机床电气控技模块五电气控制基本环节课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,康大机电工程系自动化教研室,*,Click to edit Master title style,数控机床电气控制,教材数控机床电气控制 ,授课教师：杨旭丽,QQ：515530001,数控机床电气控制 教材数控机床电气控制 授课教师：杨旭丽,1,本课程教学手段,教师为辅,以职业为核心,学生为主,以行动为导向,康大机电工程系自动化教研室,本课程教学手段教师为辅学生为主康大机电工程系自动化教研室,2,课程定位,数控机床维修安全操作能力,数控机床电气线路试验能力,电气元件的识别能力,典型机床电气线路分析能力,典型数控装置应用能力,数控机床的维修管理能力,数控机床驱动装置分析能力,CA6140车床故障排除能力,具备自动控制系统分析能力, ,专业能力,方法能力,社会能力,获取信息的能力,资料收集整理能力,制定、实施工作计划的能力,工艺文件理解能力,工作交接能力,检查、判断能力,理论知识的运用能力,独立分析的能力, ,沟通协调能力,团队协作能力,语言表达能力,安全与自我保护能力,基层生产组织能力,责任心与职业道德, ,课程培养目标,康大机电工程系自动化教研室,课程定位数控机床维修安全操作能力专业能力方法能力社会能力获取,3,主 要 内 容,常用电动机及其应用,数控机床常用低压电器,电器控制基本环节,典型机床电气控制,可编程控制器及其应用,自动控制基础,数控机床驱动装置,数控机床电气控制概况,数控装置结构与原理,典型控制系统,数控机床维护与维修,电力拖动系统及其运动分析,正在进行,康大机电工程系自动化教研室,主 要 内 容常用电动机及其应用数控机床常用低压电器电器控制,4,学习单元一,三相异步电动机的全压起动控制,康大机电工程系自动化教研室,学习单元一三相异步电动机的全压起动控制康大机电工程系自动化教,5,单元一三相异步电动机的全压起动控制,（1）,单元学习目标,了解三相异步电动机全压起动的特点；,掌握三相异步电动机起动方法的选择；,掌握三相异步电动机手动和接触器全压起动控制电路及工作原理。,康大机电工程系自动化教研室,单元一三相异步电动机的全压起动控制（1）单元学习目标康大,6,单元学习内容,三相笼型异步电动机有全压起动和降压起动两种方式。全压起动是一种简单、可靠、经济的起动方法，但三相笼型异步电动机的全压起动电流I,st,是其额定电流I,N,的4 7 倍，过大的I,st,会造成电网电压显著下降，直接影响在同一电网工作的电动机，甚至使它们停转或无法起动，所以当三相笼型异步电动机的参数满足式（5.1）时，可以采用全压起动，否则必须采用降压起动。,式中，I,st,电动机的全压起动电流，单位为；,I,N,电动机的额定电流，单位为；,S 变压器容量，单位为kV ；,P电动机额定功率，单位为kW。,一般三相笼型异步电动机的容量在10kW 以上时，因起动电流过大，通常都采用降压起动。,单元一三相异步电动机的全压起动控制,（2）,康大机电工程系自动化教研室,单元学习内容单元一三相异步电动机的全压起动控制（2）康大,7,单元一三相异步电动机的全压起动控制,（3）,一般三相笼型异步电动机的容量在10kW以上时，因起动电流过大，通常都采用降压起动。,手动全压起动控制线路,对小型台钻、冷却泵、砂轮机和风扇等，可用铁壳开关或胶盖闸刀开关直接控制三相笼型异步电动机起动和停止，如图5.1所示。,也可采用转换开关和熔断器直接控制三相笼型异步电动机起动和停止，如图5.2所示。,上述全压起动线路虽然所用电器少，线路简单，但在起动、停车频繁时，使用这种手动控制方法既不方便，也不安全，操作劳动强度大，还不能进行自动控制，因此目前广泛采用按钮、接触器等电器来控制。,康大机电工程系自动化教研室,单元一三相异步电动机的全压起动控制（3） 一般三相,8,单元一三相异步电动机的全压起动控制,（4）,接触器全压起动控制线路,对中小型普通车床的主电动机采用接触器直接控制其起动和停止，如5.3所示。,图5.3中，SB1为停止按钮，SB2 为起动按钮。热继电器FR作过载保护，熔断器FU1、FU2 作短路保护。按下SB2 按钮，接触器线圈KM 得电，其主触点闭合，电动机起动，同时辅助动合触点闭合，保持KM 线圈一直处于得电状态，此控制电路称为自锁电路，触点的自锁作用在电路中叫做“记忆功能”。,按下SB1 按钮时，KM 线圈断电主触点，切断电动机电源，并消除自锁电路，电动机停止。,康大机电工程系自动化教研室,单元一三相异步电动机的全压起动控制（4） 接触,9,单元一三相异步电动机的全压起动控制,（5）,接触器直接起动控制线路的自锁电路不但能使电动机连续运转，而且具有欠压和失压（零压）保护作用。,欠压保护是指当线路电压下降到某一数值时，接触器线圈两端的电压同样下降，接触器电磁吸力将小于复位弹簧的反作用力，动铁心被释放，带动主触点、自锁触点同时断开，自动切断主电路和控制电路，电动机失电停止，避免了电动机欠压运行而损坏。,失压（零压）保护是指电动机在正常运行中，由于外界某种原因引起突然断电时，能自动切断电动机电源；当重新供电时，电动机不能自行起动。避免突然停电后，操作人员忘记切断电源，来电后电动机自行起动，而造成设备及人身伤亡事故。,思考与练习,5.1.1 机床继电器、接触器控制线路中一般应设哪些保护？ 各起什么作用？ 短路保护和过载保护有什么区别？ 零压保护的目的是什么？,康大机电工程系自动化教研室,单元一三相异步电动机的全压起动控制（5） 接触器直,10,学习单元二,三相异步电动机的降压起动控制,康大机电工程系自动化教研室,学习单元二三相异步电动机的降压起动控制康大机电工程系自动化教,11,单元二、电力开关电器,单元学习目标,掌握三相异步电动机定子串电阻、星形三角形转换、自耦变压器降压起动控制电路及工作原理；,掌握三相异步电动机定子串电阻、星形三角形转换、自耦变压器降压起动控制电路的特点及应用场合。,单元学习内容,降压起动，是指利用起动设备或线路，降低加在电动机定子绕组上的电压起动电动机，以达到降低起动电流的目的。因为起动力矩与定子绕组每相所加的电压的平方成正比，所以降压起动的方法只适用于空载或轻载起动。且当电动机起动到接近额定转速时，为使电动机带动额定负载，必须将加到电动机定子绕组的电压恢复到额定值。,常用的降压起动有定子电路串电阻或电抗降压起动、星形三角形降压起动、自耦变压器降压起动。,康大机电工程系自动化教研室,单元二、电力开关电器单元学习目标康大机电工程系自动化教研室,12,1、定子电路串电阻降压起动控制线路,2、星形三角形（ ）降压起动控制线路,3、自耦变压器降压起动,目 录,康大机电工程系自动化教研室,目 录康大机电工程系自动化教研室,13,一、定子电路串电阻降压起动控制线路,（1）,正常运行时定子绕组为星形联结的笼型异步电动机，可采用定子串电阻或电抗降压起动。即在电动机起动时，在三相定子电路串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行。图5.4 是定子电路串电阻降压起动控制线路。,康大机电工程系自动化教研室,一、定子电路串电阻降压起动控制线路（1） 正,14,一、定子电路串电阻降压起动控制线路,（2）,起动过程：合上，按下SB2，KM1 线圈得电自保，其动合主触点闭合， 串R 起动，同时线圈得电。当M的转速n接近n,时，到达KT 的整定时间，其动合延时触点闭合，KM2 线圈得电自保，KM2 的动断辅助触点先断开，使KM1 线圈失电，进而使KT 失电，由于动合主触点KM2 闭合，将R短接，电动机全压运转。,此电路的优点是：M全压运转时，只有接触器KM2 的线圈通电。,降压起动电阻一般采用ZX1、ZX2 系列铸铁电阻，其阻值小、功率大，可允许通过较大的电流。,康大机电工程系自动化教研室,一、定子电路串电阻降压起动控制线路（2） 起动过程：,15,二、星形三角形（Y-）降压起动控制线路,（1）,电动机起动时接成星形，每相绕组所承受的电压为电源的相电压（220 ），起动完毕后再自动换接成三角形运行，此时每相绕组所承受的电压为电源的线电压（380）。,凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，均可采用星形三角形的降压起动方法来限制起动电流。国内新设计的 系列异步电动机，4 以上均为三角形联结。,图5.5 是利用时间继电器在电动机起动过程中自动完成星形三角形切换的起动控制,电路。,康大机电工程系自动化教研室,二、星形三角形（Y-）降压起动控制线路（1） 电,16,二、星形三角形（Y-）降压起动控制线路,（2）,由图5.5可看出，按下SB2 后，KM1 线圈得电并自锁，同时KT、KM3 线圈也得电，KM1、KM3主触点同时闭合，电动机M绕组接成星形，电动机降压起动。当M的转速接近n,时，到达KT延时整定时间，其延时动断触点断开，KM3 线圈断电，延时动合触点闭合，KM2 线圈得电，同时KT 线圈也失电。这时，KM1、KM2 主触点处于闭合状态，电动机绕组转换为三角形联结，电动机全压运行。,图5.5中KM2、KM3 辅助动断触点，是为了防止KM2、KM3 同时得电造成电源短路。即当KM3 动作后，其动断触点将KM2 的线圈断开，可防止KM2 再动作；同样当KM2动作后，其动断触点将KM3的线圈断开，可防止KM3 再动作。这种一个接触器得电动作时，其动断辅助触点使另一个接触器不能得电动作的控制线路，称为互锁线路。,康大机电工程系自动化教研室,二、星形三角形（Y-）降压起动控制线路（2） 由,17,三、自耦变压器降压起动,（1）,凡是正常运行时定子绕组为星形联结的三相笼型异步电动机，可用自耦变压器降压起动。起动时，定子绕组加上自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器被甩开，定子绕组加上额定电压正常运行。,自耦变压器二次绕组有多个抽头，能输出多种电源电压，起动时产生多种起动转矩，一般比星形三角形起动时的起动转矩要大得多。自耦变压器虽然价格较贵，而且不允许频繁起动，但仍是三相笼型异步电动机最常用的一种降压起动装置。,图5.6为三相笼型异步电动机自耦变压器降压起动控制电路。,康大机电工程系自动化教研室,三、自耦变压器降压起动（1） 凡是正常运行时定子绕组,18,三、自耦变压器降压起动,（2）,其工作过程是：合上Q，按下SB2，KM1线圈得电，自耦变压器T为星形联结，同时KM2得电自保，M降压起动，KT线圈得电自保。,当M的n 接近n,N,时，到达KT的整定时间，KT的动断延时触点先打开，KM1、KM2 先后失电，T被甩开，KT的动合延时触点后闭合，在KM1的动断辅助触点复位前提下，KM3得电自保，M全压运转。,电路中KM1、KM3 的动断辅助触点可防止KM1、KM2、KM3同时得电使自耦变压器T的绕组电流过大，造成自耦变压器T的损坏。,思考与练习,5.2.1 设计绕线式异步电动机转子串电阻起动控制电路。,5.2.2 设计手动控制的笼型异步电动机的星形三角形降压起动控制电路。,5.2.3 分析自耦变压器降压起动控制中应注意的问题。,康大机电工程系自动化教研室,三、自耦变压器降压起动（2） 其工作过程是：合上Q，,19,学习单元三,三相异步电动机正反转控制,康大机电工程系自动化教研室,学习单元三三相异步电动机正反转控制康大机电工程系自动化教研室,20,单元三三相异步电动机正反转控制,单元学习目标,理解三相异步电动机正、反转的工作原理及应用场合；,掌握三相异步电动机接触器控制及开关控制的正、反转电路及工作原理。,单元学习内容,机床的工作部件常需要作两个相反方向的运动，大都靠电动机正、反转来实现。三相异步电动机正、反转的原理很简单，只要将三相电源中的任意两相对调，就可使电动机反向运转。,康大机电工程系自动化教研室,单元三三相异步电动机正反转控制单元学习目标康大机电工程系自,21,1、开关控制的正反转线路,2、接触器控制的正反转线路,目 录,康大机电工程系自动化教研室,目 录康大机电工程系自动化教研室,22,一、开关控制的正反转线路,（1）,倒顺开关是一种组合开关，图5.7 所示为HZ3 132 型倒顺开关工作原理示意图。倒顺开图5.7 倒顺开关示意图关有六个固定触点，其中U1、V1、W1为一组，与电源进线相连，而U、V、W为另一组，与电动机定子绕组相连接。当开关手柄置于“顺转”位置时，动触片S1 、S2 、S3 分别将UU1、VV1、WW1 相连接，使电动机实现正转；当开关手柄位于“逆转” 位置时，经动触片 分别将UU1、VW1、V1 接通，使电动机实现反转；当手柄位于中间位置时，两组动触片均不与固定触点连接，电动机停止运转。,康大机电工程系自动化教研室,一、开关控制的正反转线路（1） 倒顺开关是一,23,一、开关控制的正反转线路,（2）,图5.8是用倒顺开关控制的电动机正、反转电路。它利用倒顺开关来改变电动机相序，预选电动机旋转方向，而用接触器来接通和切断电源，控制电动机的起动与停止。,倒顺开关正反转控制电路虽然所用电器较少，线路也简单，但它是一种手动控制线路，在频繁换向时，操作人员劳动强度大，操作不安全，所以这种线路一般用于控制额定电流10A、功率在3kW 以下的小容量电动机。生产实践中更常用的是接触器正反转控制线路。,康大机电工程系自动化教研室,一、开关控制的正反转线路（2） 图5.8是用倒顺开关,24,二、接触器控制的正反转线路,（1）,图5.9 为三相异步电动机正、反转按钮控制的典型电路。,康大机电工程系自动化教研室,二、接触器控制的正反转线路（1） 图5.9 为三相异,25,二、接触器控制的正反转线路,（2）,在主电路中，两个接触器KM1、KM2 触点接法不同，故可改变电机电源的相序，从而改变电机转向。在控制电路中，SB1、SB2 分别为正、反转控制按钮，SB3为停止按钮。动断触点KM1、KM2为互锁触点，以避免SB1、SB2 同时按下可能造成的短路事故；电动机的换向需先按停止按钮SB3。,还有一种采用复合按钮进行互锁的正反转控制线路，但却是极不安全的。首先是电动机还没有停止即反向运转，电动机必然要经过全压反接制动过程，制动电流可能损坏电动机和控制线路；其次是当接触器主触点被“焊死”或卡住，正转时按下反转按钮将发生严重的电源短路事故。,思考与练习,5.3.1 设计一小车运行电路图，要求：,（） 小车由原位开始前进，到终端后自动停下。,（） 小车在终端停留min后自动停止。,（） 要求能在前进或后退中任意一位置停止或运行。,康大机电工程系自动化教研室,二、接触器控制的正反转线路（2） 在主电路中，两个接,26,学习单元四,三相异步电动机的制动控制,康大机电工程系自动化教研室,学习单元四三相异步电动机的制动控制康大机电工程系自动化教研室,27,单元三三相异步电动机正反转控制,单元学习目标,理解三相异步电动机反接制动和能耗制动的原理及应用场合；,掌握三相异步电动机单向和可逆运行反接制动控制电路及工作原理；,掌握三相异步电动机能耗制动控制电路及工作原理。,单元学习内容,三相笼型异步电动机从切断电源到完全停止旋转，由于惯性的关系，总要经过一段时间。为了缩短辅助时间，提高生产效率，停机位置准确，并为了安全生产，要求电动机迅速停车。为此必须对电动机进行制动。一般采用机械制动和电气制动。机械制动是利用电磁铁操作机械抱闸；电气制动是电动机在停车时，产生一个与原旋转方向相反的制动力矩，迫使电动机转速下降。下面介绍电气制动中的反接制动和能耗制动。,康大机电工程系自动化教研室,单元三三相异步电动机正反转控制单元学习目标康大机电工程系自,28,1、反接制动,2、能耗制动,目 录,康大机电工程系自动化教研室,目 录康大机电工程系自动化教研室,29,一、反接制动,（1）,反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生的旋转磁场与转子惯性旋转方向相反，因而产生制动作用。图5.10为反接制动原理图。,由于反接制动时，转子与定子旋转磁场间的速度近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接起动时的两倍，通常只适用于10kM 以下的小容量电动机。且进行反接制动时，必须在电动机每相定子绕组中串接一定的电阻，以限制反接制动电流，避免绕组过热和机械冲击。,康大机电工程系自动化教研室,一、反接制动（1） 反接制动是利用改变电动机电源的相,30,一、反接制动,（2）,反接制动电阻的接线方法有对称和不对称两种接法，采用对称电阻接法可在限制制动力矩的同时，也限制制动电流；而采用不对称电阻的接法，只限制制动力矩，而未加制动电阻的那一相，仍具有较大的电流。,反接制动的另一个要求是在电动机转速接近于零时，及时切断反相序电源，以防止反向起动。为此采用速度继电器检测电动机的速度变化。,（二） 反接制动控制电路,单向反接制动控制电路,图5.11为单向反接制动控制电路，图中KM1为单向旋转接触器，KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，R为反接制动电阻。,电动机M正常运转时，KM1 通电，KV 的动合触点闭合，为反接制动做好准备。M 停车时，按下SB1，SB1 先打开，KM1 失电，切断正序电源。但 因惯性仍以很高的速度继续朝原方向旋转，原已闭合的KV动合触点仍闭合，SB1 的动合触点后闭合，由于KM1 的动断辅助触点已复位，所以 通电自锁，M定子串接两相电阻进行反接制动。当 的转速下降到低于100rmin时，KV 的动合触点复位，KM2失电，切断负序电源自然停车至零。,康大机电工程系自动化教研室,一、反接制动（2） 反接制动电阻的接线方法有对称和不,31,一、反接制动,（3）,康大机电工程系自动化教研室,一、反接制动（3）康大机电工程系自动化教研室,32,一、反接制动,（4）,可逆运行反接制动控制电路,图5.12 为可逆运行反接制动控制电路。图中KM1、KM2 为正、反转接触器，KM3 为短接电阻接触器，KA1 KA3 为中间继电器，KV 为速度继电器，其中KV1 为正转闭合动合触点，KV2 为反转闭合动合触点，R为起动与制动电阻。,（） M正向起动和停车反接制动过程。合上，按下SB2，KM1 通电自锁， 定子串入R 正向起动，当正向n 大于120rmin 时，KV1 闭合，由于KM1 的动合辅助触点已闭合，所以KM3 得电，将R 短接， 在全压下运转。,M停车时，按下SB1，其动断触点先打开，KM1、KM3 相继断电，M定子切断正序电源并串入R；SB1 的动合触点后闭合，KA3 得电，其动断触点又再次切断KM3 电路。由于惯性， 的转速仍很高，KV1 仍闭合，且KA3（1810）已闭合，使KA1 通电，触点KA1（312）闭合，KM2 得电，定子串入R 进行反接制动；KA1 的另一触点（319）闭合，使 仍通电，确保KM3 始终处于断电状态，R 始终串入 的定子绕组。当正向n 小于100 rmin 时，KV1 断开，KA1 断电，KM2、KA3同时断电，反接制动结束，M 停止运转。,康大机电工程系自动化教研室,一、反接制动（4） 可逆运行反接制动控制电路康大,33,一、反接制动,（5）,康大机电工程系自动化教研室,一、反接制动（5）康大机电工程系自动化教研室,34,一、反接制动,（6）,（） M 反向起动和停车反接制动过程。合上Q，按下SB3，KM2 通电自锁，M定子串入R反向起动，当反向n大于120rmin 时，KV2 闭合，由于KM2 的动合辅助触点已闭合，所以KM3 得电，将R 短接， 在全压下运转。,M 停车时，按下SB1，其动断触点先打开，KM2、KM3 相继断电， 定子切断负序电源并串入R；SB1 的动合触点后闭合，KA3 得电，其动断触点又再次切断 电路。由于惯性， 的转速仍很高， 仍闭合，且KA3（1810）已闭合，使KA2 通电，触点KA2（38）闭合，KM1 得电，M定子串入R 进行反接制动；KA2 的另一触点（319）闭合，使 仍通电，确保KM3 始终处于断电状态，R 始终串入 的定子绕组。当反向n 小于100rmin时，KV2 断开，KA2 断电，KM1、KA3同时断电，反接制动结束，M 停止运转。,康大机电工程系自动化教研室,一、反接制动（6） （） M 反向起动和停车反接制,35,二、能耗制动,（1）,（一） 能耗制动原理,所谓能耗制动，就是在电动机脱离三相交流电源后，定子绕组加一直流电压，即通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动，当转子转速接近零时，切除直流电源。能耗制动原理如图5.13 所示。,能耗制动比反接制动所消耗的能量少，其制动电流比反接制动要小得多，但能耗制动的制动效果不如反接制动。能耗制动的制动效果与通入定子绕组的直流电流的大小和电动机转速有关，在转速一定时，直流电流越大，制动的效果越好。所以能耗制动仅适用于电动机容量较大，要求制动平稳和制动频繁的场合，在低速时制动不十分迅速，同时需要一个直流电源装置，控制线路相对比较复杂。,康大机电工程系自动化教研室,二、能耗制动（1） （一） 能耗制动原理康大机电工程,36,二、能耗制动,（2）,能耗制动可以根据时间控制原则，用时间继电器进行控制；也可以根据速度控制原则，用速度继电器进行控制。,（二） 能耗制动控制电路,按时间原则控制的单向运行能耗制动控制电路,图5.14为按时间原则进行能耗制动的控制电路。图中KM1 为单向运行接触器，KM2 为能耗制动接触器，KT 为时间继电器，T为整流变压器，VC 为桥式整流电路。,当M单向正常运行时，若要停车，按下SB1，其动断触点先断开，KM1 失电，M定子切断三相电源；SB1 的动合触点后闭合，KM2、KT 同时得电自保，如果M定子绕组星形联结，则将两相定子绕组接入直流电源进行能耗制动。M 在能耗制动作用下转速n 迅速下降，当n 接近零时，到达KT的整定时间，其延时动断触点打开，KM2、KT相继断电，能耗制动结束。,该电路中，将KT动合瞬时触点与KM2 自保触点串联，是考虑KT 断线或机械卡住致使动断延时触点不能断开，不至于使KM2 长期得电，造成M定子绕组长期通过直流电流而过热。,康大机电工程系自动化教研室,二、能耗制动（2） 能耗制动可以根据时间控制原则，用,37,二、能耗制动,（3）,康大机电工程系自动化教研室,二、能耗制动（3）康大机电工程系自动化教研室,38,二、能耗制动,（4）,按速度原则控制的可逆运行能耗制动控制电路,图5.15 为按速度原则控制的可逆运行能耗制动控制电路。图中KM1、KM2 为正、反转接触器，KM3 为制动接触器。,（） M正向起动运转停车时能耗制动过程。合上Q，按下SB2，KM1 通电自保，M正向起动运转，当正向n 大于120rmin 时，KV1 闭合，停车时，按下SB1，其动断触点先断开，KM1 失电，由于惯性M的n 还很高，KV1 仍闭合，在SB1 的动合触点闭合时，KM3 得电自锁，M定子绕组通入直流电进行能耗制动，M的n 迅速下降，当正向n 小于100rmin 时，KV1 断开，KM3 失电，能耗制动结束，以后M自然停车。,（） M反向起动运转停车时能耗制动过程。合上Q，按下SB3，KM2 通电自锁，M 反向起动运转，当反向n 大于120rmin 时，KV2 闭合，停车时，按下SB1，其动断触点先断开，KM2 失电，由于惯性M 的n 还很高，KV2 仍闭合，在SB1 的动合触点闭合时，KM3 得电自锁，M 定子绕组通入直流电进行能耗制动，M的n 迅速下降，当反向n 小于100rmin 时，KV2 复位断开，KM3 失电，能耗制动结束，以后M 自然停车。,康大机电工程系自动化教研室,二、能耗制动（4） 按速度原则控制的可逆运行能耗,39,二、能耗制动,（5）,思考与练习,5.4.1 简述反接制动和能耗制动的基本工作原理。,5.4.2 比较单向反接制动和可逆运行反接制动的不同点。,5.4.3比较一般能耗制动和可逆运行能耗制动的不同点。,康大机电工程系自动化教研室,二、能耗制动（5）思考与练习康大机电工程系自动化教研室,40,学习单元五,其它基本控制线路,康大机电工程系自动化教研室,学习单元五其它基本控制线路康大机电工程系自动化教研室,41,单元五其它基本控制线路,单元学习目标,掌握三相异步电动机点动、多地控制电路的应用及工作原理；,掌握顺序控制及联锁控制的功能及实现。,单元学习内容,任何简单或复杂的电气控制回路均由一系列基本环节所组成，包括点动控制、自锁控制、互锁控制、多地控制、顺序控制和自动循环控制等诸多基本环节。,康大机电工程系自动化教研室,单元五其它基本控制线路单元学习目标康大机电工程系自动化教研,42,1、点动控制,2、多地控制电路,3、顺序控制,4、联锁控制,目 录,康大机电工程系自动化教研室,目 录康大机电工程系自动化教研室,43,一、点动控制,（1）,所谓点动，即手动按下按钮时，电动机运转工作；手动松开按钮时，电动机停止工作。某些生产过程中，如张紧器、电动葫芦等常要求此类实时控制，它能实现电动机短时转动，整个运行过程完全由操作人员决定。,某三相异步电动机的点动控制原理电路如图5.16 所示。,康大机电工程系自动化教研室,一、点动控制（1） 所谓点动，即手动按下按钮时，电动,44,一、点动控制,（2）,主电路由空气开关QF、交流接触器KM 的主触点和笼型电动机 组成；控制电路由起动按钮SB 和交流接触器线圈KM 组成。电路的工作过程如下：,先合上空气开关QF按下起动按钮SB接触器KM 线圈通电KM 主触点闭合电动机M 通电直接起动。,松开SBKM 线圈断电KM 主触点断开M断电停转。,点动运行的另一典型电路张紧类机构控制电路，如图5.17 所示。,其工作过程一般为：如毛布较松弛，希望张紧时按下SB1，电动机正转进行张紧，根据张紧程度，适时松开按钮停止张紧；如希望停机检修或更换毛布时，需要松弛毛布，按下SB2，电动机反转，毛布松弛。,康大机电工程系自动化教研室,一、点动控制（2） 主电路由空气开关QF、交流接触器,45,二、多地控制电路,（1）,在较大型的机床及设备上，常要求能在机床的多个地点进行控制。,如果要求在两个或两个以上的地点都能操作，可在各操作地点各安装一套按钮，将分散在各操作站上的起动按钮动合触点引线并连起来，停止按钮动断触点引线作串联连接。实现的电路如图5.18 所示。,康大机电工程系自动化教研室,二、多地控制电路（1） 在较大型的机床及设备上，常要,46,二、多地控制电路,（2）,多人操作的大型冲压设备等，为了保证操作安全，要求几个操作者准备好后，都发出主令信号（如按下起动按钮）时，设备才能压下。此时应将起动按钮的动合触点串联，如图5.18 所示。,康大机电工程系自动化教研室,二、多地控制电路（2） 多人操作的大型冲压设备等，为,47,三、顺序控制,对于多电动机机床，总是润滑油泵或液压泵先起动而最后停止，主轴电动机后起动，而冷却泵最后起动而最先停止，因此需要顺序起停控制环节，这种环节也称为联锁环节。图5.19是以只有润滑油泵电动机 和主轴电动机 为例的顺序起、停控制电路。,电动机组起动时，合上Q，按下SB2，KM1 线圈得电自保，M1 起动运转。再按下SB4，KM2 线圈得电自保，M2 起动运转且将SB1 锁住。,电动机组停车时，先按下SB3，KM2 线圈失电去自锁，M2 停转。由于与SB1并联的KM2 动合辅助触点已经复位，此时按下SB1 时，KM1 线圈失电去自保，M1 停转。,康大机电工程系自动化教研室,三、顺序控制 对于多电动机机床，总是润滑油泵或液压泵先,48,四、联锁控制,（1）,自锁控制,自锁即要求电动机控制回路起动按钮按下然后松开，电动机仍能保持运转工作状态，与点动相对应。下面以图5.20a、b、c所示电路来对比说明。,康大机电工程系自动化教研室,四、联锁控制（1） 自锁控制康大机电工程系自动化,49,四、联锁控制,（2）,（） 图a为典型具有自锁功能的控制电路，当按钮SB1 按下后，接触器KM 线圈得电，同时其动合辅助触点吸合，当按钮被松开后仍能保持接触器KM 线圈得电，自锁功能得以实现。,（） 图b为两路自锁电路，SB2 起停止作用，按下SB1，KM1 线圈自锁运行，按下SB3，KM2自锁运行。,（） 图c为点动与自锁同时实现的控制电路，图中用复合按钮实现点动控制，当SB3 按下时，实现电动机点动运行，SB3 松开后，电动机停转。SB1实现自锁连续运行。,互锁控制,互锁控制即在实际控制过程中，常常有这样的要求，两台电动机不允许同时接通，如图5.21所示。,当按下SB1，KM1 得电工作时，即使误按下SB2，也不准KM2得电，否则会使两个接触器的主触点同时吸合，引起主控回路短路，发生危险。,康大机电工程系自动化教研室,四、联锁控制（2） （） 图a为典型具有自锁功能的,50,四、联锁控制,（3）,康大机电工程系自动化教研室,四、联锁控制（3）康大机电工程系自动化教研室,51,四、联锁控制,（4）,思考与练习,5.5.1根据图5.5.2所示控制电路情况，判断其分别有哪种控制功能。,（） 长动。,（） 点动。,（） 起动后无法关断。,（） 按下按钮电源短路。,（） 线圈不能接通。,康大机电工程系自动化教研室,四、联锁控制（4）思考与练习康大机电工程系自动化教研室,52,四、联锁控制,（5）,5.5.2 什么是自锁、互锁、联锁？ 试举例说明各自的作用。,5.5.3 试设计可以两处操作，对一台电动机实现长动和点动的控制线路。,5.5.4 试设计两台笼型异步电动机M1、M2 的顺序起动停止的控制线路。,（） M1、M2 能顺序起动，并能同时或分别停止。,（） M1 起动后M2 起动，M1 可点动，M2 可单独停止。,5.5.5 某机床主轴和润滑油泵各由一台电动机带动。今要求主轴必须在油泵开动后才能开动，主轴能正反转并能单独停车，有短路、失压及过载保护等。试绘出电气控制原理图。,康大机电工程系自动化教研室,四、联锁控制（5） 5.5.2 什么是自锁、互锁、联,53,学习单元六,简单控制电路设计,康大机电工程系自动化教研室,学习单元六简单控制电路设计康大机电工程系自动化教研室,54,单元六简单控制电路设计,单元学习目标,了解控制电路设计的一般原则；,掌握常用器件的组合设计特点；,能设计基本控制电路。,单元学习内容,电气控制系统是生产机械不可缺少的组成部分，对生产机械能否正确、安全、可靠地工作，起着决定性的作用。因此，必须合理选取控制方案，正确设计电气控制电路，准确选用元器件，使电气控制系统完全符合生产机械的运行控制规律，符合生产工艺要求。,康大机电工程系自动化教研室,单元六简单控制电路设计单元学习目标康大机电工程系自动化教研,55,1、电气控制电路设计时应遵循的原则,2、电气控制电路设计的基本规律,3、电气控制电路设计的注意事项,目 录,康大机电工程系自动化教研室,目 录康大机电工程系自动化教研室,56,一、电气控制电路设计时应遵循的原则,（1）,满足生产机械工艺要求，工作准确可靠,（） 充分了解生产机械的结构特点、加工过程、部件运动过程、性能要求。,（） 认真分析控制方案（如控制方式、起动、制动、反向和调速的要求）。,（） 综合考虑必要的保护措施。,控制电路电源设计应符合国家标准,控制电路电源设计应符合GB522685枟机床电气设备通用技术条件枠的规定。,（） 如果电源具有接地中性线时，在不要求专门保护措施的情况下，可以把控制电路直接接到电源上，但控制电路必须连接在相线和接地中性线之间。,（） 对于具有五个以上的电磁线圈（如接触器、继电器、电磁闸）或电柜外还具有控制器件或仪表的机床，必须采用分离绕组变压器分别给控制电路和信号电路供电。,对于有五个以下电磁线圈的电气设备，其控制电路可直接接到两相线之间或相线与中性线之间，控制电路电压由电源而定。,康大机电工程系自动化教研室,一、电气控制电路设计时应遵循的原则（1） 满足生,57,一、电气控制电路设计时应遵循的原则,（2）,（） 当机床有几个控制变压器时，每个变压器尽可能只给机床一个单元的控制电路供电，以保证不工作的控制电路不会出现意外事故。,（） 由变压器供电的交流控制电路，二次侧电压值为50Hz 的24V 或48V；而触点外露在空气中的电路，为保证电路工作的可靠性，二次侧电压应取高些，即取48V 或更高电压，如110V和220V。,（） 直流控制电路的电压可取24V、48V、110V、220V。,（） 只能使用低电压的电子线路和电子装置可采用其它低电压。,（） 大型机床的控制电路，由于所串触点较多，压降大，故一般不使用24V 或48V 的低电压。,确保电气控制电路工作安全、可靠,（） 确保电气控制电路符合工艺控制过程各类性能指标。,（） 电器元件选择必须符合设计要求。,（） 线路设计合理，以保证操作方便、控制过程稳定可靠、便于维修。,（） 必须有必要的保护措施，以保证操作人员和各种设备的安全。,康大机电工程系自动化教研室,一、电气控制电路设计时应遵循的原则（2） （） 当,58,二、电气控制电路设计的基本规律,（1）,继电器接触器控制电路的特点，是通过触点的闭合与断开来控制电动机或其它电气设备，以完成运行机构的动作。即使是较复杂的控制系统，其中很大部分也是由动合和动断触点组合而成的。在设计过程中，各线圈触点的连接有一定的规律和特点，简单归纳如下：,动合触点串联,当要求的几个条件同时具备时，电器线圈才能通电动作，这时可采用几个动合触点串联进行控制，如图5.23所示。,康大机电工程系自动化教研室,二、电气控制电路设计的基本规律（1） 继电器接触器,59,二、电气控制电路设计的基本规律,（2）,当动合的开关SQ1、SQ2 和SQ3 均动作闭合后，线圈KA 才能通电吸合。,动合触点并联,在几个条件中，只要其中一个条件成立，所控制的电器线圈就将得电，可用几个动合触点并联进行控制，如图5.23b 所示。只要SQ1、SQ2 和SQ3其中任一个动作，线圈KA 就会通电吸合。,动断触点串联,当要求的几个条件中具备一个条件时，电器线圈就会断电，可采用由几个动断触点串联进行控制，如图5.23c 所示。,SB1与SB2两个动断按钮中，只要按下其中任意一个，线圈KA就会断电释放。,动断触点并联,当要求几个条件同时存在时，电器线圈才会断电释放，可采用由几个动断触点并联进行控制，如图5.23d 所示。,当KA1与KA2的动断触点同时断开时，KA线圈才会断电释放。,康大机电工程系自动化教研室,二、电气控制电路设计的基本规律（2） 当动合的开关S,60,三、电气控制电路设计的注意事项,（1）,（一） 注意电器的正确连接,电气控制电路能否正确运行，其关键就在于电器的线圈和触点是否连接正确。如线圈或触点连接错误，将会造成控制线路错误的动作，甚至会出现危险。,线圈的连接,（） 错误的线圈连接,在交流控制电路中，不允许两个线圈串联使用，即使是两个同型号线圈，也不能采用串联后接在两倍额定电压的交流电源上，如图5.24a 所示。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（1） （一） 注意电,61,三、电气控制电路设计的注意事项,（2）,因为在交流电路中，两负载的串联，其电压的分配是依据阻抗大小进行的，而交流线圈的阻抗大小又与磁路情况有关。串联的两线圈的吸合绝不会是同一时刻的，总是有先后之分的。例如，当KM1 先通电吸合，则KM1 的磁路先闭合，其线圈电感立即显著增加，因而在KM1 线圈上产生的压降相应增大，有可能使相串联的KM2 线圈的端电压小于其动作电压而使触点不动作。同时，电路电流增大，有可能使接触器线圈烧毁。,（） 电感量相近的线圈连接,电感量相近的两个线圈要求同时通电动作时，应将两个线圈并联连接，使它们的端电压一致，如图5.24b 所示。,（） 电感量相差较大的线圈连接,图5.25a 所示为直流电磁铁线圈YA 和直流中间继电器线圈 连接的控制电路。,在图5.25a电路中，当触点KM断开时，由于电磁铁YA电感量很大，将会在电磁铁YA线圈两端产生较大的感应电动势，加在中间继电器KA线圈上形成闭合回路，有可能使KA仍维持吸合状态。随着感应电动势的逐渐衰减，KA才释放，即延长了中间继电器KA的吸合时间，不符合控制要求。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（2） 因为在交流电,62,三、电气控制电路设计的注意事项,（3）,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（3）康大机电工程系自动化教,63,三、电气控制电路设计的注意事项,（4）,避免的方法是在YA线圈中单独串联一个KM动合触点，如图5.25b 所示。也可在YA线圈两端并联一放电电阻R，并在KA支路中串入KM动合触点，以获得可靠的工作，如图5.25c所示。,触点的布置,合理布置电器元件及触点在电路中的位置，对控制电路的可靠性起着至关重要的作用。,由于同一电器上的动合触点和动断触点相距较近，若在电路的连接中将它们分布在线路的不同电源位置上，在开关动作时，有引起电源短路的危险。因此，在设计时应尽量将这些触点都接在同一极或同一相上，以免使电器触点引起短路。,同时，在电路实际运行中，也存在连接导线长短与电路安全问题。图5.26a 所示的接法既不安全又很浪费导线。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（4） 避免的方法是在,64,三、电气控制电路设计的注意事项,（5）,图5.26a电路中，由于行程开关SQ 的动合、动断触点靠得很近，在触点断开时，由于电弧可能造成电源短路，而且这种接法需引出4根导线。,可以看到，图5.26b 则更为合理，SQ 的动合、动断触点接在同一极上，且只需引出3根导线。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（5） 图5.26a电,65,三、电气控制电路设计的注意事项,（6）,（二） 防止触点之间的竞争,电器元件从一种状态到另一种状态都有一定的动作时间。对一个控制电路来说，改变某一控制信号后，由于触点与线圈动作时间之间的配合不当，可能会出现与控制预定结果相反的结果。这时控制电路就存在着潜在的危险竞争。,“竞争”实例分析,如图5.27所示，KM1和KM2接触器分别是控制电动机M1和M2的，且M1起动一定时间后M2自行起动。,由图5.27a可知，KM1 线圈得电后，经一定时间，KM2 线圈将通电吸合。由于其触点的动作特点是先断后合，则其动断触点KM2 1 首先断开，动合自锁触点KM22然后才闭合，两者之间在动作上存在一个时间差t 。但触点KM21断开后立即使时间继电器KT1线圈断电，KT1的动合触点延时闭合瞬间，断开触点会立即断开。那么从时间继电器KT1 线圈失电到动合触点复位的动作过程也存在一个时间差t 。因此，线圈KM2 是继续通电还是断电，就取决于自锁触点KM2 2的闭合速度与KT触点断开的速度了。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（6） （二） 防止触,66,三、电气控制电路设计的注意事项,（7）,如果t,1,t,2,，那么KM2线圈的自锁触点KM22来不及闭合，KT 触点就复位断开，使KM2 线圈失电，则竞争就“失败”。,如果t,1,t,2,，则在KT 触点复位断开之前，KM2 2 自锁触点已经闭合，使KM2线圈在自锁作用下继续得电，则竞争就“胜利”了。,当然，接触点越大，触点动作的距离也越大，动作时间t,也会越长，出现竞争失败的几率也就越高，线路可靠性越差。,由于存在“竞争”的电路工作起来都不是很可靠的，因此在设计控制线路时应尽量避免，以防出现意外。,“竞争”现象改进措施,为防止出现“竞争”现象，可将图5.27a所示电路改进。,在图5.27b所示电路中，由于加入了一个中间继电器，则当KM2 线圈得电时，KM2 1 触点断开与KM22自锁触点闭合之间仍存在一个动作时间差t,。但动断触点KM21断开时，先使中间继电器KA线圈断电，KA动合触点随后才复位。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（7） 如果t1,67,三、电气控制电路设计的注意事项,（8）,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（8）康大机电工程系自动化教,68,三、电气控制电路设计的注意事项,（9）,在图5.27b 所示电路中，由于加入了一个中间继电器，则当 线圈得电时，KM2 1触点断开与KM2 2 自锁触点闭合之间仍存在一个动作时间差t,。但动断触点KM2 1断开时，先使中间继电器KA 线圈断电，KA动合触点随后才复位。,在KA 线圈断电到KA触点动作之间，也存在一个动作时间差，记为t,。,由于KA 触点的复位，使时间继电器KT1 线圈断电，在KT2 线圈触点动作之间又存在一个动作时间差，记为t,。,因此，一方面由t,企图使KM2线圈能通过自锁而继续得电，另一方面则通过（t,t,）企图使KT1 触点在KM2 2自锁触点闭合前断开，使KM2 线圈不能通过自锁触点而继续得电。,通常交流接触器的平均固有吸上时间（触点闭合时间）为0.05 0.07s，而固有释放时间（触点断开时间）为0.020.05。由于继电器与接触器的电磁机构相似，所以，可将接触器的触点动作时间与继电器触点动作时间视为相似。因此，从上述电路动作时间的分析中可知，t,t,t,总能成立，也就是说图5.27的控制线路是安全可靠的，是不会发生“竞争”的。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（9） 在图5.27b,69,三、电气控制电路设计的注意事项,（10）,（三） 防止电路中存在寄生电路,所谓寄生电路，是指在电气控制电路的动作过程中，意外接通的电路。在控制电路中如果有寄生电路，将破坏电器和电路的正常工作顺序，造成误动作。,图5.28 所示的电路中存在寄生电路。,正常情况下，电路能完成起动、正反转和停车的控制顺序，信号灯也能显示电动机的正、反转工作状态。但是，当电动机因过载而使热继电器FR动断触点断开时，将出现图中虚线所示的寄生电路，使接触器KM1 线圈不能断电释放，电动机失去了过载保护的作用，最终有可能造成事故。,因此，通常情况是将热继电器的动断触点移到停止按钮SB1 的下面，即可防止出现寄生电路。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（10） （三） 防止,70,三、电气控制电路设计的注意事项,（11）,（四） 尽量减少电器触点数目,在控制电路中，应尽量减少电器触点，提高线路的可靠性，以减少故障。,从可靠性设计的观点看，在满足功能要求的前提下，电路要尽量简化。电器元件越少，其触点也越少，相应的控制电路故障概率就越低，工作可靠性越高。因此，在设计中应尽量避免不必要的连锁工作现象。,合并同类触点,在获得同样控制功能的情况下，简化、合并同类性质的触点。用一个触点能完成的动作，不用两个触点。在简化触点的过程中，应考虑触点额定电源是否允许，是否影响其它回路。,图5.29 所示为触点的简化和合并的线路。,利用转换触点,如图5.30 所示，利用具有转换触点SA的中间继电器，将两对触点合并成一对转换触点，简化线路。,利用二极管单向导电性减少触点数,如图5.31 所示的电路。图和图是等效的，对于弱电电器控制电路是行之有效的，目前在自动化磨床上得到应用。,利用逻辑代数法简化线路,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（11） （四） 尽量,71,三、电气控制电路设计的注意事项,（12）,（） 电路状态定义,用KA、KM、SQ、分别表示继电器、接触器、行程开关的动合（常开）触点状态；用KA、KM、SQ、表示其动断（常闭）触点状态。,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（12） （） 电路,72,三、电气控制电路设计的注意事项,（13）,康大机电工程系自动化教研室,三、电气控制电路设计的注意事项（13）康大机电工程系自动化,73,三、电气控制电路设计的注意事项,（14）,电路中开关元件的原始状态为0，元件受激状态为1。,（） 逻辑关系表达,在逻辑代数中，基本逻辑关系有：逻辑和、逻辑乘、逻辑非，与门电路中的或、与、非门相对应。通常以A、B、表示逻辑变量。, 逻辑和变量间或的关系,表示为： F A B,在电路中即说明线圈F 如要得电，那么相并联的触点A 和B 中只要有一个接通就可以了。, 逻辑乘变量间与的关系,表示为： F A B在电路中则为A、B 两触点相串联，共同控制线圈F。对线圈F 来说，只有触点A 和B 同时接通时，线圈F 才得以通电吸合。, 逻辑非变量相反的关系,在电路中，若变量A 表示电路的动合触点状态，那么A就表示它的动断触点状态，即A 0，A 1。根 据这三种基本逻辑关系和逻辑代数基本性质的关系式，可以在控制电路的