数控机床常用低压电器概述

第一章数控机床常用低压电器1.1概述1.2接触器1.3继电器1.4低压断路器1.5熔断器与主令电器1.6电源变压器1.1概述电力拖动是用电动机来带动生产机械运动的方式。生产上广泛采用的控制系统为继电器－接触器控制系统，即用按钮开关、接触器、继电器等有触点电器组成。其优点是结构简单、价格低、维修方便；缺点是体积大、工作寿命低。用这类电器组成较复杂控制系统时，显得触点多，易出故障。1.1.1电器分类通常，凡是对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械均可称为电器。电器的用途广泛，功能多样，构造各异，种类繁多。一．按工作电压等级分类下一页1.1概述1．低压电器2．高压电器二．按操作方式的原理分类1．手动电器2．自动电器三．按用途分类1．低压配电电器2．低压控制电器四．按工作原理分类1．电磁式电器下一页上一页1.1概述2．非电量控制电器1.1.2低压电器的结构电磁式电器在低压电器中占有十分重要的地位，在数控机床电气控制系统中应用最为普遍。电磁式电器主要由电磁机构、触头系统和灭弧装置等组成。一．电磁机构电磁机构的主要作用是将电能量转换成机械能量，将电磁机构中吸引线圈的电流转换成电磁力，带动触头动作，完成通断电路的控制作用。下一页上一页1.1概述电磁机构由铁心、衔铁和线圈等几部分组成，其作用原理：当线圈中有工作电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，由连接机构带动相应的触头动作。二．触头系统触头的作用是接通或分断电路，因此要求触头要具有良好的接触性能，电流容量较小的电器常采用银质材料作触头，这是因为银的氧化膜电阻率与纯银相似，可以避免触头表面氧化膜电阻率增加而造成接触不良。下一页上一页1.1概述三．灭弧装置电器的动静触点在断开电路的瞬间，由于气体中少量正、负离子在电场强度作用下加速运动，与中性气体分子碰撞，使其发生游离。同时，触点金属内部的自由电子从阴极表面逸出奔向阳极，也撞击中性气体分子，也使其激励和游离，这些离子在电场中定向运动时伴随着强烈的热过程，致使在电流通道内形成等离子体，并伴有强烈的声、光和热效应的弧光现象，即为电弧。

下一页上一页1.1概述低压控制电器常用的具体灭弧方法有：1．机械灭弧机械灭弧是通过机械装置将电弧迅速拉长。这种方法多用于开关电器中。2．磁吹灭弧如图1-3所示是磁吹灭弧装置示意图。3．窄缝（纵缝）灭弧法如图1-4所示是利用灭弧罩上的窄缝实现灭弧的装置。下一页上一页1.1概述当触点断开时，电弧在电动力的作用下进入窄缝内，窄缝可将电弧柱的直径压缩，使电弧与缝壁紧密接触，加快冷却和去游离作用，从而使电弧加快熄灭。4．栅片灭弧法如图1-5所示是栅片灭弧示意图。由灭弧栅片（由多片镀铜薄钢片组成）、绝缘夹板等组成。返回上一页1.2接触器接触器是一种低压自动切换、并具有控制与保护作用的电磁式电器。它可以用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机），并可实现远距离控制，主要用来控制电动机，也可控制电容器、电阻炉和照明器具等电力负载。一．接触器的主要技术参数1．额定电压。接触器铭牌上标注的额定电压是指主触点的额定电压。常用的额定电压等级如表1-1所示。2．额定电流。接触器铭牌上标注的额定电流是指主触点的额定电流。常用的额定电流等级如表1-1所示。下一页1.2接触器3．线圈的额定电压。常用的额定电压等级如表1-2所示。4．接通和分断能力。指主触点在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接触器接通时主触点不应发生熔焊；接触器分断时主触点不应发生长时间的燃弧。接触器的使用类别代号通常标注在产品的铭牌或工作手册中。表中要求接触器主触点达到的接通和分断能力为：（1）AC1和DC1类允许接通和分断额定电流；（2）AC2、DC3和DC5类允许接通和分断4倍额定电流；（3）AC3类允许接通6倍额定电流和分断额定电流；（4）AC4类允许接通和分断6倍额定电流；（5）额定操作频率。下一页上一页1.2接触触器二．接触器的的型号含义1．直流接触触器型号的含含义如图1-9所示为直流接接触器型号的的含义。2．交流接触触器型号的含含义如图1-10所示为交流接接触器型号的的含义。三．交流接触触器的选择选用接触器时时应从其工作作条件出发，，主要考虑下下列因素。1．控制交流流负载应选用用交流接触器器；控制直流流负载应选用用直流接触器器。2．接触器的的使用类别应应与负载性质质相一致。下一页上一页1.2接触触器3．主触头的的额定工作电电压应大于或或等于负载电电路的电压。。4．主触头的的额定工作电电流应大于或或等于负载电电路的电流。。5．吸引线圈圈的额定电压压应与控制回回路电压相一一致，接触器器在线圈额定定电压85％％及以上时应应能可靠地吸吸合。四．接触器使使用中的注意意事项交流励磁的交交流接触器在在使用中应注注意以下几个个方面：1．励磁线圈圈电压应为85%～105%UN。。下一页上一页1.2接触触器2．铁心衔铁铁上短路环应应完好。3．衔铁、触触点支持件等等活动部件动动作应灵活。。4．铁心、衔衔铁端面接触触良好、无异异物。5．触点表面面接触良好，，有一定的超超程和接触压压力。6．操作频率率应在允许范范围内。返回上一页1.3继电电器继电器是一种种根据输入信信号的变化接接通或断开控控制电路，实实现控制目的的电器。继电电器的输入信信号可以是电电流、电压等等电量，也可可以是温度、、速度、压力力等非电量，，输出为相应应的触点动作作继电器的种类类很多，按输输入信号的性性质分为电压压继电器、电电流继电器、、时间继电器器、温度继电电器、速度继继电器、中间间继电器、压压力继电器等等。一．电磁式继继电器电磁式继电器器是应用最多多的一种继电电器，其结构构和工作原理理与电磁式接接触器相似，，也是由电磁磁机构、触点点系统和释放放弹簧等部分分组成。下一页1.3继电电器由于继电器是是用于切换小小电流的控制制电路和保护护电路，触点点的容量较小小，不需要灭灭弧装置。如如图1-11所示为电磁式式继电器的外外形图。1．电磁式继继电器的种类类电磁式继电器器按吸引线圈圈电流种类不不同有交流和和直流电磁式式继电器两种种。按反应参参数可分为电电压继电器和和电流继电器器。（1）电流继继电器根据输入（线线圈）电流大大小而动作的的继电器称为为电流继电器器。它的线圈圈串联在被测测量的电路中中，以反应电电路电流的变变化。下一页上一页1.3继电电器（2）电压继继电器根据输入电压压大小而动作作的继电器称称为电压继电电器。它的结结构与电流继继电器相似，，不同的是电电压继电器线线圈并联在被被测量的电路路的两端，以以反应电路电电压的变化，，可作为电路路的过电压或或欠电压保护护。（3）中间继继电器中间继电器实实质上是电压压继电器的一一种，但它触触点多（多至至六对或更多多），触点电电流容量大（（额定电流5～10A）），动作灵敏敏（动作时间间不大于0.05s）。。下一页上一页1.3继电电器中间继电器的的作用是将一一个输入信号号变成多个输输出信号或将将信号放大的的继电器。它它主要依据被被控制电路的的电压等级，，触点的数量量、种类及容容量来选用。。①线圈电流的的种类和电压压等级应与控控制电路一致致。如数控机机床的控制电电路采用直流流24V供电电，则继电器器应选择线圈圈额定电压为为24V的直直流继电器。。②按控制电路路的要求选择择触点的类型型（是常开还还是常闭）和和数量。③继电器的的触点额定定电压应大大于或等于于被控制回回路的电压压。下一页上一页1.3继继电器器④继电器器的触点点电流应应大于或或等于被被控制回回路的额额定电流流，若是是电感性性负载，，则应降降低到额额定电流流50%以下使使用。2．电磁磁式继电电器动作作值的整整定方法法电磁式继继电器的的吸合值值与释放放值的整整定方法法有以下下几种：：（1）吸吸合动作作值整定定①调整释释放弹簧簧松紧程程度。将将释放弹弹簧调紧紧了，反反作用力力增大，，吸合动动作值提提高，反反之减少少。②改变铁铁心与衔衔铁之间间的初始始气隙。。在反作作用弹簧簧力和非非磁性垫垫片厚度度不变的的情况下下，初始始气隙越越大，吸吸合动作作值也越越大，反反之就小小。下一页上一页1.3继继电器器（2）调调整释放放值①调整释释放弹簧簧的松紧紧程度。。释放弹弹簧调的的越紧，，释放值值也越大大，反之之越小。。②改变铁铁心与衔衔铁之间间的初始始气隙。。在反作作用弹簧簧力和非非磁性垫垫片厚度度不变的的情况下下，初始始气隙越越大，吸吸合动作作值也越越大，反反之就小小。2．电磁磁式继电电器主要要技术参参数二．时间间继电器器时间继电电器是一一种在接接受或去去除外界界信号后后，用来来实现触触点延时时接通或或断开的的控制电电器。下一页上一页1.3继继电器器时间继电电器按延延时方式式可分为为通电延延时型和和断电延延时型两两种。1．空气气阻尼式式时间继继电器空气阻尼尼式时间间继电器器由电磁磁系统、、延时机机构和触触点系统统三部分分组成。。它是利利用空气气阻尼原原理获得得延时的的，其结结构示意意图与动动作原理理如图1-14所示。2．晶体体管式时时间继电电器晶体管式式时间继继电器也也称为半半导体式式时间继继电器。。它是应应用RC电路充充电时，，电容器器上的电电压逐步步升高的的原理作作为延时时的基础础。下一页上一页1.3继继电器器3．时间间继电器器的选用用原则每一种时时间继电电器都有有其各自自的特点点，应根根据电路路工作性性能要求求进行合合理选用用，以充充分发挥挥它们的的优点。。因此，，在选用用时应从从以下几几个方面面进行考考虑：（1）确确定延时时方式，，使更方方便于组组成控制制电路。。（2）根根据延时时精度要要求选用用适当的的时间继继电器。。（3）考考虑电源源参数变变化及工工作环境境温度变变化对延延时精度度的影响响。（4）操操作频率率高是否否影响其其延时动动作的失失调。下一页上一页1.3继继电器器（5）时时间继电电器动作作后，其其复位时时间的长长短。（6）时时间继电电器的延延时范围围。（7）电电路励磁磁电流的的性能。。三．热继继电器热继电器器是一种种利用电电流的热热效应时时触电动动作的保保护电器器。常用用于电动动机的长长期过载载保护。。1．热继继电器的的结构及及工作原原理热继电器器基本结结构由热热元件（（电阻丝丝）、双双金属片片、触点点系统、、动作机机构、复复位按钮钮、整定定电流装装置和温温升补偿偿元件等等部分组组成，如如图1-17所示。下一页上一页1.3继继电器器2．热继继电器的的主要技技术参数数及常用用型号热继电器器的主要要技术参参数有热热继电器器额定电电流、相相数，热热元件额额定电流流，整定定电流及及调节范范围等。。热继电器器的额定定电流是是指热继继电器中中，可以以安装的的热元件件的最大大整定电电流值。。热元件的的额定电电流是指指热元件件的最大大整定电电流值。。3．热继继电器的的选择热继电器器选用是是否得当当，直接接影响着着对电动动机进行行过载保保护的可可靠性。。通常选选用时应应按电动动机形式式、工作作环境、、启动情情况及负负荷情况况等几方方面综合合加以考考虑。下一页上一页1.3继继电器器（1）原原则上热热继电器器的额定定电流应应按电动动机的额额定电流流选择。。（2）在在不频繁繁启动场场合，要要保证热热继电器器在电动动机的启启动过程程中不产产生误动动作。（3）当当电动机机为重复复短时工工作时，，首先注注意确定定热继电电器的允允许操作作频率。。四．速度度继电器器速度继电电器根据据电磁感感应原理理制成，，用来在在三相交交流异步步电动机机反接制制动转速速过零时时，自动动切除反反相序电电源，起起到对电电动机的的反接制制动控制制，也称称为反接接制动继继电器。。如图1-19所示为速速度继电电器的结结构原理理图。下一页上一页1.3继继电器器五．固态态继电器器固态继电电器（SolidStateRelay）简简称SSR，是是上世纪纪70年年代中后后期发展展起来的的一种新新型无触触点继电电器。1．固态态继电器器的分类类固态继电电器是一一种具有有两个输输入端和和两个输输出端的的一种四四端器件件，按输输出端负负载电源源类型可可分为直直流型和和交流型型两类。。2．固态态继电器器主要技技术数据据3．固态态继电器器的使用用返回上一页1.4低低压断断路器低压断路路器是将将控制电电器和保保护电器器的功能能合为一一体的电电器。低压断路路器的主主要参数数有：额额定电压压、额定定电流、、极数、、脱扣器器类型及及其额定定电流、、整定范范围、电电磁脱扣扣器整定定范围、、主触点点的分断断能力等等。目前，数数控机床床常用的的低压断断路器有有塑料外外壳式断断路器和和小型断断路器。。一．塑料料外壳式式断路器器塑料外壳壳式断路路器由手手柄、操操作机构构、脱扣扣装置、、灭弧装装置及触触头系统统等组成成，均安安装在塑塑料外壳壳内组成成一体。。下一页1.4低低压断断路器二．小型型断路器器小型断路路器主要要用于照照明配电电系统和和控制回回路。外外形如图1-25所示，如如图1-26所示为断断路器图图形及文文字符号号。三．低压压断路器器的选择择1．低压压断路器器的额定定电流和和额定电电压应大大于或等等于线路路、设备备的正常常工作电电压和工工作电流流。2．低压压断路器器的极限限通断能能力应大大于或等等于电路路的最大大短路电电流。3．欠电电压脱扣扣器的额额定电压压等于线线路的额额定电压压。4．过电电流脱扣扣器的额额定电流流应大于于或等于于线路的的最大负负载电流流。返回上一页1.5熔熔断器器与主令令电器一．熔断断器熔断器是是一种广广泛应用用的最简简单的有有效的保保护电器器。在使使用时，，熔断器器串接在在所保护护的电路路中，当当电路发发生短路路或严重重过载时时，它的的熔体能能自动迅迅速熔断断，从而而切断电电路，使使导线和和电气设设备不致致损坏。。1．熔断断器主要要参数（1）额额定电压压。（2）额额定电流流。（3）极极限分断断能力。。下一页1.5熔熔断器器与主令令电器2．熔断断器的选选择选择熔断断器主要要是选择择熔断器器的类型型、额定定电压、、额定电电流及熔熔体的额额定电流流。（1）熔熔断器的的额定电电压应大大于或等等于线路路的工作作电压。。（2）熔熔断器的的额定电电流应大大于或等等于熔体体的额定定电流。。（3）熔熔体的额额定电流流的选择择：①用于保保护照明明或电热热设备的的熔断器器，因为为负载电电流比较较稳定，，所以熔熔体的额额定电流流应等于于或稍大大于负载载的额定定电流②用于保保护单台台长期工工作电动动机（即即供电支支线）的的熔断器器，考虑虑电动机机启动时时不应熔熔断下一页上一页1.5熔熔断器器与主令令电器③用于保保护频繁繁启动电电动机（（即供电电支线））的熔断断器，考考虑频繁繁启动时时发热,熔断断器也不不应熔断断④用于保保护多台台电动机机（即供供电干线线）的熔熔断器，，在出现现尖峰电电流时也也不应熔熔断。⑤为防止止发生越越级熔断断，上、、下级（（即供电电干、支支线）熔熔断器间间应有良良好的协协调配合合二．开关关1．闸刀刀开关（（胶盖刀刀开关））（1）文文字符号号：QS（2）图图形符号号如图1-31所示。下一页上一页1.5熔熔断器器与主令令电器（3）基基本结构构及动作作原理（4）主主要技术术参数①型号：：胶盖刀开开关即开开启式负负荷开关关，适用用于交流流50Hz，额额定电压压单相220V、三相相380V，额额定电流流至100A的的电路中中，作为为不频繁繁地接通通和分断断有负载载电路与与小容量量线路地地短路保保护之用用。②额定参参数：额额定电压压，额额定电流流。（5）刀刀开关的的选用刀开关的的额定电电压应等等于或大大于电路路额定电电压。下一页上一页1.5熔熔断器器与主令令电器2．组合合开关（1）文文字符号号：QS（2）图图形符号号如图1-36所示。（3）基基本结构构及动作作原理（4）主主要技术术参数①型号：：广泛应用用于电器器设备的的电源开开关、测测量三相相电压和和控制7.5kW以下下小容量量电动机机的直接接启动、、正反转转等不频频繁操作作的场合合。（1）控控制按钮钮下一页上一页1.5熔熔断器器与主令令电器按钮通常常用来接接通或断断开控制制电路（（其中电电流很小小），从从而控制制电动机机或其它它电器设设备的运运行，原原来就接接通的触触点，称称为常闭闭触点；；原来就就断开的的触点，，称为常常开触点点。（2）指指示灯指示灯用用来发出出下列型型式的信信息：指示：引引起操作作者注意意或指示示操作者者应该完完成某种种任务。。红、黄黄、绿和和蓝色通通常用于于这种方方式；确认：用用于确认认一种指指令、一一种状态态或情况况，或者者用于确确认一种种变化或或转换阶阶段的结结束。蓝蓝色和白白色通常常用于这这种方式式，某些些情况下下也可用用绿色。。下一页上一页1.5熔熔断器器与主令令电器（3）行行程开关关行程开开关是是用来来反映映工作作机械械的行行程发发布命命令以以控制制其运运动方方向或或行程程大小小的主主令电电器。。（4））接近近开关关接近开开关是是非接接触式式的监监测装装置，，当运运动着着的物物体接接近它它到一一定距距离范范围内内，就就能发发出信信号，，以控控制运运动物物体的的位置置或计计数。。（5））微动动开关关、脚脚踏开开关微动开开关是是具有有瞬时时动作作和微微小的的行程程，可可直接接由某某一定定的力力经过过一定定的行行程使使触头头速动动，从从而实实现电电路的的转换换的灵灵敏开开关。。返回上一页页1.6电电源变变压器器一．电电源电电器1．变变压器器变压器器是一一种将将某一一数值值的交交流电电压变变换成成频率率相同同但数数值不不同的的交流流电压压的静静止电电器。。（1））机床床控制制变压压器机床控控制变变压器器适用用于交交流50～～60Hz，输输入电电压不不超过过660V的电电路，，作为为各类类机床床、机机械设设备等等一般般电器器的控控制电电源、、步进进电机机驱动动器、、局部部照明明及指指示灯灯的电电源。。（2））三相相变压压器下一页页1.6电电源变变压器器现在普普遍采采用的的三相相交流流系统统中，，三相相电压压的变变换可可用三三台单单相变变压器器也可可用一一台三三相变变压器器，从从经济济性和和缩小小安装装体积积等方方面考考虑，，可优优先选选择三三相变变压器器。（3））变压压器的的选择择变压器器的选选择的的主要要依据据是变变压器器的额额定值值，根根据设设备的的需要要，变变压器器有标标准和和非标标准两两类。。以下下分别别是这这两类类变压压器的的选择择方法法。1）标标准变变压器器下一页页上一页页1.6电电源变变压器器2）非非标准准变压压器设计时时常常常需要要设计计者根根据要要求自自己制制定变变压器器的规规格，，这种种非标标准变变压器器的选选择方方法如如下①选择择初级级额定定电压压U1（如如380V,220V）），电电源频频率（（如50Hz）），次次级绕绕组电电压、、电流流及总总容量量，方方法与与标准准变压压器相相同。。②变压压器的的选用用除了了要满满足变变压比比之外外，还还要考考虑变变压器器性价价比，，优先先选用用变压压档输输出全全的变变压器器，以以达到到只用用一个个变压压器多多电压压档输输出，，能够够同时时满足足控制制电路路、照照明电电路、、标准准电器器等对对电压压大小小的不不同要要求，，这样样一方方面节节约成成本，，另一一方面面节省省了安安装空空间。。下一页页上一页页1.6电电源变变压器器2．直直流稳稳压电电源直流稳稳压电电源的的功能能是将将非稳稳定交交流电电源变变成稳稳定直直流电电源。。在数控控机床床系统统中，，需要要稳压压电源源给驱驱动器器、控控制单单元、、小直直流继继电器器、信信号指指示等等提供供直流流电源源，数数控机机床中中主要要使用用开关关电源源和一一体化化电源源。（1））开关关电源源开关电电源被被称作作高效效节能能电源源，因因为内内部电电路工工作在在高频频开关关状态态，所所以自自身消消耗的的能量量很低低，电电源效效率可可达80%左右右，比比普通通线性性稳压压电源源提高高近一一倍。。下一页页上一页页1.6电电源变变压器器（2））一体体化电电源一体化化电源源是采采用传传导冷冷却方方式的的AC/DC开开关电电源，，应用用于数数字电电路、、工业业仪表表、交交通运运输、、通讯讯设备备、工工控机机等大大型设设备及及科研研与实实验设设备，，作为为直流流供电电电源源。一一体化化电源源外形形如图1-58所示。。（3））电源源的选选择选择电电源时时需要要考虑虑的问问题主主要有有：电电源的的输出出功率率输出出路数数；电电源的的尺寸寸；电电源的的安装装方式式和安安装孔孔位；；电源源的冷冷却方方式；；电源源在系系统中中的位位置及及走线线；环环境温温度；；绝缘缘强度度；电电磁兼兼容；；环境境条件件。下一页页上一页页1.6电电源变变压器器①为了了提高高系统统的可可靠性性，建建议电电源工工作在在50%～～80%负负载为为佳，，即假假设所所用功功率为为20W，，应选选用输输出功功率为为25W～～40W的的电源源。②尽量量选用用厂家家的标标准电电源，，包括括标准准的尺尺寸和和输出出电压压。③所需需电源源的输输出电电压路路数越越多，，挑选选标准准电源源的机机会就就越小小，同同时增增加输输出电电压路路数会会带来来成本本的增增加，，目前前多电电路输输出的的电源源以三三路，，四路路输出出较为为常见见。④明确确输入入电压压范围围，以以交流流输入入为例例，常常用的的输入入电压压规格格有110V、