机床电气控制技术PPT

12绪论第一章常用低压控制电器第二章基本控制线路第三章电气控制线路设计基础第四章典型机床控制线路分析第五章可编程控制器的基础知识第六章三菱FX-2N可编程控制器3一、本课程的性质与任务本课程是一门实用性很强的专业课。主要内容是以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍继电接触器控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路、电气控制技术、电气控制系统的设计方法以及可编程序控制器的基本知识。本课程的培养目标：（1）熟悉常用控制电器的结构、原理、用途;（2）熟悉掌握继电接触器控制线路的基本环节;（3）能基本根据生产过程和控制要求进行系统设计。（4）熟悉典型设备的电气控制系统。4二、电气控制技术的发展概况1、机床电力拖动系统的发展概况（1）成组拖动（2）单机拖动（3）多机拖动2、机床电气控制系统的发展概况在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从单一功能发展到多种功能；在实际操作上从紧张繁重到轻松自如。电气控制系统发展的四个阶段：（1）继电器—接触器控制系统（2）连续控制系统及自动控制系统（3）可编程序控制器（4）计算机数字控制系统56第一节概述第二节接触器第三节继电器第四节其他常用电器7电器的种类：按工作电压分为高压电器和低压电器。按用途分为配电电器与控制电器。按动作方式分为自动切换电器和非自动切换电器。按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器。电器的定义：电器是根据外界信号（机械力、电动力和其它物理量）自动或手动接通和断开电路,实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的元件或设备。8吸引线圈的作用：将电能转换成磁能，即产生磁通，衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移使铁心吸合。铁心衔铁线圈问题1如何区分直流线圈和交流线圈？问题2如何区分并联线圈和串联线圈？电磁机构结构图一.电磁机构电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成。如下图所示。9交流电磁机构上短路环的作用交流电磁铁的短路环1—衔铁2—铁心3—线圈4—短路环101.触头的结构形式桥式触头指形触头二.触头系统触头是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。113.电弧2.触头的接触方式电弧：触头在通电状态下动、静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。点接触线接触面接触电弧的存在既烧损触头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速消除。12接触器是一种用来频繁地接通和断开(交、直流)负荷电流的电磁式自动切换电器，主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等设备，具有低压释放的保护功能，适用于频繁操作和远距离控制。一、接触器的结构及工作原理1.交流接触器的结构交流接触器主要由电磁机构、触点系统、灭弧装置和其他辅助部件四大部分组成。结构示意图如下图所示。133.接触器的工作原理及符号(a)线圈(b)主触常开、常闭触点(c)辅助常开、常闭触点接触器的符号1—动触头2—静触头3—衔铁4—弹簧5—线圈6—铁心7—垫毡8—触头弹簧9—灭弧罩10—触头压力弹簧14继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路，实现自动控制和保护的电器。其输入量可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量。一、电磁式继电器1—底座2—反力弹簧3、4—调节螺钉5—非磁性垫片6—衔铁7—铁心8—极靴9—电磁线圈10—触点系统15电磁式继电器的种类：1.电磁式电流继电器2.电磁式电压继电器：3.电磁式中间继电器：中间继电器触点数量较多，触点容量较大，且动作灵敏。其主要用途是当其他继电器的触点数量或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大触点容量(触点并联)或触点数量，起到中间转换的作用。电磁式继电器符号：161.时间继电器的结构(a)通电延时型二、时间继电器(b)断电延时型172.时间继电器的符号三、热继电器注意由于热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能作瞬时过载保护，更不能作短路保护。1.热继电器的作用过载保护182.热继电器的结构1—双金属片固定支点2—双金属片3—发热元件4—导板5—补偿双金属片6—常闭触点7—常开触点8—复位调节9—动触点10—复位按钮11—调节旋钮12—支撑13—压簧14—推杆3.热继电器符号KRKRKR19四、速度继电器1.速度继电器的结构及工作原理1—转轴2—转子3—定子4—线圈5—摆锤6、7—静触点8、9—簧片一般速度继电器的动作速度为120r/min，触点的复位速度在100r/min以下，转速在3000r/min～3600r/min能可靠地工作，注意202.速度继电器符号速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。使用时，速度继电器的转轴应与电动机同轴连接，安装接线时，正反向的触点不能接错，否则不能起到反接制动时接通和断开反向电源的作用。要点：21一、低压开关图形及文字符号：(a)单极(b)双极(c)三极问题低压开关应如何装？22二、低压断路器结构及工作原理：23三、熔断器1.熔断器的结构类型瓷插式熔断器螺旋式熔断器242.熔断器的符号及安秒特性问题1热继电器能否作熔断器使用？熔断器能否作热继电器使用？问题2熔断器和低压断路器的优缺点？25四、主令电器1.控制按钮1）结构262）符号2.行程开关1）结构272）符号微动行程开关滚轮式行程开关back2829第一节电气控制线路的绘制第二节基本电气控制线路第三节异步电动机降压起动控制线路第四节异步电动机制动控制线路第五节双速异步电动机调速控制线路第六节位置控制电路30电气控制线路是由各种有触点的电器组成的控制线路。为了表达设备电气控制系统的组成结构、工作原理等要求，需要用统一的工程语言即用工程图的形式来表达，这种工程图即是电气图。一、电气原理图的绘制原则电路图有电气原理图和电气安装接线图。前者是根据电气动作原理绘制的，表示电气的动作原理和分析动作原理及排除故障，而不考虑电气设备的电气元器件的实际结构和安装情况。后者也叫电气装配图，它是根据电气设备和电气元器件的实际结构、安装情况绘制的，用来表示接线方式、电气设备和电气元器件的位置、接线场所的形状和尺寸等。311.电气原理图绘制电气原理图一般分主电路和控制电路两部分。主电路是设备的驱动电路，主电路通常用粗实线画在图样的左侧(或上方)。控制和辅助电路一般用细实线画在图样的右侧(或下方)。控制电路、辅助电路要分开画。2.电气原理图中的器件状态(1)继电器和接触器的线圈处在非激励状态。(2)断路器和隔离开关在断开位置。(3)零位操作的手动控制开关在零位状态。(4)机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态。(5)保护类元器件处在设备正常工作状态。3233一、异步电动机单向直接起动控制线路1.工作原理2.保护环节(1)短路保护(2)过载保护(3)失压和欠压保护34二、多地点与多条件控制线路两地控制线路两个条件控制线路35三、点动控制(a)(b)(c)(d)36四、三相异步电动机的正反转控制线路1.“正—停—反”控制372.“正—反—停”控制38五、顺序控制线路BACK39一、定子串电阻降压起动控制电路问题此电路的缺点为何？40改进后的电路41二、星形—三角形降压起动控制电路42三、自耦变压器降压起动控制电路43三种降压起动方式优缺点：1、串起动电阻起动的优点：控制线路结构简单、成本低、动作可靠、提高了功率因素、有利于保证电网质量。缺点：消耗电能。适用场合：要求起动平稳的中小容量电动机以及起动不频繁的场合。2、自耦变压器起动的优点：起动电流与起动转矩的比值按变比平方倍降低。对电网电流冲击小，功率损耗小。缺点：自耦变压器价格较贵，相对电阻结构复杂，体积庞大，且是按照非连续工作制设计制造的，不允许频繁操作。3、Y-△起动的优点：定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的1/√3，起动电流为1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。缺点：起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。此线路适合轻载或空载的场合。BACK44一、反接制动控制线路问题此电路的缺点何在？45改进后的电路46二、能耗制动控制线路1.单向运行能耗制动控制线路1)按时间原则控制线路472)按速度原则控制线路48反接制动优点：制动效果好，其缺点是能量损耗大，在制动过程中有冲击，对转动部件有害，故用于不太经常起制动的设备。能耗制动优点：能量损耗少，在制动时磁场静止不动，不会产生有害的反转，制动停车准确，制动过程平稳。缺点是需要整流电路，制动速度也较反接制动慢些。所以，能耗制动适用于电动机容量较大，要求制动平稳和起动频繁的场合。两种制动方式优缺点的比较：BACK49双速异步电动机调速控制线路BACK50BACK5152第一节电气控制设计的主要内容第二节电力拖动方案的确定、电动机的选择第三节电气控制方案的确定及控制方式的选择第四节电气设计的一般原则第五节保护环节第六节电气控制系统的一般设计方法53一、电气控制线路设计的基本要求(1)熟悉所设计设备电气线路的总体技术要求及工作过程，取得电气设计的基本依据，最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制的要求。(2)优化设计方案、妥善处理机械与电气的关系，通过技术经济分析，选用性能价格比最佳的电气设计方案。在满足要求的前提下，设计出简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电路。(3)正确合理地选用电气元器件，尽可能减少元器件的品种和规格，降低生产成本。(4)设计中贯彻最新的国家标准。54(1)拟定电气设计技术任务书；(2)提出电气控制原理性方案及总体框图；(3)编写系统参数计算书；(4)绘制电气原理图(总图及分图)；(5)选择整个系统的电气元器件；(6)绘制电控装置装配图和接线图。(7)标准构件选用与非标准构件设计(包括电控箱的结构与尺寸、散热器、导线、支架等)。(8)绘制装置布置图、出线端子图和设备接线图。(9)编写操作使用、维护说明书。二、电气控制系统设计的基本内容55三、电气控制设备的设计步骤1.初步设计初步设计是研究系统和电气控制装置的组成，拟订设计任务书并寻求最佳控制方案的初步阶段，以取得技术设计的依据。2.技术设计在通过初步设计的基础上，技术设计需要完成的一些技术上的任务。3.产品设计产品设计是根据初步设计和技术设计最终完成的电气控制系统设备的工作图样。56一、确定拖动方式1.单独拖动单独拖动就是一台设备只由一台电动机拖动。2.分立拖动通过机械传动链将动力传送到达每个工作机构，一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构。二、确定调速方案可采用齿轮变速箱、液压调速装置、双速或多速电动机以及电气的无级调速传动方案。无级调速有直流调压调速、交流调压调速和变频变压调速。572.电动机起动、制动和反向要求一般说来，由电动机完成设备的起动、制动和反向要比机械方法简单容易。因此，机电设备主轴的起动、停止、正反转运动调整操作，只要条件允许最好由电动机完成。1.电动机的选择电动机的选择包括电动机的种类、结构形式、额定转速和额定功率。三、电动机的选择及起动、制动和反向要求58一、电气控制方案的可靠性一个系统或产品的质量，一般包括技术性能指标和可靠性指标，设计的可靠性就是使一个系统或产品设计满足可靠性指标。二、电气控制方案的确定控制方案应与通用性和专用性的程序相适应。59一、应最大限度地实现生产机械和工艺的要求二、控制线路应简单经济举例6061三、保证控制线路工作的可靠和安全(a)不合理连接(b)合理连接(a)不合理接线(b)合理接线62寄生电路触点“竞争”63一、短路保护常用的短路保护元器件有熔断器和自动空气开关。二、过载保护常用的过载保护器件是热继电器。三、过流保护过流保护常用电磁式过电流继电器实现。四、零电压与欠电压保护一般常用零压保护继电器和欠电压继电器实现零压保护和欠压保护。64举例：下图所示是电动机常用保护电路，请指出各电气元器件所起的保护作用。65举例：(4)横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间应有必要的联锁。现要设计一个龙门刨床横梁升降控制系统。其对电气控制系统提出了如下要求：(1)保证横梁能上下移动，夹紧机构能实现横梁的夹紧或放松。(2)横梁夹紧与横梁移动之