互锁回路 制动强度可通过调整可变限流电阻RP调整 99 3 5 3电动机反接制动控制线路 1 反接制动原理原理 是在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序 使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法 实质 使电动机欲反转而制动 因此当电动机的转速接近零时 应立即切断反接转制动电源 否则电动机会反转 一般采用速度继电器来自动切断制动电源 图3 25反接制动原理图 100 P 10kW 定子绕组串接限流电阻由于电动机反接制动时 转子与定子旋转磁场间的速度近于两倍的同步转速 所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时的两倍 反接制动电阻的两种接法 对称和不对称 采用对称电阻接法可在限制制动力矩的同时 也限制制动电流 而采用不对称电阻的接法 只限制了制动力矩 未加电阻的那一相 仍具有较大的电流 101 2 电动机单向转动反接制动控制电路 1 电路构成主回路 QS FU1 KM1 KM2 R FR 电动机 KV 控制回路 FU2 热继电器常闭触点 KM1 KM KV SB2 SB1 图3 26单向转动反接制动控制电路 102 2 工作原理 启动控制 按SB2 KM1线圈得电自锁 电动机得电运转 KV闭合 为反接制动做好准备 KM1的常闭辅助触点断开使KM2未得电状态 构成电气互锁 停止反接制动 按SB1 KM1的线圈失电 电动机高速惯性旋转 KV保持闭合 KM1常闭辅助触点闭合 SB1闭合 KM2线圈得电自锁 电动机的定子串接两相电阻进行反接制动 且KM2的常闭辅助触点断开 构成电气互锁 当转速低于速度继电器的常开触点KV断开动作值时 如100r min KV的常开触点复位 KM2线圈失电 断开了电动机的反相序电源 电动机自然停车 3 特点根据速度继电器的反接制动比按时间原则控制电动机的制动过程准确 但制动电阻耗能发热 103 3 电动机双向转动反接制动控制电路 1 电路构成 KM1 KM2 KM3 KA1 KA3 KV KV1 KV2 SB1 SB2 SB3 R为启动与制动电阻 图3 27双向转动反接制动控制电路 104 电动机正转启动 按SB2 KM1通电自锁 电动机串入电阻R正向启动 14和15点之间的常开辅助触点KM1也闭合 为全压运转准备 当转速超过KV1闭合动作值时 如120r min KV1闭合 KM3的线圈得电 电动机全压正转 正转停车反接制动控制 电动机全压正转 按SB1 KM1 KM3线圈失电 切断电动机正序电源 此时电动机高速转动 KV1保持闭合 SB1闭合 KA3线圈得电 KA1线圈得电 KA3线圈得电并自锁 KM2线圈得电 串入电阻R反接制动 电机转速迅速下降 当电动机转速低于KV1断开动作值时 如100r min KV1触点断开 KA1的线圈断电 KM2 KA3线圈同时失电 反接制动结束 以后电动机自然停止 105 反转启动控制 按SB3 KM2得电自锁 电动机定子绕组串入电阻R反向启动 KM2闭合 全压运转准备 当电机转速超过KV2闭合动作值时 如120r min KV2闭合 KM3线圈得电吸合 将R短接 电动机全压反转 反转停车反接制动 电机全压反转 按SB1 KM2 KM3线圈相继失电 切断了电动机反序电源 电动机转速仍然很高 KV2保持闭合 按SB1 KA3 KA2线圈得电并自锁 KM1线圈得电 串入电阻R开始反接制动 转速迅速下降 当转速低于KV2断开动作值时 如100r min 闭合的KV2触点断开 KA2的线圈断电 KM1 KA3线圈同时失电 反接制动结束 电动机自然停止 3 特点 串电阻降压启动和串电阻反接制动电路完整 正反转启动间电气互锁 正反转串接电阻制动间电气互锁 启动和制动件电气互锁 106 3 6电动机调速控制线路 调速 是指在某一具体负载下 通过改变电动机或电源参数的方法 使机械特性曲线得以改变 从而使电动机转速发生变化或保持不变 调速中心内容 是电动机转速的自动调节和稳定 3 6 1电动机调速原理三相异步电动机的转速为 异步电动机调速方法 变极 p 调速 变频 f 调速 即定子频率f1 改变转差率s调速法 降低定子电压调速 绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速或串级调速 使用电磁转差离合器调速等 107 1 变极调速 通过改变定子绕组的接线方式来实现的 优点 设备简单 运行可靠 效率高 机械特性好的优点 可通过不同的接线方式得到恒转矩或恒功率特性 缺点 有级调速 且可调节的速度越大 设备体积也越大 价格越贵 因此 三相异步电动机一般只有两个或三个转速 108 2 降低定子电压调速 只能在额定转速以下进行 转矩与电压的平方成正比 且在最大转矩时的转差率保持不变当电压降低时 转速下降 对电压的连续变化 电动机可实现无级调速 图3 28降低定子电压调速的机械特性曲线 109 调速方法简单 通常使用晶闸管交流调压器或在定子电路中串联电抗器来实现 优点 调速设备体积小 重量轻 价格便宜 容易实现正反转和反接制动 缺点 转速降低的同时 转矩下降很快 若电动机的最大转矩小于负载转矩 电动机无法带动负载 调速范围很小 电压越低 电机的机械特性越软 表现为不同电压下 相同的转矩变化带来了不同的转速变化 电压越低 转速变化越大 运动越不平稳 应用 通常用于对调速精度和调速范围要求不高的生产机械中 如简单的起重机械设备 泵类 风机等 110 3 转子回路串电阻调速 恒转矩调速 多为分级调速 绕线转子异步电动机 调低 最大转矩不变 临界