机床电气控制与PLC(电机)

1、机床(jchung)电气控制与PLC吴洪兵机床电气(dinq)部分共三十九页绪论(xln) 概述(i sh)机床的电气控制系统已经成为现代机床不可缺少的重要组成部分。在电气自动控制方面，现代化机床更是综合应用了许多先进科学技术成果。现今出现的各种机电一体化产品、数控机床、机器人、FMS等均是机床电气设备实现现代化的硕果。机床的运动以及工作循环的控制与操作等都离不开电器元件、电子元件与系统。机床的电气控制已成为现代机床不可缺少的重要组成部分。电气拖动方面。共三十九页绪论(xln) 电气自动控制方面。电机工作原理、特性。机床(jchung)继电器-接触器控制系统。机床电气控制电路设计。可编程序控制

2、器的基础知识。可编程控制器的编程方法及应用共三十九页绪论(xln) 机床(jchung)电气拖动与电气控制发展概况1.机床电气拖动的发展与分类从机电传动方面，经历了如下几个方面：成组拖动单独拖动多电机拖动直（交）流电动机的无级调速共三十九页绪论(xln) 2.机床(jchung)电气控制系统的发展与分类 逻辑控制系统按自动化程度的不同又可分为：手动控制自动控制继电器-接触器自动控制系统程序控制器数字控制器共三十九页绪论(xln) 2.机床电气控制系统的发展(fzhn)与分类 小型计算机控制系统微型计算机数控系统MNC（Microcomputer Numerical Control）MNC。AC

3、（自适应）工业机器人柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）CAD/CAM计算机集成生产系统（CIMS）共三十九页绪论(xln) 2.机床电气控制系统的发展(fzhn)与分类 (2)连续控制系统对物理量进行连续控制，又称模拟制造系统，具有负反馈的闭环控制系统。(3)混合控制系统。共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 电动机又可以分为:直流电动机(dngj)交流电动机步进电动机伺服电动机共三十九页三相(sn xin)异步电动机的结构图1端盖 2轴承 3机座 4定子绕组 5转子(zhun z) 6轴承 7端盖 8风扇 9风罩 10接线盒

4、 第1章 机床传动控制中的电动机 1.1 交流异步电动机的工作原理和运行特性1.1.1.异步电动机的工作原理及其机械特性共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.定子:异步电动机的定子是由基座、定子铁心和定子绕组三个部分组成。定子铁心：定子铁心是电动机磁路的组成部分，采用(ciyng)硅钢片叠压而成。定子绕组：定子绕组有成型硬绕组和散嵌软件绕组两种。机座：支撑和固定的作用。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 2.气隙：定子(dngz)铁心与转子铁心之间的间隙。3.转子:笼型电动机结构(a)笼型绕组;(b)转子外形共三十九页异步电动机的转子可分为两大类：

5、一种笼型转子，一种绕线转子。笼型转子由转子铁心、转子绕组(roz)及转轴等组成。转子铁心：转子铁心是电机磁路的一部分，用硅钢片叠压而成。转轴(zhunzhu)：转轴(zhunzhu)是支持转子铁心和输出转矩的零件。转子绕组：转子绕组有鼠笼型和绕线转子两种。第1章 机床传动控制中的电动机 共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.2 异步电动机的工作(gngzu)原理两极旋转磁场的形成共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.2 异步电动机的工作(gngzu)原理三相异步电动机工作原理简图

6、共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.2 异步电动机的工作(gngzu)原理三相异步电动机工作原理简图共三十九页转差率第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.3 异步电动机的铭牌(mngpi)商标：XXXX 三相异步电动机型号：Y-112M-4 出厂编号：XXXX 接线方式：功率：4.0kW 电压：380V 电流：8.7A频率：50HZ 转速：1440r/min 噪声值：74dB（A）工作制：S1 绝缘等级：B 防护等级：IP44质量：49kg 标准编号：ZBK22007-88 出厂日期

7、： 年 月 日 中华人民共和国 X X X X电机厂制造 共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.3 异步电动机的铭牌(mngpi)Y系列三相感应电动机铭牌 共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.3 异步电动机的铭牌(mngpi)1.型号：如Y-112M-42.额定值：(1)额定功率 指电动机在额定运行时，电机轴上输出的机械功率，单位为kW；(2)额定电压 指额定运行状态下加在电机定子绕组上的线电压单位为V；(3)额定电流 指电动机在定子绕组上施加额定电压、电机轴上输出额定功率时的线电流，单位为A。共三十九页第1章 机床(jchung)传

8、动控制中的电动机 1.1.3 异步电动机的铭牌(mngpi)(4)额定频率 我国规定工业用电的频率是50Hz，国外有些国家采用60Hz。(5)额定转速 指电动机定子加额定频率的额定电压、轴端输出额定功率时电动机的转速，单位为rmin。可以根据额定转速与额定频率计算出电动机的极数P和额定转差率SN。3.噪声值 指电动机在运行时的最大噪声。一般电动机功率越大，磁极数越少，额定转速越高，噪声越大。4.工作制式 指电动机允许工作的方式，共有S1S10十种工作制。其中，S1为连续工作制；S2为短时工作制；其他为不同周期或者非周期工作制。共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.

9、3 异步电动机的铭牌(mngpi)4.工作制式 指电动机允许工作的方式，共有S1S10十种工作制。其中，S1为连续工作制；S2为短时工作制；其他为不同周期或者非周期工作制。5.绝缘等级 绝缘等级与电动机内部的绝缘材料有关。它与电动机允许工作的最高温度有关，共分A、E、D、F、H五种等级。其中A级最低，H级最高。在环境温度额定为40时, A级允许的最高温度为65，H级允许的最高温度为130。共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.3 异步电动机的铭牌(mngpi)6.连接方法 有Y/两种方式。请注意有些电动机只能固定一种接法，有些电动机可以两种切换工作。但是要注意工作

10、电压，防止错误接线烧坏电动机。高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用丫接线，只有三根引出线。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来。 共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.3 异步电动机的铭牌(mngpi)共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.3 异步电动机的铭牌(mngpi)7.防护等级 IP为防护代号，第一位数字(06)规定了电动机防护体的等级标准。第二位数字(08)规定了电动机防水的等级标淮。如IP00为无防护，数字越大，防护等级越高。 8.其他 对于绕线转子电动机还必须标明转子绕组接法、转子额定电

11、动势及转子额定电流；有些还标明了电动机的转子电阻；有些特殊电动机还标明了冷却方式等。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.4 异步电动机的机械(jxi)特性在异步电动机中，电动机电磁转矩T与转差率s的关系Tf(s)通常叫做T-s曲线。为了符合习惯画法。可将T-s曲线转换成转速n与转矩T之间的关系曲线nf(T)，称为异步电动机的机械特性。分为固有机械特性和人为机械特性。1.固有机械特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有(自然)机械特性。共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机

12、 1.1.4 异步电动机的机械(jxi)特性曲线1为正相序时的固有机械特性；曲线2为负相序时的曲线。共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.4 异步电动机的机械(jxi)特性(1)在0sl，即0nn0的范围内特性在第一象限，电磁转矩T与转速n都为正，电动机工作在电动状态，电动机轴输出机械功率(2)在s0范围内，nn0，特性在第二象限，电磁转矩T0为负值，工作在发电状态，电动机的轴机械功率转化为电能。(3)在s1范围内，n0，特性在第四象限。T0，电动机处于一种制动状态。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.4 异步电动机的机械(jxi)特

13、性1)T0，nn0，s=0，电动机处于理想空载转速(同步转速)n0。实际上由于摩擦力矩的存在，电动机的理想空载转速只是一个理论值，对应图中的a点。2)TTN(电动机输出额定转矩)，n=nN，s=sN为电动机额定工作点，对应图中的b点。3)TTmax (电动机最大转矩)，nnm（临界速度），ssm (临界转差率)，为电动机的临界工作点，当电动机的负载转矩超过此点时。电动机的输出转矩将会急剧下降，转速也会随之下降，甚至造成堵转，对应图中的c点。 4)TTst (电动机起动转矩)，n0，s=1，为电动机的起动工作点，对应图中的d点。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.4

14、 异步电动机的机械(jxi)特性2.人为机械特性 异步电动机的机械特性除与电动机的参数有关外，还与外加定子电压、定子电源频率、定子或者转子电路中串入的电阻或电抗等有关，将这些参数人为地加以改变而获得的机械特性称为异步电动机的人为机械特性。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.4 异步电动机的机械(jxi)特性(1)降低电源电压时的人为机械特性 电压愈低，人为机械特性曲线愈往左移。如果电压降低太多，会大大降低电动机的过载能力与起动转矩。甚至使电动机发生堵转或者根本不能起动的现象。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.4 异步电动机的机械(j

15、xi)特性(2)定子电路接入电阻或电抗时的人为机械特性 在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低，这种情况下的人为特性与降低电源电压时相似。串入电阻或电抗后的最大转矩Tmax要比直接降低电源电压时的最大转矩Tmax大一些。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.4 异步电动机的机械(jxi)特性(3)改变定子电源频率时的人为机械特性 改变定子电源频率对三相异步电动机机械特性的影响是比较复杂，一般变频调速采用恒转矩调速。 共三十九页第1章 机床传动(chundng)控制中的电动机 1.1.4 异步

16、电动机的机械(jxi)特性(4)转子电路串电阻时的人为机械特性 在三相绕线转子异步电动机的转子电路中串入电阻后的机械特性。电阻的串入对理想空载转速n0、最大转矩Tmax没有影响，但临界转差率sm则随着电阻的增加而增大。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.5 异步电动机的一般(ybn)调速方法调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。三相异步电动机的调速方法有很多，其转速表达式：共三十九页1.变频(bin pn)调速变频装置由整流器和逆变器组成(z chn):整流器：将50HZ的三相交流电直流电。逆变器：将直流电频率，电压可调的交流电。第1章 机床

17、传动控制中的电动机 2.变极调速此调速方法不平滑，是有级调速的。3.变转差率调速只要串接电阻，电阻增大，转差率上升，则转速下降。特点：设备简单、投资少，但能耗大，适用于起重设备中。共三十九页第1章 机床(jchung)传动控制中的电动机 1.1.5 异步电动机的一般(ybn)调速方法调速方法磁极对数p改变定子频率调节转差率s调速根据改变电动机极对数pPWM变频（变f/U）改变定子输入交流电压值改变转子串接电阻值改变逆变器逆变角，调节转差电压调速类别有极无极无极有极，调速平滑性差调速范围小小时可做到无极平滑调速调速范围25/50/100（%额定）1000（%额定）10080（%额定）10050（

18、%额定）10050（%额定）调速精度高最高一般一般高节能效果高效最高效低效低效高效功率因数良优良良差动态响应快最快快差较快控制装置简单复杂较简单简单较复杂初投资低最高较低低中电网干扰无有大无较大维护保养最易教易易易较难装置故障处理方法停车处理不停车，投工频不停车，投工频停车处理停车处理适用范围在几挡速度下恒速运行的场合长期低速运行，起停频繁或调速范围较大的场合长期在高调速范围内调速运行的小容量异步电动机调速范围不大，硬度要求不高场合的绕线转子电动机调速范围不大，单象限运行，对动态性能要求不高的绕线转子电动机共三十九页谢谢(xi xie)共三十九页内容摘要机床电气控制与PLC。从机电传动方面，经历了