第2章机床电气控制的基本环节

1、 2.1 机床电气原理图及绘制机床电气原理图及绘制 2.2 三相异步电动机的启动控制线路三相异步电动机的启动控制线路 2.3 三相异步电动机的正、反转控制线路三相异步电动机的正、反转控制线路 2.4 三相异步电动机的制动控制线路三相异步电动机的制动控制线路 2.5 直流电动机控制线路直流电动机控制线路 本章小结本章小结 第第2章章 机床电气控制的基本环节机床电气控制的基本环节电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布置电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布置 图和电气安装接线图图和电气安装接线图.2.1.1 2.1.1 电气原理图中的图形符号和文字符号电气原理图中的图形符号和文字符号

2、在电气控制系统图中，电器元件必须使用国家统一规定的图形符号在电气控制系统图中，电器元件必须使用国家统一规定的图形符号和文字符号。和文字符号。2.1 2.1 机床电气原理图及绘制机床电气原理图及绘制o 2.1.2 电气原理图 o 下面结合如图 2-1 所示某机床的电气原理图说明绘制电气原理图的基本规则和应注意的事项。 图2-1 某机床的电气原理图一、绘制电气原理图的基规则 1.1.电气原理图电气原理图 用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图和工作原理的图1.主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。主电路、控制电路和信号电路应分

3、开绘出。2.表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。3.主电路的电源电路一般绘制成水平线，受电的动力装置主电路的电源电路一般绘制成水平线，受电的动力装置（电动机）及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧，（电动机）及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧， 控制电路用垂直线绘制在图面的右侧，控制电路用垂直线绘制在图面的右侧，原则：原则：同一电器的各元件采用同一文字符号表明。同一电器的各元件采用同一文字符号表明。所有电路元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受所有电路元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。外力作用时的状态

4、绘制。 循环运动的机械设备，在电气原理图上绘出工作循环图。循环运动的机械设备，在电气原理图上绘出工作循环图。 转换开关、行程开关等绘出动作程序及动作位置示意图表。转换开关、行程开关等绘出动作程序及动作位置示意图表。由若干元件组成具有特定功能的环节，用虚线框括起来，并标注由若干元件组成具有特定功能的环节，用虚线框括起来，并标注 出环节的主要作用，如速度调节器、电流继电器等。出环节的主要作用，如速度调节器、电流继电器等。电路和元件完全相同并重复出现的环节，可以只绘出其中一个环电路和元件完全相同并重复出现的环节，可以只绘出其中一个环 节的完整电路，其余的可用虚线框表示，并标明该环节的文字号或节的完整

5、电路，其余的可用虚线框表示，并标明该环节的文字号或环节的名称。环节的名称。二、图面区域的划分 图面分区时，竖边从上到下用拉丁字母表示，横边从左到右用阿拉伯数字分别编号。分区代号用该区域的字母和数字表示，如B3、C5。三、符号位置的索引符号位置的索引，用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号的组成如下所示。o在电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点的从属关系，应用附图表示。即在原理图中相应线圈的下方，给出触点的图形符号，并在其下面注明相应触点的索引代号，对未使用的触点用“”表明。有时也可采用省去触点图形符号的表示法，如图2-1图区8中KM线圈和图区9中KA线圈下方的是接触器KM和继电器KA相

6、应触点的位置索引。四、电气原理图中技术数据的标注电器元件的技术数据，除在电器元件明细表中标明外，有时也可用小号字体注在其图形符号的旁边，如图2-1图区5热继电器FR的动作电流值范围为4.57.2A，整定值为6.8A。图2-2中标注的1.5mm2 、lmm2等字样表明该导线的截面积。 2.1.3 2.1.3 电器元件布置图电器元件布置图机床电器元件布置图主要由机床电气设备布置图、控制柜及控制板电气机床电器元件布置图主要由机床电气设备布置图、控制柜及控制板电气设备布置图，操纵台及悬挂操纵箱电气设备布置图等组成。设备布置图，操纵台及悬挂操纵箱电气设备布置图等组成。2.1.4 2.1.4 电气安装接线

7、图电气安装接线图在图中要表示出各电气设备之间的实际接线情况，并标注出外部接线所在图中要表示出各电气设备之间的实际接线情况，并标注出外部接线所需的数据。在接线图中各电器元件的文字符号、元件连接顺序、线需的数据。在接线图中各电器元件的文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致。路号码编制都必须与电气原理图一致。图图2-22-2是根据图是根据图2-12-1电气原理图绘制的接线图。电气原理图绘制的接线图。知识点提醒：知识点提醒：1原理图一般分主电路和辅助电路两部分画出：主原理图一般分主电路和辅助电路两部分画出：主电路就是从电源到电动机绕组的大电流通过的路径。电路就是从电源到电动机绕组的

8、大电流通过的路径。辅助电路包括控制回路、照明电路、信号电路及保护辅助电路包括控制回路、照明电路、信号电路及保护电路等电路等 2在原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而在原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准来画，文字符号也要符合国采用国家规定的统一标准来画，文字符号也要符合国家标准。属于同一电器的线圈和触点，都要用同一个家标准。属于同一电器的线圈和触点，都要用同一个文字符号表示。当使用相同类型电器时，可在文字符文字符号表示。当使用相同类型电器时，可在文字符号后加注阿拉伯数字序号来区分。号后加注阿拉伯数字序号来区分。2.2 三相异步电动机的启动控制线路三相异步电动机的启

9、动控制线路 以三相感应电动机为例，其启动方式包括全压以三相感应电动机为例，其启动方式包括全压直接启动和减压启动两种方式。较大容量（大于直接启动和减压启动两种方式。较大容量（大于10kW）的电动机，因启动电流较大（可达额定电）的电动机，因启动电流较大（可达额定电流的流的47倍），一般采用减压启动方式来降低启动倍），一般采用减压启动方式来降低启动电流。电流。 2.2.1 直接启动控制线路直接启动控制线路一、单向全电压启动控制一、单向全电压启动控制电动机容量在电动机容量在10kW10kW以下者，一般采用全电压直接启动方式来启动。普通机床上以下者，一般采用全电压直接启动方式来启动。普通机床上的冷却泵、

10、小型台钻和砂轮机等小容量电动机可直接用开关启动，如图的冷却泵、小型台钻和砂轮机等小容量电动机可直接用开关启动，如图2-32-3（a a）所示。）所示。如图如图2-32-3（b b）所示为采用接触器直接启动的电动机单向全电压启动控制线路，）所示为采用接触器直接启动的电动机单向全电压启动控制线路，主电路由刀开关主电路由刀开关QSQS、熔断器、熔断器FUFU、接触器、接触器KMKM的主触点、热继电器的主触点、热继电器FRFR的热元件的热元件与电动机与电动机M M组成。组成。图2-3 单向全电压启动控制线路o知识点提醒：o图2-3所示电路保护环节有：o1短路保护。由熔断器FU1、FU2分别实现主电路和

11、控制电路的短路保护。为扩大保护范围，在电路中熔断器应安装在靠近电源端，通常安装在电源开关下面。o2过载保护。由于熔断器具有反时限保护特性和分散性，难以实现电动机长期过载保护，为此采用热继电器FR实现电动机的长期过载保护。当电动机长期过载时，串接在电动机定子电路中的双金属片因过热变形，致使其串接在控制电路中的热继电器FR常闭触头打开，切断KM线圈电路，电动机停止运转，实现过载保护。o 3欠压和失压保护。当电源电压由于某种原因严重欠压或失压时，接触器电磁吸力急剧下降或消失，衔铁释放，自锁触头断开，电动机停止运转。而当电源电压恢复正常时，电动机不会自行启动运转，避免事故发生。o 二、点动控制o 所谓

12、点动，即按下按钮时电动机转动工作，松开按钮时电动机停止工作。点动控制多用于机床刀架、横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合。图2-4列出了实现点动控制的几种常见控制线路。o 图2-4（a）是基本的点动控制线路。图2-4（b）是带手动开关SA的点动控制线路，图2-4（c）增加一个点动用的复合按钮SB3，点动时用其常闭触点断开接触器KM的自锁触点，实现点动控制。连续控制时，可按启动按钮SB2。图2-4（d）是用中间继电器实现点动的控制线路。o 三、多点控制o 大型机床为了操作方便，常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作。实现多点控制的控制线路，如图2-5（a）所示，即在各操作地点各安装一套按钮，

13、其接线原则是各按钮的常开触点并联连接，常闭触点串联连接。图2-5 多点控制线路o 2.2.2 减压启动控制线路o 降压启动，就是启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，当电动机启动到接近额定转速时，再将电压恢复到额定值。对容量较大（大于10kW）的笼型异步电动机，一般都采用降压启动的方式启动。机床中最常见的降压启动有定子串电阻降压启动、星三角降压启动、自耦变压器减压启动控制线路等。o 一、定子串电阻降压启动控制电路o 如图2-6所示为定子串电阻降压启动的控制电路。o 图2-6（a）的工作原理： 合上电源开关QS，按下启动按钮SB2，KM1得电吸合并自锁，电动机M串电阻启动，同时时间继电器KT得电

14、，经延时，KM2得电动作，KM2主触头闭合，将主电路电阻R短路，电动机全压运行。该电路中，在电动机正常运行期间，接触器KM1、时间继电器KT一直处于有电状态，这是不经济的。为了减少电器不必要的通电时间，延长其使用寿命，此电路可改为如图2-6（b）形式。图2-6 定子串电阻降压启动控制电路o 二、星形三角形减压启动控制线路o 凡是正常运行时定子绕组接成三角形的三相异步电动机，都可采用星形三角形减压启动方法。启动时，定子绕组首先接成星形，启动电压为三角形直接启动电压的，启动电流为三角形直接启动电流的。经一段延时后，待转速上升到接近额定转速时再接成三角形。 如图2-7所示为容量在13kW以上的电动机

15、所采用的由三个接触器换接的星形三角形减压启动控制线路。图2-7 三个接触器组成的星形三角形减压启动控制线路 o 容量在13kW以下的电动机，可采用图2-8所示由两个接触器换接的星形三角形减压启动器控制线路。其工作原理与图2-7基本相同，星形三角形的换接是由接触器KM2来实现的，启动过程可自行分析。图2-8 两个接触器换接的星形三角形减压启动器控制线路o 三、自耦变压器减压启动控制线路o对于容量较大的正常运行时定子绕组接成星形的笼形异步电动机，可采用自耦变压器降低电动机的启动电压。如图2-9所示为自耦变压器减压启动控制线路。图2-9 自耦变压器减压启动控制线路 o 2.3 三相异步电动机的正、反

16、转控制线路o 一、电动机“正停反”控制线路o 如图2-10（a）所示的控制线路中，两个接触器的常闭触点KM1、KM2起互锁作用，即当一个接触器通电时，其常闭触点断开，使另一个接触器线圈不能通电。因此在做电动机的换向操作时，必须先按停止按钮SB1才能反方向启动，故常称为“正停反”控制线路。图2-10 三相异步电动机的正反转控制线路o 二、电动机“正反停”控制线路o控制线路如图2-10（b）所示。当按下SB2（或SB3）时，首先是按钮的常闭触点断开使KM2（或KM1）断电释放，然后是按钮的常开触点闭合使KM1（或KM2）通电吸合，电动机反方向运转。本电路由于电动机运转时可按反转启动按钮直接换向，常

17、称为“正反停”控制线路。o 2.3.2 正、反转行程控制线路o 一、单台电动机行程控制线路o如图2-11所示为利用行程开关实现的电动机正反转自动循环控制线路，机床工作台的往返循环由电动机驱动，当运动到达一定的行程位置时，利用挡块压行程开关（替代了人按按钮）来实现电动机正反转的。图2-11 单台电动机行程控制线路o 二、两台电动机行程控制线路o 如图2-12所示为两个动力头的行程控制线路，它是由行程开关来实现动力头往复运动的。图2-12 两台电动机行程控制线路o2.3.3 双速电动机的高低速控制线路o采用双速电动机能简化齿轮传动的变速箱，在车床、磨床、键床等机床中应用很多。双速电动机是通过改变定

18、子绕组接线的方法，以获得两个同步转速。电流方向如图2-13（a）中虚线箭头所示，磁场具有四个极（即两对极），电动机为低速。电流方向如图2-13（b）中实线箭头所示，磁场变为两个极（即一对极），电动机为高速。图2-13 4/2极双速电动机定子绕组接线示意图o 如图2-14所示为双速电动机采用复合按钮连锁的高、低速直接转换的控制线路，按下低速启动按钮SB2，接触器KM1通电吸合，电动机定子绕组接成三角形，电动机以低速运转。若按下高速启动按钮SB3，则KM1断电释放，并接通KM2和KM3，电动机定子绕组接成双星形，电动机以高速运转。图2-14 双速电动机的控制线路o知识点提醒：o1在生产过程中，往往

19、要求电动机能实现正、反两个方向的转动。由三相异步电动机的工作原理可知，只要将电动机接到三相电源中的任意两根连线对调，即可使电动机反转。为此，需要用两只交流接触器就能实现这一要求。o2在正、反转控制线路中需要互锁控制。其定义可以设定为：在甲接触器线圈电路中串入乙接触器常闭触点，同理在乙接触器线圈电路中串入甲接触器常闭触点，使甲乙接触器不能同时通电。o 2.4 三相异步电动机的制动控制线路 制动方法一般分为机械制动和电气制动两大类。机械制动是用机械抱闸、液压制动器等机械装置制动。电气制动实质上是在电动机停车时产生一个与转子原来转动方向相反的制动转矩，迫使电动机迅速停车。下面介绍机床上常用的电气制动

20、控制线路，即能耗制动和反接制动。o2.4.1 能耗制动控制线路 能耗制动是在电动机按停止按钮切除三相电源的同时，定子绕组接通直流电源，产生静止磁场，利用转子感应电流与静止磁场的作用，产生电磁制动转矩而制动的。o 如图2-15所示为按能耗制动时间控制原则用时间继电器进行控制的单向能耗制动控制线路。图2-15 能耗制动时间控制原则用时间继电器进行控制的单向能耗制动控制线路如图2-16所示为按能耗制动速度原则用速度继电器控制的单向能耗制动控制线路。o 能耗制动的优点：是制动准确、平稳、能量消耗小。缺点是需要一套整流设备，故适用于要求制动平稳、准确和启动频繁的容量较大的电动机。o 2.4.2 反接制动

21、控制线路o 反接制动控制线路：反接制动是停车时利用改变电动机定子绕组中三相电源的相序，产生与转动方向相反的转矩而起制动作用的。o 如图2-17所示为电动机单向反接制动控制线路。图2-17 电动机单向反接制动控制线路 o知识点提醒：o 1速度继电器的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10003900r/min。由速度继电器的正转和反转切换触点的动作来反映电动机转向和速度的变化。速度继电器常用于对电动机的反接制动。o 2制动方法一般分为机械制动和电气制动两大类。常用的电气制动控制方法，即能耗制动和反接制动。 o 2.5 直流电动机控制线路o

22、2.5.1 直流电动机启动控制线路 如图2-18所示为直流电动机电枢串二级电阻按时间原则启动的控制电路。图2-18 直流电动机电枢串二级电阻按时间原则启动的控制电路o 2.5.2 直流电动机的正、反转控制线路o 直流电动机的转动方向是由电枢电流和励磁电流的磁场相互作用来确定的。因此，改变直流电动机转动方向的方法有改变电枢电流方向和改变励磁电流方向两种。o 如图2-19所示为改变电枢电压极性的直流电动机正反控制电路。图2-19 直流电动机正反转启动的控制电路o 2.5.3 直流电动机的制动控制线路o 直流电动机常用的电气制动方法有能耗制动和反接制动两种。o 直流电动机能耗制动方法是在维持电动机励

23、磁不变的情况下，将正在接通电源具有较高转速的电动机电枢绕组从电源上断开，使电动机变为发电动机，并与外加电阻连接成闭合回路，利用此电路产生的电流及转矩使电动机快速停车的方法。因为在制动过程中，是将拖动系统的动能转化为电能并以热形式消耗在电枢电路的电阻上，所以这种方法叫能耗制动。o 如图2-20所示为直流电动机单向旋转能耗制动控制电路，它是在图2-18的基础上增加制动控制电路而得到的。图2-20中KM4为制动接触器，KV为电压继电器。图2-20 直流电动机单向旋转能耗制动控制电路 o 2.5.4 电动机的保护环节o 电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压和欠压保护及弱磁保护等。一、

24、短路保护o常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。o 二、过载保护常用的过载保护元件是热继电器o 三、过电流保护过电流保护元件是过电流继电器。o 四、零电压和欠电压保护 对电网来说，若同时有许多电动机自行启动会引起不允许的过电流及瞬间电网电压的下降。这种为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行启动的保护叫做零压保护。 在电源电压降到允许值以下时，需要采用保护措施将电源切断，这就是欠电压保护。 o 如图2-21所示为是电动机常用保护的接线，熔断器FU做短路保护，热继电器做过载保护，过电流继电器K11、K12做过流保护，欠电压继电器KV做欠压保护。图2-21 电动机常用保护的接线o 五、弱磁保护 弱磁保护是通过电动机励磁回路串入欠电流继电器来实现的，在电动机运行中，如果励磁电流消失或降低过多，欠电流继电器就会释放，其触点切断主回路接触器线圈的电源，使电动机断电停车。o知识点提醒：o熟悉电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压和欠压保护，以及弱磁保护及所采用的电器元件等。o 技能训练1 三相电动机正、反转控制接线与调试o一、技能训练目的o二、技能训练线路及原理o三