机床电气控制线路基本环节.ppt

第2章机床电气控制线路基本环节,本章主要内容：机床电机（交流电机、直流电机、步进电机）的启动、运行（调速）、制动等继电器接触器控制基本线路识图、绘图、设计等；,第2章机床电气控制线路基本环节,2.4步进电动机的控制,2.2三相交流电动机的控制,2.3直流电动机的控制,2.1电气控制线路的绘制,2.1.1电气原理图图形符号和文字符号,2.1.3电器元件布置图,2.1.5电气识图方法与步骤,2.1.4电气安装接线图,2.1.2电气原理图绘制,2.1电气控制线路的绘制,电气控制系统图：指根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。电气控制系统图包括：1、电气原理图2、电器元件布置图3、电气安装接线图电气原理图：表示电流从电源到负载的传送情况和各电气元件的动作原理及相互关系，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。,2.1.1电气原理图图形符号和文字符号,文字符号和图形符号,1、文字符号用来表示电气设备、装置、元器件的名称、功能、状态和特征的字符代码。例如，FR表示热继电器。2、图形符号用来表示一台设备或概念的图形、标记或字符。例如，“”表示交流，表示电阻等。国家电气图用符号标准GB/T4728-1985规定了电气简图中图形符号的画法，该标准及国家电气制图标准GB/T6988-1986于1990年1月1日正式开始执行。,电器元件采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。主电路用粗线条画在左（上）边；控制电路用细线条画在右（下）边。同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字符号的下标，如KM1、KM2等。所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出当图形垂直放置时，各元器件触点图形符号以“左开右闭”绘制。当图形为水平放置时以“上闭下开”绘制。,2.1.2电气原理图绘制,电路图应按主电路、辅助电路（控制电路、照明电路、信号电路、保护电路）分开绘制。控制电路的分支电路，原则上按动作顺序和信号流自上而下或自左至右的原则绘制。直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方，相序自上而下排列。主电路与电源电路垂直画出。控制电路与信号电路垂直画在两条水平电源线之间。耗电元件（如电器的线圈，电磁铁，信号灯等）直接与下方水平线连接。控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。需要测试和拆、接外部引线的端子，应用图形符号“空心圆”表示。电路的连接点用“实心圆”表示。中性线（N）和保护接地线（PE）放在相线之下。,2.1.2电气原理图绘制,图区的划分,在图样的下方沿横坐标方向划分图区，并用数字编号。同时在图样的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的功能。,接触器和继电器的触点位置可采用附图的方式表示。,主电路各接点标记,三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记。电源开关之后的分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电路可采用1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各电动机分支电路各接点可采用三相文字代号后面加数字来表示如：U11、U21等，数字中的十位数字表示电动机代号，个位数字表示该支路的接点代号。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,电器元件布置图详细绘制出电气设备、零件的安装位置。图中各电器代号应与有关电路和电器清单上所有元器件代号相同。,2.1.3电器元件布置图,2.1.4安装接线图,安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系。图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。,2.1.5电气识图方法与步骤,识图方法1、结合电工基础知识识图在掌握电工基础知识的基础上，准确、迅速地识别电气图。如改变电动机电源相序，即可改变其的旋转方向的控制。2、结合典型电路识图典型电路就是常见的基本电路，如电动机的起动、制动、顺序控制等。不管多复杂的电路，几乎都是由若干基本电路组成的。因此，熟悉各种典型电路，是看懂较复杂电气图的基础。3、结合制图要求识图在绘制电气图时，为了加强图纸的规范性、通用性和示意性，必须遵循一些规则和要求，利用这些制图的知识能够准确地识图。,识图步骤1、准备：了解生产过程和工艺对电路提出的要求；了解各种用电设备和控制电器的位置及用途；了解图中的图形符号及文字符号的意义。2、主电路：首先要仔细看一遍电气图，弄清电路的性质，是交流电路还是直流电路。然后从主电路入手，根据各元器件的组合判断电动机的工作状可。如电动机的起停、正反转等。3、控制电路：分析完主电路后，再分析控制电路，要按动作顺序对每条小回路逐一分析研究，然后再全面分析各条回路间的联系和制约关系，要特别注意与机械、液压部件的动作关系。4、最后阅读保护、照明、信号指示、检测等部分。,2.2电动机基本控制环节,2.2.1笼型异步电动机直接起动控制,2.2.2笼型异步电动机正反转控制,2.2.4笼型异步电动机制动控制,2.2.5按顺序工作时的联锁控制,2.2.3笼型异步电动机降压起动控制,2.2.1笼型异步电动机直接起动控制,1.点动控制,2.连续运转控制,3.既能长动又能点动的控制电路,直接启动的条件：Ist/IN3/4+S/4P,Ist-启动电流；IN-额定电流；S-变压器容量（kVA）P-电机功率（kw）,1点动控制,点动按钮,KM主触头闭合,按下SB,KM线圈得电,松开SB,KM线圈断电,KM主触头复位,电动机断电停转,电动机M通电起动.,工作过程：先接通电源开关QS,常用于机床主轴或工作台的调整；机床的试车、检修等。,2连续运转控制,自锁触头,短路保护,过载保护,停止按钮,起动按钮,工作过程：先接通电源开关QS,按下SB2,KM线圈得电,KM主触头闭合电动机运转KM动合辅助触头闭合自锁,按下SB1,KM线圈断电,电动机停,3既能长动又能点动的控制电路,复合按钮点动按钮,停止按钮,起动按钮,按下SB2，KM得电自锁，电动机连续运转。按下SB1，KM断电，电动机停转按下点动按钮SB3，KM得电，电动机运转。松开SB3，KM断电，电动机停转。点动按钮SB3的作用：,(1)使接触器线圈KM通电；(2)使线圈KM不能自锁。,2.2.2电动机的正反转控制,用于机床工作台的前进与后退或主轴的正反转等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转动方向。需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。,1.按钮控制的正反转控制电路,正转,反转,电气互锁,按钮联锁,（1）接触器互锁的正反转控制,完成“正转-停-反转”或“反转-停-正转”的电气控制。线路的动作原理:,按SB1,正转控制：按SB2,KM1线圈得电,KM1自锁触头闭合KM1主触头闭合KM1互锁触头断开,电动机M正转,KM1线圈失电,电动机M停转,反转控制：按SB3,KM2线圈得电,电动机M反转,正转按钮,反转按钮,互锁,（2）按钮接触器联锁的正反转控制,可实现“正反停”或“反正停”的操作控制。线路的动作原理,按下SB2,KM1得电,电动机正转,按下SB3,KM1断电KM2得电,电动机反转,正转：,反转：,按钮联锁,2、行程开关控制的正反转电路,自动往返运动：,2.2.3笼型异步电动机降压起动控制,1定子串电阻降压起动,2Y-降压起动,1定子串电阻降压起动,工作原理：,停止,起动,按下SB2,KM1得电,KT得电,计时,电电动阻机起串动,KM2得电,电动机全压运行,图中电动机由降压起动转为全压运行后KM1和KT均断电，只有KM2得电。,按下SB1，电动机停,2Y-降压起动（一）,三个接触器控制的电路,工作原理：,起动,按下SB2,KM1得电KM3得电KT得电,Y起动,Y接,KM3断电,KM2通电KM1仍得电,运行,接,停止,3Y-降压起动（二）,两个接触器控制的电路,（练习分析工作原理）,2.2.4笼型异步电动机的制动控制,1反接制动控制线路,2能耗制动控制电路,1反接制动控制线路,工作原理：,按SB2,起动,KM1通电,电动机正转运行,KV动合触点闭合,按SB1,KM1断电KM2通电（开始制动）,n0,KV复位,KM2断电（制动结束）,速度继电器,停止,2能耗制动控制电路,（1）按时间原则控制的能耗制动线路,工作原理：,按SB2,KM1通电,电动机起动,按SB1,KM1断电KM2通电KT通电,能耗制动,延时,KM2断电（制动结束）,起,停,（2）速度原则控制的可逆运行能耗制动控制线路练习：分析工作过程,2.2.5按顺序工作时的联锁控制,按下SB2,KM1得电,M1起动,先起,按下SB4,后起,M2停,按下SB1,总停,KM1断电KM2断电,M1；M2均停,工作原理：,KM2得电,M2起动,按下SB3,KM2断电,M2停,SB,KM1,FR1,例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,停止：,断电,断电,断开,断开,STa,STb,1,2,按SBF时,(其常闭断开，常开闭合),KMF断电,KMR通电,行程开关,自动往返运动：,挡块,动画,正反转控制线路,下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中有几处错误，请改正之。,2.3直流电动机控制,直流电动机优点：1.调速范围广，调速平滑方便；2.抗过载能力大，能承受频繁冲击负载，3.可实现频繁无级快速启动、制动反转等；直流电动机应用：对启动、调速有较高要求的场合，如大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、大型车床、大型起重机、龙门刨床、电动机车等生产机械。,直流电动机分类：按励磁方式分为：他励、自励（并励、串励、复励）,2.3直流电动机控制,直流电动机控制线路：1.启动控制（1）直接启动（Ist=(1020)IN）危害：换向恶化、机械冲击、电网波动(中、大容量电机不许直接启动)（2）降压启动启动时降低电枢两端的电压，随着转速的上升，逐渐提高电压至额定值UN；条件：需要专用电源，一般有可调电压的直流电源；（3）转子串电阻启动电枢回路串多级电阻，在启动过程中逐级切除；2.制动控制(1)能耗制动、(2)反接制动,3.调速控制,+,直流电动机反接制动电路,KI1过流继电器，当主电路电流大于某一设定值时其长闭触点断开。KI2欠流继电器，当励磁电路电流小于某一设定值时其长开触点断开。KA中间继电器，只要电机工作其线圈就得电。KT1,KT2,断电延型时继电器，其长闭触点在线圈断电后，延时闭合。SB1启动按钮；SB2停止按钮；,2.3直流电动机控制,+,直流电动机反接制动电路,按SB1启动按钮；KM1控制电路电流：电源正QF2SB3（常闭）SB1SB2常闭KM2(常闭)KM1线圈电源负；KM1线圈得电，其常开辅助触点闭合自锁；,电机正转，串电阻R2，R3启动,KT1、KT2线圈断电，开始延时计时,时间到KT1、KT2延时闭合常闭触点闭合,启动过程结束,+,直流电动机反接制动电路,按SB2停止按钮；控制电路电流：电源正QF2SB3(常闭)SB1(常闭)SB2KM1(常闭)KM2线圈电源负；KM2线圈得电，其常开辅助触点闭合自锁；,电机转正负极反接制动；,KT1、KT2线圈始终断电。,当转速较低时按SB3,停车,能耗制动控制线路,交流异步电动机反接制动,Z3050型摇臂钻床电气原理图,1.主轴电机M1启动按启动按钮SB2,Z3050型摇臂钻床电气原理图,2.摇臂上升按启动按钮SB3,电源FR2SB3SQ2(常闭)KT(瞬动常开)KM4线圈电源M3正转，液压锁紧机构放松（放松时，SQ2常闭点断,SQ3常闭点通）,Z3050型摇臂钻床电气原理图,2.摇臂上升按启动按钮SB3,电源FR2SB3SQ2(常开)SB4(常闭)KM3（常闭）KM2线圈电源M2正转,摇臂电机上升（此时，SB3常闭点断）,Z3050型摇臂钻床电气原理图,3.摇臂上升到位，松开按钮SB3,KT线圈断电延时，15触点断电延时闭合。FR2SQ3(常闭)KT(延时常闭)KM5（常闭）KM5线圈电源M3反转,摇臂加紧（夹紧时，SQ3常闭点断,SQ2常闭点通）,2.4步进电动机,特点:(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。(4)具有自锁能力，停止时线圈仍保持通电。,区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。,种类：励磁式和反应式两种。,下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。,三相反应式步进电动机的原理结构图如下：,A,定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。,定子,转子,1.三相单三拍,A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A极对齐。,动画,同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C、C磁极轴线对齐。,这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。,按ABCA的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90(一个齿距角)。,2.三相六拍,按AABBBCCCA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。,A相通电，转子1、3齿与A、A对齐。,A、B相同时通电，A、A磁极拉住1、3齿，B、B磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。,动画,B相通电，转子2、4齿与B、B对齐,又转过15。,B、C相同时通电，C、C磁极拉住1、3齿，B、B磁极拉住2、4齿，转子再转过15。,三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCCCA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90(齿距角)。,与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。,3.三相双三拍,按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。,与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。,动画,从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：,实用步进电机的步距角多为3和1.5。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，如教材图2.30所示。图中转子表面有40个齿，,K状态系数，单、双三拍时K=1双六拍时，K=2,同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C、C磁极轴线对齐。,=30,齿距角是9；定子仍是