机床电气控制技术 第5版多媒体课件普通高等教育“十一五” 国家级规划教材燕山大学 王振臣 制做机械工业出版社绪 论1.机床电力拖动系统的发展成组拖动多电动机拖动交流电动机拖动直流电动机拖动0.1 机床电气控制的发展概况2.机床电气控制系统的发展在控制方法上：手动操纵发展到自动控制在控制功能上：从单一功能发展到多功能在操作上：从紧张、繁重发展到轻巧自如0.2 机床电力拖动自动控制的基本概念机床组成的三个基本部分工作机构传动机构原动机直流拖动系统交流拖动系统电力拖动部分电气控制部分图0-2 数控机床工作示意图电力拖动系统第一章 机床常用电器与控制线路的基本环节 第1章前言电器及电气控制伴随着电能的发现与应用已经走过了几百年的历史长河。本章从应用的角度首先介绍了几种常用的低压控制类电器，对其结构、动作原理以及它们在电气控制线路中的应用做一简单说明。图1-0中给出了某些电器的图片。前言图1-0 常用低压控制电器电气控制技术在各类机床上有广泛的应用，本章介绍组成电气控制线路常用的基本环节，力求为各种机床电气控制线路的分析与设计打下基础。现代机床通常由机、电、液三大技术为支撑，从自动控制的角度说，三者彼此融合难以割裂，电气控制技术的学习无法避开这一现实，本章将以一定篇幅介绍电液控制环节及其应用实例。常用低压电器电气原理图的画法及阅读方法笼型电动机的起动控制线路电动机正反转控制线路 电动机制动控制线路双速电动机高低速控制线路 电液控制本章主要内容控制线路的其他基本环节电动机的保护1.1 常用低压电器电器：对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和 保护作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用广泛可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器、接触器控制技术 相结合的产物，其输入、输出与低压电器密切相关。 电器元件本身朝着新的领域扩展电器元件性能提高 新型电器元件产生 机、电、仪一体化电器元件实现 电器元件应用范围扩展 有些电器元件有其特殊性以继电器、接触器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位 掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术必需的基础 1.1.1概述电器元件的分类： 按动作原理分类：AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。 低压电器： 高压电器： AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。 按用途分类 ：（表1-1、表1-2） 手动电器： 控制电器： 自动电器： 配电电器： 主令电器： 保护电器： 执行电器：通过人的操作发出动作指令的电器。 产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。 用于电能的输送和分配的电器。 用于自动控制系统中发送动作指令的电器。 用于保护电路及用电设备的电器。 用于完成某种动作或传送功能的电器。按工作电压等级分类：表1-1 低压电器还可按使用场合分类类别特点及适用场合一般用途正常条件下工作化工用电器防腐蚀，适用于有腐蚀性气体和粉尘的场合矿用电器防爆，适用于含煤尘、甲烷等爆炸性气体环境船用电器耐颠簸，振动和冲击，耐潮湿、抗盐雾 和霉菌侵蚀航空用电器耐冲击、振动，可在任何位置上工作牵引电器工作环境温度较高，耐振动和冲击，通常用于电力 机车热带电 器（使用环境温 度4050）湿热带 型：能工作在相对湿度为95%，且有凝露、 烟雾和霉菌场合 干热带 型：能防沙尘高原电器适用于海拔高度10004000m的高原地区表1-1 低压电器按使用场合分类表分类名称主要品种用途控 制 电 器接触器交流接触器 直流接触器远距离频繁起动或停止交、直流电动机以及接通和分断正 常工作的主电路和控制电路控制继电器电压继电 器 电流继电器 中间继电 器 时间继电 器 热继电 器 压力继电器 速度继电器 固态继电 器主要用于控制系统中控制其它电器或作主电路的保护之用主令电器按钮 限位开关 微动开关 万能转换开关 接近开关 光电开关用来闭合和分断控制电路以发布命令控制器凸轮控制器 平面控制器转换主回路或励磁回路的接法，以达到电动机的起动、换 向和调速目的 配 电 电 器断路器塑料外壳断路器 框架式断路器用作线路过载、短路、漏电或欠压保护，也可用作不频繁 接通和分断电路熔断器有填料熔断器 无填料熔断器 半封闭插入式熔断器用作线路和设备的短路和严重过载保护刀形开关负荷开关主要用作电气隔离，也能接通分断额定电流表1-2 低压电器产品按作用分类1.1.2接触器 电力拖动和自动控制系统中使用量大，涉及面广的一种低压自动控制电器。 用来频繁地接通和分断交、直流主回路和大容量控制电路。 电磁接触器结构示意图 静铁心线 圈主触点常闭辅 助触点常开辅 助触点灭弧罩动铁心弹 簧电磁接触器结构示意图 1 结构与工作原理电磁机构：将电磁能转换 成机械能，产生电磁吸力 带动触点动作.触点：接触器的执行元件 ，用来接通或断开被控制 电路。灭弧装置：熄灭触点分断 电流瞬间触点之间气隙中 产生的电弧。其它：包括释放弹簧机构 、支架与底座等。按所控制电 路 主触点 辅助触点 按原始状态 常开触点 常闭触点灭弧罩 灭弧栅 磁吹灭弧装 置电磁接触器结构示意图 静铁心线 圈主触点常闭辅 助触点常开辅 助触点灭弧罩动铁心弹 簧电磁接触器结构示意图 静铁心线 圈主触点常闭辅 助触点常开辅 助触点灭弧罩动铁心弹 簧当电磁线圈通电后，线圈电 流产生磁场，使静铁心产生电磁 吸力吸引衔铁，并带动触点动作 ，使常闭触点断开，常开触点闭 合，两者是联动的。当线圈断电 时，电磁力消失，衔铁在释放弹 簧的作用下释放，使触点复原， 即常开触点断开，常闭触点闭合 。 接触器根据电磁原理工作：电磁接触器结构示意图 静铁心线 圈主触点常闭辅 助触点常开辅 助触点灭弧罩动铁心弹 簧 接触器机械寿命、电寿命接触器主要技术参数： 线圈电压 主触点额定电流、额定电压 辅助触点额定电流、对数 接触器极数接触器分类及特点：电磁接触器结构示意图 交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交 流主电路。 交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁 心发热。 铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。 线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热 。 铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通 使衔铁产生强烈振动和噪声。 灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。 直流接触器：线圈通以直流电，主触点接通、切断直 流主电路。 不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。 铁心用整块钢制成。 线圈制成长而薄的圆筒状。 250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。 灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。接触器的分类动画演示（接触器）衔铁弹簧M 3 电机动作过程线圈通电衔铁被吸合主触点闭合电机接通 电源 接触器动作原理铁芯常开线圈常闭主触点辅助触点电源常用接触器图片3.图形符号及文字标注图形符号及文字标注线圈KM常开主触点KM常闭辅助触点KM常开辅助触点KMKMKMKMKM1.1.3控制继电器 常用继电器l电流继电器 l电压继电器l中间继电器l固态继电器l热继电器l时间继电器l速度继电器 继电器综述继电器主要用于控制电路，流过触点的电流小，一般不需要灭弧装置。 用于控制与保护电路中，作信号转换用的电器。具有输入电路（感应元件）和输出电路（执行元件）当感应元件中的输入量变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通 和断开控制回路。如电流、电压、温度、压力等作用：特点：结构：原理： 继电器综述继电特性曲线线圈失电到衔铁完全 释放所需的时间 继电器吸合值继电器释放值继电器特性及其重要参数： 返回系数：铁心与衔铁间非磁性垫片的厚 薄吸合时间：线圈接受电信号到衔 铁完全吸台所需的时 间释放时间：释放弹簧的松紧程度 一般自动复位根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器电流继电器 动作电流整定范围：当电路发生短路及过流时立即将电路切断当电路电流过低时立即将电路切断过电流继电器：欠电流继电器： 线圈电流 整定电流时，继电器吸合 线圈电流 整定电流时，继电器释放 动作电流整定范围：整定电流时线圈电流继电器不动作整定电流时继电器才动作线圈电流交流为(110350)直流为(70300)吸合电流为(3050)释放电流为(1020)原理线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。1电磁式控制继电器图1-5 直流电磁继电器的结构 1铁芯 2旋转棱角 3复位弹簧 4调节螺母 5衔铁 6动触点 7静触点 8非磁性垫片 9线圈欠电流继电器KII I KIKI 动作电流q ：使电流继电器开始动作所需的电流值； 返回电流f ：电流继电器动作后返回原状态时的电流值； 返回系数f ：返回值与动作值之比，ff /q 。主要技术指标：电压继电器： 过电压继电器：动作电压整定范围为(105120)Un 欠电压继电器：吸合电压调整范围为(3050)Un释放电压调整范围为(720)Un结构原理：与电流继电器类似线圈并联在电路中，匝数多，导线细根据输入（线圈）电压大小而动作的继电器欠电压继电器KUU U KUKUKU 本质上是一种电压继电器，工作原理与接触器相同 。作用：电动机额定电流不超过5A的电气控制系统，可代替接触器。中间继电器： 触点系统中没有主、辅触点之分，触点容量相同。 小容量的接触器：当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控 制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大 器用。触点数量较多，能够将一个输入信号变成多个输出信号。当其 他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条 控制电路。(b) (b) 符号符号KAKA线圈线圈常开触头常开触头KAKA常闭触头常闭触头KAKA表1-3 不同用途的控制继电器名称主要用途电压继电 器用于电动 机失压或欠电压 保护及控制信号的转换 与衔接中间继电 器 加在某一电器与被控电路之间，以扩大前者的触点数量和容 量 电流继电 器 用于电动 机的过载 及短路保护、直流电机磁场控制及失磁保 护表1-4 电磁式控制继电器的整定参数继电 器 类型电流种类可调参数调整范围电压继 电器直流动作电压吸合电压 30 50%Ue 释放电压 7 20%Ue 过电压 继电 器交流动作电压105120%Ue欠电流 继电 器直流动作电流吸合电流 30 65%Ie 释放电流 10 20%Ie 过电 流 继电 器交流动作电流110350%Ie直流70300%Ie继电器感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使 执行部分动作的继电器。2.时间继电器：类型：通电延时、断电延时、带瞬动触点通电（断电） 延时 触点：常开延时闭合、常闭延时断开、常开延时断开、 常闭延时闭合 空气阻尼式： 包括电磁机构、工作触点及气室三部分，靠空气阻尼作 用实现延时。 延时范围较宽、结构简单、工作可靠、价格低廉、寿命 长。 延时时间有0.4180s和0.460s两种规格。 电动式： 包括同步电动机、减速齿轮机构、电磁离合系统及执 行机构。 延时时间长，可达数十小时，延时精度高。 结构复杂，体积较大。电子式： 数字计数式，包括脉冲发生器、计数器、显示器、放大器及 执行机构。 延时时间长、调节方便、精度高、应用广。 可取代阻容式、空气阻尼式、电动式等时间继电器。动画演示（通电延时时间继电器）动画演示（断电延时时间继电器）1）文字符号：2）图形符号：通电延时型：断电延时型：常闭瞬动触头常开延时触头常开常闭 线圈常闭瞬动触头常开延时触头常开常闭线圈KT空气阻尼式时间继 电器（JS7系列） 晶体管式时间继 电器（JS14）数字式时间继电 器（JSS14）3.热