機床電氣控制技術

1、word機床電氣控制技術2 緒論一、本課程的性質與任務 本課程是一門實用性很強的專業(yè)課。主要內容是以電動機或其他執(zhí)行電器為控制對象，介紹繼電接觸器控制系統(tǒng)的工作原理、典型機械的電氣控制線路、電氣控制技術、電氣控制系統(tǒng)的設計方法以及可編程序控制器的根本知識。本課程的培養(yǎng)目標： 1熟悉常用控制電器的結構、原理、用途; 2熟悉掌握繼電接觸器控制線路的根本環(huán)節(jié); 3能根本根據(jù)生產(chǎn)過程和控制要求進行系統(tǒng)設計。 4熟悉典型設備的電氣控制系統(tǒng)。3二、電氣控制技術的開展概況1、機床電力拖動系統(tǒng)的開展概況1成組拖動2單機拖動3多機拖動2、機床電氣控制系統(tǒng)的開展概況 在控制方法上，從手動控制開展到自動控制；在控制

2、功能上，從單一功能開展到多種功能；在實際操作上從緊張繁重到輕松自如。 電氣控制系統(tǒng)開展的四個階段： 1繼電器接觸器控制系統(tǒng) 2連續(xù)控制系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng) 3可編程序控制器 4計算機數(shù)字控制系統(tǒng)4第一章 常用低壓控制電器56第一節(jié) 概 述電器的種類： 按工作電壓分為高壓電器和低壓電器。 按用途分為配電電器與控制電器。 按動作方式分為自動切換電器和非自動切換電器。 按工作原理可分為電磁式電器和非電量控制電器。電器的定義： 電器是根據(jù)外界信號機械力、電動力和其它物理量自動或手動接通和斷開電路,實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調節(jié)用的元件或設備。7一 電磁機構電磁機構由吸引線圈、鐵

3、心和銜鐵組成。如下列圖所示 鐵心銜鐵線圈 電磁機構結構圖 吸引線圈的作用：將電能轉換成磁能，即產(chǎn)生磁通，銜鐵在電磁吸力作用下產(chǎn)生機械位移使鐵心吸合。8交流電磁機構上短路環(huán)的作用交流電磁鐵的短路環(huán)1銜鐵 2鐵心 3線圈 4短路環(huán)91. 觸頭的結構形式二. 觸頭系統(tǒng) 觸頭是電器的執(zhí)行機構，在銜鐵的帶動下起接通和分斷電路的作用。101. 觸頭的結構形式橋式觸頭指形觸頭2. 觸頭的接觸方式點接觸線接觸面接觸3. 電弧 電弧：觸頭在通電狀態(tài)下動、靜觸頭脫離接觸時，由于電場的存在，使觸頭外表的自由電子大量溢出而產(chǎn)生電弧。 電弧的存在既燒損觸頭金屬外表，降低電器的壽命，又延長了電路的分斷時間，所以必須迅速消

4、除。11第二節(jié) 接觸器 接觸器是一種用來頻繁地接通和斷開(交、直流)負荷電流的電磁式自動切換電器，主要用于控制電動機、電焊機、電容器組等設備，具有低壓釋放的保護功能，適用于頻繁操作和遠距離控制。一、 接觸器的結構及工作原理1. 交流接觸器的結構 交流接觸器主要由電磁機構、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置和其他輔助部件四大局部組成。結構示意圖如下列圖 所示。121動觸頭 2靜觸頭 3銜鐵 4彈簧 5線圈 6鐵心 7墊氈 8觸頭彈簧 9滅弧罩 10觸頭壓力彈簧2、交流接觸器的型號及含義3.接觸器的工作原理及符號(a) 線圈 (b) 主觸常開、常閉觸點 (c) 輔助常開、常閉觸點 接觸器的符號13第三節(jié) 繼電器

5、繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化來接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護的電器。其輸入量可以是電壓、電流等電氣量，也可以是溫度、時間、速度、壓力等非電氣量。一、 電磁式繼電器1底座 2反力彈簧 3、4調節(jié)螺釘 5非磁性墊片 6銜鐵 7鐵心 8極靴 9電磁線圈 10觸點系統(tǒng)14電磁式繼電器的種類：1. 電磁式電流繼電器2. 電磁式電壓繼電器：3. 電磁式中間繼電器：中間繼電器觸點數(shù)量較多，觸點容量較大，且動作靈敏。其主要用途是當其他繼電器的觸點數(shù)量或觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來擴大觸點容量(觸點并聯(lián))或觸點數(shù)量，起到中間轉換的作用。電磁式繼電器符號：15二、時間繼電器1.時間繼電器的結構

6、(a) 通電延時型(b) 斷電延時型162.時間繼電器的符號三、熱繼電器1. 熱繼電器的作用過載保護注意 由于熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能作瞬時過載保護，更不能作短路保護。172. 熱繼電器的結構1雙金屬片固定支點 2雙金屬片 3發(fā)熱元件 4導板 5補償雙金屬片 6常閉觸點 7常開觸點 8復位調節(jié) 9動觸點 10復位按鈕 11調節(jié)旋鈕 12支撐 13壓簧 14推桿3.熱繼電器符號KRKRKR18四、速度繼電器1.速度繼電器的結構及工作原理1轉軸 2轉子 3定子 4線圈 5擺錘 6、7靜觸點 8、9簧片 一般速度繼電器的動作速度為120r/min，觸點的復位速度在100r/min 以

7、下，轉速在3000r/min3600r/min 能可靠地工作，注意192. 速度繼電器符號 速度繼電器主要根據(jù)電動機的額定轉速來選擇。使用時，速度繼電器的轉軸應與電動機同軸連接，安裝接線時，正反向的觸點不能接錯，否那么不能起到反接制動時接通和斷開反向電源的作用。要點：20第四節(jié)其他常用電器一、 低壓開關低壓開關分為刀開關和組合開關。1、刀開關分為開啟式負荷開關和封閉式負荷開關。開啟式負荷開關主要用作電氣照明電路和電熱電路、小容量電機的不頻繁開關，也可用作分支電路的配電開關。封閉式負荷開關一般用于小型電力排灌、電熱器、電氣照明線路的配電設備中，用于不頻繁的接通與分斷電路，也可直接用于異步電動機的

8、非頻繁全壓控制。2、組合開關一般用于電氣設備中作為非頻繁接通或分段電路、轉換電源或負載及控制小容量異步電動機的正反轉。機床電氣控制中一般采用三極轉換開關。圖形及文字符號如圖：(a) 單極 (b) 雙極 (c) 三極21二、 低壓斷路器低壓斷路器又稱自動開關或空氣開關，既有手動開關作用，又能在電路發(fā)生嚴重過載、短路及失壓等故障時，自動切斷故障電路，有效的保護串聯(lián)的電氣設備，在電氣控制電路中廣泛使用。結構及工作原理：22熱脫扣器的整定電流應于所控制電動機的額定電流一致。電磁脫扣器的瞬時脫口整定電流應大于負載電路正常工作時的峰值。分勵脫扣器用于遠方跳閘，當在遠方按下按鈕時，分勵脫扣器得電產(chǎn)生電磁力，

9、使其脫扣跳閘。三、熔斷器熔斷器在電路中主要起短路保護作用1. 熔斷器的結構類型瓷插式熔斷器螺旋式熔斷器232. 熔斷器的符號及安秒特性24四、主令電器1. 控制按鈕按鈕時一種常用的主令電器，用于控制電路中以開關觸點的通斷形式來發(fā)布控制命令，使控制電路執(zhí)行對應的控制任務。按鈕一般為復位式，也有自鎖式按鈕，最常用的為復位式平按鈕。按鈕有紅、綠、黑、黃、藍、白等幾種。紅色按鈕用于停止、斷電或事故；綠色按鈕優(yōu)先用于啟動或通電，但也允許選用白或灰色按鈕。1結構252符號2. 行程開關1結構微動行程開關滾輪式行程開關262符號27第二章 根本控制線路28第一節(jié) 電氣控制線路的繪制 第二節(jié) 根本電氣控制線路

10、 第三節(jié) 異步電動機降壓起動控制線路 第四節(jié) 異步電動機制動控制線路 第五節(jié) 雙速異步電動機調速控制線路 第六節(jié) 位置控制電路 29第一節(jié) 電氣控制線路的繪制 電氣控制線路是由各種有觸點的電器組成的控制線路。為了表達設備電氣控制系統(tǒng)的組成結構、工作原理等要求，需要用統(tǒng)一的工程語言即用工程圖的形式來表達，這種工程圖即是電氣圖。一、電氣原理圖的繪制原那么 電路圖有電氣原理圖和電氣安裝接線圖。前者是根據(jù)電氣動作原理繪制的，表示電氣的動作原理和分析動作原理及排除故障，而不考慮電氣設備的電氣元器件的實際結構和安裝情況。后者也叫電氣裝配圖，它是根據(jù)電氣設備和電氣元器件的實際結構、安裝情況繪制的，用來表示接

11、線方式、電氣設備和電氣元器件的位置、接線場所的形狀和尺寸等。301. 電氣原理圖繪制 電氣原理圖一般分主電路和控制電路兩局部。主電路是設備的驅動電路，主電路通常用粗實線畫在圖樣的左側(或上方)。控制和輔助電路一般用細實線畫在圖樣的右側(或下方)?？刂齐娐贰⑤o助電路要分開畫。2.電氣原理圖中的器件狀態(tài)(1) 繼電器和接觸器的線圈處在非鼓勵狀態(tài)。(2) 斷路器和隔離開關在斷開位置。(3) 零位操作的手動控制開關在零位狀態(tài)。(4) 機械操作開關和按鈕在非工作狀態(tài)或不受力狀態(tài)。(5) 保護類元器件處在設備正常工作狀態(tài)。3132第二節(jié) 根本電氣控制線路一、異步電動機單向直接起動控制線路1. 工作原理1.

12、 工作原理2. 保護環(huán)節(jié)(1) 短路保護(2) 過載保護(3) 失壓和欠壓保護33二、 多地點與多條件控制線路兩地控制線路兩個條件控制線路34三、 點動控制 (d) (a) 35四、三相異步電動機的正反轉控制線路1. “正停反控制362. “正反?？刂?7四、 順序控制線路38第三節(jié) 異步電動機降壓起動控制線路一、 定子串電阻降壓起動控制電路問題此電路的缺點為何？39改良后的電路40二、 星形三角形降壓起動控制電路41三、 自耦變壓器降壓起動控制電路42三種降壓起動方式優(yōu)缺點：1、串起動電阻起動的優(yōu)點：控制線路結構簡單、本錢低、動作可靠、提高了功率因素、有利于保證電網(wǎng)質量。缺點：消耗電能。適用

13、場合：要求起動平穩(wěn)的中小容量電動機以及起動不頻繁的場合。2、自耦變壓器起動的優(yōu)點：起動電流與起動轉矩的比值按變比平方倍降低。對電網(wǎng)電流沖擊小，功率損耗小。缺點：自耦變壓器價格較貴，相對電阻結構復雜，體積龐大，且是按照非連續(xù)工作制設計制造的，不允許頻繁操作。3、Y-起動的優(yōu)點：定子繞組星形接法時，起動電壓為直接采用三角形接法時的1/3，起動電流為1/3，因而起動電流特性好，線路較簡單，投資少。缺點：起動轉矩也相應下降為三角形接法的1/3，轉矩特性差。此線路適合輕載或空載的場合。43第四節(jié) 異步電動機制動控制線路一、 反接制動控制線路問題此電路的缺點何在？44改良后的電路45二、能耗制動控制線路1

14、.單向運行能耗制動控制線路1) 按時間原那么控制線路462) 按速度原那么控制線路47兩種制動方式優(yōu)缺點的比擬： 反接制動優(yōu)點：制動效果好，其缺點是能量損耗大，在制動過程中有沖擊，對轉動部件有害，故用于不太經(jīng)常起制動的設備。 能耗制動優(yōu)點：能量損耗少，在制動時磁場靜止不動，不會產(chǎn)生有害的反轉，制動停車準確，制動過程平穩(wěn)。缺點是需要整流電路，制動速度也較反接制動慢些。所以，能耗制動適用于電動機容量較大，要求制動平穩(wěn)和起動頻繁的場合。48第五節(jié) 雙速異步電動機調速控制線路雙速異步電動機調速控制線路49第二節(jié) 位置控制電路50第三章 電氣控制線路設計根底51第一節(jié) 電氣控制設計的主要內容第二節(jié) 電力

15、拖動方案確實定、電動機的選擇第三節(jié) 電氣控制方案確實定及控制方式的選擇第四節(jié) 電氣設計的一般原那么第五節(jié) 保護環(huán)節(jié)第六節(jié) 電氣控制系統(tǒng)的一般設計方法52第一節(jié) 電氣控制設計的主要內容一、電氣控制線路設計的根本要求(1) 熟悉所設計設備電氣線路的總體技術要求及工作過程，取得電氣設計的根本依據(jù)，最大限度地滿足生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制的要求。 (2) 優(yōu)化設計方案、妥善處理機械與電氣的關系，通過技術經(jīng)濟分析，選用性能價格比最正確的電氣設計方案。在滿足要求的前提下，設計出簡單合理、技術先進、工作可靠、維修方便的電路。(3) 正確合理地選用電氣元器件，盡可能減少元器件的品種和規(guī)格，降低生產(chǎn)本錢。(4)

16、設計中貫徹最新的國家標準。53二、電氣控制系統(tǒng)設計的根本內容(1) 擬定電氣設計技術任務書；(2) 提出電氣控制原理性方案及總體框圖；(3) 編寫系統(tǒng)參數(shù)計算書；(4) 繪制電氣原理圖(總圖及分圖)；(5) 選擇整個系統(tǒng)的電氣元器件；(6) 繪制電控裝置裝配圖和接線圖。(7) 標準構件選用與非標準構件設計(包括電控箱的結構與尺寸、散熱器、導線、支架等)。(8) 繪制裝置布置圖、出線端子圖和設備接線圖。(9) 編寫操作使用、維護說明書。54三、電氣控制設備的設計步驟1. 初步設計 初步設計是研究系統(tǒng)和電氣控制裝置的組成，擬訂設計任務書并尋求最正確控制方案的初步階段，以取得技術設計的依據(jù)。2. 技

17、術設計 在通過初步設計的根底上，技術設計需要完成的一些技術上的任務。3. 產(chǎn)品設計 產(chǎn)品設計是根據(jù)初步設計和技術設計最終完成的電氣控制系統(tǒng)設備的工作圖樣。55第二節(jié) 電力拖動方案確實定、電動機的選擇一、確定拖動方式1. 單獨拖動 單獨拖動就是一臺設備只由一臺電動機拖動。2. 分立拖動 通過機械傳動鏈將動力傳送到達每個工作機構，一臺設備由多臺電動機分別驅動各個工作機構。二、確定調速方案 可采用齒輪變速箱、液壓調速裝置、雙速或多速電動機以及電氣的無級調速傳動方案。無級調速有直流調壓調速、交流調壓調速和變頻變壓調速。56三、電動機的選擇及起動、制動和反向要求1. 電動機的選擇 電動機的選擇包括電動機

18、的種類、結構形式、額定轉速和額定功率。2. 電動機起動、制動和反向要求 一般說來，由電動機完成設備的起動、制動和反向要比機械方法簡單容易。因此，機電設備主軸的起動、停止、正反轉運動調整操作，只要條件允許最好由電動機完成。57第三節(jié) 電氣控制方案確實定及控制方式的選擇一、電氣控制方案的可靠性 一個系統(tǒng)或產(chǎn)品的質量，一般包括技術性能指標和可靠性指標，設計的可靠性就是使一個系統(tǒng)或產(chǎn)品設計滿足可靠性指標。二、電氣控制方案確實定 控制方案應與通用性和專用性的程序相適應。58第四節(jié) 電氣設計的一般原那么一、應最大限度地實現(xiàn)生產(chǎn)機械和工藝的要求二、控制線路應簡單經(jīng)濟舉例5960三、保證控制線路工作的可靠和平

19、安 (a) 不合理連接 (b) 合理連接(a) 不合理接線 (b) 合理接線61寄生電路觸點“競爭62第三節(jié) 保 護 環(huán) 節(jié)一、短路保護 常用的短路保護元器件有熔斷器和自動空氣開關。二、過載保護常用的過載保護器件是熱繼電器。三、過流保護過流保護常用電磁式過電流繼電器實現(xiàn)。四、零電壓與欠電壓保護 一般常用零壓保護繼電器和欠電壓繼電器實現(xiàn)零壓保護和欠壓保護。63舉例：下列圖所示是電動機常用保護電路，請指出各電氣元器件所起的保護作用。64第六節(jié) 電氣控制系統(tǒng)的一般設計方法舉例：現(xiàn)要設計一個龍門刨床橫梁升降控制系統(tǒng)。其對電氣控制系統(tǒng)提出了如下要求：1保證橫梁能上下移動，夾緊機構能實現(xiàn)橫梁的夾緊或放松。

20、2 橫梁夾緊與橫梁移動之間必須有一定的操作程序。3 橫梁在上升與下降時應有限位保護。4 橫梁夾緊與橫梁移動之間及正反向運動之間應有必要的聯(lián)鎖。65電氣控制線路設計步驟：1. 設計主電路 根據(jù)工藝要求可知，橫梁移動和橫梁夾緊需用兩臺異步電動機拖動。為了保證實現(xiàn)上下移動和夾緊放松的要求，需要四個接觸器分別控制兩個電動機的正反轉。那么，主電路就是兩臺電動機的正反轉電路。2. 設計根本控制電路 4個接觸器具有4個控制線圈，只能用兩個點動按鈕去控制上下移動和放松夾緊兩個運動。因此需要通過兩個中間繼電器進行控制。根據(jù)上述要求，可以設計出下列圖所示的控制電路。為了實現(xiàn)這兩個自動控制要求，還需要做相應地改良，

21、這需要恰當?shù)剡x擇控制過程中的變化參量來實現(xiàn)。66控制電路草圖(a) 主電路 (b) 控制電路 橫梁控制電路 673. 選擇控制參量、確定控制方案4.設計聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)完整的控制線路68第四章 典型機床電氣控制線路分析69第一節(jié) C650臥式車床的電氣控制線路第二節(jié) 搖臂鉆床的電氣控制線路70第一節(jié) C650臥式車床的電氣控制線路一、概述1. C650 普通臥式車床的主要結構及運動形式1進給箱 2掛輪箱 3主軸變速箱 4滑板與刀架 5溜板箱 6尾座 7絲杠 8光杠 9床身712. C650 普通臥式車床的電力拖動要求與控制特點(1) 車削加工主軸電動機M1通常選用籠型異步電動機，完成主軸主運動和刀

22、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和正反兩個方向制動，還具有點動功能。(2) 車削螺紋時，刀架移動與主軸旋轉運動之間必須保持準確的比例關系，因此，車床主軸運動和進給運動只由一臺電動機拖動，刀架移動由主軸箱通過機械傳動鏈來實現(xiàn)。(3) 拖板的快速移動由電動機M3單獨拖動。根據(jù)使用需要，可隨時手動控制起停。(4) 車削加工中，有一臺冷卻泵電動機M2。(5) 必要的保護環(huán)節(jié)、聯(lián)鎖環(huán)節(jié)、照明和信號電路。72二、C650 臥式車床的電氣控制線路分析1. 主電路分析C650臥式車床電氣控制原理圖732. 控制電路分析3. 常見故障分析(1) 主軸電動機不能起動?？赡艿脑颍?/p>

23、電源沒有接通；熱繼電器已動作，其常閉觸點尚未復位；起動按鈕或停止按鈕內的觸點接觸不良；交流接觸器的線圈燒毀或接線脫落等。(2) 按下起動按鈕后，電動機發(fā)出嗡嗡聲，不能起動。電動機三相電源缺相，可能原因：熔斷器某一相熔絲燒斷；接觸器一對主觸點沒接觸好；電動機接線某一處斷線等。(3) 按下停止按鈕，主軸電動機不能停止?？赡艿脑颍航佑|器觸點熔焊、主觸點被雜物阻卡；停止按鈕常閉觸點被阻卡。(4) 主軸電動機不能點動?？赡茉颍狐c動按鈕SB4其常開觸點損壞或接線脫落。74第二節(jié) 搖臂鉆床的電氣控制線路一、概述1. Z3040 搖臂鉆床的主要結構與運動形式1底座 2內立柱 3外立柱 4搖臂升降絲杠 5搖

24、臂 6主軸箱 7主軸 8工作臺752. Z3040 搖臂鉆床的電力拖動的要求與控制特點(1) 主軸的旋轉運動、縱向進給運動及其變速機構均在主軸箱內，由一臺主電動機拖動。(2) 為了適應多種加工方式的要求，主軸的旋轉與進給運動均有較大的調速范圍，由變速機構實現(xiàn)。(3) 加工螺紋時，要求主軸能正、反向旋轉，采用機械方法來實現(xiàn)。(4) 搖臂的升降由升降電動機拖動，要求電動機能正、反旋轉?？芍苯悠饎?，不需要調速和制動。(5) 拖動液壓泵的電動機要求正、反向旋轉，采用點動控制。(6) 主軸箱、立柱的夾與松由一條油路控制，且同時動作。76二、Z3040 搖臂鉆床的電氣控制線路分析1. 主電路分析Z3040搖臂鉆床的電氣控制線路原理圖77第五章可編程序控制器的根