机床电气控制电路设计

第五章机床(jīchuáng)电气控制电路设计机床电气设计的基本原则机床电气控制电路的设计内容(nèiróng)机床电气控制电路的经验设计法常用电器元件选择第一页，共54页。机床电气设计的基本(jīběn)原则机床电气设计的基本要求机床电气设计的内容及设计步骤电气设计的技术条件机床电力传动方案(fāngàn)的确定机床电气控制方案(fāngàn)的确定控制方式的选择确定电动机容量机床电气电路的原理图设计原则第二页，共54页。机床电气设计的基本(jīběn)要求熟悉所设计机床（设备）的总体技术要求及工作过程，弄清其它系统对电气控制系统的技术要求。了解机床的现场工作条件，供电情况及测量仪表的种类。通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传动(chuándòng)方案和控制方案。设计简单合理、技术先进、工作可靠。维修方便的电气控制电路。进行模拟试验，验证控制电路能否满足机床的工艺要求。保证使用安全性，贯彻最新国家标准。第三页，共54页。机床电气设计(shèjì)的内容及设计(shèjì)步骤拟定电气设计的技术条件确定电力传动方案和控制方案确定电动机容量设计电气控制原理图选择(xuǎnzé)电气元器件及装置；制定电气设备装置、元件、器件的清单及备件，易损件的清单绘制电气安装图、位置图、互连图设计电气柜、操作台、配电板及非标准器件编写设计计算说明书及使用说明书第四页，共54页。电气设计的技术(jìshù)条件用户供电电网(diànwǎng)的种类、电压、频率及容量。有关电气传动的基本特性有关电气控制的特性有关操作方面的要求机床主要电气设备的参数及布置框图第五页，共54页。机床电力传动(chuándòng)方案的确定确定机床传动的调速方式传动方式与其负载(fùzài)特性相适应电动机的起制动和正反转的要求第六页，共54页。机床(jīchuáng)电气控制方案的确定机床电气控制方案(fāngàn)的可靠性电气控制方案(fāngàn)的确定第七页，共54页。控制方式(fāngshì)的选择控制方式主要有时间控制、速度控制、电流控制及行程控制。应根据实际工作(gōngzuò)情况决定还必须注意因负载变化而出现的问题。第八页，共54页。确定(quèdìng)电动机容量节能查表法当电动机的机械特性硬，电动机的转速在整个工作过程(guòchéng)中可以近似不变时，电动机的功率近似与转矩成正比，此时，等效负载P为：第九页，共54页。原理图设计(shèjì)的一般原则控制系统应满足生产机械的工艺(gōngyì)要求力求控制电路安全可靠，简单经济合理选择各种电器元件符合人机关系，便于维修其设计包括主电路、控制电路和辅助电路。第十页，共54页。主电路设计对于异步电动机：选择电路电动机的起动方式，正反转控制及主电路的保护环节。确定电动机是全压起动还是降压起动。对于正反转控制方式，应防止误操作而引起的电源相间短路，在控制电路中有互锁保护。注意主电路的熔断保护、过载保护及其它安全保护元件的选择与设置。主电路与控制电路应保持(bǎochí)严格的对应关系。第十一页，共54页。全压起动(qǐdònɡ)的条件全压起动(qǐdònɡ)的条件为：Seb----电源变压器额定容量（kvA）Ig----电动机全电压(diànyā)起动电流（A）Ie----电动机额定电流（A）Pe----电动机额定功率（kW)第十二页，共54页。控制电路的经验(jīngyàn)设计法设计过程是逐步完善，不易得到最佳(zuìjiā)方案需反复修改草图，会影响设计速度需要一定的经验才能进行设计，可能影响到系统的可靠性。设计中应注意的问题设计举例第十三页，共54页。设计中应注意(zhùyì)的问题控制电路的电源选择简化电路、减少触头，提高可靠性正确联接电器的线圈避免(bìmiǎn)在控制电路中出现寄生回路根据实际情况合理安排原理图中元件位置。第十四页，共54页。控制电路电源(diànyuán)选择第十五页，共54页。简化(jiǎnhuà)电路、减少触头的方法其主要方法有：合并同类触头利用转换触头在直流电路中利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数和利用逻辑(luójí)电数进行电路化简。第十六页，共54页。合并(hébìng)同类触头第十七页，共54页。利用(lìyòng)转换触头第十八页，共54页。利用(lìyòng)二极管第十九页，共54页。正确联接电器(diànqì)的线圈第二十页，共54页。避免在控制电路中出现寄生(jìshēng)回路第二十一页，共54页。合理安排元件(yuánjiàn)位置第二十二页，共54页。设计(shèjì)举例（M7120平面磨床为例）机床传动(chuándòng)的总体方案确定电动机型号及参数主电路的设计控制电路的设计电磁吸盘控制电路设计辅助电路设计控制电源的确定及总体电路的完善第二十三页，共54页。机床(jīchuáng)传动的总体方案工作台的往复运动由液压泵电动机M1拖动，M1电机单向运转，往复运动由液压传动装置实现。砂轮的旋转磨削工作由电动机M2拖动。冷却泵电动机M3提供磨削时你磨削液砂轮架升降由电动机M4拖动，M4双向运转。工作台吸盘(xīpán)电路中应具有欠电压保护及去磁控制，以确保工件吸牢及取下方便。第二十四页，共54页。电动机的确定(quèdìng)M1M2M3M4第二十五页，共54页。主电路(diànlù)的设计第二十六页，共54页。控制电路的设计(shèjì)第二十七页，共54页。电磁吸盘(xīpán)控制电路设计第二十八页，共54页。辅助(fǔzhù)电路的设计第二十九页，共54页。控制电源的确定(quèdìng)及总体电路的完善选用380V作为(zuòwéi)控制电路电压。电磁吸盘采用110V直流供电。第三十页，共54页。常用(chánɡyònɡ)电器元件选择 电器元件的可靠性电器元件选择的基本(jīběn)原则电器元件的选择第三十一页，共54页。电器元件选择(xuǎnzé)的基本原则根据对控制元件功能的要求，确定电器元件类型；确定元器件承载能力的临界值及使用寿命。确定元器预期的工作(gōngzuò)环境及供应情况；确定元器件在应用时所需的可靠性等。第三十二页，共54页。电器元件选择(xuǎnzé)按钮、开关(kāiguān)选择接触器选用中间继电器的选用时间继电器的选用热继电器的选用熔断器选用控制变压器的选用电磁铁的选用控制电路中某些电阻的计算。第三十三页，共54页。按钮、开关(kāiguān)选择按钮刀开关组合(zǔhé)开关行程开关自动开关第三十四页，共54页。按钮按钮是短时切换小电流控制电路的开关，根据控制功能选择按钮的结构型式及颜色。按钮的额定电压：交流(jiāoliú)500V,直流440V,额定电流5A.机床上常选用：LA2、LA10、LA18、LA19、LA20等。LA-ႎႎႎႎL-主令电器,A-按钮,ႎ-设计序号,ႎ-常开触头数,ႎ-常闭触头数,ႎ-结构型式代号(K、S、J、X、H、F、Y和D)第三十五页，共54页。按钮K-开启式S-防水(fánɡshuǐ)式J-紧急式X-旋转式H-保护式F-防腐式Y-钥匙式D-带灯按钮第三十六页，共54页。刀开关刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源。刀开关的种类很多，按级数分单级、双级、和三极；按刀的转换方向可分单掷和双掷等。常用的刀开关有开启式负荷开关和封闭式负荷开关。根据电源种类、电压(diànyā)等级、用电设备容量、所需极数及使用场合来选用。开启式，主要控制5.5kw以下的电机（一般）型号HKI-ႎ含义：HK-开启式负荷开关，I-设计序号；ႎ-额定电流。封闭式（铁壳开关），型号HH4-ႎ/ႎ含义：HH-封闭式负荷开关，4-设计序号，ႎ-额定电流，ႎ-极数。第三十七页，共54页。组合(zǔhé)开关组合开关主要用于电源引入与隔离，可根据电源种类、电压等级、所需极数及电气设备额定容量选取。额定电压500V的开关适用于交流380V，额定电压250V的开关适用于交流220V控制。开关的额定电流一般取设备额定电流的1.5倍~3倍。常用的型号(xínghào)有HZ系列：HZ1、HZ2、…HZ10第三十八页，共54页。组合(zǔhé)开关技术参数第三十九页，共54页。行程开关用于控制运动机构的行程、讯号转换、联锁等。根据控制功能、安装位置、电压电流等级、触头种类及数量来选择结构和型号。机床上常用的有LX2、LX19、JLXK1型行程开关及JXW-11、JLXK1-11型微动开关等。（LXK3系列新产品，LXW5系列微动开关）JLXK1-ႎႎႎ的含义：J-机床电器；L-主令电器；X-行程开关；K-快速；1-设计(shèjì)序号；ႎ-滚轮数目；ႎ-常开触头数；ႎ-常闭触头数。对于要求动作快、灵敏度高的行程控制，可采用无触点接近开关。第四十页，共54页。LXK3系列行程开关主要(zhǔyào)技术数据第四十一页，共54页。自动开关(zìdònɡkāiɡuān)（自动空气开关）自动开关又称低压断路器。常作为机床电路的电源引入开关，并且对电源设备有过载、短路、欠压保护作用。选用时考虑(kǎolǜ)额定电流和额定电压以及短路保护的电磁瞬时脱扣器电流整定值应略大于电路最大短路电流。常用的有DZ10系列(额定电流分10、100、200、600A)。小容量的有DZ4、DZ5（额定电流25A、50A两级）引进西门子公司的新产品3VE1、3VE3系列。（0.1~63A)第四十二页，共54页。接触器选用(xuǎnyòng)主要考虑主触头的额定电流、额定电压(diànyā)、吸引线圈的电压(diànyā)等级，其次考虑辅助触头的数量和种类、操作频率等。吸引线圈的电压(diànyā)等级应等于控制电路的电压(diànyā)。交流接触器多用CJ10系列，直流接触器多用CZD系列。CJႎ-ႎ型号的含义：C-接触器；J-交流；ႎ-设计序号；ႎ-主触头额定电流。还有LC1-D,可与西门子公司3TB系列互换使用的CJX1、CJX2系列。第四十三页，共54页。CJ10系列交流接触器技术(jìshù)数据第四十四页，共54页。CZD系列直流接触器基本技术(jìshù)数据第四十五页，共54页。接触器的选择(xuǎnzé)选择类型选择触头的额定(édìng)电压选择主触头的额定(édìng)电流：主触头的额定(édìng)电流应大于或等于负载的额定(édìng)电流。如负载是电动机，其额定(édìng)电流按下式推算：选择线圈(xiànquān)电压选择触头数量和种类第四十六页，共54页。中间(zhōngjiān)继电器的选用中间继电器用于控制电路中传递与转换信号，扩大控制路数，将小功率控制信号转换为大容量的触头控制，扩充交流接触器及其它电器的控制作用。中间继电器主要根据触点的数量及种类确定(quèdìng)型号，吸引线圈的额定电压等于控制电路的电压等级。机床上常用JZ7系列，新产品有JDZ1系列、CA2-DN1系列及仿西门子3TH的JZC1系列等。第四十七页，共54页。三种(sānzhǒnɡ)系列中间继电器技术参数第四十八页，共54页。时间(shíjiān)继电器的选用时间继电器的类型有：电磁式、空气阻尼式、晶体管式和电动机式等。选用时考虑延时方式、延时范围、延时精度要求、瞬时触头数目等。另外，线圈电压等级应满足控制电路的要求。对延时精度不高的可选用空气阻尼式；对直流断电延时，宜选用价格较低的电磁式；当延时范围大，延时精度要求高时，可选用晶体管式或电动机式时间继电器。常用(chánɡyònɡ)机床时间继电器主要有JS7系列（空气式时间继电器新产品JSKI）第四十九页，共54页。热继电器的选用(xuǎnyòng)热继电器主要对异步电动机进行过载保护。热继电器有双金属片式和电子式两种。电子式热继电器保护性能好，适用于重要电动机。选择热继电器主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的额定电流及热元件的电流等级。对星形接线的电动机可选两相或三相(sānxiānɡ)结构式的，对三角形接线的电动机，应选择带断相保护的热继电器。热元件的额定电流值，一般按电动机额定电流的0.95~1.05倍选用。常用的热继电器为JR0系列，新产品JRS1系列、LR1-D系列以及西门子的3UA系列。第五十页，共54页。熔断器选用(xuǎnyòng)熔断器主要对电气设备起短路瞬时保护作用。主要类型有：插入式、螺旋式、填料封闭客式等。机床上常用螺旋式RL1系列(xìliè)熔断器的选择方法为：根据电路的特点及参数求出熔体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流来确定其规格型号。对负载电流较平稳的电气设备，如照明，按额定电流进行选用。对具有冲击电流的电