机床电气控制技术_第二章

第二章机床电气控制线路基本环节第一节电气控制线路的绘制一、为了表达电气控制线路的组成、原理等设计意图，同时为了便于电器元件的安装、接线、调试、运行及维护，将各电器元件的联接用统一的工程语言即工程图的形式来表示，这种图就是电气控制系统图二、电气控制系统图主要有三种:电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。国家标准（GB）是指由国家标准化主管机构批准发布，对全国经济、技术发展有重大意义，且在全国范围内统一的标准。国家标准是在全国范围内统一的技术要求，由国务院标准化行政主管部门编制计划，协调项目分工，组织制定（含修订），统一审批、编号、发布。法律对国家标准的制定另有规定的，依照法律的规定执行。国家标准的年限一般为5年，过了年限后，国家标准就要被修订或重新制定。此外，随着社会的发展，国家需要制定新的标准来满足人们生产、生活的需要。因此，标准是种动态信息。下面是关于国家标准的介绍。1990年1月1日起所有电气技术文件和图纸一律采用新国家标准InternationalElectrotechnicalCommission国际电工委员会（IEC）成立于1906年，至今已有90多年的历史。它是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作。国际电工委员会的总部最初位于伦敦，1948年搬到了位日内瓦的现总部处。参照国际电工委员会（IEC）常用的电气图形符号GB4728-1985接机壳或底板具有固定抽头的电阻电阻器光敏二极管常用的电气图形符号GB4728-1985+极性电容+可变电容电流互感器M3~三相笼式感应电机GB4728-1985中的图形符号通常应用于图样和其他文件，以表示一个设备或概念图形，标记或字符，由符号要素、一般符号和限定符号组成。(一)图形符号(二)文字符号GB4728-1985中的文字符号应用于电气技术领域中技术文件的编制，也可以表示在电气设备、装置和元件件上或近旁，以标明电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。分为基本文字符号和辅助文字符号。三接线端子标记（一）电气原理图电气原理图是根据电路的工作原理绘制的，它表达所有电器元件的导电部分和接线端子之间的关系，但不按照电器元件的实际布置位置和实际接线情况来绘制，也不反映电器元件的实际大小。电气原理图一般分为主电路和辅助电路。主电路是从电源到电动机等通过大电流的电路。辅助电路包括控制电路，照明电路，信号电路和保护电路。二电气控制线路图的绘制（1）电气原理图应按国家标准所规定的图形符号、文字符号和回路标号绘制。（2）主电路和辅助电路应该分开绘制。主电路用粗实线绘于图的左侧或上部。辅助电路细实线。（3）各电气元件和控制部件在控制电路的位置，应根据便于的原则安排（4）所有电器元件的图形符号，均按照电器未接通电源或未受外力作用时状态安排。（5）电气元件按功能布置，一般动作顺序为从上到下，从左到右。（6）直接联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示。电气控制线路图的基本原则电机顺序启动电路电器布置图表示各种电器设备或元器件在机械设备或控制柜中的实际安装位置。电器布置图电气安装接线图用规定的图形符号，按照电气元件的相对位置绘制的实际接线图，它清楚的表明了各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接。对尺寸和比例没有严格的要求。电气安装接线图表明了各电器元件之间的电器连接，主要用来进行电器元件，电气设备的布线和布缆。电气安装接线图第二节三相交流电机的控制第一部分三相交流电动机的起动控制三相笼式电动机有直接起动（全压起动）和间接起动（降压起动）两种方式。直接起动简单、可靠，但电动机的直接起动电流IST是额定电流IN的4~7倍，过大电流会造成电网电压下降，影响电网内其他电机或用电设备工作。另一方面电动机频繁起动会严重发热，加速线圈老化，缩短电机的寿命。电机起动试验公式IST是电动机直接起动电流IN是电动机额定电流S是变压器容量,KAVP是电动机额定功率一般容量小于10KW的电机采用直接起动的方式。344stNISIP1.刀开关直接起动控制线路2.接触器直接起动控制中小型普通机床通常采用接触器直接起动控制方式。接触器控制线路也叫长动控制线路。这种控制电路也称“自锁电路”，触头的自锁作用在电路中叫作“记忆功能”（一）直接起动控制线路接触器直接起动控制线路接触器直接起动对电机的保护作用接触器直接起动控制线路中的自锁除了保证电机连续运转以外，还具有欠压和失压保护作用。欠压保护：线路电压下降时，接触器线圈两端电压同样下降，当下降到一定数值时，电磁吸力小于复位弹簧的作用力，衔铁释放，带动主触点和辅助触点断开，自动切断主电路和控制回路。失压保护：电动机正常运转时，当突然断电时能自动切断电机电动机电源，重现供电时电动机不能重新起动。欠压、失压保护控制线路的优点1、防止电源电压严重下降时电动机因欠压运行而损坏。2、防止电源电压恢复时电机自行起动而造成设备和人身事故。3、避免多台电机同时起动，造成电网电压的严重下降。电动机的点动控制线路点动：按下按钮时电动机转动工作，松开按钮时电动机停止工作.间接起动也叫降压起动，是利用启动设备或线路，降低加在电动机绕组上的电压起动电机，从而达到降低起动电流的目的。电动机的转矩与每组绕组的电压的平方成正比，所以降压起动将导致起动转矩大大降低，因此降压起动只适合于空载或轻载起动。常用的降压起动有定子绕组串接电阻降压起动，星形-三角形降压和自耦变压器降压起动。（二）间接起动控制线路1、定子绕组串接电阻降压起动2、星形-三角形降压起动控制星形-三角形接法图2、星形-三角形降压起动控制3、自耦变压器降压起动控制实际生产过程中生产机械往往要求电动机快速、准确的停车，这需要对电动机采取制动措施。电气制动是产生一个与原来转动方向相反的力矩，迫使电机迅速停转。常见的电气制动有反接制动、能耗制动、电容制动、回馈制动。第二部分三相交流电机的制动控制反接制动是在电动机的三相电源被切断以后，立即接上与原相序相反的交流电，使定子绕组产生的旋转磁场与转子惯性旋转方向相反，而使电机迅速停止。由于转子与旋转磁场的相对速度两倍的同步转速，所以定子绕组流过的反接制动电流相当于全压起动时启动电流的两倍，冲击电流很大。需要在电机主电路中串接一定的电阻以限制制动电流，这个电阻叫反接制动电阻。（一）反接制动控制线路（一）反接制动控制线路（一）反接制动控制线路按SB1KM1失电KM1辅助常闭触头分断KM1主触头分断切除三相电源KM2不能得电KM2得电自保KM2主触头闭合接入反接电源经KM1常闭触头，KS1常开触头反接电源电动机制动KS1触头复位KM2失电切除反接电源转速下降电阻能耗制动是在电动机的三相电源被切断以后，迅速给定子绕组通入直流电，产生静止磁场，此时电动机转子因惯性而继续运行产生感应电流，感应电流与静止磁场作用产生制动转矩，而使电机迅速停止。这种制动方法是将电动机的动能转变为电能，消耗在制动电阻上。（二）能耗制动控制（二）能耗制动控制实际生产过程中，生产机械的传动机构的运行速度需要进行调节。调速的主要作用有：一、提高产品质量。二、提高工作效率。三、节约能源。第三部分三相交流电机的调速控制f—供电电源频率p—定子绕组极对数s—转差率改变电动机的转速有三种方法：改变电动机定子绕组极对数，改变电源频率，改变转差率。三相交流电机的调速公式60(1)fnsp变极调速有两种方法：第一种，改变定子绕组的连接方法；第二种，在定子绕组上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕组（一）有极调速控制线路变极调速原理图（一）有极调速控制线路（一）有极调速控制线路（二）无极变频调速控制线路变频调速，就是在交流调速系统中，通过半导体功率变换器改变异步电动机的电源的频率，从而进行转速的调节。具有高效率，宽范围和高精度的调速性能。60(1)fnsp变频器的基本构成：1、整流器:将三相或单相交流电变换为直流电。2、直流中间电路：对整流输出的电流进行平滑处理。3、逆变器：将中间电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。4、控制电路：完成逆变器的控制。第三节直流电动机的控制直流电动机与交流电机相比，具有调速范围广，调速平滑方便，过载能力大，能承受频繁的起动冲击，课实现频繁的无极快速起动，制动和反转等优点。（一）他励直流电动机的起动控制线路他励直流电动机有三种起动方式：直接起动、降压起动、和电枢电阻起动。1、直接起动电枢电阻很小，所以UA与EA很接近但是在启动的瞬间，N=0，所以电枢电流第一部分直流电动机的起停控制线路NaNUEaIRa0NEaCenNSTuIRa3电枢串电阻起动起动3电枢串电阻起动起动（二）他励直流电动机的制动控制能耗制动控制第二部分直流电动机的调速控制他励直流电机调速方法有三种：电枢串电阻调速，改变励磁磁通调速，改变电枢电压调速。TCCRCUCRIUnrEaEEaa2第二部分直流电动机的调速控制第四节步进电动机的控制步进电机的特点步进电动机是一种把电脉冲转换成角位移或直线位移的电动机。采用的驱动电源向步进电动机供给一系列的且有一定规律的电脉冲信号，每输入一个电脉冲，步进电机就前进一步，其角位移与脉冲数成正比，电机转速与脉冲频率成正比，而且转速和转向与各相绕组的通电方式有关。根据励磁方式的不同，步进电动机分为反应式、永磁式和感应子式（又叫混合式），而反应式步进电动机应用较多，下面以此为例来阐述步进电动机的原理步进电机工作原理三相反映式步进电动机的工作原理图步进电机的三相单、双六拍运行方式步进电机工作原理步进电机的静态指标术语拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360°（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿数为50电机为例。四拍运行时步距角为：θ=360°/（50*4）=1.8°（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360°/（50*8）=0.9°（俗称半步）。步进电机的静态指标术语失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。最大空载启动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接启动的最大频率。最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。