基于模塊化的數控維修(第三章 數控機床常用電氣元件的故障及排除)課件

基于模塊化的數控機床維修第三章數控機床常用電氣元件的故障及排除2

機電控制關系

電氣元件的特性識別

電子元件的特性識別

繼電接觸基本控制電路4123

電動機控制保護環(huán)節(jié)5基于模塊化的數控機床維修

機電控制關系3基于模塊化的數控機床維修第三章數控機床常用電氣元件的故障及排除電氣控制系統(tǒng)圖：將相關電氣元件及其連接，用一定的圖形符號表達出來，包含以上三類。11.2電氣原理圖1.3電氣元件布置圖1.4電氣安裝接線圖/表1.1電氣控制與機械動作的關系電器元件的特性識別5基于模塊化的數控機床維修22.1熔斷器2.2開關電氣2.3低壓斷路器2.4接觸器2.5繼電器2.6主令電器2.7執(zhí)行電器第三章數控機床常用電氣元件的故障及排除實質：分析電路中電器元件的作用（特性）。按“識別電路符號

實物判別

修理或更換”步驟，快速、準確地測出電路中的故障元件，修理或更換之，完成故障電路的檢修。2.1熔斷器6電氣元件的特性識別俗稱保險絲/管，一種利用電流熱效應導體熱熔斷原理、應用廣泛的短路保護、過載/過流保護電器；串接在單相斷路器前或開關電路交流電源的輸入端，當電路短路或嚴重過載時，電流變大，熔體溫度達到熔斷溫度而自動熔斷，切斷被保護電路。過電流不太大時，熔體慢慢熔斷，金屬蒸汽增多使保險管內呈白霧狀；瞬間過電流極大時，熔體的熔斷點必呈光亮的燒結點，管壁發(fā)黑，則所在電路必嚴重短路。對于開關電路：管內呈白霧狀——可能是半橋中個別開關管不良或擊穿(一般不易查)造成局部短路；管壁發(fā)黑——高壓濾波電容擊穿或整流管擊穿造成嚴重的短路故障。萬用表歐姆檔測量不通2.2開關電器7電氣元件的特性識別1、刀開關（閘刀開關）QS——接通/斷開長期工作的設備電源。2、轉換開關（組合開關）SA——電源的引入開關1-操作手柄；2-觸刀；3-支座；4-絕緣底板；2.3低壓斷路器8電氣元件的特性識別低壓斷路器相當于把手動開關、熱繼電器、電流繼電器、電壓繼電器等組合在一起的一種應用較廣的保護型電器元件。用于配電線路、電動機的不頻繁啟/?？刂坪吐╇姳Ｗo。當電源欠電壓(導致欠壓脫扣)、過流/過載/短路(導致過流脫扣)、異常溫升(如通風不良導致熱脫扣)或漏電時，自動切斷電路。

2.4接觸器10電氣元件的特性識別控制電動機啟動、反轉、制動和調速的、不可取代的、可實現遠距離自動控制的一種低壓電器，是電力拖動控制系統(tǒng)中最重要、最常用的控制電器之一。電磁式結構接觸器的應用最廣泛；有CZ0/CZ18系列直流接觸器、CJ20/CJX1系列交流接觸器（交流負載頻繁動作時宜用直流線圈的交流接觸器）兩類。常見故障：不閉合、噪聲與溫升（滅弧室不良）、觸頭電磨損、線圈燒毀、電磁鐵的分磁環(huán)斷裂、輔助觸頭不可靠及斷電后因剩磁而不釋放。2.5繼電器124）分類：按反映信號的種類分為電流繼電器、電壓繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器、光繼電器、聲繼電器等；按動作原理分為電磁式（如電流/電壓/中間/時間繼電器）、感應式、電動式和電子式；按動作時間分為瞬時動作和延時動作；按功能分為控制繼電器（如中間繼電器、時間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器等）和保護繼電器（如熱繼電器、欠壓繼電器、過電流繼電器等）。電氣元件的特性識別時間繼電器142.5繼電器a)-線圈一般符號；b)-通電延時線圈；c)-斷電延時線圈；d)-延時閉合常開觸點；e)-延時斷開常閉觸點；f)-延時斷開常開觸點；g)-延時閉合常閉觸點；h)-瞬動常開觸點；i)-瞬動常閉觸點；

實現觸點延時接通/斷開的控制繼電器（即外部激勵輸入

繼電器線圈通電/斷電

預先設定值延時

觸點閉合/斷開

控制電路），早期機電系統(tǒng)應用的是空氣阻尼式傳統(tǒng)時間繼電器，目前為新型電子式時間繼電器（如晶體管式時間繼電器和數字式時間繼電器）。

注意：接通/分斷其線圈電源時方可調節(jié)延時值電流繼電器152.5繼電器

外激勵輸入量為直流電流/交流電流，其線圈串接在被測電路中，反映電路電流的變化。電壓繼電器162.5繼電器

外激勵輸入量為直流電壓/交流電壓，其線圈并聯于被測電路，反映電路電壓的變化。有過電壓繼電器（額定電壓110％～115％以上）、欠電壓繼電器（額定電壓40％～70%）和零電壓繼電器（額定電壓5％～25％）。熱繼電器172.5繼電器

利用電流熱效應和金屬材料熱膨脹系數差異的原理，來避免三相交流電動機長時間過載（發(fā)熱將燒毀繞組）的一種保護型繼電器。要配合短路保護器(熔斷器、接觸器、斷路器與漏電保護裝置)一起使用，常采用三相自帶斷相保護的組合型熱繼電器。據電動機的額定電流確定其型號、熱元件額定電流等級。2.6主令電氣18電氣元件的特性識別用于發(fā)送控制指令的電器稱為主令電器，常用主令電器有控制按鈕、行程開關、接近開關等。1）控制按鈕通常用作短時接通/斷開小電流控制電路的開關，由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸點和外殼等組成的具有常開、常閉觸點的復合式結構。指示燈式按鈕內可裝入信號燈顯示信號，紅色緊急式按鈕裝有蘑菇形鈕帽。常開常閉復合接近開關202.6主令電氣當某物體與之感應頭接近到一定距離時，就發(fā)出動作信號的一種非接觸式/無觸點的行程開關，用于一般行程控制、限位保護、高速記數、測速、液面控制等。其工作電壓有交流、直流兩種，輸出形式有兩線、三線和四線三種；外形有方型、圓型、槽型和分離型等多種。電子元件的特性識別21基于模塊化的數控機床維修33.1電阻3.2電容3.3晶體二極管3.4晶體三極管第三章數控機床常用電氣元件的故障及排除4.1電動機控制的基本環(huán)節(jié)23基于模塊化的數控機床維修繼電接觸基本控制電路降壓起動控制線路可逆運行控制線路（正、反轉）多地控制線路點動控制線路起動、停止控制線路（及自鎖）電動機制動控制線路起動停止控制線路（自鎖）24合上低壓斷路器QF，引入三相電源；按下起動按鈕SB2，交流接觸器KM的線圈通電，KM的主觸點閉合，電動機M電源接通、直接起動運轉。同時，與起動按鈕SB2并聯的接觸器KM的常開觸點閉合，接觸器KM自鎖；手松開起動按鈕，SB2自動復位，但接觸器KM的線圈繼續(xù)通電，電動機M連續(xù)運行。按下停止按鈕SB1，接觸器KM的線圈斷電釋放，KM的三個常開主觸點斷開，切斷三相電源，電動機M停止運轉。手松開停止按鈕，SB1復位雖為常閉狀態(tài)，但KM的自鎖常開觸點已斷開，KM的線圈不再得電。點動控制線路26按下按鈕電動機轉動工作，松開按鈕電動機停止工作（即點一下、動一下）；點動控制多用于立式數控機床橫梁的上升/下降、主軸寸動、加工中心中ATC手動控制等場合。介紹四種控制線路點動控制線路27圖b）——最基本的點動控制線路（起動按鈕SB未并聯接觸器KM的自鎖觸點），按下起動按鈕SB，KM線圈通電，接觸器銜鐵被吸合、主觸點閉合，接通三相電源，電動機M運轉；松開起動按鈕SB，接觸器KM的線圈斷電，其主觸點斷開，電動機M立即停轉。點動控制線路28圖c）——帶轉換開關SA的點動、長動控制線路，斷開轉換開關SA，由起動按鈕SB2進行點動控制；合上轉換開關SA，KM的自鎖觸點接入，實現連續(xù)控制。點動控制線路30圖e）——利用中間繼電器實現點動控制線路。利用點動按鈕SB2控制中間繼電器KA，KA常開觸頭并聯在按鈕SB3兩端以控制接觸器KM，再由KM控制電動機實現點動。連續(xù)控制由按鈕SB3、SB1實現。點動控制線路多地控制線路314.1電動機控制的基本環(huán)節(jié)大型數控機床，為方便操作，常要求在兩個/兩個以上的地點進行起、停操作，即多地控制。其控制線路需用多個起動按鈕和停止按鈕，分裝在需要的地方；且起動按鈕的常開觸點并聯（邏輯“或”），停止按鈕的常閉觸點串聯（邏輯“與”）。可逆運行控制線路（正反轉）32數控機床中的主軸、排屑機、輔助機械手等，根據工藝要求常需正、反、前、后、上、下、左、右等方向的運動，即電動機借助正、反向接觸器改變其定子繞組相序（任意交換兩相）的可逆運行控制。為避免正、反向接觸器同時通電造成電源相間短路，正、反向接觸器得電氣互鎖——彼此接觸器線圈電路中串聯對方接觸器的常閉輔助觸點（互鎖觸點）交替控制。334.1電動機控制的基本環(huán)節(jié)圖a）——主電路，正轉接觸器KM1接通正向工作電路，電動機M正轉；反轉接觸器KM2接通反向工作電路，電動機定子端相序與正轉相反，電動機反轉。圖b）——無電氣互鎖、存在電源短路事故的控制線路，同時按下正向按鈕SB2、反向按鈕SB3，接觸器KM1、KM2可同時接通，會導致電源短路事故?？赡孢\行控制線路（正反轉）344.1電動機控制的基本環(huán)節(jié)圖c）——帶電氣互鎖的“正—?！础笨赡孢\行控制線路，按下按鈕SB2，接觸器KM1動作且常開觸點自鎖（接觸器KM2線圈控制回路內KM1的常閉觸點斷開），電動機M正轉；此時再按下SB3，接觸器KM2受KM1常閉觸點的互鎖而不動作，可避免電源短路事故的發(fā)生。因常閉觸點的自鎖，不能直接反方向切換運行，需要先按下停止按鈕SB1，即“正—?！础笨刂啤？赡孢\行控制線路（正反轉）354.1電動機控制的基本環(huán)節(jié)圖d）——最常用的、帶雙重互鎖（電氣互鎖、兩復合按鈕互鎖）的“正—反—停”可逆運行控制線路，正轉起動按鈕SB2的常開觸點接通接觸器KM1線圈，SB2的常閉觸點串聯在反轉接觸器KM2線圈的控制電路中鎖住KM2；反轉起動按鈕SB3也如此。按下SB2/SB3時，常閉觸點先斷開、常開觸點后閉合。切換電動機方向時，不必停止按鈕按SB1，可直接操作正反轉按鈕SB2/SB3實現電動機的可逆運轉。其中接觸器KM1/KM2電氣互鎖，按鈕SB2/SB3互鎖。可逆運行控制線路（正反轉）降壓起動控制線路364.1電動機控制的基本環(huán)節(jié)降壓起動目的：減小起動電流I=U/R∵電動機起動時，Ist大，線壓降大→影響其它設備正常工作；

∴要降壓起動。降壓起動常用方法：

Y/Δ降壓起動自耦變壓器降壓起動轉子串電阻/電抗起動軟啟動器法：用于電機的降壓啟動、停止、限流與保護。變頻啟動法：用于電機的啟、運行、調速、停止、限流與保護。起動時接入降壓元件，啟動后再脫開該元件Y/Δ降壓起動控制37使用場合：僅能帶小于1/3額定負載轉矩的輕載、空載起動。（Y型起動電流小，轉速較慢；而Δ型是Y型電流的3倍，且轉速較快）換接方法：據“時間原則”，用時間繼電器完成Y型至Δ型的換接。保護分析：過載、短路、失壓。起動過程：合上旋鈕開關QS，按下起動按鈕SB2

，KM1得電閉合并自鎖；同時KMY得電閉合（與KMΔ互鎖

），主電路Y型起降壓動。伴隨著KMY的得電閉合，延時繼電器KT工作，到達設定時間后，KT動合觸點閉合；KMΔ得電閉合并自鎖，且KMY分斷；主電路Δ型全壓運行。降壓起動控制線路延時閉合常開觸點Δ形接法Y形接法W2U2KTFRFR自藕變壓器降壓啟動控制38使用場合：可帶1/k2（自耦變壓器的變比k）倍額定負載轉矩的容量較大電動機的起動；優(yōu)點：自耦降壓60%啟動時，電機的啟動電流僅為額定電流的3-5倍，從而降低電壓降。降壓起動控制線路FRFR延時閉合常開觸點延時閉合常閉觸點起動過程：合旋鈕開關QS，按下啟動按鈕SB2；KM1得電閉合并自鎖（KM3互鎖），使時間繼電器KT和接觸器KM2接入，且KM2自鎖；自耦變壓器TM工作，開始降壓啟動。延時至KT設定時間后，KT1斷開KM1、KM2斷電脫開；同時KT2閉合，KM3得電閉合并自鎖，電機正常運行；直至按下停止按鈕SB1。轉子串電阻/電抗降壓啟動控制39起動過程：轉子先串入全部電阻，定子再加額定電壓；隨著轉速增加，逐步切除電阻；起動完畢，切除所有電阻。如此可得到最大的啟動轉矩，起動電阻兼做調速電阻，且運行可靠。伴隨著KM1得電，KT2得電且常開觸點延時閉合，使KM2得電閉合，切除轉子回路中的（R1+R2）電阻，電機二次加速啟動。同理，KM3得電閉合并自鎖，切除電機轉子中的全部電阻，電機加速至最大轉速并全速運行。降壓起動控制線路延時閉合常開觸點QS合上旋鈕開關QS，按下啟動按鈕SB2；KM得電閉合并自鎖，電動機在轉子串入全部電阻的前提下，慢速啟動；伴隨著KM得電，KT1得電且常開觸點延時閉合，使KM1得電閉合，切除轉子回路中的R1電阻，電動機一次加速啟動。電動機制動控制線路40制動：給電動機一個與轉動方向相反的轉矩使它迅速停轉。制動方法：機械制動（利用機械裝置：電磁抱閘制動器、電磁離合器等）和電力制動（利用電磁力矩：反接制動、能耗制動、回饋制動（用于起重機）等）。4.1電動機控制的基本環(huán)節(jié)電磁抱閘制動器通電制動控制1—彈簧；2—銜鐵；3—線圈；4—鐵心；5—閘輪；6—閘瓦；7—杠桿；電磁離合器制動控制正轉啟動按鈕SB2，反轉啟動按鈕SB3；離合器制動按鈕SB1；反接制動

反接制動：電動機停機后因機械慣性仍繼續(xù)旋轉；此時，通過改變電動機主電源的相序，改變電動機的旋轉磁場，從而產生與電動機旋轉方向相反的電磁轉矩，最終使電動機迅速停下來。

因為制動瞬間電動機的轉子電流比啟動時大許多，所以需要在定子繞組中串入限流電阻R，以限制電流沖擊。適用于制動要求迅速、系統(tǒng)慣性較大、不經常啟動與制動的場合，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。電動機制動控制線路啟動按鈕停止按鈕按下SB1，KM2得電閉合并自鎖（KM1分斷），電機反接制動直至速度為零使KS斷開。啟動按鈕停止按鈕速度原則控制的電動機反接制動按下SB2，KM1得電閉合并自鎖，電機正轉且KS工作；41倒拉反接制動42能耗制動能耗制動：電動機切斷交流電源后，立即在定子繞組的任意兩相中通入直流電，迫使電動機迅速準確停轉。常用于要求制動準確、平穩(wěn)的場合、如磨床、立式銑床等的控制線路中。電動機制動控制線路半波整流單向啟動能耗制動按下SB2，KM1得電閉合并自鎖，電機正轉；按下停止按鈕SB1，KM2得電閉合并自鎖（KM1分斷）；同時，KT線圈得電，其常開觸點延時閉合并自鎖；電動機接入直流電進行能耗制動。伴隨著能耗制動的進行，KT常閉觸點延時斷開，KM2失電斷開，電動機切斷直流電并停轉，結束能耗制動；同時，KT線圈失電并瞬時復位。啟動按鈕停止按鈕43回饋制動（再生制動）44圖a）：起重機下放重物剛開始時，電機轉子轉速n小于旋轉磁場的同步轉速n1，電動機處于電動運行狀態(tài)；電動機制動控制線路圖b）：重物下降時，在位能負載轉矩作用下，轉子轉速n可能大于同步轉速n1；則轉子中感應電動勢、電流和轉矩的方向均發(fā)生變化，反向轉矩成為制動轉矩以阻止重物的下落；直至制動轉矩和重物自重形成的轉矩相等使，重物才會停止下落。電動機將原動機輸入的機械功率轉成電功率輸出回饋電網，成為一臺發(fā)電機。a）電動運行b）回饋制動4.2按連鎖控制的基本規(guī)律45基于模塊化的數控機床維修繼電接觸基本控制電路除自鎖、互鎖及多地控制外，還有順序連鎖控制機床動作的順序連鎖控制——將先通電電器的常開觸點串聯在后通電電器的線圈通路中，將先斷電電器的常開觸點并聯在后斷電電器線圈電路中的停止按鈕/其它斷電觸點上。常用方法：接觸器、繼電器觸點的電氣互鎖，復合按鈕連鎖，行程開關連鎖，操縱手柄及轉換開關連鎖等。1）圖b順序起動、同時停止控制：KM1常開觸點串聯在KM2的線圈電路中，KM1線圈通電后KM2線圈可能通電；按下停止按鈕SB1，兩電動機同時停轉。2）圖c順序起動、逆序停止控制：順序啟動與圖b相同；然而，停機時須先按下停止按鈕SB3，斷開KM2線圈電路，使并聯在按鈕SB1下的常開觸點KM2斷開后，再按停止按鈕SB1才能使KM1線圈斷電。4.3按控制過程變化參量控制的基本規(guī)律46基于模塊化的數控機床維修繼電接觸基本