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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。 返回标题 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 返回标题 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 返回标题 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。 返回标题 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 返回标题 图4-1-4 用倒顺开关控制的可逆运行电路 返回标题 2、按钮控制的可逆线路 图4-1-5用按钮控制的可逆线路 返回标题 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 返回标题 （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 返回标题 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。 返回标题 （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 返回标题 图4-2-4 Y/ 星-三角降压起动自动控制线路之一 返回标题 图4-2-5 Y/ 星-三降压起动自动控制线路之二 返回标题 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。 返回标题 图4-3-1 断电型制动电磁抱闸的控制线路 返回标题 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。 返回标题 图4-3-2单向运行时的电源反接制动控制线路 返回标题 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 返回标题 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； 返回标题 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 返回标题 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 返回标题 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。 返回标题 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 返回标题 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 返回标题 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。 返回标题 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 返回标题 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 返回标题 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 返回标题 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。 返回标题 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。 返回标题 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 返回标题 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。 返回标题 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。 返回标题 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 返回标题 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。 返回标题 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。 返回标题 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 返回标题 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。 返回标题 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 返回标题 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