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第四章 电气控制的基本线路
4.1 交流电动机直接起动的控制线路
4.2 交流电动机降压起动控制线路
4.3 交流电动机的制动控制线路
4.4 交流异步电动机的调速控制线路
4.5 直流电动机的控制线路
4.6 典型的机床电气控制线路
4.1 交流电动机直接起动的控制线路
电动机的起动是指电动机的转子由静止状态起动上升至正
常运行状态的过程。三相笼型异步电动机具有结构简单、
坚固耐用、价格便宜、维修方便等优点,获得了广泛的应
用。对它的起动控制有直接起动与降压起动两种方式。
笼型异步电动机的直接起动(又称为全压起动)是一种简
单、可靠、经济的起动方法。由于直接起动电流可能达到
电动机额定电流的4~7倍,过大的起动电流会造成电网电
压显著下降,直接影响在同一电网工作的其它电动机,甚
至使它们停转或无法起动,故直接起动电动机的容量受到
一定限制。可根据起动次数、电动机容量、供电变压器容
量和机械设备是否允许来分析。
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4、1、1、单向控制线路
一、开关控制电路
图4-1-1开关控制电动机单方向旋转控制线路
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二、接触器控制电路
图4-1-2接触器控制电动机单向旋转控制线路
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电路保护环节
1、短路保护:由熔断器分别实现主电路和控制电路的短
路保护。为扩大保护范围,在电路中熔断器应安装在靠近
电源端,通常安装在电源开关下边。
2、过载保护:由于熔断器具有反时限保护特性和分散性,
难以实现电动机的长期过载保护,为此采用热继电器FR实
现电动机的长期过载保护。当电动机出现长期过载时,串
接在电动机定子电路中的双金属片因过热变形,致使其串
接在控制电路中的常闭触点打开,切断接触器KM线圈电
路,电动机停止运转,实现过载保护。
3、欠压和失压保护:当电源电压由于某种原因严重欠压
或失压时,接触器电磁吸力急剧下降或消失,衔铁释放,
常开主触点与自锁触点断开,电动机停止运转。而当电源
电压恢复正常时,电动机不会自行起动运转,避免事故发
生。因此具有自锁的控制电路具有欠压与失压保护。
一般中小型机床的主电路大都采用接触器直接起动。
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4、1、2、可逆控制线路
1、倒顺开关控制的可逆线路
图4-1-3 HZ3-132型倒顺开关工作原理示意图
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图4-1-4 用倒顺开关控制的可逆运行电路
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2、按钮控制的可逆线路
图4-1-5用按钮控制的可逆线路
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4.2 交流电动机降压起动控制线路
4、2、1、定子回路串电阻降压起动
定子绕组串电阻降压起动,就是在起动时将电阻串接在定
子绕组中,以降低电动机与端电压来限制其起动电流。起
动结束时该电阻被短接,电动机加入额定电压,作正常运
行。用来限制起动电流的电阻,叫起动电阻。定子绕组串
电阻降压起动有手动和自动两种控制方法。
1、手动控制
在手动控制中,又有用开关手动与用按钮手动控制两种。
(1)、用手动开关控制
(2)、用按钮手动控制
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(a)用手动开关控制(b)用按钮手动控制
图4-2-1定子回路串电阻手动降压起动控制线路
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2、自动控制
手动控制线路很简单,但这种控制方法既不方便又不可靠,
如果电阻短接早了,会达不到降压起动的目的;如果电阻
短接晚了,又会拉长起动的过渡过程的时间。在自动控制
系统中是依靠时间继电器来实现自动切换的。要实现自动
控制的线路很多,有简单的也有复杂的。
4、2、2、定子回路星形—三角形(Y/)降压起动
定子回路星形—三角形(Y/)降压起动是笼型三相异步电动
机降压起动方法之一。星形—三角形降压起动控制是指电
动机起动时,使定子绕组接成星形,以降低起动电压,限
制起动电流:电动机起动后,当转速上升到接近额定值时,
再把定子绕组改接为三角形,使电动机在全电压下运行。
星形—三角形起动控制只适用于正常运行时为三角形连接
的笼型电动机,而且只适用于轻载起动,如碎石机等。星
形—三角形降压起动控制分为手动和自动两种。
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(a)用手动开关控制(b)用手动开关控制
图4-2-3 星形—三角形降压起动的手动控制线路
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图4-2-4 Y/
星-三角降压起动自动控制线路之一
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图4-2-5 Y/
星-三降压起动自动控制线路之二
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4.3 交流电动机的制动控制线路
4、3、1、交流异步电动机的机械制动
交流异步电动机的机械制动有电磁抱闸制动和电
磁离合器制动两种。它们又有断电型制动和通电
型制动之分。图4-3-1所示电路为断电型制动电磁
抱闸的控制线路。图中YB为制动电磁铁的线圈。
其工作原理:制动电磁铁的线圈YB与电动机M并
联,按下起动按钮SB2。接触器KM1得电,制动电
磁铁线圈YB和电动机M也同时得电,制动电磁铁
的线圈得电松闸,使电动机旋转。当按下停止按
钮SB1时,电磁铁线圈和电动机同时失电,制动电
磁铁的线圈因失电而抱闸,制动电磁铁起制动作
用,电动机停止旋转。
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图4-3-1 断电型制动电磁抱闸的控制线路
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4、3、2、交流异步电动机的电气制动
交流异步电动机的电气制动的特点为:转速与电磁转矩方向相反。
交流异步电动机的电气制动的常用方法有:反接制动和能耗制动。
1、反接制动
交流异步电动机的反接制动有两种,一种是利用位能性负载转矩作用
使电动机反转的方法,称倒拉反接制动;另一种是依靠改变定子绕组
中三相电源的相序而迫使电动机迅速停止转动的一种方法,称电源反
接制动。在反接制动控制线路中,常利用速度继电器KS作为自动控制
电器。
其工作原理:按下起动按钮SB2,使接触器KMI得电并自锁,速度继
电器KS和同轴联接的电动机M一起运转。当转速n达到一定值时,速
度继电器KS的触点动作,为电源反接制动接触器KM2得电作准备。停
车时,按下停止钮SB1,使接触器KM1线圈失电,制动接触器KM2线
圈得电而自锁,电动机M受到反向电磁转矩的制动作用而减速。当转
速较低时,速度继电器的触点复原,制动接触器KM2的线圈失电,制
动过程结束。
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图4-3-2单向运行时的电源反接制动控制线路
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能耗制动
交流异步电动机的能耗制动的特点:断交流、
通直流、加电阻。电动机脱离三相交流电源之
后,在定子绕组上加入直流电源,以产生静电
的恒定磁场,起到阻止电动机旋转的作用,以
达到制动的目的。为了限止其制动电流,在定
子绕组中加入适当的电阻。
能耗制动的优点:制动转矩大,制动过程平稳。
1)、按时间原则控制的单向运行能耗制动控制
电路
2)、按速度原则控制的可逆运行能耗制动控制
电路
3)、 单管能耗制动电路
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4.4 交流异步电动机的调速控制线路
交流异步电动机的调速:是人为地改变电
动机参数和电源参数实现电动机转速的改
变。
三相异步电动机的调速方法虽然有很多,
但大致可分为成以下三种类型
(1)改变定子绕组磁极对数;
(2)改变供电电源频率;
(3)改变转差率;
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4、4、1、单绕组双速异步电动机的控制线路
a)三角形联接 b)双星形联接
图4-4-1 4/2极单绕组双速电动机定子绕组接线示意图
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单绕组双速异步电动机的控制线路,一般有以下两种:用
接触器控制单绕组双速异步电动机的控制线路,如图4-4-2
所示;用时间继电器控制单绕组双速异步电动机的控制线
路,如图 4-4-3所示。
图4-4-2用接触器控制单绕组
图4-4-3用时间继电器控制单绕
双速异步电动机的控制线路
组双速异步电动机的控制线路
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4、4、2、绕线式三相异步电动机转子回路串电阻
调速控制线路
绕线式三相异步电动机的调速可以采用改变转
子电路中电阻的调速方法。也就是改变转差率的
调速方法。随着绕线式三相异步电动机转子回路
串联的电阻值增大,则绕线式三相异步电动机的
转速降低,所以串联在转子回路的电阻也称为调
速电阻。
绕线式三相异步电动机转子电路中串电阻调速的
最大缺点:如果把电动机的转速调的愈低,则需
在转子回路串入的电阻愈大,随之转子回路的铜
耗也愈大,电动机的效率也就愈降低,所以很不
经济。但是由于这种调速方法操作简单,目前在
起重机等短时调速工作的生产机械上仍在普遍采
用。
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图4-4-4绕线式三相异步电动机转子回路串电阻调速控制线路
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4、4、3、电磁调速异步电动机控制线路
电磁调速异步电动机又称为转差电动机。它是由三相异步电动机、电磁转差离合器、
控制装置三部分组成。
由于电磁转差离合器是依靠电枢中的感应电流而工作的,感应电流会引起电枢发热,
在一定的负载转矩下,转速愈低,则转差率S就愈大,感应电流也愈大,电枢发热也愈
严重。因此,电磁调速异步电动机不宜长时间的低速运行。
图4-4-5电磁调速异步电动机控制线路
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4.5 直流电动机的控制线路
直流电动机具有良好的起动、制动和调速
性能,能很容易的实现直流电动机在各种
运行状态下的自动控制。直流电动机的励
磁方式有有四种:他励、并励、串励、和
复励,其控制电路基本相同。
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4、5、1、直流电动机单向运转起动控制电路
图4-5-2 电枢回路串二级电阻按时间原则起动的控制线路 返回标题
4、5、2、直流电动机可逆运转起动控制线路
图4-5-3 直流电动机可逆运行的起动控制线路
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4、5、3、直流电动机反接制动控制线路
图4-5-4他励直流电动机反接制动控制线路
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4、5、4、直流电动机能耗制动控制线路
图4-5-6单向运行能耗制动控制线路
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直流电动机能耗制动时应注意几点:
1)、对于他励或并励直流电动机,制动时应保持励磁电
流的大小和方向不变。切断电枢绕组的电源后,应立即在
电枢回路中串入适当的限流电阻,构成闭合回路。
2)、对于串励直流电动机,制动时电枢电流和励磁电流
不能同时反向,否则无法产生制动转矩。所以,串励直流
电动机能耗制动时应在切断直流电源的同时,立即将励磁
绕组与电枢绕组反向串联,并且串入适当的制动电阻构成
闭合回路。或将串励改成他励。
3)、制动电阻的大小要选择适当。电阻过大,制动缓慢;
电阻过小,电枢中的电流将会超过电枢电流允许值。一般
可按最大制动电流不大于二倍的额定电枢电流来计算。
4)、能耗制动操作方法简单,但是当电动机的转速较低
时制动转矩将变得很小,停转较慢(属于自由停车)。为
加快停转,一般可加上机械制动器。
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4.6 典型的机床电气控制线路
在机床设备中,电气控制系统起着非常关键的作
用,它可以根据生产工艺的不同要求而改变电动
机的运行方式,以期达到生产加工的目的。不同
的机床设备,它们的电气控制系统也不相同。
对常用典型机床的电气控制线路分析与介绍,并
对各种机床电气控制的原理和特点,进而加深对
典型控制环节的理解;熟悉机、电、液在控制中
的相互配合,总结出各机床电气控制的规律,并
逐步掌握读图分析的技巧,为进一步学习和设计
机床电气控制线路打下基础。
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4、6、1、C620-1卧式车床的电气控制线路
1、卧式车床的主要结构及运动形式
1-进给箱 2-挂轮箱 3-主轴变速箱 4-卡盘 5-溜板与刀架 6-溜板箱 7-尾座 8-丝杆 9-光杆 10-床身
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图4-6-1 C620-1卧式车床外形结构示意图
2、车床的电力拖动特点及控制要求
从车床加工工艺的特点来考虑,卧式车床的电气控制有如下要求:
(1)、从经济性和可靠性角度考虑主轴电动机,一般选用三相笼型
异步电动机;为了保证主运动与进给运动之间的严格比例关系,只采
用一台电动机来拖动;而为了满足车床的调速要求,通常采用机械调
速方法,由车床主轴通过齿轮变速箱与主轴电动机的联接来完成。
(2)、在车削螺纹时,要求车床的主轴能够正转和反转。对于一般
的小型车床而言,车床主轴的正、反转由主轴电动机的正、反转来实
现,这样能简化机械结构;当主轴电动机的容量较大时,其冲击电流
也较大,这时车床主轴的正、反转最好采用电磁式摩擦离合器的机械
方法来实现。
(3)、主轴电动机的起动、停止能实现自动控制。一般中小型车床
均采用直接起动,当电动机容量较大时,常采用丫—减压起动。停车
时若需要实现快速停车,可采用机械或电气制动。
(4)、在车削加工时,为防止刀具与工件温升过高,影响加工质量,
需要对其进行冷却。因此,要装设一台冷却泵提供冷却液,而带动冷
却泵运转的电动机只需要单方向旋转,它与主轴电动机有着联锁关系,
即冷却泵电动机应在主轴电动机起动之后才能起动;当主轴电动机停
车时,冷却泵电动机立即停车,符合顺序控制原则。
(5)、在控制线路中,具有必要的短路、过载、零压和欠电压保护,
并有安全可靠的局部照明。
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4、6、2、M7130型平面磨床的电气控制线路
1、平面磨床的主要结构及运动形式
1)、平面磨床的主要结构
M7130型平面磨床的外形结构示意图如图4-6-5所示。
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图4-6-5 M7130型平面磨床的外形结构示意图
2)、平面磨床的运动形式
矩形工作台平面磨床的工作示意图如图4-6-6所示。
图4-6-6矩形工作台平面磨床的工作示意图
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2、电力拖动特点及控制要求
1)、电力拖动特点
平面磨床是一种精密机床,为保证加工精度,使
其平稳运行,确保工作台往复运动换向时的惯性
小且无冲击力,对工作台往复运动及砂轮箱横向
进给采用了液压传动。为了使磨床具有最简单的
机械传动,M7130型平面磨床采用了三台电动机
拖动,它们全部都是三相笼型异步电动机。这三
台电动机是:砂轮电动机一一拖动砂轮旋转;液
压泵电动机一一拖动液压泵供出压力油,经液压
传动机构来完成工作台往复纵向运动、实现砂轮
箱的横向自动进给,并承担工作台导轨的润滑;
冷却泵电动机一一拖动冷却泵,提供磨削加工时
需要的冷却液。
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2)、控制要求
(1)、砂轮电动机、液压泵电动机和冷却泵电动
机都只需要单方向旋转。并全部采用直接起
(2)、冷却泵电动机与砂轮电动机具有顺序联锁
关系:即在砂轮电动机起动之后,才能起动冷却
泵电动机。
(3)、不论电磁吸盘工作与否,都可以起动各台
电动机,以便进行磨床的调整运动。
(4)、电磁吸盘需要有工件去磁控制环节。
(5)、应具有机床局部照明电路和完善的保护环
节,如电动机的短路保护、过载保护、零压保护
及电磁吸盘的欠电流保护等。
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4、6、3、Z3040型摇臂钻床的电气控制线路
1、摇臂钻床的主要结构及运动形式
(1)摇臂钻床的主要结构 Z3040型摇臂钻床的外形结
构示意图如图4-6-9所示。它主要由底座、内立柱、外立
柱、摇臂、主轴箱和工作台等部分组成。
1-底座2-工作台3-主轴纵向进给4-主轴旋转主运动5-主轴6-摇臂7-主轴箱沿摇臂径向运动
8-主轴箱9-内外立柱10-摇臂回转运动11-摇臂垂直移动
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图4-6-9Z3040型摇臂钻床的外形结构示意图
(2)、摇臂钻床的运动形式 在进行钻削加工前,
要求主轴箱被夹紧装置夹紧固在水平导轨上,摇
臂紧固在外立柱上,外立柱也同样紧固在内立柱
上。钻削加工时,钻头一边进行旋转切削,一边
进行纵向进给。其运动形式为:
1)主运动 摇臂钻床的主运动是指主轴的旋转运
动。
2)进给运动 摇臂钻床的进给运动是指主轴的纵
向运动。
3)辅助运动 摇臂钻床的辅助运动是指1)摇臂沿
外立柱上导轨的上下垂直移动;2)主轴箱沿摇臂
长度方向的左右移动;3)摇臂与外立柱一起绕内
立柱的回转运动。
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4、6、4、X62W型卧式万能铣床的电气控制线路
一、铣床的主要结构及运动形式
1、铣床的主要结构 X62W型卧式万能铣床主要由底座、床身、悬梁、
刀杆支架、工作台、溜板和升降台等部分组成。其外形结构示意图如
图4-6-12所示。
图4-6-12 X62W型卧式万能铣床外形结构示意图
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1-底座2-主轴变速手柄3-主轴变速数字盘4-床身(立柱)5-悬梁6-刀
杆支架7-主轴8-工作台9-工作台纵向操作手柄10-回转台11-床鞍12工作台升降及横向操作手柄13-进给变速手轮及数字盘14-升降台