机床电器与可编程序控制器

第二章电气控制基本环节现代工业企业中使用的各种机床电气设备，都广泛采用电力拖动，并通过电气控制方式来进行自动控制。电气控制线路是把各种有触头的接触器、继电器、按钮、行程开关等电气元件，用导线按一定的方式连接起来组成的控制线路。由于机床设备和加工工艺各异，因而所要求的控制线路也多种多样。但是无论哪一种控制线路，都是由一些比较简单的基本控制环节组成。因此，只要熟练掌握了控制线路的基本环节并通过对典型线路由浅入深、由易到难的剖析分析过程，就不难掌握电气控制线路的阅读和设计。本章主要介绍三相交流电动机和直流电动机实现启停，正反转、制动、调速等控制基本环节。机床电器与可编程序控制器ppt课件第一节三相异步电动机启动控制电路三相异步电动机具有结构简单，运行可靠，坚固耐用，价格便宜，维修方便等一系列优点，因此，在电力拖动系统中得到广泛的应用。三相异步电动机的启动方式有二种，即全压直接启动方式和降压启动方式。机床电器与可编程序控制器ppt课件第一节三相异步电动机的基本控制电路一、三相笼型异步电动机的直接起动控制1.点动控制电路

所谓点动控制，就是当按下按钮时电动机转动，松开按钮电动机就停转。点动控制电路机床电器与可编程序控制器ppt课件继电接触器控制电路都有主电路和控制电路两部分组成。主电路：直接给电动机绕组供电的电路。控制电路：对主电路的动作实施控制的电路。点动控制电路主电路：三相电源—QS—FU1—KM（主触点）—FR（热元件）—M(电动机）控制电路：L21—FU2—1号线—FR（动断触点）—2号线—SB—3号线—KM线圈—0号线—

FU2—L22机床电器与可编程序控制器ppt课件工作过程：合上开关QS接通电源按下SBKM线圈通电KM主触点闭合电动机运转松开SBKM线圈失电KM主触点断开电动机停转点动控制电路机床电器与可编程序控制器ppt课件单向自锁连续运行控制电路主电路控制电路自锁触点2.单向运行控制电路（起停控制电路）机床电器与可编程序控制器ppt课件M3~QSFUKMFRSB2SB1单向自锁连续运行控制电路结构图特点：小电流控制大电流。机床电器与可编程序控制器ppt课件M3~一、起动起动时，接通组合开关，按动起动按钮SB2，则交流接触器通电，使衔铁吸合带动触头将常开触点接通，电动机通电开始运行。M3~QSFUSB1KMFR吸合后自锁SB2M3~n机床电器与可编程序控制器ppt课件KM主触头闭合按下按钮SB2

KM线圈通电电机转动动作过程：起动合上开关QSKM辅助触点闭合（自锁）

利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁机床电器与可编程序控制器ppt课件M3~n二、停止停止时，按下停止按钮SB1，则交流接触器断电，使衔铁释放触头将常开触点断开，电动机停转。M3~SB1机床电器与可编程序控制器ppt课件KM主触头断开按下按钮（SB1）

KM线圈断电电动机停转KM辅助触点断开动作过程：停止电动机的保护

短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器FU和过流继电器等。

欠压是指电动机工作时，电压降低引起电流增加甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。

过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。三、短路保护

当电路出现短路时，线路电流突然变大，熔断器烧断而切断线路电源，电动机停转。接触器常开触点断开，线路恢复供电后电机不会自行起动

(失压、欠压保护)。M3~nFU短路保护动作过程演示M3~四、过载保护当电路电动机过载时，热继电器的发热元件将常闭触点断开，使接触器线圈断电主触点断开，电动机停转。M3~n过载保护动作演示M3~第二节三相异步电动机正反控制线路在生产实际中，经常要求电动机能正反向运转，如机床主轴的正向和反向运行，工作台的前后运行，起重机起吊重物的上升与下降等。从三相异步电动机原理中可知，改变电动机定子绕组的电源相序，就可实现电动机运转方向的改变。实际应用中，就是通过开关或两个接触器改变电源进入电动机三相绕组的相序来实现电动机正反转控制。

生产机械的运动部件往往需要作正、反两个方向的运动。这就要求拖动生产机械的电动机具有正、反转控制。若要实现电动机反向控制，只需将电源的三根相线任意对调两根(称换相)即可。

倒顺开关也称可逆转换开关,如图所示的S就是倒顺开关。1.倒顺开关控制的正反转控制电路静触点动触点

这种电路一般用于额定电流在10A、功率在3kW以下的小容量电动机。2.接触器控制的正、反转控制电路1）无联锁的正、反转控制电路反转接触器反转按钮正转接触器正转按钮正转触点反转触点SB2和SB3决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。

正反转控制电路必须保证正转、反转接触器不能同时动作。2）有联锁的正、反转控制电路图7–20具有电气联锁的控制电路按下SB2电机正转通电闭合断开断电闭合正转控制：合上QSKM1线圈通电KM1自锁触点闭合KM1主触点闭合KM1常闭触点断开，防止误动作使KM2线圈通电（联锁）反转控制：先按下SB1KM1线圈断电电机停转KM1自锁触点断开KM1主触点断开KM1常闭触点闭合按下SB3电机反转“联锁”触点

在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“联锁”。利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。

缺点：改变转向时必须先按停止按钮。解决措施：在控制电路中加入机械连锁。电气、机械双重联锁的控制电路

利用复合按钮的触点实现联锁控制称机械联锁。电气联锁机械联锁当电机正转时，按下反转按钮SB2电机反转停止正转闭合先断开断开断电闭合通电闭合断开断开闭合3）行程控制电路行程控制：

控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位置时利用行程开关进行控制。至右极端位置撞开STA

动作过程正向按钮

正向运行电机停车（反向运行同样分析）正程限位开关STASTB逆程图7–22行程控制电路工作台第三节三相异步电动机制动控制电路三相异步电动机从切断电源到完全停止旋转，由于惯性的关系，需要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床，卧式镗床，组合机床等，无论是从提高生产效率，还是从安全及准确停位等方面考虑，都要求电动机能迅速停车，所以需要对电动机进行制动控制。三相异步电动机的制动方法一般有两大类；机械制动和电气制动。机械制动是用机械装置来强迫电动机迅速停车；电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与原来旋转方向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。电气制动包括反接制动和能耗制动二种。一、反接制动控制电路反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生方向相反的旋转磁场，因而产生方向相反的制动转矩的一种制动方法。反接制动时，由于转子与旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时电流的两倍，因此反接制动特点是制动迅速，效果好，但冲击大，通常仅适用于10kW以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻以限制反接制动电流，这个电阻称为反接制动电阻。反接制动电阻的接线方法有对称和不对称两种接法，采用对称电阻接法可以在限制制动转矩的同时，也限制了制动电流，而采用不对称制动电阻的接法，只是限制了制动转矩，未加制动电阻的那一相，仍具有较大的电流。反接制动的另一要求是在电动机转速接近于零时，及时切断反相序电源，以防止反向再启动。(一)单向反接制动的控制线路反接制动的关键在于电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除，因此采用速度继电器来检测电动机的速度变化。速度继电器一般在转速大于120r/min时触头动作，当转速低于100r/min时，其触头恢复原位。图2-8为单向反接制动的控制线路。工作过程如下：启动时，按下启动按钮SB2，接触器KM1通电并自锁，电动机M通电启动。在电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触头闭合，为反接制动作好了准备。停车时，按下停止按钮SB1，其常闭触头断开，接触器KM1线圈断电，电动机M脱离电源，由于此时电动机的惯性转速还很高，KS的常开触头依然处于闭合状态，所以SB1常开触头闭合时，反接制动接触器KM2线圈通电并自锁，其主触头闭合，使电动机定子绕组得到与正常运转相序相反的三相交流电源，电动机进入反接制动状态，转速迅速下降，当电动机转速接近于零时，速度继电器常开触头复位，接触器线圈电路被切断，反接制动结束。图2-8电动机单向运行反接制动控制线路(二)电动机正反向运行的反接制动控制线路图2-9为电动机正反向运行的反接制动控制线路。当电动机通过正转接触器KM1触头得电而正向运转时，速度继电器KS-1正转的常闭触头和常开触头均已动作，分别处于打开和闭合的状态。但是，由于对反转接触器KM2线圈电路起互锁作用的KM1常闭辅助触头此时已断开，所以正转的KS-1的常开触头仅仅起到使KM2准备通电的作用，即并不能使它立即通电。当按下停止按钮SB1时，由于KM1线圈断电，KM1的常闭触头复位闭合，反向接触器KM2线圈便通电，定子绕组得到反向的三相交流电源，进入反接制动状态。由于速度继电器的常闭触头已打开，所以此时反向接触器KM2线圈不能依靠自锁触头而锁住电源。当电动机转子惯性速度接近于零时，KS-1的正转常闭触头和常开触头均恢复原来的常闭和常开状态，KM2线圈的电源被切断，反接制动过程便告结束图2-9电动机正反向运行反接制动控制线路上述这种反接制动控制线路的缺点是主电路没有限流电阻，冲击电流大，如频繁制动容易引起电动机发热。图2-10为具有反接制动电阻的正反向反接制动控制线路。图中电阻R是反接制动电阻，同时也具有限制启动电流的作用，该线路工作原理如下：图2-10具有反接制动电阻的正反向反接制动控制线路合上电源开关QS，按下正转启动按钮SB2，中间继电器KA3线圈通电并自锁，其常闭触头打开，与中间继电器KA4线圈构成互锁电路，KA3常开触头闭合，使接触器KM1线圈通电，KM1的主触头闭合使定子绕组经电阻R接通正转三相电源，电动机开始降压启动，此时虽然中间继电器KA1线圈电路中KM1常开辅助触头已闭合，但是KA1线圈仍无法通电。因为速度继电器KS的正转常开触点尚未闭合，当电动机转速上升到一定值时，KS的正转常开触头闭合，中间继电器KA1通电并自锁，这时由于KA1，KA3等中间继电器的常开触头均处于闭合状态，接触器KM3线圈通电，于是电阻R被短接，定子绕组直接加以额定电压，电动机转速上升到稳定的工作转速。在电动机正常运行的过程中，若是按下停止按钮SB1，则KA3，KM1，KM3三只线圈断电。由于此时电动机转子的惯性转速仍然很高，速度继电器KS的正转常开触头尚未复原，中间继电器KA1仍处于工作状态，所以接触器KM1常闭触头复位后，接触器KM2线圈便通电，其常开主触头闭合，使定子绕组经电阻R获得反转的三相交流电源，对电动机进行反接制动。转子速度迅速下降，当其转速小于100r/min时，KS的正转常开触头恢复断开状态，KA1线圈断电，接触器KM2释放，反接制动过程结束。电动机反向启动和制动停车过程与正转时相同。反接制动的具有制动力强、制动迅速的优点。但其制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动部件，制动能量消耗大，不宜频繁制动。一般适用于制动要求迅速，系统惯性大，不经常启动和制动的场合。如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动。二、能耗制动控制电路能耗制动是利用发电机的原理，把旋转的机械能转变为电能，消耗在制动电阻上，故称为能耗制动。当电动机脱离三相交流电源之后，迅速给定子绕组接入直流电流，产生一个静止磁场，则转子产生的感应电流与静止磁场相互作用达到制动的目的。同反接制动一样，当电动机转速接近于零时，应及时切断直流制动电源。切断电源的时刻既可以按时间控制原则，用时间继电器进行控制，也可以按速度原则，用速度继电器进行控制。下面分别用单向能耗制动和正反向能耗制动控制线路为例来说明。（一）单向能耗制动控制线路图2-11为时间原则控制的单向能耗制动控制线路。在电动机正常运行的时候，若按下停止按钮SB1，电动机由于KM1断电释放而脱离三相交流电源，而直流电源则由于接触器KM2线圈通电其主触头闭合而加入定子绕组，时间继电器KT线圈与KM2线圈同时通电并自锁，于是电动机进入能耗制动状态。当其转子的惯性速度接近于零时，时间继电器延时打开的常闭触头断开接触器KM2线圈电路。由于KM2常开辅助触头的复位，时间继电器KT线圈的电源也被断开，电动机能耗制动接束。图2-11时间原则控制的单向能耗制动控制线路图中KT的瞬时常开触头与KM2辅助常开触头串联组成联合自锁，其作用是当万一发生KT线圈断线或机械卡住故障时，防止在按下按钮SB1电动机进行制动后，因KM2触头自锁使两相的定子绕组长期接入能耗制动的直流电流而烧毁电动机。该线路还具有手动控制能耗制动的功能，只要使停止按钮SB1处于按下的状态，电动机就能实现能耗制动。图2-12为速度原则控制的单向能耗制动控制线路。该线路与图2-11控制线路基本相同，仅是控制电路中取消了时间继电器KT的线圈及其触头电路，而在电动机轴伸端安装了速度继电器KS，并且用KS的常开触头取代了KT延时打开的常闭触头。这样一来，该线路中的电动机在刚刚脱离三相交流电源时，由于电动机转子的惯性速度仍然很高，速度继电器KS的常开触头仍然处于闭合状态，所以接触器KM2线圈能够依靠SB1按钮的按下通电自锁。于是，两相定子绕组获得直流电源，电动机进入能耗制动。当电动机转子的惯性速度接近于零时，KS常开触头复位，接触器KM2线圈断电而释放，能耗制动结束。图2-12速度原则控制的单向能耗制动控制线路（二）电动机正反向运行能耗制动控制电路图2-13为电动机按时间原则控制正反向运行能耗制动控制电路。在其正常的正向运转过程中，需要停止时，可按下停止按钮SB1，KM1断电，KM3和KT线路通电并自锁，KM3常闭触头断开起着锁住电动机启动电路的作用；KM3常开主触头闭合，使直流电压加至定子绕组，电动机进行正向能动耗制。电动机正向转速迅速下降，当其接近于零时，时间继电器延时打开的常闭触头KT断开接触器KM3线圈电源。由于KM3常开辅助触头的复位，时间继电器KT线圈也随之失电，电动机正向能耗制动结束。电动机反向启动与反向能耗制动的过程与上述正向情况相同。图2-13电动机正反向运行能耗制动控制线路电动机正反向运行能耗制动也可以采用速度原则，用速度继电器取代时间继电器，同样能达到制动目的。能耗制动的优点是制动准确、平稳，且能量消耗小。缺点是需附加直流电源装置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小，一般用于要求制动准确、平稳的场合。而按时间原则控制的能耗制动，适用于负载转速比较稳定的生产机械上。对于那些负载惯性经常变化的生产机械来说，采用速度原则控制的能耗制动更为合适。第四节其他基本控制电路一、点动控制在生产实践中，机床设备有时需要长时间工作，有时需要短时间隙工作，因此要有点动控制，还有些生产机械在进行调整工作时也要采用点动控制。图2-14列出了实现点动控制的几种常用电气控制线路。图2-14实现点动的几种控制线路图2-14a是最基本的点动控制线路。当按下点动启动按钮SB时，接触器KM通电吸合，主触头闭合，电动机接通电源。当手松开按钮时，接触器KM断电释放，主触头断开，电动机被切断电源而停止运行。图2-14b是带手动开关SA的点动控制线路。当需要点动时将开关SA打开，操作SB2即可实现点动控制。当需要连续工作时合上SA，将自锁触头接入，即可实现长动控制。图2-14c中增加了一个复合按钮SB3。点动控制时，按下点动按钮SB3，其常闭触头先断开自锁电路，常开触头后闭合，接通启动控制电路，KM线圈得电，主触头闭合，电动机启动运行，当松开SB3时，KM线圈断电，主触头断开，电动机停止转动。若需要电动机连续运转，则按启动按钮SB2即可，停机时需按停止按钮SB1。图2-14d是利用中间继电器实现点动的控制线路。利用点动启动按钮SB2控制中间继电器KA，KA的常开触头并联在SB3两端，来控制接触器KM实现电动机点动。当需长动时可按下SB3按钮，SB1是停止按钮。二、多地控制有些大型机床和生产设备，为使操作人员在不同的方位均能进行操作，常常要求多地控制。多地控制就是用多组启动、停止按钮控制同一台电动机。多地控制的连接原则是：启动按钮要并联，即逻辑或的关系；停止按钮应串联，即逻辑与的关系。根据这一原则可推广更多地点的控制。图2-15所示是多地控