电气控制 第4章

第3-4章电气控制系统分析与设计

电气控制装置是通过控制电动机的启动、制动和正、反转等来满足牛产机械的工艺要求的。只要机械设备主轴的启动、制动、调整和正、反转运动等操作条件允许，均应由电动机来完成。

在分析典型生产机械的电气控制系统时，首先应该掌握其机械结构和各部分的运动持征，明确控制要求，然后确定控制方案，如启动、制动方式等，要注意机械、液压和电气之间的协调关系。

电气控制线路分析步骤1．设备说明书由机械(包括液压部分)与电气两部分组成。在分析时首先耍阅读这两部分说明书，了解以下内容：

1)设备的结构组成及工作原理、设备传动系统的类型及驱动方式、规格和运动要求等；

(2)电气传动方式，电机、执行电路的数目、规格型号、安装位置、用途及控制要求；

(3)设备的使用方法，各操作手柄、开关、族钮、指示装置的相置及其在控制线路中的作用；

(4)与机械、液压部分直接关联的电器(行程开关、电磁阀、电磁离合器、

传感器等)的位置、工作状态及其与机械、液压部分的关系，在控制中的作用等。

2．电气控制原理图

在分析电气原理图时，必须与阅读其他技术资料结合起来。例如，各种电动机及执行元器件的控制方式、位置及作用，各种与机械有关的位置开关、主令电器的状态等，只合通过阅读说明书才能了解。

分析电气原理图的一般原则是：化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护和全面检查。(1)分析主电路(2)分析控制电路(3)分析辅助电路(4)分析联锁与保护环节(5)分析特殊控制环节(6)总体检查金属切削机床是机械制造业的主要加工设备，它是用切削的方法将金属毛坯加工成具有一定形状和尺寸的机械零件。

机床的品种和规格繁多，可按不同特性分类，最基本的分类是根据机床的加工方式及其用途，可分成12大类。

每类机床按其结构、性能及工艺特点的不同，又可细分成很多形式，如磨床类机床可分成平面磨床、外圆磨床、导轨磨床等。

机床的分类代号有：C(车床)、Z(钻床)、T(镗床)、M(磨床)、X(铣床)等通用特性代号有：w(万能)、z(自动)、B(半自动)、H(自动换刀)等。.14.1普通车床电气控制线路

加工时通常由工件旋转形成主运动，而刀具沿平行或垂直于工件旋转的轴线移动，完成进给运动。与工件旋转轴线平行的进给运动称为纵向进给运动，垂直的称为横向进结运动。

机床除了主运动和进给运动之外的其他运动称为辅助运动，如刀架的快速移动、工件的夹紧和放松等。1）C620车床的电气控制

c620车床属于中小型车床，对电气控制方面的要求不高。主轴的调速由主轴变速箱来完成，主轴拖动电机为三相笼型异步电动机，在电气上没有调速的要求。刀架移动和主轴的转动同为一台电机拖动，通过齿轮啮合严格控制加工比例，刀架利用走刀箱调节纵横走刀量。由于加工时刀具温度升得过高，需要冷却液冷却，所以采用一台冷却泵电动机供给冷却液。2）C650车床电气控制线路C650卧式车床最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为3米。车床的切削加工包括主运动、进给运动和辅助运动。主运动为工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转，刀具的直线运动为进给运动，进给量由进给箱来调节，根据加工要求实现纵向或横向切削加工。另外在生产过程中，包括切削工件的夹紧、放松以及刀架的快速移动，这些运动称为辅助运动。根据车床的特点及切削加工工艺的要求，车床的电气控制电路应有：(1)主拖动电机采用三相笼形电动机，主轴的正、反转由主轴电动机的正、反转实现。(2)调速装置采用机械齿轮变速箱；(3)大型车床采用星---三角减压启动，中小型车床采用直接启动方法；(4)生产工艺要求停车实现快速，应采取相应的制动措施，如机械制动或电气反接（5）为保证生产正常安全地运行，电气控制电路应设置必要的保护环节，如过载保护等。（6）设置必要的照明电路。

1．电动机M1的点动控制

(1)合上隔离开关QS一按启动按钮SB2一接触器Ml通电一电动机M1串接限流电阻R低速转动实现点动；

(2)松开按钮SB2一接触器KMl断电一M1停止。2．电动机MI的正、反转控制(1)正转①合上隔离开关Qs一按启动按钮SB3一接触器KM3通电--中间继电器，时间继电器KT通电②KA通电一接触器KM3通电一限流电阻R被短接，电动机M1正向启动，时间继电器KT常闭触点闭合；③电流表A被短接，时间继电器KT延时时间到，常闭触点打开一电流表串联接入主电路中，监视负载情况。

主电路通过的电流较大，因此电流表A通过电流互感器将A与主电路连接，将主电路中的大电流转换成标准的小电流。电机启动时的电流较大，会对电流表造成冲击，为防止此类现象的发生，将时间继电器KT的常闭触点与电流表A并联。电动机启动时，时间继电器KT的线圈虽然已通电，但延时时间未到，时间继电器KT不动作，常闭触点仍然处于闭合状态，短接电流表A，延时时间一到，时间继电器KT动作，常闭触点打开，常开触点闭合，电流表A接入主电路中，投入使用。（2）反转合上隔离开关Qs一按启动按钮sB4---接触器KM3通电＜中间继电器，时间继电器KT通电⑦KA通电一接触器KM2通电一电动机M1反接电源相序，限流电阻R被短接，电动机M1反向启动，时间继电器KT常闭触点闭合；⑤电流表A被短接一时间继电器KT延时时间到，常闭触点打开一电流表A串联接入主电路中，监视负载情况。

3．电动机M1的反接制动

c650卧式车床的制动采用反接制动方法。速度继电器Ks与电动机M1同轴连接。当电动机正转时，转速达到速度继电器Ks的动作值，则KS的正向触头KS2动作，动机反转时，Ks的反向触头KSl动作。

(1)电动机M1的正向反接制动电动机正转时，速度继电器Ks的正向常开触点KS2处于闭合状态，制动时，按下SB1----KM，KT，KA，KM1断电----主回路串入R限制反接制动电流---松开SB1----KM2通电—M1电源反接-----速度接近零----KS2断开----KM2断电—M1停止刀架的快速移动冷却泵电机的控制保护装置.2磨床电气控制线路磨床是用砂轮的周边或端面进行加工的精密机床。砂轮的旋转是主运动，工件或砂轮的往复运动为进给运动，而砂轮架的快速移动及工作台的移动为辅助运动。磨床的种类很多，按其工作性质可分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床以及一些专用磨床等。

砂轮的旋转运动是主运动。进给运动有垂直进给，即滑座在立柱上的上下运动；

横向进给，即砂轮箱在滑座上的水平运动；

纵向进给，即工作台沿床身的往复运动。

工作台每完成一次往复运动时，砂轮箱便作一次间断性的横向进给；当加工完整个平面后，砂轮箱作一次间断性的垂直进给。（１）电力拖动特点。

1）砂轮电动机拖动砂轮旋转；液压电动机拖动液压泵，供出压力油，经液压传动机构来实现工作台的纵向进给运动并通过工作台的撞块操纵床身上的液压换向阀（开关），改变压力油的流向，实现工作台的换向和自动往复运动；冷却泵电动机拖动冷却泵，供给磨削加工时需要的冷却液。2）平面磨床是一种精密加工机床，为保证加工精度，机床运行平稳，确保工作台往复运动换向时惯性小、无冲击，采用液压传动。3）为保证磨削加工精度，要求砂轮有较高转速，通常采用两极笼形异步电动机拖动，为提高砂轮主轴的刚度，采用装入式电动机直接拖动，电动机与砂轮主轴同轴4）为减小工件在磨削加工中的热变形，并在磨削加工时冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度，需使用冷却液5）平面磨床常用电磁吸盘，以便吸持小工件，同时便于工件在磨削加工中因发热变形得以自由伸缩，保证加工精度。（2）电气控制要求。1）砂轮电动机、液压泵电动机、冷却泵电动机都只要求单方向旋转。2）冷却泵电动机应在砂轮电动机启动后才可选择其启动与否。3）在正常磨削加工中，若电磁吸盘吸力不足或吸力消失时，砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作，以防工件被砂轮打飞而发生人身和设备事故。4）电磁吸盘应有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁以及抵消剩磁便于取下工件的反向励磁控制环节。5）具有完善的保护环节。各电路的短路保护，各电动机的长期过载保护，零压与欠电压保护，电磁吸盘吸力不足的欠电流保护，零电压、欠电压保护，以及电磁吸盘断开直流电源时，将6）机床安全照明与工件去磁环节。

卧轴矩台平面磨床加工时，主运动为砂轮的旋转运动。进给运动：由垂直进结运动，滑座在立柱上的上、下运动；横向进结运动，砂轮箱在滑座上的水平运动；纵向进给运动，工作台沿床身的往返运动。4.2.1M7120磨床的电气控制

M7120平面磨床由4台电动机拖动，其电气控制线路分成电机控制线路、电磁吸盘控制线路和照明与信号电路等

液压泵电动机Ml拖动高压液压泵供出压力油，经液压系统传动机构来完成工作台的往复运动及砂轮的横向进给；砂轮电动机M2拖动砂轮旋转对工件磨削加工；冷却泵电动机M3拖动冷却泵供给磨削时所需要的冷却液；砂轮升降电动机M4用于调整砂轮与工作台的相对位置，以便加工不同尺寸的工件。

为保证安全可靠，要求只有确保电磁吸盘吸牢工件，才能起动砂轮和液压系统，为此将欠压继电器Fv的动合触点Fv(4—16)串联于接触器KMl和KM2线圈电路，只有电源电压正常时其动合触点才会闭合，才能起动液压泵电动机和砂轮电动机。如果电源电压正常，由变压器TR副边提供135v交流电压，经桥式整流器Vc整流可得到110V直流电压，使欠压继电器Fv线圈得电，其动合触点Fv(4—6)闭合，将接触器KMl、KM2线圈电路接通。若电源电压偏低，欠压继电器Fv将其动合触点释放，接触器KMl、KM2线圈不能得电。按下起动按钮sB2，接触器KMl得电，其自锁触点KMl(5—7)闭合实现自锁，其触点KM1(33—35)闭合，液压泵信号灯HLl发光，指示液压泵起动运转。主电路KMl的主触点闭合，M1定子绕组接通电源起动并正常运转。按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，M1停转。

(一)液压泵电动机在欠压继电器得电吸合后按下起动按钮SB4，KM2线圈得电，其自锁触点KM2(9—11)闭合。砂轮电动机信号灯HL2发光，指示其起动运转。主电路中KM2的主触点闭合，M2定子绕组接通电源起动并正常运转。按下停止按钮SB3，KM2线圈断电，M3停转。冷却浆电动机M3在插上插头XS2后，与M2同时起动与停止。如果不需要冷却液，可以拔下Xs2插头。（二）砂轮电动机和冷却泵电动机

按下起动按钮sB5，KM3线圈得电，主电路中KM3的主触点闭合，M4接通正序电源正转，砂轮上升。当砂轮上升到指定位置时，松开sB5，因KM3线圈断电，M4停转，砂轮停止上升。砂轮下降用sB6控制，接通接触器KM4，M4接通负序电源反转。

(三)砂轮升降电动机

为适应磨削小工件的需要以及工件在磨削过程中受热能自由伸缩，可采用固定加工工件的工具——电磁吸盘来吸持工件。

三、电磁吸盘电磁吸盘与机械夹紧装置相比，其优点是操作快捷、不伤工件并能同时吸持多个小工件，在加工过程中工件发热可以自由伸缩；存在的主要问题是要使用直流电源且不能吸持非磁性材料工件。

（二)电磁吸盘YH的控制电磁吸盘YH是由桥式整流电路vc供给直流电源，其电压为直流110v。由按钮SB7、SB8、SB9和接触器KM5、KM6组成控制电路。工作原理为：

(1）充磁。当电磁吸盘需要吸持工件时，按下充磁按钮SB8，接触器KM6线圈得电，其自锁触点KM6(2l—23)闭合，实现自锁；其互锁触点KM6(27—29)断开，实现对接触器KM5的互锁。电磁吸盘电路中的KM6(04—06)、KM6(03—05)闭合，接通充磁电路。充磁电流路径为：

VC(十）一FU4——KM6(03—05)——xS1---YH——XS1——KM6(06—04)——FU4——VC(—)。

充磁电流作用于电磁吸盘YH产生磁场，吸牢工件，进行磨削加工。加工完毕取下工件前，先按下停止充磁按钮SB7，使接触器KM6断电释放，切断充磁电路。如果吸盘和工件的剩磁难以取下工件，就必须对吸盘和工件进行去磁。(2)去磁。

去磁时按下去磁按钮SB9，KM5线圈得电，其电磁吸盘电路的主触点KM5(03—06)、KM5(04—06)闭合，接通去磁电路。去磁电流路径为：

VC(十)——FU4——KM5(03—06)——XSl——YH——xS1——KM5(05—04)——FU4——VC(一)。注意，去磁电流流人电磁吸盘的方向(08—07)和充磁电流流人的方向(07—08)相反。产生反向磁通抵消吸盘和工件的剩磁。若去磁时间过长，可能会导致反方向充磁，吸盘和工件反向磁化，因此去磁按钮SB9应采用点动控制而不允许自锁。SB9按下时间的长短应根据工件大小、材料性质而定，操作者经过多次实践，才可掌握其规律。(3)放电回路。

与电磁吸盘YH并联的RC支路构成电磁吸盘线路的放电回路。电磁吸盘在充磁过程中，其线圈内储存了大量磁场能量。当电磁吸盘线圈断电时，因吸盘线圈电感量较大，所以会在其两端感应很高的自感电动势，板易击穿吸盘线圈和损坏其他电器。为消除这种危害，在线圈两端连接上Rc放电文路，在电磁吸盘线圈断电时，通过R和c进行放电。实际上，调整R和c的参数，可使R、c、L组成一个衰减的振荡电路来消耗电感放电的能量。

(4)保护电路。

保护电路是一种失磁保护，当线圈电压下降幅度超过一定数值或为零时，欠电压继电器释放，其动合触点复位，从而切断液压泵、砂轮机、冷却泵控制电路，使电动机M1、M3和M2全部停转，以防止电磁吸盘因电压下降造成吸力不足，或电压为零造成无吸力而导致工件被砂轮抛出，造成事故。四、照明与信号电路照明与信号电压由变压器TC降压后提供6．3v和36v两组电压，分别供给信号灯和照明灯，它们的短路保护由Fu2、Fu3实现。照明灯由开关SA控制，信号灯由相应的接触器动合触点控制，各信号灯作用为：HL亮，电源正常指示；HL1亮，液压泵正在工作；HL2亮，砂轮机正在工作；HL3亮，砂轮在上、下移动；HL4亮，工作台电磁吸盘在充、去磁。M7130平面磨床结构示意图

1—床身2—工作台3—电磁吸盘4—砂轮箱5—砂轮箱横向移动手轮6—滑座7—立柱8—工作台换向撞块9—工作台往复运动换向手柄10—活塞杆11—砂轮箱垂直进刀手轮

在箱形床身1中装有液压传动装置，工作台２通过活塞杆1０由液压驱动在床身导轨上做往复运动。工作台表面有Ｔ形槽，用以安装电磁吸盘或直接安装大型工件。

工作台往返运动的行程长度可通过调节装在工作台正面槽中的撞块８的位置来改变。换向撞块８是通过碰撞工作台往复运动换向手柄９来改变油路方向从而实现工作台往复运动的。

说明1）主电路砂轮电动机Ｍ１、冷却泵电动机Ｍ２与液压泵电动机Ｍ３皆为单方向旋转。（2）电动机的启动须在下述条件之一成立时方可进行。1.电磁吸盘ＹＨ工作，且欠电流继电器ＫＡ线圈通电吸合，表明电磁吸盘电流足够大，足以将工件吸牢时，其触头ＫＡ（３－４）闭合。

2.若电磁吸盘ＹＨ不工作，但转换开关ＳＡ１置于“去磁”位置，其触头ＳＡ１（３－４）闭合。2023年2月2日M7130型平面磨床电气控制电路图（3）电磁吸盘控制电路。电磁吸盘控制电路由整流装置、控制装置及保护装置等部分组成，输出１１０Ｖ直流电压对电磁吸盘供电。电磁吸盘由转换开关ＳＡ１控制。

ＳＡ１有三个位置：“充磁”、“断电”、“去磁”。当ＳＡ１处于“充磁”位置时，触头ＳＡ１（1４－１６）与ＳＡ１（1５－１７）接通；当开关置于“去磁”位置时，触头ＳＡ１(１４－１８),ＳＡ１(１６－１５）及ＳＡ１（４－３）接通.当开关置于“断电”位置时ＳＡ１所有触头都断开。

当ＳＡ１扳至“去磁”位置时，电磁吸盘中通入反方向电流，并在电路中串入可变电阻Ｒ２，用以限制并调节反向去磁电流大小，达到既去磁又不致反向磁化的目的。去磁结束，将ＳＡ１扳到“断电”位置，便可取下工件。电磁吸盘保护环节。ａ．电磁吸盘的欠电流保护。为了防止在磨削过程中电磁吸盘出现断电或线圈电流减小，引起电磁吸力消失或吸力不足工件飞出时，造成人身与设备事故，故在电磁吸盘线圈电路中串入欠电流继电器KA。ｂ．电磁吸盘的过电压保护。电磁吸盘线圈匝数多，电感量大，在通电工作时，线圈中储存着大量的磁场能量，当线圈断电时，由于电磁感应，在线圈两端产生很大的感应电动势，出现高电压，将使线圈绝缘及其他电器设备损坏，为此，在吸盘线圈两端并联了电阻Ｒ３，作为放电电阻，吸收吸盘线圈储存的能量，实现过电压保护。c．整流装置的过电压保护。当交流电路出现过电压或直流侧电路通断时，都会在整流变压器Ｔ２的二次侧产生浪涌电压，该浪涌电压对整流装置ＶＣ的元件有害，为此在整流变压器Ｔ２的二次侧接在ＲＣ阻容吸收装置上，吸收浪涌电压，实现整流装置的过电压保护。（４）照明电路。由照明变压器Ｔ１将交流３８０Ｖ降为２４Ｖ，并由开关ＳＡ２控制照明灯ＥＬ。在照明变压器Ｔ１的一次侧接有熔断器ＦＵ３作短路保护。M7140磨床的电气控制

M7140磨床的主运动由一台砂轮电动机带动砂轮旋转。砂轮架由一台交流电动机带动，使砂轮在垂直方向快速移动；砂轮在垂直方向上可进行手动进给和液压自动进给。

工件的纵向和横向进给运动由工作台的纵向往复运动和横向移动实现。工件夹紧采用电磁吸盘的励滋电压，由一台直流发电机提供，直流发电机则由一台交流电动机拖动。

冷却液由一台冷却泵电动机带动冷却泵供给。液压系统的压力油由一台交流电动机带动液压泵提供。

(一)M7140磨床的工作原理1．砂轮电动机Ml和冷却泵电动机M2首先转换开关SA2扳向“接通”位置。(1)起动。按下起动按钮sB2，接触器KMl吸合并自锁，其主触点闭合，砂轮电动机M1和冷却泵电动机M2同时起动运转。

(2)停止。按下停止按钮sBl，接触器KMl断电释放，M1和M2同时停止运转。

2．液压泵电动机M3(1)起动。按下起动按钮sB3，接触器KM2得电吸合并自锁，其主触点闭合，液压泵电动机M3起动运转。当压力达到正常值后，压力继电器KP(53—55)触点断开，信号灯HI3熄灭。

(2)停止。按下停止按钮sB4，接触器KM2断电释放，M3停止运转。M3的过热保护由FR2实现。

3．砂轮架垂直快速移动电动机M5(1)向上移动。按下sB8，KM4得电吸合，其主触点闭合，砂轮架电动机M5转动，砂轮架快速向上移动。当放开sB8时，K从失电释放，M5停止运转，砂轮架停止移动。

(2)向下移动。按下sB9，KM5得电吸合，其主触点闭合，M5反向运转，砂轮架反向快速向下移动。当故开sB9时，KM5失电释放，M5停止运转，砂轮架停止移动。

(3)限位。当砂轮架向上运动达到顶端位置时，限位开关sQ4，被顶开，接触器KM4断电释放，M5停止运转，砂轮架停止向上移动。4．液压自动进给微动开关sQ3是垂直进给的手动自动互锁开关。当而要液压自动进给时，按下按钮SB6，中间继电器KA1吸合，动合触点KA1(3—31)闭合，电磁铁YA接通，磨床进入液压自动进给。当要停止液压自动进给时，按下sB5，中间继电器KA1断电，触点KAl(3—31)释放，电磁铁YA断电，磨床停止液压自动进给。

5．电动机M4

合上手动开关SAl，按下按钮SB7，，接触器KM3吸合，其主触点闭合，电动机M4运转，带动直流发电机G运转发电。M4的过热保护由FR4实现。

6．电磁盘控制电路该机床的电磁盘励磁是用交流电动机M4拖动直流发电机G来提供电磁盘所需的直流电。电容C1、C2的作用是熄灭触点间的电弧。电阻R1、R2的作用是当手柄置于停止位置时，避免断电时因线圈自感所产生的过电压损坏线圈绝缘。

(1)励磁。将转换开关sA2置于“励磁”位置，按下按钮开关sB7，电动机M4运转，带动直流发电机G运转发电，电磁盘YH得电励磁。同时，欠流继电器NKA得电，其动合触点闭合，动断触点断开，信号灯HLl熄灭，HL2亮，KA2得电，KA3断电。

(2)电磁盘欠磁保护。NKA、KA2、KA3组成了电磁盘欠磁保护电路。当线路电压正常时，NKA得电后KA2得电，KA3断电，M1、M2和M3均能起动。当线路电压因故下降时，流过欠流继电器的电流相应下降，电磁盘的电磁力也随之下降。当电磁力降低到调定值以下时，NKA复位，其动合触点断开，动断触点闭合，即NKA(57—59)断开信号灯HL2熄灭。NKA（57-61）闭合，信号灯HL1亮，发出危险信号。同时NKA（27—29)闭合，液压自动进给停止，从而保证了操作安全。

(3)退磁。工件磨好后，停止发电机组，将吸盘转换开关sA2置于“退磁”位置，利用发电机惯性使发电机电流反向通入YH，电磁吸盘退磁。

7．照明电路照明工作灯为ELl、EL2，控制开关为sA3。电气控制系统的设计

电气控制系统的设计是根据生产工艺要求，设计出经济的、符合要求的电气控制线路，并编制出设备制造、安装和维修使用过程中必需的图纸和资料，包括电气原理图、安装图以及设备清单和说明书等。在现代工业生产和生活中，所用的机电设备种类繁多，电气控制设备类型也是多种多样的，但人们通过长期实践总结出—些基本的设计规则和方法。在掌握这些基本原则、规则和方法的基础之上，即使是同一功能，不同人员设计出来的系统结构可能完全不同，只有通过工作实践取得较丰富的经验后，才能设计出较好的电气控制系统。

1．电气控制系统设计的一般原则当机械设备的电力拖动方案和控制方案已经确定后，就可以进行电气控制线路的设计。在电气控制系统的设计过程中，通常应遵循以下几个原则：

(1)大限度满足生产过程工艺对电气控制的要求。生产机械的工艺过程对电气控制系统的要求是电气设计的依据，对于有持殊要求的场合，应明确运行技术指标，除此之外，其他要求应根据生产充分考虑。

(2)在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济，不宜盲目追求自动化和高指标，要从工艺要求、实用性、制造成本、使