C臥式車床電氣控制.ppt

項目2C650臥式車床電氣控制,【學習目標】1.了解C650臥式車床的主要結構與運動形式。2.了解C650臥式車床的電力拖動及控制要求。3.掌握行程開關、時間繼電器、中間繼電器、信號燈及速度繼電器的結構特點、符號、型號。4.掌握接近開關、固態(tài)繼電器和晶閘管自動開關的原理和使用。5.掌握分析電氣控制原理圖的方法和步驟。6.熟悉在機床控制系統(tǒng)中三相籠型異步電動機制動控制電路的設計方法。7.掌握C650臥式車床的電氣控制原理圖的分析方法。,2.1項目簡述,C650型臥式車床結構如圖2-1所示。它是機床中應用最為廣泛的一種，可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋，車床在加工工件時，隨著工件材料和材質的不同，應選擇合適的主軸轉速及進給速度。目前中小型的車床多采用不變速的異步電動機拖動，而靠齒輪箱來進行有級變速。為滿足生產(chǎn)加工需要，主軸的旋轉運動可正轉，也可以反轉，這就要求可以改變主軸電動機的轉向或采用離合器來實現(xiàn)。進給運動大多是通過主軸運動分出一部分動力，通過掛輪箱傳給進給箱配合來實現(xiàn)刀具的進給。有的車床為了提高效率，刀架的快速運動由單獨一臺進給電動機來拖動。車床一般都設有交流電動機拖動的冷卻泵，實現(xiàn)刀具切削時的冷卻。,2.1.1C650臥式車床結構及工作要求,C650臥式車床主要由床身、主軸變速箱、尾座、進給箱、絲杠、光杠、刀架和溜板箱等組成。C650車床進行車削加工的主運動是主軸通過卡盤或夾頭，帶動工件的旋轉運動，它承受車削加工時的主要切削功率。進給運動是溜板帶動刀架的縱向或橫向運動。為保證螺紋加工的質量，要求工件的旋轉速度與刀具的移動速度具有嚴格的比例關系。因此，C650臥式車床溜板箱與主軸變速箱之間通過齒輪轉動來連接，用同一臺電動機來拖動。車削加工時一般不要求反轉，但在加工螺紋時，為避免亂扣，加工完畢后，要求反轉退刀，所以C650車床可以通過主電動機的正反轉來實現(xiàn)主軸的正反轉，當主軸反轉時，刀架也跟著后退。,C650臥式車床在車削加工時，刀具的溫度往往很高，因此，要配備一臺冷卻泵及電動機。由于C650車床的床身較長，為減少輔助工時，提高加工效率，專門設置了一臺2.2kW的電動機來拖動溜板箱快速移動，并采用點動控制。一般車床的調速范圍大，常用齒輪變速機構來調速，調速范圍可達40倍以上。C650車床的主電動機采用普通籠型異步電動機，功率為30kW。由于加工的工件比較大，加工時其轉動慣量也比較大，需停車時不易立即停止轉動，為提高工作效率，該機床采用了反接制動方法。,2.1.2C650臥式車床電力拖動特點及控制要求（1）主電動機M1（功率為30kW）完成主軸主運動和刀具進給運動的驅動，電動機采用直接起動的方式起動，可正反兩個方向旋轉，并可進行正反兩個旋轉方向的電氣停車制動。為加工調整方便，還具有點動功能。（2）電動機M2拖動冷卻泵，在加工時提供切削液，采用直接起動、停止方式，并且為連續(xù)工作狀態(tài)。（3）快速移動電動機M3可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。完成對C650臥式車床電力拖動特點及控制要求介紹以后，接下來分析其電氣控制線路。為此，首先需要學習行程開關、時間繼電器、速度繼電器、中間繼電器、信號燈等與臥式車床電氣控制相關知識。,2.2電氣控制器件相關知識2.2.1行程開關,行程開關又稱行程限位開關，主要利用生產(chǎn)機械的運動部件的運動、碰撞改變行程開關內(nèi)部觸頭的狀態(tài)，發(fā)出電氣控制指令。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、運動速度、位移方向和位置保護等。1.行程開關的基本結構行程開關的基本結構有三大部分：感受外部作用力的操作機構，內(nèi)部執(zhí)行部分的觸頭系統(tǒng)和外殼。圖2-2給出LX19系列行程開關的外形示意圖。當運動部件的擋鐵碰壓行程開關的滾輪時，推動微動開關動作，使其動斷觸點斷開，動合觸點閉合。,常用的行程開關有LX29系列、JW系列、LXW9（831060）系列。其中，JW系列及831060系列為微動開關系列，具有微量動作行程、瞬時動作特點。LX29系列是取代LX19系列的理想產(chǎn)品，它具有單輪、雙輪、徑向傳動等多種形式。其中單輪式徑向式行程開關可自動復位，而雙輪行程開關要靠外力來復位。,2.行程開關的型號行程開關LX19的型號及含義如下。,3.行程開關的符號行程開關的圖形符號和文字符號如圖2-3所示。,2.2.2接近開關接近開關又稱無觸點行程開關，它除可以完成行程控制和限位保護外，還是一種非接觸式檢測控制裝置，用作檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。當運動著的物體接近它到一定距離之內(nèi)，它就能發(fā)出控制信號。特點有工作可靠、壽命長、功耗低、復定位精度高、操作頻率高以及適應惡劣的工作環(huán)境等。1.接近開關的分類接近開關按工作原理可分為以下幾種類型：（1）渦流式接近開關這種開關有時也叫電感式接近開關。它是利用導電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。,（2）電容式接近開關這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以是絕緣的液體或粉狀物等。（3）霍爾接近開關霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫做霍爾開關。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應而使開關內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。,(4）光電式接近開關利用光電效應做成的開關叫光電開關。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便有信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。（5）熱釋電式接近開關用能感知溫度變化的元件做成的開關叫熱釋電式接近開關。這種開關是將熱釋電器件安裝在開關的檢測面上，當有與環(huán)境溫度不同的物體接近時，熱釋電器件的輸出便變化，由此便可檢測出有物體接近。（6）其它型式的接近開關當觀察者或系統(tǒng)對波源的距離發(fā)生改變時，接近到的波的頻率會發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應。聲納和雷達就是利用這個效應的原理制成的。利用多普勒效應可制成超聲波接近開關、微波接近開關等。當有物體移近時，接近開關接收到的反射信號會產(chǎn)生多普勒頻移，由此可以識別出有無物體接近。,2.接近開關的工作原理接近開關的種類很多，但不論何種接近開關，基本都是由感應頭、振蕩器、檢波器、鑒幅器、輸出電路、穩(wěn)壓電源等組成。接近開關目前國內(nèi)普遍采用高頻振蕩電感式，其精度較高控制距離較遠。高頻振蕩電感式LJ2型系列接近開關原理如圖2-4所示。,當無金屬物體接近時，由VT1、L、C1、C2等元件組成的耦合振蕩器輸出信號加至VT2基極，放大后的高頻波經(jīng)VD7、VD8整流后的直流信號加至VT3基極，使VT3導通，由VT4、VT5組成的斯密特電路中VT4截止，VT5導通，使VT6截止，則,近開關的文字符號與行程開關相同，其圖形符號和文字符號+如圖2-5所示。,開關負載中無電流流過及信號輸出。當有金屬體接近線圈L時，由于金屬中產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩能量，使振蕩減弱至停止，VD7、VD8整流電路無輸出電壓，則VT3截止，斯密特電路翻轉，則VT6飽和導通，負載中有電流流過，開關輸出有信號。目前很多接近開關都采用集成塊結構取代放大電路和斯密特電路做成集成的。,3.接近開關的選型對于不同的材質的檢測體和不同的檢測距離，應選用不同類型的接近開關，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價格比，為此在選型中應遵循以下原則：（1）當檢測體為金屬材料時，應選用高頻振蕩型接近開關，該類型接近開關對鐵鎳、A3鋼類檢測體檢測最靈敏。對鋁、黃銅和不銹鋼類檢測體，其檢測靈敏度就低。（2）當檢測體為非金屬材料時，如木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應選用電容型接近開關。（3）金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時，應選用光電型接近開關或超聲波型接近開關。（4）對于檢測體為金屬時，若檢測靈敏度要求不高時，可選用價格低廉的磁性接近開關或霍爾式接近開關。,4.接近開關技術指標檢測（1）動作距離測定：當動作片由正面靠近接近開關的感應面時，使接近開關動作的距離為接近開關的最大動作距離，測得的數(shù)據(jù)應在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。（2）釋放距離的測定：當動作片由正面離開接近開關的感應面，開關由動作轉為釋放時，測定動作片離開感應面的最大距離。（3）回差H的測定：最大動作距離和釋放距離之差的絕對值。（4）動作頻率測定：用調速電機帶動膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調整開關感應面和動作片間的距離，約為開關動作距離的80%左右，轉動圓盤，依次使動作片靠近接近開關，在圓盤主軸上裝有測速裝置，開關輸出信號經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計。此時啟動電機，逐步提高轉速，在轉速與動作片的乘積與頻率計數(shù)相等的條件下，可由頻率計直接讀出開關的動作頻率。,（5）重復精度測定：將動作片固定在量具上，由開關動作距離的120%以外，從開關感應面正面靠近開關的動作區(qū)，運動速度控制在0.1mm/s上。當開關動作時，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動作區(qū)，使開關斷開。如此重復10次，最后計算10次測量值的最大值和最小值與10次平均值之差，差值大者為重復精度誤差。2.2.3時間繼電器時間繼電器是一種利用電磁原理、機械動作及電子線路實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的自動控制電器。當其感測部分接受輸入信號以后，需要經(jīng)過一定的時間來延時，其執(zhí)行部分才會動作，并輸出信號來操縱控制回路。從動作原理來看，時間繼電器可以分為：直流電磁式，空氣阻尼式（又稱氣囊式），電動式，電子式等；按延時方式可分為通電延時型和斷電延時型兩種。,通電延時型時間繼電器在其感測部分接收信號后，立即開始延時，一旦延時完畢，立即通過執(zhí)行部分輸出信號來操縱控制回路。當輸入信號消失時，繼電器就立即恢復到動作前的狀態(tài)。動作情況可用圖2-6來說明，圖中的T即是延時時間。斷電延時型時間繼電器在其感測部分接收到輸入信號以后，執(zhí)行部分立即動作，但輸入信號消失后，繼電器必須經(jīng)過一定的延時，才能恢復到原來的狀態(tài)，并有信號輸出。動作情況可用圖2-7來說明，圖中T為延時時間。,目前在電氣控制系統(tǒng)中的時序控制大部分采用空氣阻尼式時間繼電器及電子式時間繼電器?，F(xiàn)以JS7-A型KT為例介紹空氣阻尼式時間繼電器的結構、工作原理及符號。1.空氣阻尼式時間繼電器（1）空氣阻尼式時間繼電器的外形結構及符號,JS7-A時間繼電器的結構和外形圖如圖2-8所示。時間繼電器的文字符號和圖形符號如圖2-9所示。,（2）空氣阻尼式時間繼電器的動作原理圖2-10為JS7-A時間繼電器原理示意圖?？諝庾枘崾綍r間繼電器，既可以是通電延時型，也可以是斷電延時型。圖2-10（a）為通電延時型，將其電磁機構翻轉180安裝時，即為斷電延時型，如圖2-10（b）所示。,2.電子式時間繼電器電子式時間繼電器也稱為半導體式時間繼電器，它具有延時范圍廣、精度高、體積小、耐沖擊、調節(jié)方便等優(yōu)點，發(fā)展迅速，在電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。電子式時間繼電器是利用RC電路電容器充電時，電容器的電壓逐漸上升的原理作為延時基礎的，因此，改變充電電路的時間常數(shù)，即可整定延時時間。電子式繼電器的輸出形式有兩種：有觸點式和無觸點式，前者是用晶體管驅動小型電磁式繼電器，后者是采用晶體管或晶閘管控制的繼電器。常用的電子式繼電器產(chǎn)品有JSJ、JSB、JS14、JS15、JS20等型號。,如圖2-11所示為JSJ晶體管時間繼電器的原理圖。整個線路可分為主電源、輔助電源、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其附屬電路幾部分。,主電源是電容濾波的橋式整流電路，它是觸發(fā)器和輸出繼電器的工作電源。輔助電源是電容濾波的半波整流電路，它與主電源疊加起來作為RC環(huán)節(jié)的充電電源。接通電源后，變壓器副邊18V負電源經(jīng)K的線圈和R2使VT1獲得偏流而導通，從而使VT2截止。此時K的線圈中只有較小電流，不足以使K吸合，所以繼電器K不動作。同時變壓器副邊12V的正電源經(jīng)整流后與主電源疊加后，經(jīng)可調電阻RP和R及繼電器K的常閉輔助觸頭對電容器C充電。在充電過程中，a點的電位逐漸升高，a點的電位高于b點的電位，二極管VD1則導通，使輔助電源的正電源加到晶體管VT1的基極上，從而使VT1由導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)了，VT2則由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，即觸發(fā)器進行了翻轉。于是，繼電器K便動作，通過觸頭發(fā)出相應的控制信號。與此同時，電容器C經(jīng)由繼電器的常開觸頭對電阻R7放電，為下一次工作做準備。若要改變延時時間的長短，通過調節(jié)RP和R的阻值大小或改變電容C的充電時間就可以了。,JSJ型晶體管時間繼電器的電源電壓為直流24V、48V、110V，交流36V、110V、127V、220V、380V；觸點數(shù)為1對常開、1對常閉，觸點交流容量為380V/0.5A，直流110V/1A（無感負載），延時范圍0.160s（延時誤差3%），120300s（延時誤差6%）。3.時間繼電器的選擇（1）正確選擇延時方式，時間繼電器有通電延時型和斷電延時型兩種，因此選用時應確定采用哪種延時方式更方便有效的組成控制電路。（2）時間繼電器延時動作后均需一復位時間，它應比固有時間長一些，否則會使延時誤差增大甚至不能產(chǎn)生延時。尤其在重復延時電路中，應考慮延時復位時間裕量問題。（3）延時要求較低的場合，一般宜采用價格較低的電磁阻尼式或氣囊式時間繼電器。若對延時要求很高，則宜采用電動式或電子式時間繼電器。（4）應注意電源參數(shù)和環(huán)境溫度變化的影響，例如在電源電壓波動大的場合，采用氣囊式或電動式就比采用電子式好。,2.2.4速度繼電器速度繼電器是當轉速達到規(guī)定值時動作的繼電器。它常用于電動機的控制電路中，當反接制動的轉速下降到接近零時，它能自動的切斷電源，也稱反接制動繼電器。1.速度繼電器外形結構及符號速度繼電器的外形結構如圖2-12所示，圖2-13為其電氣圖形符號和文字符號。,速度繼電器由轉子、定子和觸點三部分組成。轉子是一個圓柱形永久磁鐵。定子是一個籠型空心圓環(huán)，由硅鋼片組成，并裝有籠型繞相。,2.速度繼電器的工作原理速度繼電器的動作原理如圖2-14所示。其轉軸與電動機的軸相連接，而定子套在轉子上。當電動機轉動時，速度繼電器的轉子（永久磁鐵）隨之轉動，在空間產(chǎn)生旋轉磁場，切割定子繞組，而在其中感應電流。此電流又在旋轉的轉子磁場作用下產(chǎn)生轉矩，使定子隨轉子轉動方向而旋轉，和定子裝在一起的擺錘推動動觸頭動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。當電動機轉速低于某一值時，定子產(chǎn)生的轉矩減小，動觸頭復位。速度繼電器常用在銑床和鏜床的控制電路中，轉速一般達到130r/min時，速度繼電器就能動作并完成其控制功能。一般降到100r/min左右時觸點恢復原狀。,3.速度繼電器的型號含義常用速度繼電器有JY1型和JFZ0型，其型號含義如下：,2.2.5中間繼電器中間繼電器的主要作用是在電路中起信號的傳遞與轉換作用。其觸點對數(shù)較多，觸點容量較大，一般額定電流5A10A，動作靈敏。當其它繼電器的觸點對數(shù)或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大它們的觸點數(shù)或增大觸點的容量，起到中間轉換作用。也可用來放大信號。1.中間繼電器的結構及動作原理中間繼電器也分成直流與交流兩種，其結構一般由電磁機構和觸點系統(tǒng)組成，如圖2-15所示。電磁機構與接觸器相似，其觸點因為通過控制電路的電流容量較小，所以不需要加裝滅弧裝置。動作原理：當電磁線圈得電時，鐵心被吸合，觸點動作，即動合觸點閉合，動斷觸點斷開；電磁線圈斷電后，鐵心釋放，觸點復位。,2.中間繼電器的型號含義和符號中間繼電器的型號含義為：,中間繼電器的圖形符號和文字符號如圖2-16所示。電磁式中間繼電器有JZ7型、JZ15型、JZ13和JZ14型等，其中JZ13型主要用于電子線路作為執(zhí)行元件，JZ14型為交直流兩用中間繼電器。,2.2.6固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器（SSR）是一種新型無觸點繼電器。由于可靠性高，開關速度快，工作頻率高，使用壽命長，便于小型化，輸入控制電流小又可與TTL、CMOS等集成電路都有很好的兼容性，所以在許多自動控制裝置中都取代了原來的常規(guī)繼電器，更重要的是在微機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的終端、微機測量儀表、可編程控制器的輸出模塊、數(shù)控機床的程控裝置等高等級控制系統(tǒng)中有極其廣泛的應用。固態(tài)繼電器是具有兩個輸入端和兩個輸出端的四端器件，輸入與輸出之間一般采用光電隔離方法，并稱為全固態(tài)繼電器。按輸出端負載的電源類型可分為直流和交流兩種類型。直流型固態(tài)繼電器是以功率三極管的集電極和發(fā)射極作為輸出端負載電路的開關控制。而交流型固態(tài)繼電器是以雙向三端晶閘管的兩個電極作為輸出端負載電路的開關控制。固態(tài)繼電器的形式有常開式和常閉式兩種，和常規(guī)繼電器類似，當輸入端施有控制信號時，其輸出端負載電路常開式被導通，而常閉式被斷開。,交流型固態(tài)繼電器，按雙向三端晶閘管的觸發(fā)方式可分為非過零型和過零型兩種。其主要區(qū)別在于交流負載電路導通的時刻不同，當輸入端施加控制電壓信號時，非過零型負載端開關立即動作，而過零型的必須等到交流負載電源電壓過零時（實際接近零伏），負載端開關才動作。當輸入端控制信號失去時，過零型的也必須要等到交流負載電源電壓過零時負載端才能復位。固態(tài)繼電器的輸入端要求有幾個毫安至十幾個毫安的驅動電流，最小工作電壓為3V，所以MOS邏輯信號通常要經(jīng)晶體管緩沖放大后，再去控制固態(tài)繼電器，對于CMOS電路可采用NPN晶體管緩沖器。當輸出端的負載容量較大時，直流固態(tài)繼電器可通過功率晶體管。交流固態(tài)繼電器可通過雙向晶閘管再去驅動負載。,固態(tài)繼電器的負載能力會隨溫度的上升而下降，因此，在使用時要注意散熱或降低電流檔使用。對于容性或電阻性負載，應限制開通瞬間的浪涌電流（一般為負載電流的7倍），對于電感性負載，應限制其瞬時峰值電壓，以防損壞固態(tài)繼電器。具體使用方法和類型選擇可查閱產(chǎn)品目錄或有關手冊。,圖2-17所示為固態(tài)繼電器控制三相電動機的線路示意圖。總之，固態(tài)繼電器的動作速度快，體積小，功耗低，無噪聲。在現(xiàn)代微機控制技術以及常規(guī)控制線路中被越來越廣泛的應用。,2.2.7晶閘管自動開關晶閘管元件具有“開”與“關”兩種狀態(tài)，因此可以實現(xiàn)電路中控制與切換功能。由于沒有觸點的機械運動，也叫靜態(tài)開關或固態(tài)開關。在晶閘管的控制極上加適當?shù)挠|發(fā)信號，可使其從斷開狀態(tài)轉為導通狀態(tài)，如果停止給予觸發(fā)信號，則當晶閘管的陽極電流減小到維持電流以下時即自行關斷。晶閘管開關具有動作快、壽命長、控制功率小、無電弧、無噪音等優(yōu)點，特別適用于頻繁操作和有爆炸、腐蝕性氣體的環(huán)境中。缺點是導通時有比較大的管壓降（約1V），功耗較大，關斷時存在一定的殘漏電流，不能實現(xiàn)電路隔離；且過載能力低，價格高，體積大（有散熱器）等。按電路中電流種類不同，晶閘管開關可分為直流開關和交流開關；按功能的不同可分為晶閘管接觸器（門極控制角始終是=0）、相控晶閘管開關（0）和晶閘管低壓斷路器；此外還有混合式交流接觸器。本節(jié)只介紹晶閘管低壓斷路器即晶閘管自動開關。,晶閘管自動開關是帶有各種保護環(huán)節(jié)的晶閘管開關，當電路出現(xiàn)過電流、過電壓、欠電壓和漏電等故障時能自動切斷電路，實現(xiàn)保護功能。晶閘管自動開關按分斷過程的不同有兩種：一種是非限流式，當電路發(fā)生故障時，通過其保護環(huán)節(jié)瞬時（或延時）撤除晶閘管門極信號，使它在半周波內(nèi)電流自然過零時自行關斷；另一種是限流式，其關斷方法是不等到電流自然過零，就通過換流電路對晶閘管施加反向電壓，將其陽極電流迅速降到零，實行強迫關斷。由于非限流式晶閘管自動開關是依靠電流自然過零實現(xiàn)關斷的，因而這種開關所用晶閘管的容量必須按短路電流確定，顯然比限流式自動開關容量要大的多。圖2-18所示為三相交流晶閘管自動開關的方框圖。開關具有瞬時和延時動作的過流保護、欠壓保護。為了進一步提高可靠性，除半導體保護外還采用了快速熔斷器。手動啟動控制環(huán)節(jié)采用高頻振蕩型接近開關作為無觸點按鈕與過流、欠壓保護環(huán)節(jié)共同控制主晶閘管及換流晶閘管的門極觸發(fā)源M。,2.2.8信號燈信號燈是作為信號指示、電源指示、程序指示的電器元件，也是主令電器的一種。廣泛應用于交流50Hz，電壓至380V，直流電壓至220V的控制屏、開關柜等電氣裝置中，作為指揮信號或預告信號用。,信號燈按其結構分有直接式、變壓器降壓式、電阻降壓式、輝光式四種。信號燈的電氣圖形符號和文字符號如圖2-19所示。,2.3基本控制線路相關知識,2.3.1電氣控制線路分析基礎1.電氣控制線路分析的內(nèi)容電氣控制線路是電氣控制系統(tǒng)各種技術資料中最為重要的文件。分析電氣控制線路的具體內(nèi)容和要求主要包括以下幾方面。（1）設備說明書備說明書由機械、液壓和電氣等部分組成。在分析時首先要分析各部分的說明書，了解設備的構造，主要技術指標，機械、液壓和氣動部分的原理。明確設備的電氣傳動方式，具體有電動機和其它執(zhí)行電氣的數(shù)目、型號規(guī)格、安裝位置、用途及控制要求。同時要了解的還有設備的使用方法，各操作手柄、開關、旋鈕和指示裝置等與電氣有關部件的方位和布置方式，以及同機械和液壓部分直接關聯(lián)的電器的位置、工作狀態(tài)和作用。,(2）電氣控制原理圖電氣控制原理圖是控制線路分析的核心內(nèi)容。原理圖主要由主電路、控制電路和信號電路等部分組成。在分析電氣原理圖時，必須與閱讀其它技術資料結合起來。這就要求仔細閱讀設備的說明書，了解電動機、電磁閥等執(zhí)行電器的控制方式，各種開關電器的位置、作用及與機械狀態(tài)位置有關的主令電器的狀態(tài)等。（3）電氣設備總裝接線圖電氣設備的總裝接線圖是設備的安裝、調試、檢修的重要技術資料。通過閱讀分析總裝接線圖，可以了解系統(tǒng)的組成分布狀況，各部分的連接方式，主要電氣部件的位置和安裝要求，導線和穿線管的型號規(guī)格。（4）電氣元件布置圖與接線圖電氣元件平面布置圖是制造、安裝、調試和維護電氣設備必須具有的技術資料。在調試和檢修中，可通過布置圖和接線圖方便地找到各種電氣元件和相關測試點，進行必要的調試、檢測和維護保養(yǎng)。,2.電氣原理圖閱讀分析的方法與步驟在仔細閱讀了設備說明書、了解了電氣控制系統(tǒng)的總體結構、電動機和電器元件的分布狀況及控制要求等內(nèi)容之后，便可以閱讀分析電氣原理圖了。分析的一般原則是：化整為零、順藤摸瓜、先主后輔、集零為整、安全保護和全面檢查。分析電氣控制線路原理圖時，通常要結合有關技術資料，將控制線路“化整為零”，即以某一電動機或電器元件（如接觸器或繼電器線圈）為對象，從電源開始，自上而下，自左而右，逐一分析其接通及斷開的關系（邏輯條件）并區(qū)分出主令信號、聯(lián)鎖條件和保護要求等。根據(jù)圖區(qū)坐標標注的檢索可以方便地分析出各控制條件與輸出的因果關系。常用分析電氣原理圖的方法有兩種：查線讀圖法和邏輯代數(shù)法。這里只介紹查線讀圖法。（1）分析主電路電氣原理圖的分析首先從主電路開始，根據(jù)每臺電動機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求去分析它們的控制內(nèi)容，要求明確對執(zhí)行電器有哪些動作，比如起動、制動、換向、調速等。,（2）分析控制電路根據(jù)主電路中各電動機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求，找出對應的控制電路中的控制環(huán)節(jié)，將控制電路按基本控制功能劃分成若干個局部控制線路來進行分析。（3）分析信號、照明、報警等輔助電路輔助電路有各種信號電路、報警及照明等配合主電路工作的電氣部分，此部分電路大部分由控制電路中的元件來控制的，在分析輔助電路過程時，還要對照控制電路來進行分析。（4）分析聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié)機床對于安全性和可靠性都有很高的要求，為了達到這一要求，應合理地選擇拖動和控制方式，并在控制線路中還要設置一系列電氣保護和必要的電氣連鎖，要明確電氣保護的工作原理和電氣聯(lián)鎖關系。,（5）總體檢查經(jīng)過對電氣原理圖的各個局部的“化整為零”分析后，明確了每一個局部的工作原理及各部分之間的控制關系，還應用“集零為整”的方法，閱讀、檢查整體控制線路，綜合電氣原理圖各部分為一整體，從整體角度進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的電氣關系，理解電路中每個元件及環(huán)節(jié)的電氣作用。2.3.2三相鼠籠式交流異步電動機反接制動控制線路三相籠形異步電動機從切斷電源到完全停止旋轉，由于慣性關系，會使電動機的非生產(chǎn)時間拖長，同時也不能適應某些生產(chǎn)機械要求拖動電機能迅速、準確停車的要求，如鏜床、車床的主電動機需要快速停車；起動機為使重物停位準確及現(xiàn)場安全要求，也必須采用快速、可靠的制動方法。對要求停轉的電動機采取外部施加慣性轉矩阻力措施，強迫其迅速停車，稱為制動。三相異步電動機的制動方法可分為兩類：機械制動和電氣制動。,機械制動是在電動機斷電后利用機械裝置對其轉軸施加相反的作用力矩（制動力矩）來進行制動。電磁抱閘就是常用方法之一，結構上電磁抱閘由制動電磁鐵和閘瓦制動器組成。斷電制動型電磁抱閘在電磁線圈斷電時，利用閘瓦對電動機軸進行制動；電磁鐵線圈得電時，松開閘瓦，電動機可以自由轉動。這種制動在起重機械上被廣泛采用。電氣制動要求在電動機停車時，產(chǎn)生一個與原來旋轉方向相反的制動轉矩，迫使電動機轉速下降。電氣制動主要有反接制動和能耗制動兩種。必要時生產(chǎn)機械的制動可以采取機械電氣聯(lián)合制動。這里我們重點介紹反接制動控制線路。,反接制動是采用改變輸入電動機定子繞組的電源相序，而使電動機迅速停轉的一種制動方法。電動機反接制動時，由于定子繞組的電源相序突然改變，旋轉磁場和轉子的相對轉速升高，感生電動勢很大，制動電流將會很大，因此反接制動可以使電動機迅速制動，效果好，制動快，但同時具有較大反向制動沖擊電流，造成很大的機械沖擊。為了限制制動電流，防止對設備的沖擊、對精度的破壞及機械零部件的損壞，在制動時應在主電路中串有一定的電阻來限制反接制動電流，該電阻稱為反接制動電阻。反接制動電阻有對稱接法和不對稱接法兩種，對稱接法的反接制動電阻既限制了制動轉矩，也限制了制動電流，而不對稱接法只限制了制動轉矩，而未加制動電阻的一相，仍具有較大的電流。,反接制動的電動機要求轉速接近于零時，電路應及時切斷反向相序的制動電源，以防止反向再起動。電動機單向起動反接制動控制線路如圖2-20所示，當合上總電源開關QS后，壓下起動按鈕SB2時，接觸器KM1吸合，KM1（8-9）斷開起聯(lián)鎖作用，KM1（4-5）閉合自鎖，KM1主觸頭閉合，電動機M運轉。當轉速上升到一定數(shù)值時，速度繼電器KV（7-8）閉合，為制動作好準備。當壓下停止按鈕SB1時，KM1釋放，KM1（4-5）斷開，電動機M斷電慣性運轉，KM1（8-9）恢復閉合，接觸器KM2吸合。KM2（5-6）斷開起聯(lián)鎖作用，KM2（3-7）閉合自鎖，KM2主觸頭閉合，電動機定子串電阻R反接制動。當轉子速度接近于零時，速度繼電器KV（7-8）斷開，接觸器KM2釋放，接觸器KM2的主觸頭斷開，KM2（3-7）斷開，KM2（5-6）閉合，電動機M制動過程結束。電路中的速度繼電器KV主要是起到防止電動機的反向再起動。,電動機雙向起動反接制動控制線路如圖2-21所示，當合上電源開關QS后，壓下正向起動按鈕SB2時，中間繼電器KA3吸合，KA3（9-10）斷開起聯(lián)鎖作用，KA3（4-5）閉合自鎖，KA3（4-7）閉合，使接觸器KM1吸合。KM1吸合后，KM1（11-12）斷開起聯(lián)鎖作用，KM1主觸頭閉合，KM1（13-14）閉合，為KA1吸合做準備。此時電動機M開始定子串電阻降壓起動，當轉子速度大于一定值時，速度繼電器KS-1閉合，使中間繼電器KA1吸合，此時KA1（3-19）閉合，KA1（13-14）閉合自鎖，KA1（3-11）閉合，為KM2的吸合做準備，此時KM3吸合，其主觸頭閉合，短接電阻R，電動機M以額定電壓運轉。,當壓下停止按鈕SB1時，中間繼電器KA3釋放，于是KA3（9-10）恢復閉合，KA3（4-5）斷開，KA3（4-7）斷開，使接觸器KM1釋放，此時KM1（13-14）斷開，KM1（11-12）恢復閉合，KM1的主觸頭斷開，電動機M斷電以慣性運轉。由于KA3釋放，所以KA3（19-18）斷開，又使KM3釋放，電阻R接入，此時KA1（3-11）已閉合，接觸器KM2吸合，則KM2主觸頭閉合，電動機M開始反接制動，KM2（7-8）斷開起聯(lián)鎖作用，KM2（15-16）閉合，當轉子速度接近于零時，速度繼電器KS-1斷開，使中間繼電器KA1釋放，于是KA1（13-14），KA1（3-19），KA1（3-11）均斷開，接觸器KM2釋放，電動機M制動結束。電動機反向起動的反接制動，工作過程和正向起動的反接制動相同，請自行分析。電動機的反接制動的特點是制動力矩大，制動快，但制動準確性能差，且制動過程中沖擊力大，易破壞機床等生產(chǎn)機械的精度，甚至破壞傳動零部件。此方法電流大，能耗大，只能用于不經(jīng)常起動和制動的場合。,2.3.3時間原則控制線路生產(chǎn)過程中，若一個動作完成后，需間隔一定時間，再開始下一個動作，就需要對電動機按一定時間間隔進行控制，即時間控制。利用時間繼電器可以實現(xiàn)時間控制。圖2-22是用時間繼電器控制的異步電動機的星形-三角形自動換接降壓起動的控制電路原理圖。起動時，定子繞組首先要接成星形，將定子繞組末端連接在一點，始端接電源，呈星形聯(lián)結。待電動機轉速上升到一定數(shù)值后，將定子繞組接成三角形，再接電源，電動機在額定電壓下正常運轉。,時間繼電器控制星-三角起動線路的工作過程：當合上總電源開關QS后，壓下起動按鈕SB2，接觸器KM1和時間繼電器KT吸合，首先K1（8-9）斷開聯(lián)鎖，接著KM1主觸頭閉合，電動機呈星形（Y）聯(lián)結，同時KM1（6-8）閉合，KM2吸合，KM2（4-8）閉合自鎖，KM2主觸頭閉合，給電動機M供電，此時電動機星形運動。幾秒鐘以后，時間繼電器KT（6-7）延時斷開，KM1釋放，KM1（6-8）斷開，KM1主觸頭斷開，解除星形聯(lián)接，KM1（8-9）恢復閉合，接觸器KM3吸合，KM3主觸頭閉合，電動機以三角形（）聯(lián)接在全壓運轉，此時供電的接觸器KM2仍處在吸合狀態(tài)，星-三角起動過程結束。由于接觸器KM3（5-6）斷開，使KM1、KT釋放，電動機正常以三角形式運行后，將KM1和KT從控制線路中切除，以保證減少故障點，節(jié)約電能，延長設備壽命。由于有KM3的常閉觸頭與起動按鈕SB2串聯(lián)，所以在電動機正常運行時，當誤按SB2時，能防止KM1吸合而造成相間短路，并且在KM3粘連時，電動機就不能再起動，從而也防止了電源的短路，使控制電路能可靠工作。,QX3-13型自動星-三角起動器也是一種常用的電機降壓起動裝置，其外形圖和控制線路如圖2-23所示。合上總電源開關QS后，當壓下起動按鈕SB2時，接觸器KM1、KM2和時間繼電器KT吸合，KM1（4-5）閉合自鎖，KM1主觸頭閉合，為電動機M的起動做準備，又KM2主觸頭閉合，KM2（5-8）斷開起聯(lián)鎖作用，此時電動機以星形（Y）聯(lián)接降壓起動。幾秒鐘后，時間繼電器KT（6-7）延時打開，接觸器KM2釋放，電動機M從星形聯(lián)接解除，KM2（5-8）恢復閉合，KT（8-9）也延時閉合，使接觸器KM3吸合，KM3（8-9）閉合自鎖，KM3主觸頭閉合，電動機以三角形（）聯(lián)接在額定電壓下運轉。這時KM3（5-6）斷開，時間繼電器KT也同時釋放，星-三角起動過程結束，保證轉換時使用的KM2和KT在電機正常運行后，從控制線路中切除。,三相籠形異步電動機的星-三角起動方法，適用于電機定子繞組正常工作時三角形聯(lián)接的電動機。起動時，定子繞組為星形接法時，起動電壓為直接采用三角形起動的1/,倍，起動電流也為三角形接法的1/3倍，所以減小了,起動電流，同時起動轉矩也相應下降為三角形接法的1/3，起動轉矩小，一般星-三角起動電機方法在輕載和空載的狀態(tài)適用。,2.4應用舉例2.4.1三相鼠籠式交流異步電動機能耗制動控制線路電動機的反接制動，制動力矩大，制動快，但制動準確性能差，且制動過程中沖擊力大，易破壞機床等生產(chǎn)機械的精度，甚至破壞傳動零部件。此方法電流大，能耗大，只能用于不經(jīng)常起動和制動的場合，而多數(shù)場合采用能耗制動。,能耗制動原理如圖2-24所示，電動機脫離三相交流電源后，定子繞阻中通以直流電流，使電動機制動，電流越大，制動越快。能耗制動原理是直流電通入電機定子繞組中，產(chǎn)生一定恒磁場，被轉動的轉子導條切割磁力線，產(chǎn)生感生電流，載流導體在磁場中受力，這作用力和轉子轉動方向相反，阻止轉子的轉動，起到制動作用。亦即，轉子導條中感生電流消耗了轉子的動能，使轉子迅速停下來。所謂能耗制動又稱直流制動。能耗制動可分為半波整流和全波整流能耗制動兩大類。單向起動半波整流能耗制動控制線路是最為簡單的一種能耗制動方式，只采用一只二極管，裝置也簡單，其控制線路如圖2-25所示。當合上總電源開關QS后，壓下起動按鈕SB2時，KM1（8-9）斷開起聯(lián)鎖作用，于是KM1（4-5）自鎖，KM1主觸頭閉合，電動機M運轉。當壓下停止按鈕SB1時，接觸器KM1釋放，KM2和時間繼電器KT吸合，于是KM2（5-6）斷開起聯(lián)鎖作用，KM2（3-7）閉合自鎖，KM2主觸頭閉合，電動機定子繞組內(nèi)通以直流電，能耗制動開始。幾秒鐘后，時間繼電器KT吸合，其常閉觸頭斷開，接觸器KM2的主觸頭斷開，KM2（5-6）恢復閉合，切斷直流電源，能耗制動結束。,雙向起動半波整流能耗制動控制線路是在圖2-25的線路基礎上，滿足電動機可逆運轉需要而設計的，其控制線路如圖2-26所示。當合上總電源開關QS后，壓下正轉按鈕SB2時，接觸器KM1吸合，電動機M以正方向運轉。當壓下停止按鈕SB1時，接觸器KM1釋放，電動機M斷電慣性轉動，同時按鈕SB1的常開觸頭SB1（3-11）閉合，接觸器KM3吸合，直流電通入電動機定子繞組，能耗制動開始，KM3吸合后，KM3（3-7）閉合，時間繼電器KT吸合。幾秒鐘后，KT（11-12）延時打開，接觸器KM3釋放，切斷直流電源，能耗制動結束。電動機的能耗制動反向起動時和正向相同，壓下SB3按鈕即為反向起動。電路中SB2和SB3有聯(lián)鎖觸頭，同樣接觸器KM1和KM2也互為聯(lián)鎖。在接觸器KM3的線圈回路中，也設有KM1和KM2聯(lián)鎖觸頭，保證電動機在正常運轉時，直流電流不允許通入。在較完美的設計中，直流電流是在供電接觸器如KM1和KM2斷電并延時后，接通直流電源，這是考慮到接觸器線圈的斷電到觸頭的分斷是有一點點延時的，有時會造成交流電未斷，而直流電通入，引起瞬變過程，產(chǎn)生過電流，造成總熔斷器熔斷，使一些機床等不能正常工作。,以上介紹的電動機能耗制動方法，是一種單管半波整流而通入定子繞組直流電來實現(xiàn)。但對于大功率的電動機，應該采用三相或單相全波整流電路。這樣制動效果好，但成本較高，體積較大。如圖2-27所示為單向起動全波整流能耗制動控制線路,單向橋式整流器提供直流電流的能耗制動，其控制線路較簡單，當合上電源開關QS后，壓下起動按鈕SB2時，接觸器KM1吸合，KM1（4-5）閉合自鎖，KM1（8-9）斷開起聯(lián)鎖作用，電動機M運轉，當壓下停止按鈕SB1時，接觸器KM1釋放，KM2和KT吸合，KM1（4-5）斷開，主觸頭已斷開，電動機M斷電，并通入直流電，開始能耗制動。幾秒鐘后，KT（7-8）延時斷開，KM2釋放，切除直流電源，能耗制動結束。KM2（3-7）斷開，時間繼電器KT釋放，其觸頭復位，接觸器KM2（5-6）也恢復閉合狀態(tài)。通過以上對電動機的能耗制動控制線路分析，可見，能耗制動要比反接制動電流小得多，而且，能耗制動時的機械沖擊要比反接制動時小，但能耗制動的制動效果不如反接制動那么迅速明顯，同時還需要一個直流電源裝置。,2.4.2C650臥式車床電氣控制線路分析1.主電路分析C650車床的電氣原理如圖2-28所示。,圖2-28中組合開關QS為電源開關。FU1和FR1分別為主電動機M1的短路保護用的熔斷器及過載保護用熱繼電器。R為限流電阻，在主軸點動時，限制起動電流，在停車反接制動時，又起限制過大的反接制動電流的作用。電流表PA用來監(jiān)視主電動機M1的繞組電流，M1功率較大，故PA接入電流互感器TA回路。機床工作時，可調整切削量，使電流表PA的電流接近主電動機M1的額定電流經(jīng)TA后的對應值，以便提高生產(chǎn)效率和充分利用電動機的潛力。KM1、KM2為正反轉接觸器，KM3用于短接電阻R接觸器，由它們的主觸點來控制電動機M1。圖2-28中KM4為接通冷卻泵電動機M2的接觸器，F(xiàn)R2為M2過載保護用熱繼電器。KM5為接通快速電動機M3的接觸器，由于M3點動短時運轉，故不需設置熱繼電器。,2.控制電路分析（1）主電動機的點動控制當按下點動按鈕SB2不松手時，接觸器KM1線圈通電，KM1主觸點閉合，電網(wǎng)電壓必須經(jīng)限流電阻R通入主電動機M1，從而減少了起動電流。由于中間繼電器KA未通電，故雖然KM1的輔助常開觸點（10，表示區(qū)域10，以下同）已閉合，但不自鎖。因而，當松開SB2后，KM1線圈隨即斷電，主電動機M1停轉。（2）主電動機的正反轉控制C650臥式車床的主電動機的額定功率為30kW，但只是在切削生產(chǎn)時消耗功率較大，而起動時負載很小，因而，起動電流并不很大，所以，在不頻繁起動的一般工作時，采用電動機的全壓直接起動。,當按下正向起動按鈕SB3時，KM3通電，其主觸點閉合，短接限流電阻R，另有一個常開輔助觸點（14）閉合，使得KA通電，其常開觸點（12）閉合，使得KM3在SB3松手后也保持通電，進而KA也保持通電。另一方面，當SB3尚未松開時，由于KA的另一常開觸點（10）已閉合，故使得KM1通電，其主觸點閉合，主電動機M1全壓起動運行。KM1的輔助常開觸點（10）也閉合。這樣，當松開SB3后，由于KA的二個常開觸點（10，12）保持閉合，故可形成自鎖通路，從而KM1保持通電。在KM3得電同時，通電延時繼電器KT通電，其作用是使電流表避免起動電流的沖擊。SB4為電動機M1的反向起動按鈕，反向起動過程同正向時類似，不再贅述。（3）主電動機的反接制動控制C650車床采用反接制動方式，用速度繼電器KV（4）進行檢測和控制。,設原來主電動機M1正轉運行時，則KV的正向常開觸點KV-1（12）閉合，而反向常開觸點KV-2（11）依然斷開。當按下總反向停止按鈕SB1（9）后，原來通電的KM1、KM3、KT和KA就隨即斷電，它們的所有觸點均被釋放而復位。然而當SB1松手后，反轉接觸器KM2（13）立即通電。有4號線路SB1常閉觸點（9）KA常閉觸點（11）KV正向常開觸點KV-1（12）KM1常閉觸點（13）KM2線圈（13）FR1常閉觸點（10）3號線路。通過以上過程，主電動機M1就被串電阻反接制動，正向轉速很快降下來，當降到很低時，達到100r/min時，KV的正向常開觸點KV-1（12）斷開復位，從而切斷了上述反接制動的電流通路。至此，正向反接制動就結束了。反向反接制動過程同正向反接制動過程類似，不再贅述。（4）刀架的快速移動和冷卻泵的控制轉動刀架手柄，限位開關SQ（16）被壓動而閉合，使得快速移動接觸器KM5通電，快速移動電動機M3就起動運轉，而當?shù)都苁直鷱臀粫r，M3隨即停轉。冷卻泵電動機M2分別由按鈕SB6（14）和SB5（14）控制起停。,3.照明電路和控制電源圖2-28中TC（7）為控制變壓器，二次側有二路：一路為127V，提供給控制電路；另一路為36V（安全電壓），提供給照明電路。置燈開關SA（8）于1位時，SA就閉合，照明燈EL（8）點亮；置SA于0位時，EL就熄滅。4.電流表PA保護電路雖然電流表PA（4）接在電流互感器TA（3）回路里，但主電動機M1啟動時對它的沖擊仍很大。為此，在線路中設置了時間繼電器KT（12）進行保護。當主電動機正向或反向起動后，KT通電，延時時間尚未到時，PA就被KT延時常閉觸點（3）短路，延時到后，才有電流指示。5.C650臥式車床電器控制線路的特點從對C650臥式車床電氣原理圖的分析可知，C650車床電氣線路有以下幾個特點。,（1）主軸的正反轉不是通過機械方式來實現(xiàn)的，而是通過電氣方式，即通過主電動機的正反轉來實現(xiàn)的，這樣就簡化了機械結構。（2）主電動機的制動采用了電氣反接制動形式，并利用速度繼電器按速度原則進行控制。（3）控制回路由于電器元件很多，故通過控制變壓器TC（7）同三相電網(wǎng)進行電隔離，提高了操作和維修時的安全性。（4）中間繼電器KA（14）起著擴展接觸器KM3觸點的作用。從電路中可以見到KM3的常開觸點（14）直接控制KA，故KM3和KA的觸點的閉合和斷開情況相同。從圖2-28中可見KA的常開觸點用了三個（10、12、13），常閉觸點一個（11），而KM3的輔助常開觸點只有二個，故不得不增設中間繼電器KA進行擴展?？梢?，電氣線路在設計時要考慮電器元件的觸點數(shù)量。,2.4.3單按鈕控制電動機起停電路,單按鈕控制電動機起動和停止，它和兩個按鈕比較，在多點控制和遠距離控制時，可以大大節(jié)省連接導線，控制線路如圖2-29所示，當合上總電源開關QS后，壓下按鈕SB時，繼電器KA1吸合，其兩個常開觸頭，一是自鎖，二是使接觸器KM吸合并自鎖。電動機M起動，KM的常開觸