B第二章典型机床的电气控制线路分析.ppt

第二章典型电气线路分析 重点 继电器 接触器控制线路分析方法 典型机床控制线路的阅读分析 难点 控制线路中一些动作的顺序及其相互之间的联锁 分析机床电气控制系统的步骤1 分析主电路起动 转向 调速 制动2 分析控制电路 化整为零 3 分析辅助电路执行元件工作状态显示 电源显示 照明和故障报警电路等4 分析联锁与保护环节提高可靠性 安全性5 总体检查 集零为整 检查整个控制线路是否有遗漏 2 1C650卧式车床电气控制电路 车床分类 分立式车床和卧式车床 常用的是卧式车床 立式车床加工大件 卧式车床电机配置 主电动机 不变速的异步电动机 拖动主轴和进给箱 快速移动电动机冷却泵电动机主电动机起动方式 直接起动 5KW以下或不经常启动 降压起动主电动机制动方式 电气制动 能耗制动 反接制动机械制动 摩擦器式制动 x 一 C650车床结构介绍和控制要求C650车床最大回转直径1020mm 最大的工件长度3000mm 主轴电动机驱动主轴正反向运动和刀具的进给运动 通过手柄操纵机械变速箱改变主轴和进给的转速 因转动惯量过大 主轴采用电气停车制动 快移电动机实现刀架拖板快速移动 以减少辅助工时 驱动电机电气控制要求 主轴电动机 30KW 直接启动 正 反转 电气反接制动 正向点动 快移电动机 2 2KW 点动控制 冷却泵电动机 0 125KW 起停控制 提供冷却液 1 主电路Q 引入电源KM3 KM4 正 反转控制KM 控制限流电阻R接入或切除 A 电流表通过电流互感器TA监视M1绕组电流R 限流电阻 防止点动时连续的启动电流造成电动机过载 BV 速度继电器串电阻R反接制动 2 控制电路 1 主电动机点动调整SB6 KM3 串R点动 2 主电动机正 反转 长动 控制 3 主电动机的反接制动控制BV1速度继电器正转常开触点 BV2速度继电器反转常开触点制动时M1 主触点断开 串电阻R限流制动 4 刀架的快速移动ST 转动刀架手柄压下 KM2 M3 全压起动 5 冷却泵电动机控制SB3 KM1 全压起动 6 其它 电流表 SB1 SB2 KT KT 主电路I TA KT TA短接延时KT I TA A TASB4 制动 KT断电I TA KT TA回路短接 第二节机床电气设计的一般内容 机床电气设计应包括以下内容 拟定电气设计任务书 技术条件 确定电气传动控制方案 选择电动机 设计电气控制原理图 选择电气元件 并制定电气元件明细表 设计操作台 电气柜及非标准电气元件 设计机床电气设备布置总图 电气安装图 以及电气接线图 编写电气说明书和使用操作说明书 第三节机床电器控制线路的设计 一 电气控制线路的电源 在电器控制线路较简单 电器元件不多的情况下 控制回路电源应尽可能与主回路电源相同 也就是直接采用交流380V或220V 这样可以简化供电设备 对于比较复杂的控制线路 控制电路应采用控制电源变压器 将控制电压由交流380V或220V降至110V 48V或24V 这是从安全角度考虑的 一般机床照明电路为36V以下电源 这些不同的电压等级 一般可由同一个控制变压器提供 直流控制线路多用220V或110V 对于直流电磁铁 电磁离合器 常用24V直流电源供电 1 动合触点串联当要求几个条件同时具备时 才使电器线圈得电动作 可用几个常开触点与线圈串联的方法实现 a b 图2 7自动线各动力头控制的部分监控线路 所有动力头加工完成K0动作 动力头都退到原位K10动作 各夹具松开到位则K12动作 二 控制线路的设计规律 2 动合触点并联当在几个条件中 只要求具备其中任一条件 所控制的继电器线圈就能得电 这时可用几个动合触点并联来实现 这种关系在逻辑线路中叫 或 逻辑 a b 图2 8两地控制电路 3 动断触点串联当几个条件仅具备一个时 继电器线圈就断电 可用几个动断触点与控制电器线圈串联的方法来实现 图2 9自动线预停控制线路 4 动断触点并联当要求几个条件都具备时 电器线圈才断电 可用几个动断触点并联 再与控制电器线圈串联的方法来实现 5 保护电路一般保护电器应既能保证控制线路长期正常运行 又能起到保护电动机及其它电器设备的作用 一旦线路出故障 它的触点就由 通 转为 断 三 控制线路设计的一般问题 应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的现象 2 设计电路时 应正确联接电器的线圈 在设计控制电路时 电器线圈的一端应接在电源的同一端 交流电器线圈不能串联使用 3 在控制线路中应尽量减少电器触点数 以提高线路的可靠性 图2 12中例举一些触点简化的例子 4 设计控制线路时 应尽量减少联接导线的数量与长度 特别是长导线的数量 5 设计控制线路时应考虑各种联锁关系 以及电气系统具有的各种电气保护措施 例如过载 短路 欠压 零压 限位等保护措施 6 在设计控制线路时也应考虑有关操纵 故障检查 检测仪表 信号指示 报警 以及照明等要求 第四节机床常用电器的选择 完成电器控制线路的设计之后 应开始选择所需要的控制电器 机床电器的选择 主要是根据电器产品目录上的各项技术指标 数据 来进行 1 按钮按钮是用来短时接通或断开小电流的控制电路的开关 按钮在结构上有多种形式 旋钮式 用手扭动旋转进行操作 指示灯式 按钮内可装入信号灯显示信号 紧急式 装有蘑菇形钮帽 以便于紧急操作 一 按钮 低压开关的选用 按钮的选用 按钮主要是根据所需要的触点数 触点形式 使用的场合及颜色来选择 机床常用的按钮为LA系列 常用的按钮 2 刀开关又称闸刀 用来接通和切断长期工作设备的电源 它主要根据电源种类 电压等级 电动机容量 所需极数及使用场合来选用 常用的刀开关 3 自动空气开关又称自动空气断路器 额定电流应等于或大于负载要求的长期平均电流 极限分断能力要大于等于电路最大短路电流 欠电压脱扣器额定电压应等于主电路额定电压 热脱扣器的整定电流应与被控对象 负载 额定电流相等 电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载正常工作时的尖峰电流 保护电动机时 电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流一般为电动机起动电流的1 7倍左右 机床常用的产品有DZ系列 DW系列 4 组合开关主要作为电源引入开关 所以也称电源隔离开关 它主要根据电源种类 电压等级 所需触点数及电动机容量进行选择 常用的有HZ 10系列 5 电源开关联锁机构它与相应的断路器和组合开关配套使用 用于电源接通与断开电源和柜门开关联锁 电源开关锁有DJL系列和JDS系列 选择熔断器 主要是选择熔断器的种类 额定电压 熔断器额定电流等级和熔体的额定电流 对于如照明线路等没有冲击电流的负载 应使熔体的额定电流IR等于或稍大于线路的工作电流I 即IR I对于单台异步电动机 熔体可按下列关系选择 IR 1 5 2 5 Ied或IR Ist 2 5 2 1 式中 Ied 电动机的额定电流 Ist 电动机的起动电流 对于多台电动机由一个熔断器保护 熔体按下列关系选择 IR Im 2 5 2 2 式中 Im 可能出现的最大电流 如果几台电动机不同时起动 则Im为容量最大一台电动机起动电流 加上其它各台电动机的额定电流 二 熔断器及选用 三 热继电器及选用 热继电器的结构及动作原理 1 热继电器保护特性2 电动机的过载特性电动机过载特性的配合 结构及动作原理 JR36 JR28 JR20 热元件 常闭触头 常开触头 常用热继电器 常用的热继电器有JR1 JR2 JR0 JR16B等系列 热继电器的选用热继电器用于电动机的过载保护 它主要根据电动机的额定电流来确定其型号和规格 热继电器热元件的额定电流IRT应接近或略大于电动机的额定电流Ied 即IRT 0 95 1 05 Ied 2 3 一般情况下可选用两相结构的热继电器 对在电网电压严重不平衡 工作环境恶劣条件下的电动机 可选用三相结构的热继电器 对于三角形联结的电动机 为实现断相保护 可选用带断相保护装置的热继电器 如遇到下列情况 选择热继电器的整定电流要比电动机额定电流高一些来进行保护 电动机负载惯性转矩非常大 起动时间长 电动机所带动的设备 不允许任意停电 电动机拖动的为冲击性负载 如冲床 剪床等设备 四 接触器的选用 接触器用于自动接通或切断带有负载的主回路 分直流和交流两大类 机床常用的接触器有CJ10 CJ12 CJ20系列等交流接触器和CZ0系列直流接触器 下面为常用接触器的图片 五 中间继电器及选用 选择接触器主要考虑以下技术数据 电源种类 交流或直流 指主触点控制的负载的电源 主触点额定电压 额定电流 辅助触点的种类 数量及触点的额定电流 电磁线圈的电源种类 频率和额定电压 额定操作频率 次 小时 它主要在电路中起信号传递与转换的作用 用它可以实现多路控制 并可将小功率控制信号转换为大容量的触点动作 以下是一些中间继电器图片 它的选择主要是根据控制电路的电压等级 触点的数量 种类以及容量来决定的 机床中常用的有JZ7系列 JZ8系列两种 六 时间继电器时间继电器是机床中常用电器之一 它是控制线路中的延时元件 按其工作原理可分为 电磁式时间继电器空气阻尼式时间继电器电子式时间继电器电动式时间继电器 图2 14JS7 A型时间继电器触点系统 下面是一些时间继电器 时间继电器选择主要考虑控制回路所需要的延时触点的延时方式 通电延时还是断电延时 以及瞬动触点的数目 根据不同的使用条件选择不同类型的电器 在机床中应用最多的是空气阻尼式时间继电器 其型号有JS7 A系列 图2 14是JS7 A型时间继电器的触点系统 七 速度继电器 用于转速的检测 常用在三相交流异步电动机反接制动 转速接近零时 自动切除反相序电源 转子 由一块永久磁铁制成 与电动机同轴相联 用以接受转动信号 圆环 笼型空心绕组 转子 磁铁 旋转时 笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势 形成环内电流 此电流与磁铁磁场相作用 产生电磁转矩 圆环在此力矩的作用下带动摆杆 克服弹簧力而顺转子转动的方向摆动 并拨动触点改变其通断状态 触点 在摆杆左右各设一组切换触点 分别在速度继电器正转和反转时发生作用 调节弹簧弹力时 可使速度继电器在不同转速时切换触点改变通断状态 结构与动作原理 动作转速一般不低于120r min 复位转速约在100r min以下 工作时 允许的转速高达1000 3600r min 正转和反转切换触点的动作 反映电动机转向和速度的变化 速度继电器的选用主要考虑额定转速要大于电动机的额定转速 触点的种类和数量满足要求等 七 控制变压器的选用当控制线路所用电器较多 线路较为复杂时 一般需采用经变压器降压的控制电源 提高线路的安全可靠性 控制变压器主要根据所需要变压器容量及一次侧 二次侧的电压等极来选择 控制变压器可根据下面两种情况来选择其容量 依据控制线路最大工作负载所需要的功率计算一般可根据下式计算 PT KT Pxc 2 5 式中 PT 所需变压器容量 V A KT 变压器容量储备系数 一般取KT 1 1 1 25 Pxc 控制线路最大负载时工作的电器所需的总功率 V A 显然对于交流电器 交流接触器 交流中间继电器及交流电磁铁等 Pxc应取吸持功率值 变压器的容量还应满足已吸合的电器在又起动另一些电器时仍能保持吸合可依据下面公式计算 PT 0 6 Pxc 1 5 PST 2 6 式中 PST 同时起动的电器的总吸持功率 V A 最后所需变压器容量 应由式 2 5 和 2 6 中所计算出的最大值决定 表2 2是常用交流电器的起动与吸持功率的数值 表2 2常用交流电器的起动与吸持功率 均为有效功率 第五节机床电气控制线路设计举例 机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动 主轴运动的正反向靠两组摩擦片离合器完成 主轴制动采用液压制动器 冷却泵由电动机M2拖动 刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动 进给运动的纵向 横向和快速移动集中由一个手柄操纵 电动机型号 主电动机M1Y160M 411kW380V23 0A1460r min冷却泵电动机M2JCB 220 15kW380V0 43A2790r min快速移动电动机M3Y90S 41 1kW380V2 8A1400r min 设计CW6163型卧式车床的电气控制线路 一 机床电气传动的特点及控制要求 1 主回路设计根据电气传动的要求 由接触器KM1 KM2 KM3分别控制电动机M1 M2及M3 如图2 15所示 机床的三相电源由电源引入开关Q引入 主电动机M1的过载保护 由热继电器KR1实现 主电动机的短路保护可由机床的前一级配电箱中的熔断器充任 冷却泵电动机M2的过载保护由热继电器KR2实现 快速移动电动机M3由于是短时工作 不设过载保护 电动机M2 M3共同设短路保护 熔断器FU1 二 电气控制线路设计 考虑到操作方便 主电动机M1可在床头操作板上和刀架拖板上分别设起动和停止按钮SB1 SB2 SB3 SB4进行操纵 如图2 15所示 接触器KM1与控制按钮组成带自锁的起停控制线路 冷却泵电动机M2由SB5 SB6进行起停操作 装在床头板上 快速移动电动机M3工作时间短 为了操作灵活由按钮SB7与接触器KM3组成点动控制线路 如图2 17所示 2 控制电路设计 可设电源指示灯HL2 绿色 在电源开关Q接通后 立即发光显示 表示机床电气线路已处于供电状态 设指示灯HL1 红色 显示主电动机是否运行 这两个指示灯可由接触器KM1的动合和动断两对辅助触点进行切换显示 如图2 16右上方所示 在操作板上设有交流电流表A 它串联在电动机主回路中 图2 16 用以指示机床的工作电流 这样可根据电动机工作情况调整切削用量使主电动机尽量满载运行 提高生产率 并能提高电动机功率因数 设照明灯FL安全照明 36V安全电压 3 信号指示与照明电路 图2 16CW6163型卧式车床电气原理图 考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求 采用变压器供电 控制线路127V 照明36V 指示灯6 3V 4 控制电路电源 5 绘制电气原理图 根据各局部线路之间互相关系和电气保护线路 画成电气原理图 如图2 16所示 三 选择电气元件 1 电源引入开关Q Q主要作为电源隔离开关用 并不用它来直接起停电动机 可按电动机额定电流来选 显然应该根据三台电动机来选 在中小型机床常用组合开关中 可选用HZ10 25 3型 额定电流为25A 三极组合开关 主电动机M1额定电流23 0A KR1可选用JR0 40型热继电器 热元件电流为25A 电流整定范围为16 25A 工作时将额定电流调整为23 0A 同理 KR2可选用JR10 10型热继电器 选用1号元件 电流整定范围是0 40 0 64A 整定在0 43A 2 热继电器KR1 KR2 3 熔断器FU1 FU2 FU3 FU1是对M2 M3两台电动机进行保护的熔断器 熔体电流为 可选用RL1 15型熔断器 配用10A的熔断体 FU2 FU3选用RL1 15型熔断器 配用最小等级的熔断体2A 接触器KM1 根据主电动机M1的额定电流Ie 23 0A 控制回路电源127V 需主触点三对 动合辅助触点两对 动断辅助触点一对 根据上述情况 选用CT0 40型接触器 电磁线圈电压为127V