项目1 数控机床电气控制基础知识

项目1数控机床电气控制基础知识本章要点•数控机床常用低压电器的功能、技术参数；•常用低压电器的图形文字符号及使用方法；•组成电气控制线路的基本规律；•三相异步电动机基本知识介绍；•数控机床电气原理图的画法规则；•自锁及正反转控制规律的典型应用。技能目标•熟悉数控机床常用低压电器分类和用途;•掌握低压断路器、熔断器、继电器、接触器、主令电器图形与文字符号的使用方法；•掌握电气原理图的画法规则；•理解数控机床电气控制线路的基本规律；•掌握三相异步电动机的启动和制动控制电路；•通过两个典型的实操训练项目来进一步理解和掌握理论内容。项目案例导入•在生产上使用三相异步电动机提供的动力来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵设备。•三相异步电动机是由各种有触点的接触器、按钮等低压电器组成的电器控制电路，实现其启动、正转、反转、制动等控制的。这种控制系统称为继电器—接触器控制系统。•通过三相异步电动机具有热过载保护的控制电路进行案例导入。•提示:控制电路中的QS、FU、KM、FR、SB等文字符号的含义及其代表的电器元件的作用是什么？控制电路是怎样控制主电路工作的？1.1数控机床常用低压电器•1.1.1低压电器概述•1.1.2低压断路器•1.1.3接触器•1.1.4继电器•1.1.5熔断器•1.1.6主令电器•1.1.7变压器1.1.1低压电器概述电器是指对电能的生产、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。低压电器指工作在交流50HZ，额定电压1200V，或直流电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。1.低压电器的分类按用途分类用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器等。控制电器用于自动控制系统中发送控制指令的电器，如按钮、行程开关等。主令电器用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。执行电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。保护电器用于电能的输送和分配的电器。如低压断路器、隔离器。配电电器1.低压电器的分类按工作原理分类依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、各种电磁式继电器等。电磁式电器电器的工作是靠外力或某非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器压力继电器、温度继电器等。控制电器2.电磁式低压电器的基本结构电磁机构触头系统灭弧装置基本结构电磁机构电磁机构由铁心衔铁励磁线圈等几部分组成常用的磁路结构1-衔铁2-铁心3-线圈点接触式:用于电流不大的场合面接触式:用于电流较大的场合触头系统结构有桥式指式:适合于触头分合次数多、电流大的场合触头分为主触头:用于通断电流较大的主电路。辅助触头:用于通断电流较小的控制电路。灭弧装置作用：用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤，并使分断时间缩短。灭弧措施：（1）机械灭弧（2）磁吹灭弧（3）窄缝灭弧（4)栅片灭弧栅片灭弧1-熄弧栅片2-触点3-电弧1.1.2低压断路器低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自动开关。QF低压断路器的外形图低压断路器的图形及文字符号返回1.低压断路器的作用和分类•作用:用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。•分类：框架式（万能式）塑料外壳式（装置式）2.低压断路器的工作原理示意图锁钩过流脱扣器欠压脱扣器衔铁连杆装置释放弹簧过载脱扣器3.低压断路器的工作过程低压断路器的主触点靠操作机构手动或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构的锁钩将主触点锁在合闸位置上。过流脱扣器的的线圈和过载脱扣器的热元件与主电路串联，欠压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路时，过流脱扣器的衔铁被吸合，使自由脱扣机构的锁钩脱开，主触点断开。当电路过载时，过载脱扣器的热元件发热使双金属片弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠压脱扣器的衔铁被释放，也使自由脱扣机构动作。使断路器触点分离，从而在过流与零压、欠压时保证了电路及电路中设备的安全。返回1.1.3接触器用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。是机床电动机主电路中最重要的控制电器。通常分为交流接触器和直流接触器。接触器外形图图形符号与文字符号返回1.接触器的工作原理•当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生电磁吸力，使衔铁吸合。由于主触点支持件与衔铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接通主电路。与此同时，衔铁还带动辅助触电动作，使动合触点闭合，动断触点断开。•当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或变小，衔铁在复位弹簧的作用下打开，使主、辅触电恢复到原来的状态，把电路切断。2.交流接触器•交流接触器用于远距离控制电压至380V，电流至600A的交流电路，以及频繁起动和控制交流电动机的控制电器。•常用的交流接触器产品，国内有NC3（CJ46）、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列；引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LC—D等系列。•CJ20系列交流接触器的主触点均做成三极，辅助触点则为两动合两动断形式。此系列交流接触器常用于控制笼型电动机的起动和运转。3.直流接触器•直流接触器与交流接触器的工作原理相同。结构也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。为方便加工，铁心由整块软钢制成。为使线圈散热良好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型，与铁心直接接触，易于散热。•常用的直流接触器有：CZ0、CZ18等系列。4.接触器的选用•控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。•接触器的使用类别应与负载性质相一致。•主触点额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。•主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。•吸引线圈电流种类和额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠吸合。•接触器的主触点和辅助触点的数量应满足控制系统的要求。返回1.1.4继电器继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护任务的自动电器。继电器和接触器的工作原理一样，主要区别在于，接触器的主触点可以通过大电流，而继电器的触点只能通过小电流。所以继电器只能用于控制电路中。返回1.电压继电器•根据输入电压大小而动作的继电器。•使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。电压继电器分过电压继电器：起过电压保护作用欠电压继电器：起欠电压保护作用零电压继电器：起零电压保护作用U＞KVU＜KVa)过电压继电器线圈b)欠电压继电器线圈c)动合触点d)动断触点2.电流继电器•根据输入电流大小而动作的继电器。•使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗、阻抗小、分压小，不影响电路正常工作。按用途分为过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即切断电路欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路I＞KII＜KIa)过电流继电器线圈b)欠电流继电器线圈c)动合触点d)动断触点3.中间继电器•中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。•主要区别：•接触器的主触点可以通过大电流；•继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于机床的控制电路中。KAKAKA线圈常开触头常闭触头4.热继电器•热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。按相数分为两相热继电器和三相热继电器。•热继电器工作原理：发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其弯曲，推动导板运动，常闭触点断开。触点接线柱热元件导板触点主电路接线柱电流调节凸轮手动复位按钮(a)外形(b)结构热继电器的由热元件、触点系统、动作机构、复位机构、整定电流装置和温度补偿元件等器件组成。热继电器主要参数及常用型号主要参数1.热继电器额定电流：指可以安装的热元件的最大整定电流2.相数3.热元件额定电流：指热元件的最大整定电流。4.整定电流：指长期通过热元件而不引起热继电器动作的最大电流。按电动机额定电流整定。5.调节范围：是指手动调节整定电流的范围。常用的热继电器有JR0、JR14、JR15、JR16、R20等系列。热继电器的基本技术数据可查阅有关资料。热继电器的选择1）根据实际要求确定热继电器的结构类2）根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号、热元件的电流等级和整定电流。a)热元件b)动断触点FR返回5.时间继电器时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后触头才动作的继电器。适用于定时控制。按工作原理分空气阻尼式电磁式电动式电子式等。按延时方式分通电延时型断电延时型数控机床中一般由计算机软件实现时间控制。时间继电器的文字符号和图形符号a)b)c)d)e)f)g)h)i)KTKTKTKTKTKTKTKTa)一般线圈符号b)通电延时线圈c)断电延时线圈d)延时闭合的动断触点e)延时断开的动断触点f)延时断开的动合触点g)延时闭合的动断触点h)瞬时动合触点i)瞬时动断触点返回1.1.5熔断器•用于低压线路中的短路保护。•常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。FU熔断器的选择1.根据线路的要求、使用场合和安装条件选择熔断器类型。2.熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。3.熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。4.熔体额定电流的选择1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两极熔体额定电流的比值不小于1.6：1。2）用于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流。3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算：IfN≥（1.5～2.5）IN式中：IfN---熔体额定电流；IN---电动机额定电流4）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN返回1.1.6主令电器主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。主要有控制按钮、行程开关、接近开关开关等。1.控制按钮按钮的外形图和结构常用于接通和断开控制电路。(a)外形图常闭触点常开触点(b)结构按钮图形符号和文字符号SBSBSB动合（常开）触头动断（常闭）触头复合触头按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。数控机床上的按钮站一般用：红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；蓝色表示复位；另外还有黄、白等颜色，供不同场合使用。2.行程开关未撞击撞击行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。行程开关的选择•在选择行程开关时，应根据被控制电路的特点、要求、生产现场条件和触点数量等因素进行考虑。常用的行程开关有LX19、LX31、LX32、JLXK1等系列产品。符号常开（动合）触点常闭（动断）触点SQSQ3、接近开关接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。(1)作用：可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护，还广泛用于检测零件尺寸、测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等。(2)特点：工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、灵敏度高、频率响应快以及适应恶劣的工作环境等。(3)分类：按工作原理分为高频振荡型电容型永久磁铁型霍尔效应型(5)常用接近开关：主要系列产品有LJ2、LJ6、LXJ18和35G等系列。(6)接近开关的文字符号及图形符号a)动合触点SQb)动断触点SQ3、组合开关常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。组合开关有单极、双极和多极之分。组合开关示意图由动触片、静触片、转轴、手柄、凸轮、绝缘杆等部件组成。当转动手柄时，每层的动触片