机床电气控制与PLC1

机床电气控制与PLC机械工业出版社宋利芬302知识目标1）了解三相异步电动机及常用低压电器的类型、型号及选用方法，熟记其图形符号和文字代号。2）掌握三相异步电动机的基本控制环节。3）掌握电动机控制电路的保护环节。技能目标1）能根据不同场合，正确的选用电动机及常用低压电器。2）能准确地分析电动机的点动、启动、正反转及制动等电路。3）能根据电路图，对电动机的点动、启动、正反转及制动等电路进行接线、调试及故障排除等。4）能根据要求，设计简单的电动机控制线路。问题导入如何选择三相异步电动机？怎样控制才能使其完成工作任务？要用到哪些相关的电器元件？电动葫芦本章内容1.1三相异步电动机1.2三相异步电动机的全电压启动控制1.3三相异步电动机的降压启动控制1.4三相异步电动机的正反转控制1.5三相异步电动机的制动控制1.6三相异步电动机的保护环节1.7三相异步电动机的变速1.1三相异步电动机1.1.1三相异步电动机的铭牌1.1.2三相异步电动机的选择主要有两部分：定子和转子1三相异步电动机的基本结构1．定子定子是电动机的固定部分。它包括：机壳定子铁心三相对称绕组a．机壳b．定子铁心c．三相定子绕组是电动机的旋转部分。由转子铁心、转子绕组和转轴组成。2．转子定子绕组可以接成星形或三角形当电动机每相绕组额定电压等于电源的相电压时，绕组接成星形联结；等于电源的线电压时，绕组接成三角形联结。接电源笼型转子转子绕组又分笼型转子和绕线型转子。绕线型转子iU=ImsintiV=Imsin(t–120)iW=Imsin(t+120)iUiViW相序U1-V1-W1-U1ti0iUiViWU1V1W1U2V2W2定子绕组U1W2V1U2W1V2++绕组中通入三相对称电流对称三相绕组2三相异步电动机的旋转磁场空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º)。综上分析可以得出：旋转磁场产生条件电源的频率磁极对数pfn600（单位：r/min）磁极对数p12345旋转磁场转速n0/(r.min-1)300015001000750600旋转磁场的转速，或同步转速n0fP（单位：Hz）工频50Hz把三根电源线中的任意两根对调，即改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向,三相异步电动机的转子旋转方向会改变。1．转动原理旋转磁场以同步转速n0顺时针方向旋转转子导线逆时针方向切割磁力线，产生感应电动势、感应电流；转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用形成转矩，转子沿旋转磁场的方向异步转动n2n0转子转速旋转磁场转速（同步转速）（电动机转速）二三相异步电动机的转动原理及转差率2．异步电动机的转差率s00nnnsNn0旋转磁场转速nN转子转速电动机起动瞬间：nN=0，s=1；电动机空载运行：nN接近n0，转差率s最小电动机额定转差率：sN=1%～9%S=0时，即n0=nN，转子线圈不切割磁感线，无感应电流，也无电磁转矩，)1(60)1(0spfsnnN问题：某四极异步电动机接在频率为50Hz的电源上，额定转速nN=1440r/min，求转差率sN。解：由已知条件知04.01500144015000N0Nnnnsmin)/(150025060600rPfn三相异步电动机（d）JR系列绕线型（e）YB2隔爆型（f）MC/MY单相铝壳式YS系列Y2系列YEJ系列电磁制动式JR系列绕线型YB2隔爆型MC/MY单相铝壳式1.1.1三相异步电动机的铭牌三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5kW频率50Hz电压380V电流15.3A接法△转速1330r/min绝缘等级B工作方式连续年月日×××电机厂（1）型号（2）电压及接法（1）表示电动机的类型、用途和技术特征的代号。如Y132M-4（2）UN额定电压:电动机额定运行时，定子绕组上应加的额定电源线电压值。Y表示三相笼型异步电动机；132表示机座中心高为132mm；M是机座长度代号，是中机座；4是磁极数。1、这个电机每相绕组的额定电压是220v；2、如果三相交流电源线电压是220v，这个电机接成△形，满足每相绕组额定电压是220v的要求，正常工作；3、如果三相交流电源线电压是380v，这个电机接成Y形，满足每相绕组额定电压是220v的要求，正常工作；（3）电流（4）功率、功率因数、效率IN额定电流：定子绕组的额定线电流值PN额定功率:在额定运行状态下，其轴上输出的机械功率。电源输入的功率：P1N＝UNINcoscos功率因数：定子相电压与相电流相位差的余弦电动机的效率η＝PN/P1N×100%（5）频率（6）转速（7）绝缘等级（5）f1/fN额定频率：定子绕组外加的电源频率。工频：50Hz。（6）nN额定转速：电动机在额定电压、额定频率及输出额定功率时的转速。（7）绝缘等级：根据电动机绕组所用的绝缘材料、按使用时的最高允许温度而划分的不同等级绝缘等级AEBFHC最高允许温度（°C）105120130155180＞180（8）工作方式及防护等级对电动机在铭牌规定的技术条件下持续运行时间的限制，以保证电动机的温升不超过允许值。①连续工作方式S1：在额定状态下可长期连续工作。机床、水泵、通风机。②短时工作方式S2：在额定情况下，持续运行时间不允许超过规定的时限。分为10，30，60，90（分钟）等四种。③断续工作方式S3：电动机的工作与停歇交替进行，时间都很短。吊车、起重机等。想一想：某三相笼型异步电动机的额定电压为220／380V，那么在380V的情况下，可否采用Y-Δ启动？为什么?电机Y接时,额定电压为380V;电机△接时,额定电压为220V所以采用Y接能在380V的交流电网上工作,但不能采用Y-△降压启动1.1.2三相异步电动机的选择1．功率（即容量）的选择2．电动机类型的选择3．电压的选择4．转速的选择1．功率（即容量）的选择电动机功率的选择，由生产机械所需的功率决定。对连续运行的电动机，要先算出生产机械的功率，使所选电动机的额定功率等于或稍大于生产机械功率即可。对短时运行的电动机，可根据过载系数λ来选择功率。电动机的额定功率可以是生产机械所要求功率的1／λ。2．电动机类型的选择（1）三相电源是最普通的动力电源，若无特殊要求，交流电动机优于直流电动机。（2）选择交流电动机时，笼型的结构、价格、可靠性、维护等方面优于绕线转子电动机。（3）启动、制动频繁且具有较大启动转矩、制动转矩和小范围调速要求的，可选用绕线转子电动机，如起重机、锻压机、卷扬机等设备。（4）要求转速恒定或功率因数较高时，宜选用同步电动机。3．电压的选择电压的选择要根据电动机类型、功率及使用地点的电源电压来决定。大容量的电动机(大于100kW)在允许条件下一般选用如3000V或6000V的高压电动机。小容量的Y系列笼型电动机电压只有380V一个等级。4．转速的选择电动机的额定转速取决于生产机械的要求和传动机构的变速比。额定功率一定时，转速越高，则体积越小，价格越低，但需要变速比大的传动减速机构。必须综合考虑电动机和机械传动等方面的因素。例1-1某三相异步电动机的技术数据：额定功率PN＝30kW，△形连接（额定电压UN＝380V），额定转速nN＝1370r／min，额定工作时的效率η＝90％，定子功率因数cos＝0.85，工频f1＝50Hz，启动电流比Ist/IN＝7.0。试求：（1）极对数p；（2）额定转差率sN；（3）额定电流IN；（4）直接启动电流Ist。解：（1）求极对数p由于电动机的额定转速略小于旋转磁场的同步转速n0，因此，可根据nN＝1370r/min判断其同步转速n0＝1500r∕min，故得p＝60f1∕n0＝60×50/1500＝2（2）求额定转差率sNsN＝（n0－nN）/n0×100%＝（1500-1370）/1500×100%≈8.7%（3）求额定电流IN∵P1N＝PN∕η＝UNINcos∴IN＝PN∕UNcosη＝30×103∕×380×0.9×0.85≈59.6A（4）求启动电流IstIst＝7.0IN＝7.0×59.6≈417.2A思考题：（1）说明电动机型号Y160L-4的意义。（2）说明某三相异步电动机铭牌的意义：2.8kW、Y/Δ、220/380V、10.9/6.3A、1470r/min、50Hz、cos＝0.9。1.2三相异步电动机的全电压启动控制（边学边做）电气原理图（1）电气原理图分为主电路和控制电路（2）各电器元件采用国家统一的图形和文字代号。各电器元件的导电部件（如KM线圈和触点），都绘制在它们起作用的地方。（3）原理图中，各电器元件的触点是没有外力作用或没有通电时的原始状态。按钮的触点按不受外力作用时的状态绘制接触器的触点，按线圈未通电时的状态绘制。[任务目标](1)认识与启动控制相关的几个常用的低压电器元件——开关、熔断器、热继电器、自动开关、按钮、接触器、变压器；(2)学会全电压直接启动的控制方法。低压电器指用于交流1200V以下或直流1500V以下电路的电器。1.2.1相关电器元件1．刀开关2．熔断器3．热继电器4．自动开关5．控制按钮6．接触器7．变压器1．刀开关（1）胶盖开关——开启式负荷开关（2）铁壳开关——封闭式负荷开关（3）刀开关的选用（1）胶盖开关——开启式负荷开关单极、双极和三极1-上盖2-下盖3-熔丝4-触刀5-操作手柄6-进线座7-底板8-出线座注意：刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，拉闸后手柄可能会因自重下落而引起误合闸，造成人身及设备安全事故。接线时较为安全的做法是：将电源线接在刀开关的上端，负载线接在其下端。闸刀开关是一种手动配电电器，一般用于隔离电源或手动接通与断开交直流电路，也可用于不频繁的接通与分断额定电流以下的负载，如小型电机、电炉等。（2）铁壳开关-封闭式负荷开关•速断刀开关与熔断器组合在一起，主要由手柄、动静触点、熔断器和速断弹簧组成。操作手柄有机械连锁，盖子打开时手柄不能合闸；手柄合闸时盖子不能打开。用来控制小容量异步电动机的不频繁起动和停止。1-U形动触点2-静触点3-瓷插式熔断器4-速断弹簧5-转轴6-手柄7-开关盖8-开关盖锁紧螺钉速断弹簧，可使闸刀快速接通和断开，以消除电弧。（3）刀开关的选用主要根据电源种类、电压等级、电动机容量、所需极数及使用场合来选用。如果用来控制非频繁起停的小容量异步电动机，其额定电流不能小于电动机额定电流的3倍。QSQSQSQS或单极双极三极组合开关实物图片组合开关结构示意图组合开关图形文字符号HZ系列组合开关型号的含义：2．熔断器（1）熔断器的组成（2）熔断器的分类（3）熔断器的选用图形符号FU文字符号（1）熔断器的组成熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）组成。1-接线端子2-底座3-熔体4-瓷帽（2）熔断器的分类RL型螺旋式熔断器RC型插入式熔断器密封管式熔断器RT型有填料密封管式熔断器RMl0型无填料密封管式熔断器RL型螺旋式熔断器1-接线端子2-底座3-熔体4-瓷帽熔芯内装有熔丝，并填充石英砂，用于熄灭电弧，分断能力强。熔体上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。用于短路电流大的分支电路或有易燃气体的场所。RC型插入式熔断器（a）RC型熔断器实物图（b）RC型熔断器示意图多用于照明电路和小型动力电路中。密封管式熔断器a）RT型有填料式熔断器b）RMl0型无填料式熔断器c）密封管式熔断器示意图1-熔体2-熔管3-熔片怎样灭弧？（3）熔断器的选用主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。熔断器的类型应根据电路要求和安装条件来选择；熔断器的额定电压应大于或等