机床电气控制技术.

课程名称普通机床电气控制线路安装与调试选用教材机床电气控制技术主讲：高锦南本教材共分6部分内容。主要介绍机床控制线路的基本环节、机床电气制线路的分析、机床电气制线路的设计及电气元件的选择、直流电动调速系统、交流自动调速系统、可编程控制器的其他功能与应用等电器控制方面的基础知识。总学时为68学时。在没有开始学习之前，同学们对机床电气控制有多少了解？1.机床电力拖动系统的发展成组拖动多电动机拖动交流电动机拖动直流电动机拖动机床电气控制的发展概况机床电气控制的发展概况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0.2机床电力拖动自动控制的基本概念机床组成的三个基本部分工作机构传动机构原动机165234机械变速装置电动机控制装置图0-1卧式车床加工示意图1—主轴2—工件3—刀架4—床鞍5—车刀6—丝杠直流拖动系统交流拖动系统电力拖动部分电气控制部分图0-2数控机床工作示意图工作台齿轮副位移检测装置反馈脉冲数控装置伺服放大器伺服电动机电力拖动系统机床常用电器与控制线路的基本环节第一讲常用低压电器的作用、分类接触器的工作原理与用途本次课主要讨论低压电器的作用与分类、低压电器的电磁机构及执行机构、接触器的基本工作原理与用途。1-1常用低压电器•电器定义：一种能控制电路的设备。•低压电器（Low-voltageApparatus）通常用于交流1200V、直流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。•高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。1.1电器的作用与分类•电器就是广义的电气设备。在工业意义上，电器是指能根据特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。•①按电压等级分：高压电器（High-voltageApparatus）、低压电器(Low-voltageApparatus)；•②按所控制的对象分：低压配电电器(DistributingApparatus)、低压控制电器(ControlApparatus)。•③按使用系统分：电力系统用电器、电力拖动及自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器；•④按工作职能分：手动操作电器、自动控制电器（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、其他电器（稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器）；•⑤按电器组合分：单个电器、成套电器与自动化装置；•⑥按有无触点分：有触点电器、无触点电器、混合式电器；•⑦按使用场合分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、家用电器、其他场合（如航空、船舶、热带、高原）用电器。1.2低压电器的电磁机构及执行机构1.2.1电磁机构(1)电磁机构的分类电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分之一，它将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。•1)按衔铁的运动方式分类（见图1.1）•①衔铁绕棱角转动•②衔铁绕轴转动•③衔铁直线运动•2)按磁系统形状分类•3)按线圈的连接方式分类•4)按吸引线圈电流的种类分类(2)吸力特性与反力特性电磁机构的特性用吸力特性与反力特性表征。吸力F可近似地按下式求得S为衔铁端面面积。B为气隙磁感应强度。图1.1常用电磁机构的形式1—铁心；2—线圈；3—衔铁对于具有电压线圈的直流电磁机构，因外加电压与线圈电阻不变，流过线圈的电流为常数，与磁路的气隙大小无关。根据磁路定律（磁通＝磁势/磁阻）有图1.2直流电磁机构的吸力特性图1.3交流电磁机构的吸力特性对于具有电压线圈的交流电磁机构，其吸力特性与直流电磁机构不同，设外加电压不变，忽略线圈电阻，有综上所述，对于一般U形交流电磁机构，在线圈通电而衔铁尚未吸合瞬间，电流将达到吸合后额定电流的5～6倍，E形机构将达到吸合后额定电流的10～15倍。若衔铁卡住不能吸合或者频繁动作，就可能烧毁线圈。这就是对于可靠性要求高或者频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构的原因。反力特性与吸力特性的配合关系见图1.4。欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力必须大于反力。为了保证机构具有足够的寿命，吸力又不能太大。在使用中常通过调整弹簧或触点的初压力来获得良好配合特性。图1.4吸力特性和反力特性1—直流接触器吸力特性；2—交流接触器吸力特性；3—反力特性图1.5加短路环后的磁通和电磁吸力图对于单相交流电磁机构，为保证衔铁可靠吸合，避免振动与噪声，常在交流接触器铁心端面上安装一个铜制的分磁环（短路环），当交变磁通通过该环包围的面积时，在环中产生涡流，从而产生一个滞后的附加磁通，使衔铁的吸力始终大于反力。原理见图1.5。•1.2.2执行机构•(1)触点•触点用来接通或断开被控制的电路。图1.6触点的3种接触形式图1.7指形触点的接触过程图1.8触点的位置示意图分类•图1-1电力拖动系统组成•主电路：由电动机、（接通、断开、控制电动机的）接触器主触点等电器元件组成。（电流大）•控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成。（电流小）•任务：根据给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。1.3接触器接触器（Contactor）是用来频繁接通和切断电动机或其他负载主电路的一种自动切换电器。左图是接触器结构简图。图中，1—主触头，2—辅助常闭触头；3—辅助常开触头；4—衔铁（动铁心）；5—线圈；6—静铁心；7—灭弧罩；8—弹簧•定义：用来自动地接通或断开大电流电路的电器。•分：交流接触器、直流接触器。•组成：触点系统、电磁机构、灭弧装置。按用途分•低压配电电器：刀开关、低压断路器、熔断器等。•低压控制电路：接触器、继电器、控制器、按钮等。电磁式低压电器•电器分感测部分和执行部分。•组成：吸引线圈、铁心、衔铁、铁轭、空气气隙。•图1。2。1电接触•触点接触形式：点接触、线接触、面接触•接触电阻理想情况下：触点闭合：接触电阻为零。触点断开：接触电阻无穷大。图1。2。12电弧与灭弧•电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧。气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。•电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。电弧与灭弧•电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧。气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。•电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。第一节接触器•定义：用来自动地接通或断开大电流电路的电器。•分：交流接触器、直流接触器。•组成：触点系统、电磁机构、灭弧装置。1.3.1接触器的主要技术数据(1)额定电压接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。通常用的电压等级为直流接触器：220V，440V，660V。交流接触器：220V，380V，500V。(2)额定电流通常用的电流等级为直流接触器：25A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。交流接触器：5A，10A，20A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。•(3)线圈的额定电压•通常用的电压等级为：•直流线圈：24V，48V，110V，220V，440V。•交流线圈：36V，127V，220V，380V。(4)额定操作频率•额定操作频率指每小时接通次数。(5)电寿命和机械寿命电寿命是指接触器的主触点在额定负载条件下，所允许的极限操作次数。机械寿命是指接触器在不需修理的条件下，所能承受的无负载操作次数。机械寿命（1000万次以上）与电气寿命（100万次以上）操作频率：每小时的操作次数一般：300次/h、600次/h、1200次/h(6)接触器的电气符号图1.12接触器符号接通与分断能力：可靠接通和分断的电流值。接通时：主触点不应发生熔焊。分断时：主触点不应发生长时间燃弧。•1.3.2交流接触器•交流接触器(AlternatingCurrentContactor)一般有3对主触头，两对动合（常开）辅助触头，两对动断常闭辅助触头。•(1)CJ20系列交流接触器图1.13CJ20系列交流接触器外形•(2)EB，EH系列交流接触器•1.3.3直流接触器•直流接触器(DirectCurrentContactor)是一种通用性很强的电器产品，除用于频繁控制电动机外，还用于各种直流电磁系统中。图1.14EH，EB系列接触器外形•(1)CZo系列直流接触器•分为两种结构：•额定电流为150A及以下的接触器是立体布置整体式结构，具有沿棱角转动的拍合式电磁系统，如图1.15所示。图1.15CZo直流接触器外形图额定电流为250A及以上的接触器是平面布置整体结构。小结1、电器的分类、电磁机构和执行机构的工作原理。2、接触器的分类和技术数据。本次课讨论继电器的分类、工作原理、主要技术参数及其用途、低压熔断器、隔离器、断路器的工作原理和用途。其中继电器的分类、工作原理及其用途是重点内容。继电器和其他常用低压电器继电器继电器分类：用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。原理分：电磁式、感应式、热继电器等参数分：电流、电压、速度、压力继电器动作时间分：瞬时继电器、延时继电器输出形式分：有触点、无触点继电器区别继电器：用于控制电路、电流小，没有灭弧装置，可在电量或非电量的作用下动作。接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装置，一般只能在电压作用下动作。1.4继电器1.4.1继电器的特性及主要参数•继电器(Relay)是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动控制电器。左图是电磁式继电器结构简图。图中，1—铁心；2—转动棱角；3—弹簧；4—调节螺母；5—衔铁；6—动触头；7—静触头；8—非磁性垫片；9—线圈图1.16继电特性曲线图1.16是继电器的输入输出特性。当输入量x由零增至x2以前，继电器输出y为零。x增至x2继电器输出y1。以后输入量x增加，继电器输出恒为y1。当输入量x减小至x1，继电器输出由y1变为零，再继续减小，继电器输出保持为零。继电器可按不同方法分类：按输入量的物理性质分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器、温度继电器速度继电器等；按动作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等；按动作时间分为快速继电器、延时继电器、一般继电器等等。电磁式继电器•过电流继电器•欠电流继电器•电压继电器•中间继电器•2。2。1型号、参数•P41(1)电流/电压继电器图1.17电流继电器符号图1.18电压继电器符号1.4.2电磁式继电器•常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器和时间继电器。•(2)中间继电器•中间继电器(AuxiliaryRelay)在结构上是一个电压继电器，是用来转换控制信号的中间元件。图1.19JZ17中间继电器外形图图1.20中间继电器符号时间继电器•时间继电器定义：•凡是在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段时间才动作的继电器叫时间继电器(TimeDelayRelay)。•----当吸引线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器。符号:KT•电磁式•阻尼式•电子式(晶体管、数字式)图形符号1.4.4行程开关•行程开关(TravelSwitch)又称限位开关，是一种根据生产机械运动的行程位置而动作的小电流开关电器。图1.21时间继电器符号•(1)JW系列基本型微动开关•(2)LX19K型行程开关•(3)JLXK1系列行程开关图1.22JW系列微动开关图1.23LX19K行程开关结构示意图图1.24JLXK行程开关结构1.4.5速度继电器•速度继电器主要用于异步电动机的反接制动控制，亦称反接制动继电器。•常用的速度继电器有YJ1型和JFZ0。图1.25行程开关触点符号图1.26速度继电器原理示意图1—转轴；2—转子；3—定子；4—绕组；5—摆锤；6、7—静触头；8、9—簧片1.4.6热继电器•热继电器(Thermalover-loadRelay)是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作三相异步