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机床电气控制基本知识机床常用电器元件结构和原理1.1.1概述1.1.2主令电器1.1机床常用电器元件的结构和原理1.1.4低压断路器1.1.6继电器1.1.8变压器及直流稳压电源1.1.3组合开关1.1.5接触器1.1.7保护电器1.1.1概述对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械称电器。工作在交流电压1200V，或直流电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品叫做低压电器。重点介绍低压电器。一、低压电器的分类按用途分类低压电器的分类用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器等。控制电器用于自动控制系统中发送控制指令的电器，如按钮、行程开关等。主令电器用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。执行电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。保护电器用于电能的输送和分配的电器。如低压断路器、隔离器。配电电器一、低压电器的分类按工作原理分类低压电器的分类依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、各种电磁式继电器等。电磁式电器电器的工作是靠外力或某非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器压力继电器、温度继电器等。控制电器二、低压电器的发展方向目前正沿着体积小、重量轻、安全可靠、使用方便的方向发展，大力发展电子化的新型控制电器，如接近开关、光电开关、电子式时间继电器、固态继电器与接触器等以适应控制系统迅速电子化的需要。1.1.2主令电器主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。主要有控制按钮、行程开关、接近开关开关等。一、控制按钮按钮的外形图和结构常用于接通和断开控制电路。(a)外形图常闭触点常开触点(b)结构一、控制按钮按钮图形符号和文字符号SBSBSB动合（常开）触头动断（常闭）触头复合触头按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。一、控制按钮数控机床上的按钮站一般用：红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；蓝色表示复位；另外还有黄、白等颜色，供不同场合使用。二、行程开关作用：用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。结构：行程开关是由操作机构、触点系统和外壳等部分成。分类：按结构分为直杆式旋转式单轮旋转式双轮旋转式二、行程开关行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图(b)示意图二、行程开关行程开关的选择在选择行程开关时，应根据被控制电路的特点、要求、生产现场条件和触点数量等因素进行考虑。常用的行程开关有LX19、LX31、LX32、JLXK1等系列产品。符号常开（动合）触点常闭（动断）触点SQSQ三、接近开关接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。1、作用：可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护，还广泛用于检测零件尺寸、测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等。2、特点：工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、灵敏度高、频率响应快以及适应恶劣的工作环境等。3、分类：按工作原理分为高频振荡型电容型永久磁铁型霍尔效应型三、接近开关4、高频振荡型接近开关感应头高频振荡器整形放大器信号输出金属体振荡线圈交变磁场无金属体接近金属体接近振荡器振荡后，在感应头的感应面上产生交变磁场，当金属物体进入高频振荡器的线圈磁场（感应头）时，金属体内部产生涡流损耗，吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以致停振。振荡与停振两种不同的状态，由整形放大器转换成二进制的开关信号，从而达到检测有无金属物的目的。三、接近开关5、常用接近开关：主要系列产品有LJ2、LJ6、LXJ18和35G等系列。6、接近开关的文字符号及图形符号a)动合触点SQb)动断触点SQ1.1.3组合开关常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。组合开关有单极、双极和多极之分。组合开关外形图由动触片、静触片、转轴、手柄、凸轮、绝缘杆等部件组成。当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，使动触片分别和静触片保持接通和分断。为了使组合开关在分断电流时迅速熄弧，在开关的转轴上装有弹簧，能使开关快速闭合和分断。组合开关的图形符号和文字符号Q（b）三极组合开关的主要参数有额定电压额定电流有10A、25A、60A等极数Q（a）单极1.1.4、低压断路器低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自动开关。一、低压断路器的作用及分类作用：用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。分类：按结构分为框架式（万能式）塑料外壳式（装置式）二、低压断路器的结构和工作原理锁钩过流脱扣器欠压脱扣器衔铁连杆装置释放弹簧过载脱扣器二、低压断路器的结构和工作原理触点系统和灭弧装置：用于接通和分断主电路，为了加强灭弧能力，在主触点处装有灭弧装置。脱扣器是断路器的感测元件，当电路出现故障时，脱扣器收到信号后，经脱扣机构动作，使触点分断。①欠压脱扣器②过电流脱扣器③过载脱扣器脱扣机构和操作机构是断路器的机械传动部件，当脱扣结构接收到信号后由断路器切断电路。三、低压断路器的图形符号和文字符号QF四、低压断路器的主要技术参数额定电压额定电流极数脱扣器型整定电流范围分断能力动作时间等五、低压断路器的选用原则1）根据电气装置的要求确定断路器的类型2）根据对线路的保护要求确定断路器的保护形式3）低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流4）低压断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流5）欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压6）过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流1.1.5接触器一、接触器的用途和分类用途：用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。是机床电动机主电路中最重要的控制电器。分类：接触器分为交流接触器直流接触器二、接触器的结构电磁系统触点系统灭弧装置接触器结构电磁系统电磁系统由铁心衔铁励磁线圈等几部分组成常用的磁路结构1-衔铁2-铁心3-线圈点接触式:用于电流不大的场合面接触式:用于电流较大的场合触头系统结构有桥式指式:适合于触头分合次数多、电流大的场合触头分为主触头:用于通断电流较大的主电路。辅助触头:用于通断电流较小的控制电路。灭弧装置作用：用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤，并使分断时间缩短。灭弧措施：（1）机械灭弧（2）磁吹灭弧（3）窄缝灭弧（4)栅片灭弧栅片灭弧1-熄弧栅片2-触点3-电弧三、接触器的工作原理当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生电磁吸力，使衔铁吸合。由于主触点支持件与衔铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接通主电路。与此同时，衔铁还带动辅助触电动作，使动合触点闭合，动断触点断开。当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或变小，衔铁在复位弹簧的作用下打开，使主、辅触电恢复到原来的状态，把电路切断。四、接触器的图形和文字符号KMKMKM线圈常开（动合）触头常闭（动断）触头KM交流接触器按使用类别分为12种，使用类别代号和相应典型用途举例如下：使用类别代典型用途举例AC-1无感或微感负载、电阻炉AC-2绕线转子异步电动机的起动、分断AC-3笼型电动机的起动、运转中分断AC-4笼型电动机的起动、反接制动AC-5a控制放电灯的通断AC-5b控制白炽灯的通断AC-6a变压器的通断使用类别1.1.6继电器继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护任务的自动电器。一、中间继电器中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别：接触器的主触点可以通过大电流；继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于机床的控制电路中。二、时间继电器时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后触头才动作的继电器。适用于定时控制。按工作原理分空气阻尼式电磁式电动式电子式等。按延时方式分通电延时型断电延时型数控机床中一般由计算机软件实现时间控制。时间继电器的文字符号和图形符号a)b)c)d)e)f)g)h)i)KTKTKTKTKTKTKTKTa)一般线圈符号b)通电延时线圈c)断电延时线圈d)延时闭合的动断触点e)延时断开的动断触点f)延时断开的动合触点g)延时闭合的动断触点h)瞬时动合触点i)瞬时动断触点1.1.7保护电器灭弧器熔断器电压继电电流继电器热继电器热继电器触点接线柱热元件导板触点主电路接线柱电流调节凸轮手动复位按钮(a)外形(b)结构热继电器作用及分类热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。按相数分为两相热继电器三相热继电器不带断相保护带断相保护热继电器热继电器工作原理：发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其弯曲，推动导板运动，常闭触点断开。热继电器主要参数及常用型号主要参数1.热继电器额定电流：指可以安装的热元件的最大整定电流2.相数3.热元件额定电流：指热元件的最大整定电流。4.整定电流：指长期通过热元件而不引起热继电器动作的最大电流。按电动机额定电流整定。5.调节范围：是指手动调节整定电流的范围。常用的热继电器有JR0、JR14、JR15、JR16、R20等系列。热继电器的基本技术数据可查阅有关资料。热继电器的选择1）根据实际要求确定热继电器的结构类2）根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号、热元件的电流等级和整定电流。a)热元件b)动断触点FR电流继电器•根据输入电流大小而动作的继电器。•使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗、阻抗小、分压小，不影响电路正常工作。按用途分为过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即切断电路欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路I＞KII＜KIa)过电流继电器线圈b)欠电流继电器线圈c)动合触点d)动断触点电压继电器•根据输入电压大小而动作的继电器。•使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。电压继电器分过电压继电器：起过电压保护作用欠电压继电器：起欠电压保护作用零电压继电器：起零电压保护作用U＞KVU＜KVa)过电压继电器线圈b)欠电压继电器线圈c)动合触点d)动断触点熔断器用于低压线路中的短路保护。常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。FU熔断器的选择1.根据线路的要求、使用场合和安装条件选择熔断器类型。2.熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。3.熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。4.熔体额定电流的选择1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两极熔体额定电流的比值不小于1.6：1。2）用于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流。3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算：IfN≥（1.5～2.5）IN式中：IfN---熔体额定电流；IN---电动机额定电流4）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN1.1.8变压器及直流稳压电源变压器直流稳压电源变压器作用：将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压。1、机床控制变压器适用于50HZ—60HZ，输入电压不超过交流600V的电路，常作为各类机床机械设备中一般电器的控制电源和步进电动机驱动器，局部照明及指示灯的电源。2、三相变压器在三相交流系统中，三相电压的变换一般采用三相变压器来实现。在数控机床中三相变压器主要是给伺服系统供电。变压器TT单相变压器三相变压器直流稳压电源功能：将非稳定交流电源变成稳定直流电源。在数控机床电气控制系统中，为驱动器控制单元，直流继