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常州机电职业技术学院项目课程教案教师姓名黄敏高授课班级数控04G1, 2授课日期9.7课时数2项目与模块名称项目一、数控机床强电控制回路维修模块一、数控机床主回路故障诊断与维修教学场所西216教学目标1. 能够陈述数控机床主回路元器件的名称、功能2. 能够陈述主回路工作过程3. 能够正确区别电路的几种状态4. 具有三相异步电机的控制的基础知识教学重点数控机床主回路工作过程电路的儿种状态教学难点电路的几种状态三相异步电机控制的基础知识更新、补充删节内容无所需工具、设备名称及数量标准主回路接线板1块、断路器1只、接触器1只、按钮等教学方法讲授法、演示法教学组织形式班级教学教学内容与步骤b）控制回路-、工作任务：数控主回路的任务主要是从外部动力线接入380V交流电源，控制数控机床液压马达、排屑电动机、伺服电动机、单相电动机以及三相异步电动机等的运转。图1-1为数控机床主回路的线路图。a）主回路图数控机床主回路线路图我们的工作任务是排除下面两种情况的故障：1.电机不能正常运转。2.电机可以旋转，但只能向一个方向旋转。教学内容与步骤二、相关实践知识：（一）元器件认识低压断路器也称为空气开关（或称自动空气断路器）。它是一种既能作开关用，又具有电路自动保护功能的低压电器。用于设备保护的断路器可进行过载和短路保护。（带火孤装置）2.接触器KM /（不带天孤装置）常开触头KM常闭触头wOb)接触器是一种用来自动地接通与断开大电流电路的电器。大多数情况下其控制对象是电动机，但也可用于控制其它负载，如电热器、照明设备等接触器的触头按功能不同分为主触头和辅助触头两类。按主触头流过的电流制式不同，可分为交流接触器和直流接触器；辅助触头用于接通和分断小电流的控制电路，有常开和常闭两种。数控机床强电控制线路中常用交流接触器.如图1-3为交流接触器外形结构和电气图形符号,通常用KM表示。3.按钮按钮是一种短时接通或分断小电流电路的手动主令电器。适用于交流电压5OOV或直流电压440V.电流5A及以下电路中。一般它不直接操纵主电路的通断，而是在控制电路中发出“指令”，去控制接触器、继电器等自动电器，再由它们去控制主电路。按钮在控制线路中也可作为电气联锁使用。按钮一般由按钮帽、复位弹簧、常开触头、常闭触头、接线柱和外壳等组成。其外形、结构、图形符号如图1一47所示。按钮根据用途和结构的不同.分为停止按钮（动断按钮）、起动按钮（动合按钮）和复合按钮（动合与动断的组合按钮）几种。（-）三相交流异步电动机交流电动机有同步电动机和异步电动机之分.同步电动机的制造工艺比较复杂，起动困难，故多用在特定的范围内（如用在发电机或带动大的负载）；异步电动机（又称感应电动机）的结构简单、坚固耐用、维修方便，因此得到广泛的应用。异步电动机根据转于结构可分为鼠笼型和绕线型两种.这里介绍三相鼠笼型异步电动机（又称三相鼠笼型感应电动机）。I.三相鼠笼型异步电动机的结构和工作原理（1）三相鼠笼型异步电动机的基本结构三相鼠笼型异步电动机由定子，转子及其它部件组成。在电气原理图中的图形符号.如图1-16所示.轼承（a）（b）图1-16三相交流异步电动机a）结构 b）图形符号定子（图1-17）由定子铁芯，机座和定子绕组等组成。圆环形的定子是形成旋转磁场。产生电磁转矩的部件，定子铁芯由冲了槽的硅钢片叠压而成，硅钢片上面涂有绝缘漆，互相绝缘，以减少涡流损耗机座主要用来支承定子铁芯和固定端盖，一般用铸铁制成.为了增加散热面，封闭式电动机的机座外表有散热片.三相鼠笼型异步电动机的绕组对称地嵌放在定子铁芯的槽内（适当安排其位置，可以得到p对磁极六个出线端固定在机座外壳的接线盒内(使用时，三相交流电经过电气控制线路进入接线盒内).各相绕组的首端依次标有Ul, VI, W1,末端依次标有U2、V2o W2.根据电动机铭牌标注，定子绕组的六个出线端可以接成星形(Y)或者三角形(),如图1-18.转子由转轴、转子铁芯、转子绕组和风扇组成.转轴两端的轴颈与轴承相配合,装配在端盖上，轴的伸出端固定有皮带轮或联轴器与负载相连.转子铁芯是电动机磁路的一部分，由0.5mm厚的硅钢片叠压而成，装在转轴或固定在支架上。硅钢片上冲有均匀的槽(糟的结构不同，转子的工作特性也有差异)，槽内嵌放有裸导体条(铜条或铝条)，两端用短路环焊接成鼠笼型，如图1-19所示.此外三相鼠笼型异步电动机还有端盖，轴承、风扇及风罩等其它部件.定子内面与转子表面彼此保持的间隙，称为气隙.中，小型异步电动机的气隙约在0.21.0mm范围内.定于铁心图1T7定子结构(a)(b)(fc)A接法图1-18定子绕组接线图图1-19转子结构(2)三相鼠笼型异步电动机的工作原理三相异步电动机定了绕组每相只有一个线圈，定了铁心有6个槽。则在定了铁心内相当于有一对N、S磁极在旋转。当三相交流电变化一周时，合成磁场在空间上正好转过一周。若三相交流电不断变化，则产生的合成磁场在空间不断转动，形成旋转磁场一对磁极的旋转磁场电流每交变一次，磁场就旋转一周。设电源的频率为fi，即电流每秒钟变化fi次，磁场每秒钟转fi圈，则旋转磁场的转速m=fi (r/s),习惯上用每分钟的转数来表达转速,即ni=60fi(r/min)。两对磁极的旋转磁场，电流每变化fi次，旋转磁场转fl/2圈，即旋转磁场的转速为 ni=60fl/2 (r/min)p对磁极的旋转磁场，电流每交变一次，磁场就在空间转过1/p周，因此，转速应为(式 1-1)=-(r/min)P旋转磁场的转向是由通入定子绕组的三相电源的相序决定的。由图1-18可知，定子绕组中电流的相序按顺序UVW排列，旋转磁场按顺时针方向旋转。如果将三相电源中的任意两相对调，例如V和W两相互换，则定子绕组中的电流相序为UWV,应用前面讲的分析方法，旋转磁场的方向也相应地改变为逆时针方向。2.三相鼠笼型异步电动机的铭牌电动机的铭牌上标有主要技术数据，是选择、安装、使用和修理电动机的依据，表1-3是台三相鼠笼型异步电动机的铭牌.表1-4 三相鼠笼型异步电动机的铭牌三相异步电动机型号Y100LI-4接法/功率2.2 kW工作方式电压220/380 V绝缘等级B电流8.6/5 A温升70 C转速1430 r/min重量34 kg频率50 Hz编号X电机厂出厂日期型号型号表示电动机的结构形式、机座号和极数。例如Y100L1T中，Y表示鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电动机）；100表示机座中心高为10（） mm；匕表示长机座（S表示短机座，M表示中机座）；1为铁心长度代号；4表示4极电动机。额定电压Un额定电压是电动机定子绕组应加线电压的额定值，有些异步电动机铭牌上标有220/380 V,相应的接法为NY。它说明当电源线电压为220V时，电动机定子绕组应接成型；当电源线电压为380V时，应接成Y型。额定电流R额定电流是指电动机在额定运行时，定子绕组的线电流。额定转速UN额定转速是指电动机额定运行时的转速。额定频率fN额定频率是指电动机在额定运行时的交流电源的频率，我国工频为50 Hzo工作方式工作方式是指电动机的运行状态。根据发热条件可分为三种：S1表示连续工作方式，允许电机在额定负载下连续长期运行；S2表示短时工作方式，在额定负载下只能在规定时间短时运行：S3表示断续工作方式，可在额定负载下按规定周期性重复短时运行。绝缘等级绝缘等级是由电动机所用的绝缘材料决定的。按耐热程度不同，将电动机的绝缘等级分为A、E.B、F、H、C等几个等级，它们允许的最高温度不同。（三）主回路工作过程：如图1-1所示，该控制线路是由按钮、低压断路器、交流接触器、接线端子等低压电器元器件组成。电动机的正反转控制是通过两个接触器KM1, KM2实现的，如果电机正转是由接触器KM1的主触点依次连接380V主电路的U, V, W相，那么电机反转只要在380V主电路线路换一个相序连接到接触器KM2的主触点即可。1. 正转控制按下正转按钮SBI,接触器KM1线圈得电，从而KM1主触头闭合，电动机正转，同时KM1的常开触头闭合，KMI的常闭触头断开。2. 反转控制按下反转按钮SB2,接触器KM1线圈失电，KM1的常闭触头闭合，接触器KM2线圈得电，从而KM2主触头闭合，电动机开始反转，同时KM2的常开触头闭合，KM2的常闭触头断开。为了避免正转和反转两个接触器同时动作造成相间短路，在两个接触器线圈所在的控制电路上加了电气联锁。即将正转接触器KM1的常闭辅助触头与反转接触器KM2的线圈串联；又将反转接触器KM2的常闭辅助触头与正转接触器KM1的线圈串联。这样，两个接触器互相制约，使得任何情况下不会出现两个线圈同时得电的状况，起到保护作用。复合启动按钮S Bl, SB2也具有电气连锁作用OSBI的常闭触头串接在KM2线圈的供电线路上,SB2的常闭触头串接在KM1线圈的供电线路上，这种互锁关系能保证一个接触器断电释放后，另一个接触器才能通电动作，从而避免因操作失误造成电源相间短路。按钮和接触器的复合互锁使电路更安全可靠。三、相关理论知识：（一）电路儿种工作状态电路在工作时有三种工作状态，分别是通路、短路、断路。1. 通路（有载工作状态）如图1-7所示，当开关S闭合，使电源与负载接成闭合回路，电路便处于通路状态。在实际电路中，负载都是并联的，用Rl代表等效负载电阻。电路中的用电器是由用户控制的，而且是经常变动的。当并联的用电器增多时，等效电阻R.就会减小，而电源电动势E通常为一恒定值，且内阻&很小，电源端电压U变化很小，则电源输出的电流和功率将随之增大，这时称为电路的负载增大。当并联的用电器减少时，等效负载电阻&增大，电源输出的电流和功率将随之减小，这种情况称为负载减小。可见，所谓负载增大或负载减小，是指增大或减小负载电流，而不是增大或减小电阻值。电路中的负载是变动的，所以，电源端电压的大小也随之改变。电源端电压U随电源输出电流1的变化关系，即U=f （I）称为电源的外特性，外特性曲线如图1-8所示。根据负载大小，电路在通路时乂分为三种工作状态：当电气设备的电流等于额定电流时称为满载工作状态；当电气设备的电流小于额定电流时，称为轻载工作状态；当电气设备的电流大于额定电流时，称为过载工作状态。2. 断路所谓断路，就是电源与负载没有构成闭合回路。在图1-7所示电路中，当S断开时，电路即处于断路状态。断路状态的特征是：R=8, 1=0电源内阻消耗功率Pe=0负载消耗功率Pl=0路端电压U0=E此种情况，也称为电源的空载。3.短路所谓短路，就是电源未经负载而直接由导线接通成闭合回路，如图1-9所示。图中折线是指明短路点的符号。短路的特征是：厂|R=0, U=0/p；=Rdr / r因为电源内阻Ro般都很小，所以短路电流Is总是很/大。如果电源短路事故未迅速排除，很大的短路电流将会烧/毁电源、导线及电气设备，所以，电源短路是一种严重事故， *应严加防止。图1_9短路的示意图课后作业复习教学日记
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