机床电气控制技术(第1章)

电气工程学院黄宜庆[e-mail]机床电气控制•《机床电气与PLC》陶维利主编西安电子科技大学出版社•《机床电气控制》王炳实主编机械工业出版社•《可编程控制器原理及应用》宫淑贞徐世许编人民邮电出版社主要参考书教材名称《电气控制技术》齐占庆主编机械工业出版社绪论机床是机械制造业中的主要加工设备，机床的质量、数量及自动化水平，直接影响整个机械工业的发展。虽然目前机床使用各种不同的动力设备，如液压装置、气压装置及电气设备等，但其中电气设备使用最广泛。一、机床电力拖动自动控制电力拖动部分:电动机以及与电动机有关联的传动机构合称；电气自动控制部分:把满足加工工艺要求，使电动机起动、制动、调速等电气控制和电气操纵部分。机床电气自动控制：采用各种控制元件、自动装置，对机床进行自动操纵，自动调节转速，按给定程序和自动适应多种条件的随机变化而选择最优的加工方案，以及工作循环自动化等等。1.机床电力拖动系统的发展成组拖动:一台电动机拖动一组机床单独拖动：一台电动机拖动一台机床多电动机拖动：多台电动机拖动一台机床的各运动机构2.机床电气控制系统的发展在控制方法上：手动操纵发展到自动控制在控制功能上：从单一功能发展到多功能在操作上：从紧张、繁重发展到轻巧自如二、机床电气控制技术的发展本课程的任务1.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;2.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。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第一章继电接触器控制系统•第一节：常用的低压电器一、低压电器定义：在交流额定电压1200V、直流额定1500V级以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。二、分类：1、按操作方式分为：手动电器---刀开关、按钮、转换开关自动电器---低压断路器、接触器、继电器2、按用途分：低压配电电器---刀开关、低压断路器、熔断器等；低压控制电器---接触器、继电器、控制器、按钮等。3、按工作原理：电磁式电器---交直流接触器、电磁式继电器等；非电量控制电器---刀开关、行程开关、按钮等低压隔离电器：主要用于电气线路中隔离电源，也可作为不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路之用。主要有刀开关、低压断路器等。一.刀开关刀开关分为单刀、双刀、三刀三种，掷向可分为单掷、双掷两种。QQQQ刀开关的缺点是：不宜带负载切断电源，电源电压消失后，不能自动复原。双掷刀开关单掷刀开关动触点（刀片）静触点（刀座）三刀开关控制手动电路M3~FU条件：电动机容量不得超过75KW，刀开关的额定电流应大于电动机额定电流的3倍Q3~一、分类：单极、双极、三极二、用途：主要用作电源的引入开关。三、图形符号和文字符号：QS二、组合开关三.熔断器1、定义熔断器：是利用金属导体为熔体串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路的保护电器。实践证明：熔断器对于低压电动机的相间短路、单相短路故障和过载是简单而有效的保护装置。2、熔断器结构：由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管或熔座两部分构成。熔体由易熔的金属材料铅、锌、锡等合金制成；熔管由陶瓷、绝缘钢纸制成。3、熔断器的主要技术参数：1）额定电压：长期工作时和熔断后所能承受的电压。2）额定电流：熔断器在长其工作中，各部件温升不超过允许温升所能承受的电流值。一般多指熔断体支持件的额定电流。3）极限分断能力：指在规定使用条件下，能够可靠分断的最大短路电流值。4、低压电动机熔断器的选择与维护(1)熔断器额定电压应符合电动机的运行电压。熔断器的工作电压与其熔管长度及绝缘强度有关。不能把熔断器用在高于其额定电压的回路中去，也不能把大熔片装到小溶断管中去。(2)熔断器的额定电流应大于电动机回路长期通过的最大工作电流。其壳体的载流部分和接触部分不会因通过工作电流而损坏。熔断器的额定电流不得小于熔件的额定电流。(3)熔断器的极限断路电流应大于流过的最大短路电流。用以保证切断故障电流时，不致烧毁熔断器。FU表示符号若一台电机，熔丝的选择按式中IfN——熔断器熔体额定电流；IS——电动机的起动电流；K——系数，决定于电动机的起动情况和熔断器特性；熔体的额定电流的计算：四.断路器•低压断路器又称自动空气开关•功能：不频繁接通、断开负载电路，并具有故障自动跳闸功能。•分类：框架式（万能式）—大容量；塑壳式•结构：触头+灭弧装置+脱扣机构+操作结构•脱扣：电磁脱扣—电压、电流（过流和短路时）、热脱扣一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将主触头断开，从而起到短路保护作用。M3~主触点弹簧连杆装置锁钩四.断路器原理一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将主触头断开，从而起到短路保护作用。M3~主触点弹簧连杆装置锁钩四.断路器原理M3~主触点弹簧连杆装置一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。四.断路器原理M3~主触点弹簧连杆装置一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。四.断路器原理DZ20系列—塑壳式断容器规格：断路器电气参数选择的一般原则：(1)断路器的额定工作电压大于或等于线路额定电压。(2)断路器的额定电流大于或等于线路计算负载电流。(3)断路器的额定短路通断能力大于或等于线路中可能出现的最大短路电流，一般按有效值计算。(4)断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。(5)具有短延时的断路器，若带欠电压脱扣器，则欠电压脱扣器必须是延时的，其延时时间应大于或等于短路延时时间。(6)断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。(7)电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压。电动机保护用断路器的选用计算：电动机保护用断路器可分为两类：1)断路器只作保护而不负担正常操作。2)断路器兼作保护和不频繁操作用。选用原则：(1)Isd=In式中Isd——长延时电流整定值；IN——电动机额定电流。(2)瞬时整定电流Iin1)保护笼型异步电动机时2)保护绕线转子异步电动机时主令电器：主要在电气线路中用于发布操作命令以接通和分断控制电路。主要有按钮、位置开关、万能转换开关和主令控制器等。五.按钮通常用来短时间接通或断开控制电路的手动电器。动合（常开）触头动断（常闭）触头按钮帽复位弹簧表示符号：SB常开按钮SB常闭按钮SB复合按钮按钮的额定电流一般不超过5ASQ常开触头SQ常闭触头SQ复合触头符号行程开关是利用运动部件的撞击来闭合和切断控制电路的。常开触头常闭触头运动部件结构示意图闭合断开六、行程开关定义：是一种无接触式物体检测装置。又称：无触点行程开关图形符号及文字符号：七、接近开关八、万能转换开关123456触点号ⅠⅡⅢ1×××2××3××4××5××6××电磁式低压电器一、定义：利电磁式机构原理工作的低压电器。二、构成：电磁机构+执行机构+灭弧装置1电磁机构①结构：固定铁心，衔铁，电磁线圈。（吸引线圈）②分类：直动式，拍合式。.1.1③原理：电磁线圈通电后，电磁吸力大于弹性力，使衔铁闭合。④铁心材料：直流—电工软铁；交流—硅钢片（端面嵌铜短路环克服交流颤抖声）2、执行机构-----触头系统作用：是通过触点的开、闭来通、断电路的。结构：桥式：点接触面接触指式：线接触，滚动摩擦，适用于大电流。材料：黄铜—指式；银铜合金—桥式3.灭弧系统（1）电弧：是指触头在闭合和断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，都会在触头间隙中由电子流产生弧状的火花，这种由电气原因造成的火花。（2）用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。（3）电弧种类：交流电弧和直流电弧交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭（4）灭弧原理：①迅速拉长电弧②冷却和去游离法•灭弧方法：①机械灭弧法：利用弹性力、迅速拉长电弧②缝灭弧法：分割电弧，并有冷却作用。如：纵缝陶土灭弧罩③栅片灭弧法：金属栅片分割电弧见图1.1.3④磁吹灭弧法：电磁吸力的作用下迅速拉长电弧使用于熄灭直流电弧。a）、b）机械性拉长电弧c）双触点灭弧d）磁吹灭弧e）纵缝灭弧f）金属栅片灭弧g）纵缝陶土灭弧罩—静触点2—动触点3—引弧角v1—动触点移动速度v2—电弧在磁场力作用下移动速度•三、电磁铁的工作原理电磁线圈通电时产生磁场，使动、静铁心磁化互相吸引，当动铁心被吸引向静铁心时，与动铁心相连的动触点也被拉向静触点，令其闭合接通电路。电磁线圈断电后，磁场消失，动铁心在复位弹簧作用下，回到原位，并牵动动、静触点，分断电路。电磁铁的示意图九.交流接触器接触器是利用电磁力来接通和断开大电流电路的一种自动控制电器，它常用在控制电动机的主电路上。a）外形b）结构示意图交流接触器的图形及文字符号：交流接触器的结构原理图复位弹簧动铁心线圈静铁心1231´2´3´主触点动合(常开)辅助触头动断触点动合触点交流接触器线圈通电后的状态1231´2´3´动断触点断开动合触点闭合i主触点闭合辅助触头线圈复位弹簧动铁心静铁心用途：接触器是一种用来频繁接通和断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。它具有低压释放保护功能，可进行频繁操作，实现远距离控制，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件电动机负载时交流接触器的选用：交流接触器吸引线困电压由控制电路电压而定。主触头额定电流由下面经验公式计算：式中Imc——主触头额定电流；PN——被控制的电动机额定功率；K——常数，一般取1—1.4；UN——电动机的额定电压。实际选择时，接触器的主触头额定电流大于上式计算值。CJTI系列交流接触器CJ12系列交流接触器CJ20系列交流接触器CJ24系列交流接触器CJ40系列交流接触器NCK2系列交流接触器一、定义继电器：是一种根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。二、与接触器的区别继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作。继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器则用来控制大电流电路，因此，继电器触头容量较小（不大于5A），且无灭弧装置。三、分类按反应的参数可分为：电压继电器、电流继电器、中间继电器、热继电器、时间继电器和速度继电器等。按动作原理可分为：电磁式、电动式、电子式和机械式等。继电器：十.热继电器热继电器是利用电流的热效应而动作的电器，它是用来保护电动机使之免受长期过载的危害。热继电器的图形及文字符号KH发热元件将串联在电动机的主电路中KH常闭触点将串联在电动机的控制电路中a）外形b）结构图—电流整定装置2—主电路接线柱3—复位按钮4—常闭触头5—动作机构6—热元件31—常闭触头接线柱32—公共动触头接线柱33—常开触头接线柱热继电器的结构原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧扣板II当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，它便向上弯曲，因而脱钩。热继电器的结构原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧II扣板热继电器的结构原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧II扣板常闭触点打开从而断开电动机的主电路十一.中间继电器中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触头个数多些，共有八对触头，其中四对常开触头，四对常闭触头，而且没有主、辅触头之分。触头容量相当于接触器的辅助触头，其额定电流为5A。中间继电器主要用在控制电路中，起信号传递与转换作用以及同时控制多个电路。线圈KAKA常闭触点常开触点KAKA复合触点中间继电器的图形符号JZ7系列中间继电器实物图形：JQX-13F小型大功率电磁继电器实物图十二、时间继电器a）外形图b）结构图1—线圈2—反力弹簧3—衔铁4—静铁心5—弹簧片6、8—微动开关7—杠杆9—调节螺钉10—推杆11—活塞杆12—宝塔弹簧通电延时型空气式时间继电器释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈微动开关2微动开关1恢复弹簧调节螺钉时间继电器时间继电器线圈通电后瞬时动作的触点释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心i恢复弹簧