第2章 机床继电器控制线路的基本环节

2020年2月6日星期四第二章机床继电器控制线路的基本环节内容提要：本章首先介绍了电气控制图的分类及基本绘制原则，其次重点分析了典型电气控制单元的基本组成及工作原理基本要求：1、掌握电气控制图的绘制和分析。2、掌握典型电气控制单元（起动、制动、可逆、步进、保护等）的基本组成及工作原理。2020年2月6日星期四•电气原理图的画法及阅读方法•笼型电动机的起动控制线路•电动机正反转控制线路•电动机制动控制线路•双速电动机高低速控制线路•电液控制•控制线路的其他基本环节•电动机的保护2020年2月6日星期四第一节电气原理图的画法及阅读方法电气控制电路是由许多电气元件按一定的要求连接而成的。用于表达电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维护。电气控制系统图电气原理图电气设备安装图电气设备接线图2.1.1常用电气图形符号和文字符号GB/T4728.1—2005《电气图常用图形符号》GB/T5226.1—2008《机床电气设备通用技术条件》GB/T6988.1—2008《电气制图》2020年2月6日星期四2.1.2电气控制系统图1、电气控制原理图目的是便于阅读和分析控制电路，根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电气元件展开形式绘制，反映电气控制的原理和各元件的控制关系，不反映元件的实际大小和位置。图1-1机床电气控制原理图2020年2月6日星期四绘制电气控制原理图时应遵循的原则：（1）电气控制原理图分主电路和控制电路。主电路用粗线，一般画在左侧，控制电路用细线，一般画在右侧。（2）同一电器各导电部件可不画在一起，但必须采用同一文字标明。（3）全部触头均采用“平常”状态。其中“平常”状态指：（4）应尽量减少连线，尽可能避免连接线交叉。•接触器、继电器线圈未通电时触头状态；•按钮、行程开关未受外力时触头状态；•主令控制器手柄置于“0”位时各触头状态。2020年2月6日星期四在较复杂的电气控制原理图中，由于接触器、继电器的线圈和触头在电气原理图中不是画在一起，其触头分布在图中所需的各个图区，为了便于阅读，在接触器、继电器线圈的文字符号下方可标注其触头位置的索引，在触头文字符号下方也可标注其线圈位置的索引。符号位置的索引可采用“图号/页次·图区号”的组合索引法。对于接触器线圈，索引中各栏含义如下：左栏中栏右栏主触头所在图区号辅助常开触头所在图区号辅助常闭触头所在图区号2020年2月6日星期四对于继电器，索引中各栏含义如下：左栏右栏辅助常开触头所在图区号辅助常闭触头所在图区号例：图1-1中接触器KM线圈下方的文字是触头的索引。对未使用的触头可采用“×”表示，也可省略。2020年2月6日星期四2、电气设备安装图电气设备安装图的目的是用于表示各种电气设备在机床机械设备和电气控制柜的实际安装位置。50505050320360线槽端子板FU1FU2KMFRTCFU3FU4图1-2机床电气设备安装图2020年2月6日星期四3、电气设备接线图电气设备接线图用于表示各电气设备之间实际接线情况。它在绘制时应遵循以下原则：①外部单元同一电器的各部件画在一起，其布置尽可能符合电器实际情况。②各电气元件的文字符号、元件连接顺序、线路号码编制必须与原理图一致。③不在同一控制箱和同一配电盘上的各电气元件的连接，必须经接线端子板进行。接线图中的电器互连关系用线束表示，连接导线应注明导线规格（数量、截面积），一般不表示实际走线途径。④对于控制装置的外部连接线应在图上或用接线表表示清楚，并注明电源的引入点。2020年2月6日星期四EL0HL23142423103×2.5mm22M1M2413×2.5mm23×1mm25×0.75mm23×0.75mm23×2.5mm2QSQ1图1-3机床电气控制设备接线图2020年2月6日星期四第二节笼型电动机的起动控制线路一、直接起动控制电路按下起动按钮SB2－接触器线圈KM通电自锁－主电路导通－电动机起动。按下停止按钮SB1－接触器线圈KM失电－主电路断开－电动机停止返回图1-2用开关直接起动线路图1-3用接触器直接直接起动线路2020年2月6日星期四•短路保护――融断器FU1、FU2。•过载保护――断电动机长期过载运行时，热继电器KR动作，常闭触点断开，切断控制电路，近而切断主电路，导致电动机停止。•欠压、失压保护――当主电路电压低于临界值后，接触器触头在弹簧作用下断开，切断控制电路，近而切断主电路，导致电动机停止。2020年2月6日星期四二、降压起动控制电路1、Y－△降压起动KM1SB2KM3YKTKM3KM2KM1通电按－通电型起动　通电断电通电运行延时仍通电如果KM2、KM3同时通电，则电源短路，因此在KM2和KM3控制的支路中各串入对方的一个常闭触头，形成互锁。2020年2月6日星期四图1-5星--三角变换降压起动控制电路(2)2020年2月6日星期四2、定子串电阻降压起动A图中KM1、KT始终处于工作状态。B图中KM2通电后，KM1和KT电源断电。图1-6定子串电阻降压起动控制线路2020年2月6日星期四KM1主触点断开KM1自锁触点闭合L1QSFU1L2L3KM1FRFRKM1SB3SB1FU2KM2SB2KM1KM2M3～KM1KM2KM2按下SB1电机正转通电闭合断开断电闭合正转控制：KM1线圈通电KM1主触点闭合KM1常闭触点断开（互锁）反转控制：先按下SB2KM1线圈断电电机停转KM1自锁触点断开KM1常闭触点闭合按下SB1电机反转第三节电动机正反转控制线路一电动机正反转线路2020年2月6日星期四“互锁”触点在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“互锁”。利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。缺点：改变转向时必须先按停止按钮。解决措施：在控制电路中加入机械连锁。L1QSFU1L2L3KM1FRFRKM1SB3SB1FU2KM2SB2KM1KM2M3～KM1KM2KM22020年2月6日星期四L1QFU1L2L3KM1FRFRKM1SB1SB2FU2KM2SB3KM2KM1KM2M3~KM1KM2SB2SB3利用复合按钮的触点实现联锁控制称机械联锁。电气联锁机械联锁2020年2月6日星期四二循环运动控制电路图1-8机床工作台往返循环的控制线路2020年2月6日星期四第四节电动机制动控制线路许多机床都要求能迅速停车或准确定位，这就要求对机械进行制动，强迫其迅速停车。制动停车的方式有机械制动和电气制动。电气制动实质是使电动机产生一个与转子原来的转动方向相反的制动转矩。机床中常用的电气制动是能耗制动和反接制动。一、能耗制动控制线路能耗制动是在三相笼型异步电动机切断三相电源的同时，给定子绕组接通直流电源，在转速为零时再切除直流电源的制动过程。制动过程中机械能转为电能消耗在转子电阻上。图1-9a、b是分别用复合按钮和时间继电器实现能耗制动的控制线路。2020年2月6日星期四图1-9能耗制动控制线路2020年2月6日星期四反接制动实质上是改变接在电动机定子绕组上的三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，因而起制动作用。反接制动过程为：当想要停车时，首先将三相电源切换，然后当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。二、反接制动控制线路图1-10为反接制动控制线路及工作流程图。1-10a、b都为反接制动的控制线路。1-10a有这样一个问题：在停车期间如为调整工件，需要用手转动机床主轴时，速度继电器的转子也将随着转动，其动合触点闭合，接触器KM2得电动作，电动机接通电源发生制动作用，不利于调整工作。1-10b解决了这个问题。1-10c为反接制动工作流程图。2020年2月6日星期四图1-10反接制动的控制线路及工作流程图C）2020年2月6日星期四第五节双速电动机高低速控制线路一、变级数调速原理1）改变定子绕组的接法，或者变更定子绕组每相电流方向。2）在定子上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕组。下图所示为4极/2极定子绕组接线示意图。2020年2月6日星期四△/YY的磁场二、双速电动机控制电路2020年2月6日星期四1.双速异步电动机定子绕组的连接双速异步电动机定子绕组接线图2020年2月6日星期四图1-11双速电动机高、低控制线路D1、D2、D3接电源，D4、D5、D6悬空，则绕组为三角形接法，每项绕组中两个线圈串联，电机为两对磁极，转速为低速。D1、D2、D3短接，D4、D5、D6接电源，则绕组为双星形接法，每项绕组中两个线圈并联，电机为一对磁极，转速为高速。接触器KM1动作为低速，KMh动作为高速。双速电动机在机床中有较多应用，它是由改变定子绕组的磁极对数来改变其转速的。接触器KM1动作为低速；KMh、KM动作为高速。2020年2月6日星期四图1-11双速电动机高、低控制线路用开关S实现高、低速控制（针对上面那个主电路）用复合按钮SB2、SB3实现高、低速控制（同样针对上面那个主电路）用开关S转换高、低速，较大容量的电动机可采用此控制方式。（适用下面那个主电路）2020年2月6日星期四第六节电液控制液压传动系统和电气控制线路相结合的电液控制系统在组合机床、自动化机床、生产自动线、数控机床等中的应用越来越广泛。液压传动系统易获得较大的力矩，运动传递平稳、均匀，准确可靠，控制方便，易实现自动化。一、电磁换向阀液压传动系统由4个部分组成：1.动力装置（液压泵）2.执行机构（液压缸或液压马达）3.控制调节装置（溢流阀、节流阀、换向阀）4.辅助装置（油箱、油管、过滤器、压力计等）其中换向阀在机床液压系统中用以改变液流方向，实现运动换向、接通或关断油路。电磁换向阀是利用电磁铁推动滑阀移动来控制液流流动方向的。电磁换向阀的种类很多。2020年2月6日星期四动力头是既能完成进给运动，而且又能同时完成刀具切削运动的动力部件。液压动力头的自动工作循环是由控制电路控制液压系统来实现的。图1-14是一次工作进给液压系统和其电气控制线路图。其自动工作过程如下，图1-14a为它的工作流程图：1.动力头原位停止2.动力头快进3.动力头工进4.动力头快退5.动力头“点动调整”二、液压动力头控制线路图1-14a动力头自动工作循环工作流程图2020年2月6日星期四图1-14一次工作进给液压系统及其电气控制线路图PO1O2AB2020年2月6日星期四三、半自动车床刀架纵进、横进、快退电液控制线路图1-16及图1-17是半自动车床刀架的液压系统和电气控制电路图，图1-17a是它的工作流程图。图1-16半自动车床刀架液压系统图2020年2月6日星期四图1-17半自动车床刀架电气控制电路图2020年2月6日星期四图1-17a半自动车床刀架电液系统工作流程图2020年2月6日星期四第七节控制线路的其他基本环节一、点动控制电动机在正常工作时多数需要连续不断地工作，即所谓长动。而点动指的是，按住按钮时电动机转动工作，手放开按钮时，电动机即停止工作。点动常用于生产设备的调整，如机床的刀架、横梁、立柱的快速移动，机床的调整对刀等。图1-18为点动控制线路。2020年2月6日星期四图1-18点动控制线路用复合按钮实现点动用开关实现点动用中间继电器实现点动2020年2月6日星期四1.联锁在机床控制线路中，经常要求电动机有顺序的起动，如某些机床主轴必须在液压泵工作后才能工作；龙门刨床工作台移动时，导轨内必须有足够的润滑油；铣床的主轴旋转后，工作台方可移动等，这些都要求有联锁关系。如图1-19所示。二、联锁与互锁图1-19联锁控制线路2020年2月6日星期四互锁实际上是一种联锁关系，其所以这样称谓，是为了强调触点之间的互相作用。在图1-20中控制对象是两台电动机，工艺上要求它们不能同时工作，于是采用了两个接触器动断触点互锁。这种互锁关系前面已用在电动机的正反转线路中，可保证正反向接触器KM1和KM2主触点不能同时接通，以防止电源短路。2.互锁图1-20两台电动机的互锁线路2020年2月6日星期四在操作比较复杂的机床中，也常用操作手柄和行程开关形成联锁。下面以X62W铣床进给运动为