项目2-电气控制FINAL.ppt

项目二 数控机床电气控制系统的设计与调试,数控机床电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求联接而成的，实现对机床的电气自动控制。本项目在熟悉各种控制电气元件的基础上，介绍数控机床电气原理图的画法规则，分析一些常用典型机床的控制电路，从而使学习者进一步掌握控制线路的组成、典型环节的应用以及分析控制线路的方法，从中找出规律，逐步提高阅读图纸的能力，为独立设计打下基础。并在其出现故障时，能够正确判断是电气还是机械故障，并熟悉机电部分配合情况，实现迅速准确的排除电气故障。,任务一 绘制机床电气原理图,知识目标 （1）了解电气原理图的组织和布局； （2）掌握机床电气原理图的设计步骤； （3）熟悉机床电气原理图的画法规则。 技能目标 （1）能识读典型机床的电气原理图； （2）掌握电气控制电路的设计方法； （3）掌握查阅手册和国家标准的方法。,第一部分 任务分析与实施,子任务1 电气原理识图与制图 一、任务描述 通过查阅电工手册和国家标准GB5226.1-2002，根据要求，设计出一台普通 车床电气控制电路。 二、任务实施 1、设计要求： 1）设计一台电动机可逆运转； 2）利用时间原则控制其停机能耗制动，并要求正向旋转能实现点动控制； 3）具有必须的保护环节； 4）画出主电路和控制电路。 2、自己设计出一台普通车床电气控制电路,3、考核标准(表2-1-1) 表2-1-1 考核标准,子任务2 某数控车床部分电气原理图的阅读分析,一、任务描述 电气控制系统是由许多电器元件按一定要求和方法连接而成。通过对某数控车床的部分电气原理图的阅读分析，锻炼对实际电路图的阅读分析能力。 二、任务实施 对以下某数控系统电源原理图进行分析，分析电路组成部分、各部分的功能型号及在电路中承担的作用。并填写下面表格（表2-1-2）。,表2-1-2 数控系统电源原理分析结果,图2-1-1 数控系统电源原理图,第二部分 知识链接,一、电气图绘制规则和符号 电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要求和规律连接而成的。将电气控制系统中各电器元件及它们之间的连接线路用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图，一般包括电气原理图、电器布置图和电气安装接线图3 种。 1、常用电气图的图形符号与文字符号 在国家标准中，电气技术中的文字符号分为基本文字符号 ( 单字母或双字母 ) 和辅助文字符号。基本文字符号中的单字母符号按英文字母将各种电气设备、装置和元器件划分为 23 个大类，每个大类用一个专用单字母符号表示。如 “K” 表示继电器、接触器类，“F” 表示保护器件类等，单字母符号应优先采用。双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一字母组成，其组合应以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出。 2、电气原理图 电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理，它并不反映电器元件的实际大小和安装位置。如图2-1-2所示。,图2-1-2 CW6132 型普通车床的电气原理图,（ 1 ） 电气原理图一般分为主电路、控制电路和辅助电路 3 个部分。 （ 2 ） 电气原理图中所有电器元件的图形和文字符号必须符合国家规定的统一标准。 （ 3 ） 在电气原理图中，所有电器的可动部分均按原始状态画出。 （ 4 ） 动力电路的电源线应水平画出；主电路应垂直于电源线画出；控制电路和辅助电路应垂直于两条或几条水平电源线之间；耗能元件（如线圈、电磁阀、照明灯和信号灯等）应接在下面一条电源线一侧，而各种控制触点应接在另一条电源线上。 （ 5 ） 应尽量减少线条数量，避免线条交叉。 （ 6 ） 在电气原理图上应标出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数；对某些元器件还应标注其特性（如电阻、电容的数值等）；不常用的电器（如位置传感器、手动开关等）还要标注其操作方式和功能等。,（ 7 ） 为方便阅图，在电气原理图中可将图幅分成若干个图区，图区行的代号用英文字母表示，一般可省略，列的代号用阿拉伯数字表示，其图区编号写在图的下面，并在图的顶部标明各图区电路的作用。如图2-1-2。,图2-1-3 图幅分区示例,（ 8 ） 在继电器、接触器线圈下方均列有触点表以说明线圈和触点的从属关系，即“符号位置索引”。也就是在相应线圈的下方，给出触点的图形符号（有时也可省去），对未使用的触点用“ ”表明（或不作表明）。,接触器各栏表示的含义如下：,继电器各栏表示的含义如下：,3、电器元件布置图 电器元件布置图反映各电器元件的实际安装位置，在图中电器元件用实线框表示，而不必按其外形形状画出；在图中往往还留有 10% 以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供走线和改进设计时用；在图中还需要标注出必要的尺寸。如图2-1-4所示。 4、电气安装接线图 电气安装接线图反映的是电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系。,图2-1-4 CW6132 型车床电器位置图,图2-1-5 CW6132 型车床电气互连图,二、电气原理图阅读分析的方法和步骤,1、电气原理图阅读分析的具体内容如下 1）设备说明书 2）电气控制原理图 3）电气设备总装接线图 4）电器元件布置图与接线图 2、电气原理图阅读和分析的方法步骤如下 1）分析主电路 从主电路入手，根据每台电动机和执行电器的控制要求去分析它们的控制内容。控制内容包括起动、转向控制、调速、制动等。 2）分析控制电路 根据主电路中各电动机和执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的控制环节，利用前面学过的典型控制环节的知识，按功能不同将控制线路“化整为零”来分析。分析控制线路最基本的方法是“查线读图法”。 3）分析辅助电路 辅助电路包括电源指示、各执行元件的工作状态显示、参数测定、照明和故障报警等部分，它们大多是由控制电路中的元件来控制的，所以在分析辅助电路时，还要回过头来对照控制电路进行分析。 4）分析联锁及保护环节 机床对于安全性及可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动和控制方案外，还在控制线路中设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。 5）总体检查 “查线读图法”是分析电气原理图的最基本的方法，其应用也最广泛。,第三部分 总结提高,一、简答题 1、简述电气原理图的设计原则。 2、简述电气安装位置图的用途，以及与电气接线图的关系。 3、简述电气接线图的绘制步骤。 4、简述电气接线图和电气互连图有什么不同之处？ 5、为了确保电动机正常而安全运行，电动机应具有哪些综合保护措施？,二、分析题 分析图2-1-6所示电路运行的结果，指出存在的错误之处，并请更正之。,图2-1-6 分析电路案例,任务二 机床电气控制系统设计方案的确定和电动机的选择,知识目标 （1）了解机床电气控制系统设计的要求 （2）掌握电机的合理选择。 （3）掌握机床控制线路的设计方法。 技能目标 （1）正确合理地对简单的机床电气控制部分进行设计 （2）熟悉机床电气控制原理，熟悉各种环节的灵活应用。 （3）掌握查阅手册和国家标准的方法。,第一部分 任务分析与实施,一、任务描述 CW6161型车床是一种较大型的车床，床身最大工件的回转半径为630mm。该机床的主运动和进给运动由电动机M1集中驱动，主轴的正反向转动切换通过两组摩擦离合器实现；主轴采用液压制动器；刀架的快速移动由专门的快速移动电动机M3拖动；冷却泵由电动机M2拖动；进给运动的纵向左右运动、横向前后运动以及快速移动，都集中由一个手柄操纵。各电动机型号如表2-2-1所示。,表2-2-1 各电动机型号,二、任务实施 通过以上CW6161型车床的传动特点与控制要求，分别从以下方面对该 电气控制原理图进行设计。 1、动力电路设计：用接触器KM控制电机，包括过载保护，短路保护等措 施。 2、控制电路设计：启停按钮的搭配使用，其中快速移动电机可以采用点动 控制； 3、信号指示与照明电路： 4、控制电路电源。 5、电器元件选择、编制元件清单（表2-2-2为参考）,表2-2-2电器元件选择、编制元件清单,第二部分 知识链接,一、机床电气控制系统设计的一般内容 机床电气控制系统是机床不可缺少的重要组成部分，它对机床能否正确、可靠的工作起着决定性的作用。近代机床高效率的生产方式使得机床的结构与电气控制密切相关，因此机床电气控制系统的设计应与机械部分的设计同步进行、紧密配合，拟订出最佳的控制方案。 机床控制系统绝大多数属于电力拖动控制系统，电气设计内容一般包括： 1拟定电气设计任务书(技术条件) 2确定电气传动控制方案，选择电动机。 3设计电气控制原理图。 4选择电气元、器件，制订电气设备、元件、器件清单及备件、易损件清单。 5设计电气柜、操作台、配电板及非标准电气元件。 6，设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图。 7编写电气说明书和使用操作说明书，包括操作顺序、调试方法、维护保养等说明。 根据实际情况，以上内容步骤可作适当调整。,（一）拟定电气设计任务书 依据机械设备设计总体技术方案拟定的电气设计任务书是整个电气设计的依据。在任务书中，除了简要说明所设计的机械设备的型号、用途、工艺过程、技术性能、传动参数及现场工作条件外，还必须说明： 1)用户供电电网的种类(AC或DC)、电压、频率及容量。 2)有关传动的基本特性：如运动部件的数量及用途：负载特性，调速指标；电动的起 动、制动、反向要求等。 3)有关电气控制的特性：如电气控制的基本方式，自动工作循环的组成，自动控制的动作程序，电气保护及联锁条件等。 4)有关操作方面的要求：如操作台的布置、测量显示、故障报警及照明等要求。 5)主要电气设备(电动机、执行电器及行程开关等)的参数及布置框图。 （二）电力拖动方案的确定 设计电气控制系统，首先要做的是：根据生产机械的调速要求，选择 和确定合适的拖动方案。 在勿需电气调速和启动不频繁的场合，应首先考虑采用笼形异步电动机，仅在负载静转矩很大的拖动装置中，才考虑采用绕线式异步电动机。当负载很平稳、功率大且启制动次数很少时，采用同步电动机更为合理，这样可充分发挥同步电动机效率高、功率因数高的优点，若通过调节激磁使它工作在过激情况下还能提高电网的功率因数。,1确定调速方式 机械设备的调速方式一般可分为机械调速和电气调速。前者是通过电动机驱动变速机构或液压装置，对机床的主运动和进给运动进行调速。后者是采用直流电动机、交流电动机及步进电机的调速系统，以达到机床无级和自动调速的目的。 对一般无特殊调速指标要求的机床，应优先采用三相笼形异步电动机作电力拖动。因为这类电动机结构简单、运行可靠、价格经济、维修方便，若配以适当级数的齿轮变速箱或液压调速系统，便能满足一般机床的调速要求。 当调速范围D=23、调速级数24时，可采用双速或多速笼形异步电动机，从而简化传动机构，提高传动效率，扩大调速范围；D3且不要求平滑调速时，可采用绕线转子感应电动机，但只适用于短时负载和重复短时加载的场合；D=310，且要求平滑调速时，在容量不大情况下，可采用带滑差离合器的异步电动机拖动系统，若需长期运转在低速，也可考虑采用晶闸管电源的直流拖动系统；D=10100时，可采用发电机一电动机组系统或晶闸管电源的直流拖动系统。 2.传动方式与负载特性相适应 电动机调速性质是指电动机在整个调速范围内转矩、功率与转速的关系： T=F(n), P=F(n) 电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应。以车床为例，其主轴运动需恒功率传动，进给运动则要求恒转矩传动。对于电动机，若采用双速鼠笼式异步电动机拖动，当定子绕组由 联接改为YY接法时，转速由低速升为高速，功率变化不大，适用于恒功率传动；由Y联接改为双YY接法时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动。对于直流他激电动机，改变电枢电压调速为恒转矩调速，而改变激磁调速为恒功率调速。 若采用不对应调速，即恒转矩负载采用恒功率调速或恒功率负载采用恒转矩调速。都将使电动机额定功率增大D倍(D为调速范围)，且使部分转矩不能得到充分利用。为此，在选择调速方法时，应尽可能使它与负载性质相同,3.电机启动、制动和正、反转的要求 在机床的传动控制中，采用电气控制电动机起动、制动和正反转是较为简单的一种控制方式。对于一般较小容量的电动机，其容量不超过供电变压器容量的20时，一般可采用直接起动。 对于超过电网允许压降的电动机起动或对机床运动部件产生过大的动态应力的电动机起动，必须采取限制起动电流或起动转矩的措施(参见)。常用的方法有：在定子电路中串入电阻或电抗，自耦变压器降压，Y-起动和延边三角形起动等。若在电网允许的压降内，为提高电动机的起动转矩，有时可采取某些措施，如对绕线式异步电机转子串接对称电阻的起动。 传动电动机是否需要制动，要根据机床工作需要而定。若无持殊要求，一般采用反接制动，可使控制线路简化。若要求制动过程平稳、准确，且不允许有反转情况发生，则必须采取其它可靠的制动措施，如能耗制动、电磁制动器制动、锥形转子电动机等。 对于一些要求起制动频繁、转速平稳、定位准确的精密机床设备，除必须限制电动机起动电流外，还需要采用反馈控制系统、高转差电动机、步进电机或其它较复杂的控制方式，以满足机床的控制要求 （三）电气控制方案的确定 在考虑拖动方案的同时，还应考虑控制方案。 随着生产工艺要求的不断提高，机床的使用功能、动作程序、自动化程度也相应复杂。为满足这些控制要求，各项先进技术已逐渐渗透到机床控制的各个领域。各种新型的控制系统不断出现，如PLC、数控装置及微机控制等。因此，如何使电气控制方案设计既能满足生产技术指标和可靠性、安全性的要求，又能提高经济效益，是一个值得探讨的问题。,1机床电气控制方案的可靠性 一个系统或产品的质量，一般包括技术性能指标和可靠性指标。如果不在产品设计阶段考虑产品的可靠性问题，没有一些具体的可靠性指标或者设计师不懂得可靠性的设计方法，那么保证一个产品的可靠性是困难的。 第一前对继电器-接触器控制、可编程控制器、数控及微机控制等各自的特点已作了介绍。因此，在确定采用何种控制方案时，应根据实际情况。既要防止脱离现实的设计，也应避免陈旧保守的设计。要提高系统的可靠性，则应把系统的复杂性降至保持功能所需要的最低限度。也就是说，系统应尽可能简单。非工作所需的元件及不必要的复杂结构尽量不用，否则会增加系统失效的概率。 虽然数控及微机控制是机床电气控制的一个发展方向，并且具有许多优点，但我们也必须看到，这些控制装置比较复杂，制造成本高，使用和维修都还有一定的困难。目前我国控制元件可靠性较低， 因此，在确定这些控制方案时，就更应该注重系统的可靠性问题。利用可靠性设计的方法，采提高系统的可靠程度。 2.的控制方案应与机床的通用性和专用性的程度相适应。 在一般的普通机床中，需要的控制元件数很少，其工作程序往往是固定的，使用中一般无需经常改原有程序，因此，可采用有触点的继电器一接触器控制系统。虽然这种控制系统接线“固定”，但它能控制的功率大，简单、价廉，可靠性好。目前仍使用很广。 控制过程中需要进行模拟量处理及数学运算的、输入输出信号多、控制要求复杂或经常要求变动的，控制系统要求体积小、动作频率高、响应时间快的，可视情况采用可编程控制、数控及微机控制方案。 在机床白动线中，可根据控制要求和联锁条件的复杂程度不同，采用分散控制或集中控制的方案。但是各台单机的控制方案和基本控制环节应尽量一致，以便简化设计和制造过程。 在机床电气控制方案中还应考虑以下诸方而的问题：采用自动循环或半自动循环，手动调整，工序变更，系统的检测，各个运动之间的联锁，各种安全保护，故障诊断，信号指示，照明及人机关系等。,(四)控制方式的选择 控制方式主要有时间控制、速度控制、行程控制及电流控制。 时间控制方式利用时间继电器或PLC(可编程控制器)的延时单元，将感测系统接受的输入信号延时一段时间后才发出输出信号，从而实现电路切换的时间控制。速度控制方式利用速度继电器或测速发电机，间接或直接地检测某机械部件的运动速度，来实现按速度原则的控制。行程控制方式利用生产机械运动部件与事先安排好位置的行程开关或接近开关进行相互配合，而达到位置控制的目的。电流控制方式借助于电流继电器，它的动作反映了某一电路中的电流变化，从而实现按电流原则的控制。如何正确选用这些控制方式，这是电气控制电路设计中一个重要方面。 某些物理量既可用行程也可用时间控制。但究竟哪种控制方式好，就要根据实际工作情况来决定。若在控制过程中，由于工作条件不允许安放行程开关，那么只能将行程位置物理量转换成时间物理量，从而采用时间控制方式。又如压力、切削力、转矩等物理量，通过转换可变成电流物理量，可采用电流控制方式来控制。因此，实际上只要通过物理量的相互转换，便可以灵活地使用各种控制方式。 在确定控制方式时，还必须注意因负载变化而出现的问题。例如，时间控制方式是一种恒速控制，负载与电流电压的扰动都不会加快或延缓动作的时间。因此，若对于制动采用时间控制，则由于不同负载转速降不同，尤其是在反接制动中，时间继电器不能精确地控制转速到零的切断，所以一般时间控制方式不用于反接制动控制，但适用于能耗制动控制。 一般来说，对组合机床和自动线等的自动工作循环，为了保证加工精度而常用行程控制；对反接制动和速度反馈环节用速度控制：对Y-降压起动或多速电动机的变速控制则采用时间控制；对过载保护、电流保护等环节则采用电流控制。,二、电力拖动电动机的选择 电动机是机床电力拖动系统的拖动元件，正确选择电动机具有极其重要的意义。只有根据机床具体对象，也就是从机床的使用条件发，全面考虑经济、合理、安全等多方面的问题，才能保证电动机安全可靠地工作。 在电动机的选择内容中，功率的选择是首要的，功率选得过大，设备投资大，将造成浪费，同时由于电动机欠载运行，使其效率和功率因数(交流电机)降低，会增大运行费用；相反，功率选得过小，电动机过载运行，使之寿命降低，或者在保持电动机不过载的情况下，降低负载使用，这将不能充分发挥机床的效能。 此外，电动机的转速、电压、结构型式等的选择也是必要的。 （一）电动机容量选择 选择电动机容量主要考虑发热、过载能力和启动能力三个因素。 （二）电动机转速和电压的选择 l额定转速的选择 额定功率相同的电动机，额定转速愈高，电动机的尺寸、质量和成本愈小，因此选用高速电动机较为经济。但由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机构愈复杂。因此应通过综合分析采确定电动机的额定转速。 电动机连续工作时，很少启动、制动。可从设备初始投资、占地面积和维护费用等方面，以几个不同的额定转速进行全面比较，最后确定额定转速。 电动机经常启动、制动及反转，但过渡过程持续时间对生产率影响不大时，除考虑初始投资外，主要以过渡过程量损耗最小为条件来选择转速比及电动机额定转速。,2额定电压的选择 交流电动机的额定电压应与供电电网的电压一致。一般车间低压电网的电压为380V，因此中小型异步电动机的额定电压为220380V(Y连接)及380600V(Y连接)两种，后者可用Y-启动，当电动机功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。 直流电动机的额定电压也要与电源电压相一致。当直流电动机由单独的直流发电机供电时，额定电压常用220V及110V；大功率电动机可提高到600800V，甚至为1000V。当电动机由晶闸管整流装置供电时，为配合不同的整流电路形式，新改进的Z3型电动机除了原有的电压等级外，还增设了160V(配合单相整流)及440V(配合三相桥式整流)两种电压等级 Z2型电动机也增加了180V、340V、440V等电压等级。 （三）电动机结构型式的选择 电动机结构型式按其安装位置的不同分为卧式(轴是水平的)、立式(轴是垂直的)等。根据电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择。如：立铣、龙门铣、立式钻床等机床的主轴都是垂直于机床工作台的。那么，这刚采用立式电动机更为合适，它比选用卧式电动机减少一对变换方向的伞齿轮。 按电动机工作的环境条件，电动机还可分为不同的防护型式，如防护式、封闭式、防爆式等等，具体要根据电动机的工作条件来选择。粉尘多的场合，如铸造车间、磨削加工等，选择封闭式的电动机；易燃易爆的场合要选用防爆式电动机。按机床电气设备通用技术条件中规定，机床应采用全封闭扇冷式电动机。机床上推荐使用防护等级最低为IP44的交流电动机。在某些场合下，还必须采用强迫通风。,机床上常用的Y系列三相异步电动机是封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，是全国统一设计的基本系列，它是中国80年代取代JO2系列的更新换代产品。安装尺寸和功率等级完全符合DIN42673标准和IEC标准。本系列采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为ICO.141。 YD系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与国外同类型先进产品相当，因而具有与国外同类犁产品之间良好的互换性，便于单机或机床配套出口，也可以作为引进设备中同类型电动机的备品电动机。 三、控制线路设计 设计电气控制线路时，首先要了解生产工艺对控制线路提出的要求，其次要了解生产机械的结构、工作环境和操作人员的要求等。 在进行具体线路的设计时，一般先设计主电路，然后设计控制电路、信号电路及局部照明电路等。初步设计完成后，应仔细检查，看线路是否符合设计要求，并尽可能使之完善和简化，最后进行电器型号和规格的选择。 1控制系统设计的一般要求 对于不同用途的控制系统，往往有其特殊的要求，这里所介绍的是设计控制系统的一般要求。 1）控制系统应满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可靠地工作： 2）控制电路应安全可靠(尽量选用标准的常用的且经过实际考验过的电路)、简单经济； 3）符合人机关系，操作、调整和检修要方便； 4）具有各种必要的保护装置和联锁环节，即使在误操作时也不会发生重大有故。,2控制线路的设计方法 电器控制线路的设计方法有两种，一种是经验设计法，即根据生产工艺的要求，按照电动机的控制方法与典型环节线路直接进行设计。这种方法比较简单，但对比较复杂的线路，设计人员必须具有丰富的工作经验，需绘制大量的线路图并经多次修改后才能得到符合要求的线路，而所得到的方案往往还不是最佳方案。 另一种为逻辑设计法，它利用逻辑代数进行设计。按此方法设计的线路结构合理，可节省所用元件的数量，方案往往也是最佳的。但这种方法难度较大，因而一般电气设计人员并不用这种方法。 （一）电气控制线路的经验设计 分析已介绍过的各种控制线路，可发现有个共同的规律，即电动机的启动与停止是由接触器主触头来控制的，而主触头的动作是由控制回路中接触器线圈的“得电”与“失电”来决定的。线圈的“得电”与“失电”则是由线圈所在控制回路中一些常开、常闭触点组成的“与”、“或”、“非”等条件来控制。 分析、总结可得出以下结论： 1) 当几个条件同时满足才使线圈得电动作时，可用几个常开触点串联。 2) 几个条件中只要具备其中任一条件，线圈就能得电动作时，可用几个常开触点并联。 3) 几个条件中只要具备其中任一条件，线圈就能失电复位时，可用几个常闭触点串联。 4) 要求几个条件同时满足才使线圈失电复位时，可用几个常闭触点并联。 按照这个思路，完成以下步骤即可： 1）主电路设计 2）控制电路设计 3）联锁与保护环节设计 4）线路的完善,（二）设计时应注意的问题 为使线路设计简单且准确可靠，在设计具体的线路时，应注意以下几个问题： 1. 简化电路、减少触头、提高可靠性 2. 电器的线圈最好不要串联连接 3在控制线路中应避免出现寄生电路 4尽量减少连接导线 5. 尽量减少电器不必要的通电时间 6. 设计控制电路，应考虑电器触点的断流容量 如容量不够时，可增加触点数目。即在接通电路时用几个触点并联：在断开电路时用几个触点串联。当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器借以增加控制支路的数量。 7避免许多电器依次动作，才能接通另一个电器的控制线路(图2-2-1)。 8可逆线路的联锁在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且要有机械联锁 9要有完善的保护措施 在电气控制线路中，为保证操作人员、电气设备及生产机械的安全，一定要有完善的保护措施。常用的保护环节有漏电保护、短路保护、过载、过流、过压、失压保护等，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。,a)不合理 b)合理 图2-2-1避免多个线圈依次动作,第三部分 总结提高,一、选择题 1正确选择电动机容量的三大原则为 。 A 最高工作温度应大于其绝缘材料允许的最高工作温度；负载电流应小于额定电流；启动转矩应大于负载转矩。 B 最高工作温度应小于其绝缘材料允许的最高工作温度；负载电流应大于额定电流；启动转矩应大于负载转矩。 C 最高工作温度应小于其绝缘材料允许的最高工作温度；负载电流应小于额定电流；启动转矩应大于负载转矩。 D 最高工作温度应小于其绝缘材料允许的最高工作温度；负载电流应大于额定电流；启动转矩应小于负载转矩。 2下面关于继电器的叙述中，正确的是 。 A 继电器实质上是一种传递信号的电器 B 继电器是能量转换电器 C 继电器是电路保护电器 D 继电器是一种开关电器 3下列中哪一个不是电气控制系统中常设的保护环节 。 A 过电流保护 B 短路保护 C 过载保护 D 过电压保护 4交流接触器铁心上安装短路环是为了 。 A 减少涡流、磁滞损耗 B 消除振动和噪音 C 防止短路 D 过载保护 5机床电气控制系统中用做传递信号的电器是 。 A 交流接触器 B 控制按钮 C 继电器 D 行程开关 6机床电气控制系统中主要用来切换控制线路的电器是 。 A 交流接触器 B 控制按钮 C 热继电器 D 中间继电器 二、填空题 1通电延时时间继电器有两个延时动作触头， 是其 ；是其 。 2电磁接触器主要由 、 、 和灭弧装置这几部分组成。 3电器按其用途可分为 、 和 三类.。 4电器按动作性质可分为： 和 。 5选择电动机容量根据的三项基本原则是：发热、 和 。 三、问答题： 1、变压器的主要用途是什么和基本结构是怎样的？ 2、试述三相异步电动机的转动原理。 3、旋转磁场的转向由什么决定?如何改变旋转磁场的转向？ 4、当三相异步电动机的转子电路开路时，电动机能否转动？为什么？,任务三 点动、长动、互锁、顺序等基本控制环节线路的设计与调试,知识目标 （1）了解基本控制环节线路的组成和结构。 （2）掌握基本控制环节线路的识读、分析和设计。 （3）掌握三相异步电动机的点动/长动、互锁、顺序控制电路的工作过程。 技能目标 （1）正确选用低压电器元件。 （2）具备对点动、长动、互锁、顺序等基本控制环节线路的设计与调试能力。 （3）掌握查阅手册和国家标准的方法。,第一部分 任务分析与实施 子任务1 点动加连续运行电路安装与故障检修,一、任务描述 1、通过实训进一步加深对点动控制和单方向旋转控制特点的理解。 2、了解接触器在实际电路中的应用，掌握电路的安装和维修技能。 二、任务实施 1、任务所需电气元件 接触器、按扭开关、热继电器、导线、接线端子、万用表、电机。 2、任务原理图 根据2-3-1所示原理图进行电气线路安装接线和试车,图2-3-1 点动加连续运行电路原理图,3、任务步骤 1）检查各电器是否符合本实训要求。 2）按照电气原理图安装和连接电路。 3) 安装完成后自己检查电路，然后请老师指导检查方可通电试车。 4) 试车成功由老师或同学之间相互设置故障，让其排除。 5) 在实训期间应注意安全文明生产。,子任务2 双重连锁正反转控制电路安装与故障检修,一、任务描述 1、掌握用接触器控制的正反转的工作原理及接线方法。 2、熟悉双联按扭的正确接线方法。 3、通过训练，培养对本控制线路的故障排除能力。 二、任务实施 1、任务所需电气元件 接触器、按扭开关、热继电器、导线、接线端子、万用表、电机。 2、任务原理图 根据2-3-2所示原理图进行安装接线和试车。,图2-3-2 双重连锁正反转电路原理图,3、实训步骤 1）检查各电器是否符合本实训要求。 2）按照电气原理图安装和连接电路。 3）安装完成后自己检查电路，然后请老师指导检查方可通电试车。 4）试车成功由老师或同学之间相互设置故障，让其排除。 5）在实训期间应注意安全文明生产。,第二部分 知识链接,一、基本控制电路 1、点动控制电路 点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制线路，其原理图如图2-3-3所示，分为主电路和控制电路两部分。,图2-3-3 点动控制电路,电路工作原理如下： 首先合上电源开关 QS 。 起动：,停止：,这种当按钮按下时电动机就运转，按钮松开后电动机就停止的控制方式，称为点动控,2. 自锁控制电路 接触器自锁控制电路如下图2-3-4所示，在点动控制电路的基础上它又在控制回路增加了一个停止按钮 SB1 ，还在起动按钮 SB2 的两端并接了接触器的一对辅助动合触点 KM 。 电路工作原理如下： 首先合上电源开关 QS 。 起动： 当松开 SB2 后，由于 KM 辅助动合触点闭合， KM 线圈仍得电，电动机 M 继续运转。这种依靠接触器自身辅助动合触点使其线圈保持通电的现象称为自锁 （或称自保），起自锁作用的 辅助动合触点 ，称为自锁触点（或称自保触点），这样的控制线路称为具有自锁（或自保）的控制线路。 停止： 3. 点动和自锁混合控制电路 图2-3-5之b、c、d所示的电路既能进行点动控制，又能进行自锁控制，所以称为点动和长动控 制电路。其中b图，当 SA 闭合时为自锁控制，当 SA 断开时为点动控制。,图2-3-4 自锁控制电路图,图2-3-5 长动与点动控制回路,二、设备的供电与接地 我国供电三相四线制使用较多，即三根火线和一根零线，在这种供电方式中，由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化、导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，导致零线也有一定的电位，这对安全运行十分不利。在零线断线的特殊情况下，断线以后的单项设备和所有保护接零的设备会产生危险电压，这是不允许的 。,图2-3-6三相四线制供电 图2-3-7三相五线制供电,为了保证供电的安全，有的设备规定必须使用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工作零线N和保护零线PE是分别敷设的，工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离三相四线制供电方式所产生的危险电压，使设备外壳上的电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。 发电机中，三组感应线圈的公共端作为供电系统的参考零点，引出线称为中线(在单相供电中称为零线)，另一端为相线(在单相供电中称为火线)，相线和中线之间有额定的电压差(220V)，一般情况下，中线是以大地作为导体，故其对地电压应为零，称为零线。因此相线对地必然有一定的电压差，可以形成电流回路，称为火线。正常供电回路有相线和中线形成。底线是仪器设备的外壳或屏蔽系统就近与大地连接的导线，其对地电阻小于4欧姆；她不参与供电回路，主要是保护操作人员人身安全或者抗干扰。在很多情况下，中线和大地的连接问题会导致用电端中线对地电压大于零，因此三相五线制中将中线和地线分开对消除安全隐患具有重要意义。 1.保护接地 保护接地是把电气设备的金属外壳、框架等用接地装置与大地可靠连接，以保护人身安全，如图2-2-8所示，当设备因某种故障原因导致外壳带电，人体与设备外壳接触时，由于采用了保护接地装置将外壳与大地连接，此时人体相对于一个电阻与接地电阻处于并联状态，而接地电阻阻值远远小于人体阻值，电流大部分通过接地电阻流入地下，从而保证了人身安全。,图2-3-8 保护接地,2.保护接零 1)保护接零的方法 在三相四线制供电方式中，将电气设备的外壳或框架与系统的零线相接，称为保护接零，如图2-3-9。保护接零后电气设备的一相因绝缘 而碰到外壳时，电流通过零线形成回路，由于零线的阻抗很小，只是断路电流I很大，会立即将熔断器熔断，或者使带有漏电保护的断路器动作，切断电源，排除触电危险。 采取保护接零时，接零导线必须牢固，以防止断线、脱线现象发生。零线上禁止安装熔断器和单独的空气开关。为了保证断路电流能够使保护器可靠工作，零线导线电阻不宜太大。,图2-3-9 保护接零,3)同一系统中接地和接零不可同时使用 在同一电源电气设备上，不允许一部分采取保护接地，另一部分采用保护接零。如图2-3-10。因为当接地的电气设备发生短路故障时，可能由于大地电阻较大使保护开关或保护熔丝不能动作，于是电源中性点电位升高，使所有的接零设备都带电，反而增加了触电危险性。,2)零线的重复接地 在采取保护接零的情况下，除了变压器的中性点直接接地外，还必须在零线上的一处或多出再进行接地，这就是重复接地。重复接地的作用在于降低漏电设备外壳的对地电压和减轻零线断路时的触电危险。,图2-3-10 同时接地和接零,第三部分 总结提高,一、选择题 1、通过熔体的电流越大，熔体的熔断时间越（ ）。 A、长 B、短 C、不变 2、熔断器内的熔体，在电路里所起的作用是（ ）。 A、过载保护 B、失压保护 C、短路保护 3、起重机具与1kV以下带电体的距离，应该为（ ）。 A、1.0m B、1.5m C、2.0m 4、机床上的低压照明灯，其电压不应超过（ ）。 A、36V B、110V C、12V 5、对称三相电源三角形连接时，线电流是( )。 A、相电流； B、3倍的相电流； C、2倍的相电流； D 倍的相电流。 6、热继电器的电流整定值是可以调节的，其调节范围一般是热元件额定电流的( )。 A、4080% B、7090% C、40120% D、60100% 7、电气设备保护接地电阻值一般应为( )。 A、小于10 B大于10 C、大于4 D、小于4 8、某三相变压器，容量是3000KVA，如原边电压为10千伏，则原边电流约为( )安。 A、173.2 B、86.6 C、 300 D、60 9、改变三相异步电动机转向的方法是( )。 A、改变定子绕组中电流的相序 B、改变电源电压 C、改变电源频率 D、改变电机的工作方式 10、两个交流接触器控制电动机的正、反转控制电路，为防止电源短路，必须实现( )控制。 A、互锁 B、自锁 C、顺序 D、时间 二、简答题 1 叙述“自锁”、“互锁”电路的定义。 2 什么是保护接地？什么是保护接零？,任务四 三相异步电动机控制电路的设计与调试,知识目标 （1）了解典型三相异步电机控制电路的组成与设计。 （2）掌握三相异步电机控制环节线路的识读、分析。 （3）掌握三相异步电动机典型控制电路的设计与调试。 技能目标 （1）能够正确使用行程开关、时间继电器等低压电器。 （2）具备三相异步电机控制电路的设计、绘制、安装、调试与故障排查能力。 （3）整体控制系统的调试、评价能力。 职业素养目标 （1）具备工作方法能力、自学能力、交流能力、表达能力与观察能力。 （2）具备团结协作能力、计划组织能力、环境保持意识等职业素养,子任务1 两台电机顺序启动电路安装与故障检修,一、任务描述 1、掌握用接触器控制多台电动机顺序启动控制线路的工作原理和接线方法。 2、了解连续运行电路在实际中的应用。 3、 通过训练，培养对本控制线路的故障排除能力。 二、任务实施 1、任务所需电气元件 接触器、按扭开关、热继电器、导线、接线端子、万用表、电机。 2、任务原理图 3、任务步骤 1）检查各电器是否符合本实训要求。 2）按照电气原理图安装和连接电路。 3）安装完成后自己检查电路，然后请老师指导检查方可通电试车。 4）试车成功由老师或同学之间相互设置故障，让其排除。 5）在实训期间应注意安全文明生产。,第一部分 任务分析与实施,图2-4-1 顺序起动原理图,子任务2 自动往返控制电路安装与故障检修,一、任务描述 1掌握用行程开关控制接触器的自动往返工作原理及接线方法。 2熟悉行程开关的正确安装和接线方法。 3通过训练，培养对本控制线路的故障排除能力 二、任务实施 1、任务所需电气元件 接触器、按扭开关、热继电器、导线、接线端子、万用表、电机。 2、任务原理图 根据原理图安装接线和试车。 3、任务步骤 1）检查各电器是否符合本实训要求。 2) 按照电气原理图安装和连接电路。 3) 安装完成后自己检查电路，然后请老师指导检查方可通电试车。 4）试车成功由老师或同学之间相互设置故障，让其排除。 5）在实训期间应注意安全文明生产。,图2-4-3 Y 启动控制线路原理图,第二部分 知识链接,一、三相异步电动机正反转控制 许多机床的工作部件常需要做两个相反方向的运动，这种相反方向的运动大多靠电动机的正反转来实现。三相电动机正反转的原理很简单，只需将三相电源中的任意两相对调，就可使电动机反向运转。正反向运行线路又称为双向可逆线路，根据采用的主令电器不同，可分为按钮控制和行程开关控制这两大类。 1、开关控制的正反转线路 倒顺开关是一种组合开关，下图2-4-4为HZ3-132型倒顺开关的工作原理示意图。,图2-4-4 倒顺开关示意图 图2-4-5 倒顺开关控制的正反转电路,倒顺开关有六个固定触头，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。当开关手柄置于“顺转”位置时，动触片S1、S2、S3分别将U-U1、V-V1、W-W1相连接，使电动机正转；当开关手柄置于“逆转”位置时，动触片S1、S2、S3分别将U-U1、V-W1、W-V1接通，使电动机实现反转；当手柄置于中间位置时，两组动触片均不与固定触头连接，电动机停止运转。 图2-4-5是用倒顺开关控制的电动机正反转线路。其工作原理是：利用倒顺开关来改变电动机的相序，预选电动机的旋转方向后，再通过按钮SB2、SB1控制接触器KM来接通和切断电源，控制电动机的启动与停止。 倒顺开关正反转控制电路所用电器少，线路简单，但这是一种手动控制线路，频繁换向时操作人员的劳动强度大、操作不安全，因此一般只用于控制额定电流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电路电路。 2、接触器互锁的正反转控制电路 图2-4-6为两个接触器的电动机正反转控制电路,(a) 未互锁 (b) 互锁,图 2-4-6 两个接触器的电动机正反转控制电路,图(a)中，若同时按下 SB2 和 SB3 ，则接触器 KM1 和 KM2 线圈同时得电并自锁，它们的主触点都闭合，这时会造成电动机三相电源的相间短路事故，所以该电路不能使用。为了避免两接触器同时得电而造成电源相间短路，在控制电路中，分别将两个接触器 KM1 、 KM2 的辅助动断触点串接在对方的线圈回路里，如下图(b)所示。 这种利用两个接触器（或继电器）的动断触点互相制约的控制方法叫做互锁 （也称联锁），而这两对起互锁作用的触点称为互锁触点。 接触器互锁的电动机正反转控制的工作原理如下： 首先合上电源开关 QS 。 正转起动： 停止： 反转起动：,3、按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路 下图2-4-7所示的按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路。所谓按钮互锁，就是将复合按钮动合触点作为起动按 钮，而将其动断触点作为互锁触点串接在另一个接触器线圈支路中。这样，要使电动机改变转向，只要直接按反转按钮就可以了，而不必先按停止按钮，简化了操作。,图2-4-7 按钮、接触器双重互锁的电动机正反转控制电路,4、行程开关控制的正、反转电路 图2-4-8为行程开关控制的正反转电路，它与按钮控制直接正反转电路相似，只是增加了行程开关的复合触头SQ1及SQ2。它们适用于龙门刨床、铣床、导轨磨床等工作部件往复运动的场合。 这种利用运动部件的行程来实现控制的称为按行程原则的自动控制或称为行程控制。 工作原理：按下正向启动按钮SB2，接触器KM1得电并自锁，电动机正转使工作台前进。当运行到SQ2位置时，撞块压下SQ2，SQ2动断触点使KM1断电，SQ2的动合触点使KM2得电动作并自保，电动机反转使工作台后退。当撞块又压下SQ1时，KM2断电，KM1得电，电动机又重复正转。 图中行程开关SQ3、SQ4是用作极限位置保护的。当KM1得电，电机正转，运动部件压下行程开关SQ2时，应该使KM1失电，而接通KM2，使电机反转。但若SQ2失灵，运动部件继续前行会引起严重事故。若在行程极限位置设置SQ4（SQ3装在另一极端位置），则当运动部件压下SQ4后，KM1失电而使电机停止。这种限位保护的行程开关在行程控制电路中必须设置。,图2-4-8 行程开关控制的正反向电路,图2-4-9 工作台自动往返运动的示意图,电路工作过程分析如下： 如图2-4-9所示，起动时，按下正转起动按钮 SB2 ，KM1 线圈得电并自锁，电动机正转运行并带动机床运动部件左移，当运动部件上的撞块 1 碰撞到行程开关 SQ1 时，将 SQ1 压下，使其动断触点断开，切断了正转接触器 KM1 线圈回路；同时 SQ1 的动合触点闭合，接通了反转接触器 KM2 线圈回路，使 KM2 线圈得电自锁，电动机由正向旋转变为反转，带动运动部件向右运动，当运动部件上的撞块 2 碰撞到行程开关 SQ2 时，SQ2 动作，使电动机由反转又转入正转运行，如此往返运动。从而实现运动部件的自动循环控制。若起动时工作台在左端，应按下 SB3 进行起动。,二、三相异步电动机的顺序启动控制 在机床控制电路中，经常要求电动机有顺序地起动，如某些机床主轴必须在油泵工作后才能工作；龙门饱床工作台移动时，导轨内必须有充足的润滑油；铣床的主轴旋转后，工作台方可移动等等，都要求电机有顺序地启动。 常用的顺序控制电路有两种，一种是主电路的顺序控制，一种是控制电路的顺序控制。 1.主电路的顺序控制 主电路顺序起动控制电路如下图2-4-10所示,图2-4-10主电路实现顺序控制电路 只有当 KM1 闭合，电动机 M1 起动运转后， KM2 才能使 M2 得电起动，满足电动机 M1 、 M2 顺序起动的要求。,2.控制电路的顺序控制 控制电路来实现电动机顺序启动控制又分为手动顺序和自动延时顺序控制。 图2-4-11 a)为两台电动机手动顺序启动控制电路。 接触器KM1控制油泵电机的起、停，保护油泵电机的热继电器是FR1。KM2及FR2控制主轴电机的起动、停车与过载保护。由图可知，只有KM1得电，油泵电机起动后，KM2接触器才有可能得电，使主轴电动机起动。停车时，主轴电机可单独停止（按下SB3），但若油泵电机停车时，则主轴电机立即停车。 图2-4-11 b)为两台电动机顺序延时启动控制电路。 其工作原理是：按下SB2后，KM1得电自保，电动机M1启动，同时，时间继电器KT得电，到达KT的整定时间后，KT的常开触点闭合，KM2得电自保，同时KM2的常闭触点断开，使时间继电器KT复位。按SB3电机M2停车，按SB1则电机M1、M2同时停车。 图中利用接触器 KM1 的动合触点实现顺序控制。,图2-4-11 两台电机顺序起动电路,三、三相异步电动机的启动控制电路 三相笼型异步电动机有直接启动和降压启动两种方式。直接启动简单、可靠、经济。但由电工学知道，三相笼型异步电动机的直接启动电流是其额定电流的47倍。因此，功率大的电动机直接启动时，过大的启动电流会导致电网电压显著下降，从而影响同一电网上其它电器的正常工作。 一般容量在10kW以下或其参数满足式（2-1）的三相笼型异步电动机可采用直接启动，否则必须采用降压启动。 式中：电动机的直接启动电流/A；电动机的额定电流/A；S变压器容量/kVA；P电动机额定功率/kW。 降压启动是指：利用启动设备或线路，降低加在电动机定子绕组上的电压来启动电动机。降压启动可达到降低启动电流的目的，但由于启动力矩与每相定子绕组所加电压的平方成正比，所以降压启动的方法只适用于空载或轻载启动。,（一）直接启动控制电路 1、手动直接启动电路 对小型台钻、冷却泵、砂轮机和风扇等，可用铁壳开关、胶盖闸刀开关、转换开关直接控制三相笼型异步电动机的启动和停止，如图2-4-12所示。 图2-4-12 电动机的直接启动 上述直接启动电路虽然所用电器少、线路简单，但在启动、停车频繁时，使用这种手动控制方式既不方便，也不安全，因此目前广泛采用按钮、接触器等电器来控制。,2、接触器直接启动控制电路 中小型普通车床、摇臂钻床、牛头刨床等的主电机，一般可采用接触器直接起动。 图2-4-13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。 该启动电路的工作原理是，按下按钮SB2，接触器线圈KM得电，其主触头闭合，电动机得电运转；按下按钮SB1，线圈KM失电，其主触头断开，电动机失电停止。 由图可知，按下按钮SB2，接触器线圈KM得电，其主触头闭合的同时，其辅助常开触头也闭合，即使SB2断开，闭合的辅助触头也能保持KM线圈一直处于得电状态，这种电路称为“自锁电路”。这种自锁电路不但能保证电动机持续运转，而且还具有欠压和失压（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会同时下降，接触器的电磁吸力将会小于复位弹簧的反作用力，动铁心被释放，带动主、辅触头同时断开，自动切断主电路和控制电路，电动机失电停止，避免电动机欠压运行而损坏。 失压（零压）保护是指：电动机在正常工作情况下，由于外界某种原因引起突然断电时，能自动切断电源；当重新供电时，电动机不会自行启动。这就避免了突然停电后，操作人员忘记切断电源，来电后电动机自行启动，而造成设备损坏或人身伤亡的事故。,图2-4-13 接触器直接启动电路,(二） 降压启动控制电路 1、定子电路串电阻降压启动 在电动机启动时，在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，启动结束后再将电阻切除，使电动机在额定电压下正常运行。正常运行时定子绕组接成Y型的笼型异步电动机，可采用这种方法启动。图2-4-14是这种启动方式的电路图。 工作原理：合上隔离开关QS，按下按钮SB2，KM1线圈得电自保，其常开主触头闭合，电动机串电阻启动，KT线圈得电；当电机的转速接近正常转速时，到达KT的整定时间，其常开延时触头闭合，KM2线圈得电自保，KM2的常开主触头KM2闭合将R短接，电机全压运转。 降压启动用电阻一般采用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。两图不同之处在于： a) 图中KM2得电，电机正常全压运转后，KT及KM1线圈仍然有电，这是不必要的。 b) 图的控制电路利用KM2的动断触头切断了KT及KM1线圈的电路，克服了上述缺点。 电路工作原理如下： 首先合上电源开关 QS 。,图2-4-14 定子绕组串电阻降压启动电路,2、 Y- 降压起动控制电路 这种方式的原理是：起动时把绕组接成星形连接，起动完毕后再自动换接成三角形接法而正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，均可采用这种降压启动方法（该方法也仅适用于这种接法的电动机）。图2-4-14是用两个接触器和一个时间继电器自动完成Y转换的起动控制电路 。 由图可知，按下SB2后，接触器KM1得电并自锁，同时KT、KM3也得电，KM1、KM3主触头同时闭合，电机以星形接法起动。当电机转速接近正常转速时，到达通电延时型时间继电器KT的整定时间，其延时动断触头断开，KM3线圈断电，延时动合触头闭合，KM2线圈得电，同时KT线圈也失电。这时，KM1、KM2主触头处于闭合状态，电动机绕组转换为三角形连接，电机全压运行。图中把KM2、KM3的动断触头串联到对方线圈电路中，构成“互锁”电路，避免KM2与KM3同时闭