机床电气控制技术绪论

第一章机床常用电器与控制线路的基本环节课程要求出勤要求：按时上课，不旷课，不迟到，不早退；旷课达到1/3者，不准参加考试考核方式：点名，课堂作业等形式课堂要求：保持安静，认真听讲绪论一、本课程的内容二、本课程的组成三、本课程的任务四、本课程的教材及选讲内容五、学习本课程的意义六、电气控制技术发展概况七、机床电气控制技术发展概论绪论一、本课程的内容以电动机或其它执行电器（如电磁阀）为控制对象，介绍电气控制的基本原理，典型电路及设计方法。电气控制包括：断续控制（开关量）——本课程介绍连续控制（模拟量）——其它课程介绍电气控制技术应用范围广泛是基础性技术，在生产、流通、消费乃至科研、军事等领域都有应用。绪论控制方式举例：电冰箱的自动恒温控制绪论1、断续控制•右上图为控制电路•右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电动机的运行情况•系统特点：–结构简单，成本低–频繁开停机，能耗大温控器K电源电动机GMθ0θ1θ2θtPPN0t电源变频器温度传感器电动机PPN0tt2、连续控制右上图为控制电路右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电动机的运行情况。系统特点：结构复杂，成本高运行平稳，能耗低绪论θ0θ1θ控制方式举例：电冰箱的自动恒温控制二、本课程的组成•第一部分继电器控制技术属于传统电气控制技术，目前在简单控制系统大量使用•第二部分可编程序控制器原理及应用属于现代电气控制技术，发展迅速，目前在复杂控制系统广泛使用绪论三、本课程的任务•掌握普通机床电气控制系统的结构组成、工作原理、线路设计及应用;•掌握可编程控制器的工作原理、过程和控制程序的编制方法。绪论五、学习本课程的意义1、面向企业——电气工程师基本技能培养–本课程的前3章内容是电工培训、电工技能大赛的基本内容，作为未来的电气工程师必须掌握。第四至六章是电气工程师特有的要求，电气控制设计掌握不好，就只能达到电工水平。–自动化专业=工业自动化–学习目标：优秀2、面向未来——针对未来不确定性的知识储备–加强基础、拓宽知识面是现代高等教育的一大趋势–现代学科发展的趋势是既高度分化又高度融合–成为某一个行业的“专家”容易，成为“大家”很难–只有在多个相关领域内成为专家，才有可能成为“大家”–学习目标：合格绪论六、电气控制技术发展概况•第一阶段：从集中传动到分散传动–机械传动从复杂到简单–电气传动及控制从简单到复杂。集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代一个车间使用一台蒸汽机提供动力通过天轴、齿轮和皮带系统将动力分配到各个纺织机械绪论蒸汽机——天轴——纺纱机绪论蒸汽机——天轴——织布机绪论•第二阶段：从继电器控制到PC控制–PC(ProgrammableController)是一种以开关量为主要控制对象的工业控制计算机。–由继电器构成复杂控制系统的可靠性降低。•第三阶段：从单台设备的PC控制到整个生产线的PC控制–高速线材生产线：三菱A型，3机双环网–连续铸造生产线：西门子S5-135，分布式结构绪论七、机床电气控制技术发展概论普通机床向数控机床发展机床拖动方式：单机拖动向多机拖动发展继电器－接触器控制向可编程控制器方向发展绪论机床电气控制技术时间继电器各种机床执行电器控制电器+开关按钮继电器接触器行程开关空气开关热继电器可编程序控制器电机电磁阀机械设备绪论第1章前言电器及电气控制伴随着电能的发现与应用已经走过了几百年的历史长河。本章从应用的角度首先介绍了几种常用的低压控制类电器，对其结构、动作原理以及它们在电气控制线路中的应用做一简单说明。图1-0中给出了某些电器的图片。图1-0常用低压控制电器电气控制技术在各类机床上有广泛的应用，本章介绍组成电气控制线路常用的基本环节，力求为各种机床电气控制线路的分析与设计打下基础。现代机床通常由机、电、液三大技术为支撑，从自动控制的角度说，三者彼此融合难以割裂，电气控制技术的学习无法避开这一现实，本章将以一定篇幅介绍电—液控制环节及其应用实例。常用低压电器电气原理图的画法及阅读方法本章主要内容1.1常用低压电器电器：对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用广泛可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器、接触器控制技术相结合的产物，其输入、输出与低压电器密切相关。电器元件本身朝着新的领域扩展电器元件性能提高新型电器元件产生机、电、仪一体化电器元件实现电器元件应用范围扩展有些电器元件有其特殊性以继电器、接触器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术必需的基础1.1.1概述电器元件的分类：按动作原理分类：AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。▪低压电器：▪高压电器：AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。按用途分类：（表1-1、表1-2）▪手动电器：▪控制电器：▪自动电器：▪配电电器：▪主令电器：▪保护电器：▪执行电器：通过人的操作发出动作指令的电器。产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。用于电能的输送和分配的电器。用于自动控制系统中发送动作指令的电器。用于保护电路及用电设备的电器。用于完成某种动作或传送功能的电器。按工作电压等级分类：表1-1低压电器还可按使用场合分类类别特点及适用场合一般用途正常条件下工作化工用电器防腐蚀，适用于有腐蚀性气体和粉尘的场合矿用电器防爆，适用于含煤尘、甲烷等爆炸性气体环境船用电器耐颠簸，振动和冲击，耐潮湿、抗盐雾和霉菌侵蚀航空用电器耐冲击、振动，可在任何位置上工作牵引电器工作环境温度较高，耐振动和冲击，通常用于电力机车热带电器（使用环境温度40～50℃）湿热带型：能工作在相对湿度为95%，且有凝露、烟雾和霉菌场合干热带型：能防沙尘高原电器适用于海拔高度1000～4000m的高原地区表1-1低压电器按使用场合分类表分类名称主要品种用途控制电器接触器交流接触器直流接触器远距离频繁起动或停止交、直流电动机以及接通和分断正常工作的主电路和控制电路控制继电器电压继电器电流继电器中间继电器时间继电器热继电器压力继电器速度继电器固态继电器主要用于控制系统中控制其它电器或作主电路的保护之用主令电器按钮限位开关微动开关万能转换开关接近开关光电开关用来闭合和分断控制电路以发布命令控制器凸轮控制器平面控制器转换主回路或励磁回路的接法，以达到电动机的起动、换向和调速目的配电电器断路器塑料外壳断路器框架式断路器用作线路过载、短路、漏电或欠压保护，也可用作不频繁接通和分断电路熔断器有填料熔断器无填料熔断器半封闭插入式熔断器用作线路和设备的短路和严重过载保护刀形开关负荷开关主要用作电气隔离，也能接通分断额定电流表1-2低压电器产品按作用分类1.1.2接触器电力拖动和自动控制系统中使用量大，涉及面广的一种低压自动控制电器。用来频繁地接通和分断交、直流主回路和大容量控制电路。电磁接触器结构示意图静铁心线圈主触点常闭辅助触点常开辅助触点灭弧罩动铁心弹簧电磁接触器结构示意图1．结构与工作原理电磁机构：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作.触点：接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。按所控制电路▪主触点▪辅助触点按原始状态▪常开触点▪常闭触点灭弧罩灭弧栅磁吹灭弧装置电磁接触器结构示意图静铁心线圈主触点常闭辅助触点常开辅助触点灭弧罩动铁心弹簧电磁接触器结构示意图静铁心线圈主触点常闭辅助触点常开辅助触点灭弧罩动铁心弹簧当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。接触器根据电磁原理工作：电磁接触器结构示意图静铁心线圈主触点常闭辅助触点常开辅助触点灭弧罩动铁心弹簧接触器机械寿命、电寿命接触器主要技术参数：线圈电压主触点额定电流、额定电压辅助触点额定电流、对数接触器极数接触器分类及特点：电磁接触器结构示意图交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。●交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心发热。●铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。●线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。●铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声。●灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。直流接触器：线圈通以直流电，主触点接通、切断直流主电路。●不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。●铁心用整块钢制成。●线圈制成长而薄的圆筒状。●250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。●灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。２．接触器的分类动画演示（接触器）衔铁弹簧M3~电机动作过程线圈通电衔铁被吸合主触点闭合电机接通电源~接触器动作原理铁芯常开线圈常闭主触点辅助触点电源常用接触器图片3.图形符号及文字标注图形符号及文字标注线圈KM常开主触点KM常闭辅助触点KM常开辅助触点KMKMKMKMKM1.1.3控制继电器常用继电器电流继电器电压继电器中间继电器固态继电器热继电器时间继电器速度继电器继电器综述继电器主要用于控制电路，流过触点的电流小，一般不需要灭弧装置。用于控制与保护电路中，作信号转换用的电器。具有输入电路（感应元件）和输出电路（执行元件）当感应元件中的输入量变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。如电流、电压、温度、压力等作用：特点：结构：原理：继电器综述继电特性曲线线圈失电到衔铁完全释放所需的时间继电器吸合值yx1x2x继电器释放值1x2x1y继电器特性及其重要参数：返回系数：铁心与衔铁间非磁性垫片的厚薄吸合时间：线圈接受电信号到衔铁完全吸台所需的时间释放时间：释放弹簧的松紧程度12xkx●一般自动复位根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器电流继电器●动作电流整定范围：当电路发生短路及过流时立即将电路切断当电路电流过低时立即将电路切断过电流继电器：欠电流继电器：●●●线圈电流整定电流时，继电器吸合●线圈电流整定电流时，继电器释放●动作电流整定范围：整定电流时线圈电流继电器不动作整定电流时继电器才动作线圈电流NI交流为(110％～350％)直流为(70％～300％)NI吸合电流为(30％～50％)释放电流为(10％～20％)NINI原理线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。1．电磁式控制继电器图1-5直流电磁继电器的结构1—铁芯2—旋转棱角3—复位弹簧4—调节螺母5—衔铁6—动触点7—静触点8—非磁性垫片9—线圈欠电流继电器KIIKI过电流继电器IKIKI动作电流Ｉq：使电流继电器开始动作所需的电流值；返回电流Ｉf：电流继电器动作后返回原状态时的电流值；返回系数Ｋf：返回值与动作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。主要技术指标：电压继电器：过电压继电器：动作电压整定范围为(105％～120％)Un欠电压继电器：吸合电压调整范围为(30％～50％)Un释放电压调整范围为(7％～20％)Un结构原理：与电流继电器类似线圈并联在电路中，匝数多，导线细根据输入（线圈）电压大小而动作的继电器欠电压继电器KUUKUKU过电压继电器UKUKUKU本质上是一种电压继电器，工作原理与接触器相同。作用：电动机额定电流不超过5A的电气控制系统，可代替接触器。中间继电器：触点系统中没有主、辅触点之分，触点容量相同。小容量的接触器：当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用。触点数量较多，能够将一个输入信号变成多个输出信号。当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。(b)符号KA线圈常开触头KA常闭触头KA表1-3不同用途的控制继电器名称主要用途电压继电器用于电动机失压或欠电压保护及控制信号的转换与衔接中间继电器加在某一电器与被控电路之间，以扩大前者的触