数控机床强电控制电路

第五讲

数控机床强电控制电路在这一讲，我们一起学习机床常用低压电器的工作原理机床强电控制系统的基本环节一、机床常用低压电器的工作原理1.开关电器1）组合开关组合开关又称转换开关，实质上也是一种刀开关，主要用作电源的引入开关。与普通刀开关不同的是，组合开关的刀片是旋转式的，比刀开关轻巧，是一种多触点，多位置，可控制多个回路的电器。

①组合开关的结构组成和工作原理组合开关由动触点、静触点、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。根据动触片和静触片的不同组合，组合开关有多种接线方式，其结构示意图及外形图如图2.5所示。②组合开关的主要技术参数和电气符号组合开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、极数等。组合开关一般有单极、双极和三极。图2.5组合开关的结构示意图、组合开关的图形符号及外形照片2）低压断路器低压断路器又称自动空气开关，它不但能用于正常工作时不频繁接通和断开的电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。因此，低压断路器在机床上使用得越来越广泛。机床上常用的低压断路器有DZ10、DZ5-20和DZ5-50系列。①低压断路器的结构组成和工作原理低压断路器主要由触点系统、操作机构和脱扣器等部分组成。图2.7所示为低压断路器的结构示意图。开关的主触头是靠操作机构手动或电动合闸的，并由自动脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。如果电路发生故障，自由脱扣机构在有关脱扣器的推动下动作，使钩子脱开。于是主触头在弹簧作用下迅速分断。图2.7低压断路器工作原理过流脱扣器5的线圈和热脱扣器6的热元件与主电路串联，欠压脱扣器7的线圈与电路并联。当电路发生短路或严重过载时，过流脱扣器的衔铁被吸合，使自由脱扣机构4动作。当电路过载时，热脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路电压过低时，欠压脱扣器7的衔铁释放，也使自由脱扣机构动作。②低压断路器的主要技术参数和电气符号

a)额定电压低压断路器额定电压包括额定工作电压，额定绝缘电压和额定脉冲电压。b)额定电流断路器额定电流指额定持续电流，即脱扣器能长期通过的电流。c)通断能力通断能力也称作额定短路通断能力，指断路器在给定电压下接通和分断的最大电流值。d)分断能力分断能力指切断故障电流所需要的时间，包括固有的断开时间和燃弧时间。低压断路器型号繁多、品种复杂，按其用途和结构形式分为框架式和塑壳式两大类。低压断路器的图型符号和文字符号如图2.8所示。图2.8低压断路器的图形符号和文字符号2.主令电器自动控制系统中用于发送控制指令的电器称为主令电器。常用的主令电器有控制按钮开关、行程开关、接近开关等。1）按钮开关按钮开关通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关，通常用于控制电路中发出起动或停止等指令，再通过接触器、继电器来控制电器接通或断开主电路。按钮开关的结构组成和工作原理按钮开关是由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、静触头和外壳组成。通常制成具有常开触头和常闭触头的复合结构，其结构示意图如2.9所示。图2.9按钮结构示意图,按钮的图形及外形照片按钮的结构形式很多。紧急式按钮装有突出的蘑茹形钮帽，用于紧急操作；旋钮式按钮用于旋转操作；指示灯式按钮在透明的钮帽内装有信号灯显示信号；钥匙式按钮须插入钥匙方可操作。按钮帽有多种颜色，一般红色用作停止按钮，绿色用作起动按钮。2）行程开关关行程开关又称称限位开关，，是根据运动动部件位置而而切换电路的的自动控制电电器。动作时，由挡挡块与行程开开关的滚轮相相碰撞，使触触头接通或断断开来控制运运动部件的运运动方向、行行程大小或位位置保护。行行程开关种类类很多，按结结构可分为直直动式、滚动动式和微动式式。机床上常常使用微动式式行程开关。。如图2.11所示，为为微动式行程程开关的结构构示意图。图2.11微微动式行行程开关图图2.12行程开开关的图形符符号和文字符符号3）接近开关关接近开关又称称无触点行程程开关。当运动着的的物体在一一定范围内内与之接近近时，接近近开关就会会发生物体体接近而““动作”的的信号，以以不直接接接触方式控控制运动物物体的位置置。接近开关按按工作原理理来区分，，有高频振振荡型、电电容型、感感应电桥型型、永久磁磁铁型、霍霍尔效应型型等多种，，其中以高高频振荡型型最为常用用。高频振振荡型接近近开关的电电路由振荡荡器、晶体体管放大器器和输出电电路三部分分组成。其其基本原理理是：当装装在运动部部件上的金金属物体接接近高频振振荡器的线线圈L时，，由于该物物体内部产产生涡流损损耗，使振振荡回路等等效电阻增增大，能量量损耗增加加，使振荡荡器减弱直直至终止,开关输出出控制信号号。接近开关应应根据其使使用目的、、使用场所所的条件以以及与控制制装置的相相互关系等等来选择。。检测距离离也称为动动作距离，，是接近开开关刚好动动作时感辨辨头与检测测体之间的的距离。如如图3.13所示。。接近开关关多为三线线制。三线线制接近开开关有二根根电源线（（通常为24V）和和一根输出出线。输出出有常开、、常闭两种种状态。图3.13接近近开关的检检测距离、、接近近开关的图图形符号和和文字符号号接近开关具具有工作稳稳定可靠、、使用寿命命长、重复复定位精度度高、操作作频率高等等优点，其其主要参数数有：工作作电压、输输出电流、、动作距离离、重复精精度及工作作响应频率率等。3.交流接接触器接触器是一一种用来频频繁地接通通或分断带带有负载（（如电动机机）的主电电路自动控控制电器。。接触器按其其主触头通通过电流的的种类不同同，分为交交流、直流流两种，机机床上应用用最多的是是交流接触触器，下面面我们仅介介绍交流接接触器。1）交流接接触器的结结构和工作作原理交流接触器器的外形与与结构组成成如图2.17所示示，它由电电磁机构、、触头系统统、灭弧装装置及其他他部件等四四部分组成成。图2.17交流接触触器的外形形与结构示示意图①电磁机构构电磁机构由由吸引线圈圈、铁心及及衔铁组成成。它的作作用是将电电磁能转换换成机械能能带动触点点使之闭合合或断开。。②触点系统统是接触器器的执行元元件，用来来接通和断断开电路。。接触器触触点系统包包括主触点点和辅助触触点，主触触点容量大大，用于接接通或断开开主电路，，根据其容容量大小，，有桥式触触点和指形形触点两种种形式。辅辅助触点容容量小，用用在控制电电路中起电电气自锁或或互锁作用用。③灭弧装置当主触点分分断大电流流时，在动动、静触点点间产生强强列的电弧弧。电弧一一方面会烧烧坏触点，，另一方面面会使电路路切断时间间延长，甚甚至会引起起事故，为为了使接触触器可靠工工作，必须须采用灭弧弧装置使电电弧迅速熄熄灭。容量量在10A以上的接接触器都有有灭弧装置置。10A下的接触触器，常采采用双断口口桥形触点点以利于灭灭弧。④其它部件包包括反作用用弹簧、触触点压力弹弹簧、传动动机构及外外壳等。交流接触器器是这样工工作的：当当电磁线圈圈通电后，，铁心被磁磁化产生磁磁通，由此此在衔铁气气隙处产生生电磁力，，将衔铁吸吸合，主触触点在衔铁铁的带动下下闭合，接接通主电路路，同时衔衔铁还带动动辅助触点点动作，动动断辅助触触点首先断断开，接着着动合辅助助触点闭合合。当线圈圈断电或外外加电压显显著降低时时，在反力力弹簧的作作用下衔铁铁释放，主主触点、辅辅助触点又又恢复到原原来的状态态。图2.18接触器器的图形及及文字符号号2）接触器器的主要技技术参数和和电气符号号交流接触器器的主要技技术参数有有额定电压压、额定电电流、额定定操作频率率、接通与与分断能力力等。接触触器的图形形符号和文文字符号如如图2.18所示。。接触器的额额定电压是是指主触头头的额定电电压。交流流接触器的的额定电压压，一般为为500V或380V两种。。接触器的的额定电流流是主触头头的额定电电流，有5，10，，20，40，60，150A等几种种。额定操作频频率是指接接触器每小小时允许的的接通次数数，一般为为300次次/小时、、600次次/小时和和1200次/小时时。接触器的接接通和分断断能力是指指主触头在在规定条件件下，能可可靠地接通通和分断的的电流值。。在此电流流值下，接接通时主触触点不应发发生熔焊，，分断时应应能可靠灭灭弧。4.继电器器继电器是一一种根据某某种输入信信号的变化化，而接通通或断开控控制电路，，实现控制制目的的电电器。继电器的输输入信号可可以是电流流、电压等等电学量，，也可以是是温度、速速度、时间间、压力等等非电量，，而输出通通常是触头头的动作（（断开或闭闭合）。继继电器器的种类很很多，按工工作原理可可分电磁式式继电器、、热继电器器、压力继继电器、时时间继电器器、速度继继电器等。。在机床电电气控制中中，应用最最多的是电电磁式继电电器。图2.19电磁磁式继电器器结构示意意图1）电磁式式继电器①电磁式继继电器的结结构组成和和工作原理理电磁式继电电器的结构构和工作原原理与电磁磁式接触器器相似，也也是由电磁磁机构、触触点系统和和释放弹簧簧等部分组组成。触点点有动触点点和静触点点之分，在在工作过程程中能够动动作的称为为动触点，，不能动作作的称为静静触点。如如图2.19为电磁磁式继电器器的结构示示意图。当线圈通电电后，铁心心被磁化产产生足够大大的电磁力力，吸动衔衔铁并带动动簧片，使使动触点和和静触点闭闭合或分开开；当线圈圈断电后，，电磁吸力力消失，衔衔铁返回原原来的位置置，动触点点和静触点点又恢复到到原来闭合合或分开的的状态。应应用时只要要把需要控控制的电路路接到触点点上，就可可利用继用用器达到控控制的目的的。电流继电器器与电压继继电器在结结构上的区区别主要是是线圈不同同。电流继继电器的线线圈匝数少少、导线粗粗，与负载载串联以反反映电路电电流的变化化。电压继继电器的线线圈匝数多多、导线细细，与负载载并联以反反映其两端端的电压。。中间继电电器实际上上也是一种种电压继电电器，只是是它具有数数量较多、、容量较大大的触点，，起到中间间放大的作作用。图2.20电磁式式继电器的的图形符号号和文字符符号②电磁式继继电器的主主要技术参参数和电气气符号电磁继电器器的主要参参数有以下下几个：额定工作电电压或额定定工作电流流：这是指继继电器工作作时线圈需需要的电压压或电流。。为了适应应不同电压压的电路应应用，一种种型号的继继电器通常常有多种额额定工作电电压或额定定工作电流流，并用规规格型号加加以区别。。直流电阻：：这是指线圈圈的直流电电阻。有些些产品说明明书中给出出额定工作作电压和直直流电阻，，这时可根根据欧姆定定律求出额额定工作电电流。吸合电流：它是指继电电器能够产生生吸合动作的的最小电流。。在实际使用用中，要使继继电器可靠吸吸合，给定电电压可以等于于或略高于额额定工作电压压。但是，给给定电压一般般不要大于额额定工作电压压的1.5倍倍。否则会烧烧毁线圈。释放电流：它是指继电电器产生释放放动作的最大大电流。如果果减小处于吸吸合状态的继继电器的电流流，当电流减减小到一定程程度时，继电电器恢复到未未通电时的状状态，这个过过程称为继电电器的释放动动作。释放电电流比吸合电电流小得多。。图2.24双双金属片片热继电器结结构示意图2）热继电器器热继电器是利利用电流的热热效应原理来来切断电路的的保护电器，，主要用于电电动机或其他他负载的过载载保护。①热继电器的结结构组成和工工作原理热继电器主要要由双金属片片、加热元件件、动作机构构、触点系统统、整定调整整装置及温度度补偿元件等等组成。如图图2.24所所示为热继电电器的结构示示意图。图2.24中中，双金属属片由两种膨膨胀系数不同同的金属碾压压而成，当双双金属片受热热膨胀时会弯弯曲变形。实实际应用时，，将双金属片片与发热元件件串接于电动动机的控制电电路中。当负负载电流超过过整定电流值值并经过一定定时间后，发发热元件所产产生的热量使使双金属片受受热弯曲，带带动动触点与与静触点分断断，切断电动动机的控制回回路，使接触触器线圈断电电释放，从而而断开主电路路，实现对电电动机的过载载保护。电源源切断后，电电流消失，双双金属片逐渐渐冷却，经过过一段时间后后恢复原状，，动触点在失失去作用力的的情况下，靠靠自身弹簧的的弹性自动复复位。由此可见，热热继电器由于于热惯性，当当电路短路时时不能立即动动作使电路立立即断开，因因此不能作短短路保护。图2.25热热继电器器的图形符号号和文字符号号②热继电器的主主要技术参数数和电气符号号热继电器的主主要技术数据据有：整定电电流、额定电电压、额定电电流、相数及及热元件编号号等。所谓整整定电流是指指长期通过发热元件件而不动作的的最大电流。。热继电器的的图形符号和和文字符如图图2.25所所示二、机床强电电控制系统的的基本环节机床的种类繁繁多，加工工工艺各异，因因此所要求的的控制线路也也多种多样、、千差万别。。但它们一般般都是由一些些基本控制环环节组成的，，只要分析研研究这些基本本控制线路的的特点，掌据据其规律，就就能够阅读和和设计电气控控制线路。1.电气控制制线路的绘制制电气控制系统统图有三类：：电气原理图图、电器元件件布置图和电电气安装接线线图。1）电气控制制系统图中的的图形符号和和文字符号在电气控制系系统中必须使使用国家统一一规定的电气气元件图形符符号。国家规规定从1990年1月1日起，电气气系统图中的的图形符号和和文字符号必必须符合最新新的国家标准准。2）电气原理理图电气原理图是是表达所有电电器元件的导导电部件和接接线端子之间间的相互关系系。根椐便于于阅读和分析析线路及简单单清晰的原则则，电气原理理图应该采用用标准电气元元件图形符号号绘制。电气气原理图一般般分为主电路路和辅助电路路两部分。主主电路是从电电源到电动机机等通过大电电流的电路。。辅助电路包包括控制电路路、照明电路路、信号电路路和保护电路路等，辅助电电路中流过的的是小电流。。图2.29所示为某车车床电气原理理图，图2.29某某机床电电气原理图3）电器元件件布置图电气元件布置置图主要用来来表明各种电电气元件在机机械设备上和和电气控制柜柜中的实际安安装位置，为为机械电气控控制设备的制制造、安装、、维修提供必必要的资料。。各电气元件件的安装位置置是由机床的的结构和工作作要求决定的的，比如，电电动机要和被被拖动的机械械部件在一一起，行程开开关应放在要要取得信号的的地方，操作作元件要放在在操纵台及悬悬挂操纵箱等等操作方便的的地方，一般般电气元件应应放在控制柜柜内。图2.32所示示为某车床电电器布置图。。图2.32某某车床电电气布置图4）电器安装装接线图电气安装接线线图是用规定定的图形符号号，根据原理理图，按各电电器元件相对对位置绘制的的实际接线图图，它清楚地地表明了各电电器元件的相相对位置和它它们之间的电电路连接的详详细信息，主主要是为了安安装电气设备备和电气元件件时进行配线线或检查维修修电气控制线线路故障服务务的。如图2.33所示示为某电气互互连接线图。。GB6988－1986《电气制图图、接线图和和接线表》中中详细规定了了电气安装接接线图的编制制规则。主要要有：①在接线图中，，一般都应标标出项目的相相对位置、项项目代号、端端子间的电气气连接关系、、端子号、线线号、线缆类类型、线缆截截面积等。②同一控制盘上上的电气元件件可直接连接接，而控制盘盘内元器件与与外部元件连连接时必须通通过接线端子子板。图2.33某某车床电电气互连接线线图③接线图中各电电器元件的图图形符号与文文字符号均应应以原理图为为准，并保持持一致。④互连接线图中中的互连关系系可用连续线线、中断线或或线束表示，，连接导线应应注明导线根根数、导线截截面积等。一一般不表示导导线实际走线线路径，施工工时根据实际际情况选择最最佳走线方式式。二、机床强电电控制电路的的基本环节1.三相异步步电动机的起起动控制线路路为了减小起动动电流，电动动机在起动时时应采用适当当的措施。三三相笼型电动动机有直接起起动（全电压压起动）和间间接起动（降降压起动）两两种方式。直直接起动是一一种简单、可可靠、经济的的起动方式，，适合小容量量电动机。对对于较大容量量（大于10KW）的电电动机，因起起动电流大（（可达额定电电流的4～7倍），一般般采用减压起起动方式来降降低起动电流流。1)直接起动动控制线路①单向全电电压起动控制制电动机容量在在10kW以以下者，一般般采用全电压压直接起动方方式起动。普普通机床上的的冷却泵、小小型台钻和砂砂轮机等小容容量电动机可可直接用开关关起动。直接接起动可采用用刀开关直接接起动控制线线路，也可采采用接触器直直接起动控制制线路。采用用刀开关起动动方法所用电电器少，线路路简单经济(如图2.34所示)。。但这种手动动控制方法操操作劳动强度度大，不安全全，不能实现现远距离的自自动控制。仅仅适用于控制制不频繁起动动的小容量电电动机。图2.34刀刀开关直直接起动控制制线路a）主电电路b）控制电电路图2.35接接触器器直接起动控控制线路中小型普通机机床的主电路路通常采用接接触器直接起起动控制方式式。如图2.35所示是是采用接触器器直接起动的的电动机单向向全电压起动动控制线路，，主电路由刀刀开关QS、、熔断器FU、接触器KM的主触点点、热继电器器FR的热元元件与电动机机M组成。控制电路由起起动按钮SB2、停止按按钮SB1、、接触器KM的线圈及其其常开辅助触触点、热继电电器FR的常常闭触点和熔熔断器FU2组成。三相电源由QS引入，按按下起动按钮钮SB2，接接触器KM的的线圈通电，，其主触点闭闭合，电动机机直接起动运运行。同时与与SB2并联联的辅助触点点KM闭合，，将“SB2”短接，其其作用是当放放开起动按钮钮SB2后，，仍可使KM线圈通电，，电动机继续续运行。这种种依靠接触器器自身的辅助助触点来使其其线圈保持通通电的现象称称为自锁或自自保。带有自自锁功能控制制线路具有失失压保护作用用。起自锁作作用的辅助触触点称为自锁锁触点。按停止按钮SB1，接触触器KM的线线圈断电，其其常开主触点点断开，电动动机停止转动动。同时KM的自锁触点点断开，所以以松手后SB1虽仍闭合合，但KM的的线圈不能继继续得电。2)减减压起起动控控制线线路容量较较大的的电动动机（（一般般大于于10kW）起起动时时会产产生较较大的的起动动电流流，引引起电电网电电压的的下降降，因因此必必须采采取降降压起起动的的方法法，限限制起起动电电流。。降压压起动动是指指利用用起动动设备备或线线路，，降低低加在在电动动机绕绕组上上的电电压，，从而而达到到减小小起动动电流流的目目的。。常用的的降压压起动动方法法有定定子绕绕组串串接电电阻降降压起起动、、星形形─三三角形形降压压起动动和自自耦变变压器器降压压起动动。①定定子绕绕组串串接电电阻降降压起起动控控制线线路在定子子绕组组串接接电阻阻降压压起动动控制制线路路中，，电动动机起起动时时在定定子绕绕组上上串接接电阻阻或电电抗器器，起起动电电流在在电