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1、第2章机床电气基本控制线路本讲稿第一页，共七十三页2.1 电气控制电路图的绘制v电气控制电路：用导线将电动机、电器、仪表等电气元件连接起来并实现某种要求的电气电路。v统一的工程语言 设计、安装维修、研究分析。本讲稿第二页，共七十三页2.1.1 常用电气设备图形符号及文字符号1图形符号、文字符号v图形符号：各种电气元件。v文字符号：表示不同的电气元件名称、用途，主要特征等电气控制系统图中，各种电气元件的图形符号和文字符号必须符合统一的国家标准符合统一的国家标准，一些常用电气图形符号和文字符号.2.1 电气控制电路图的绘制本讲稿第三页，共七十三页v线路和三相电气设备各接点标记线路和三相电气设备各接
2、点标记v三相交流电源引入线用L1、L2、L3标记，中性线用N标记，保护接地用PE标记。v三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电路采用U1、V1、W1,U2、V2、W2标记。v各电动机分支电路各接点标记，采用三相文字代号后面加数字来表示，数字中的十位数表示电动机代号，个位数表示该支路各接点的代号，从上到下按数值大小顺序标记,如“U21”表示M2电动机第一相的第一个接点v控制电路采用阿拉伯数字进行编号，一般由三位或三位以下的数字组成。标记方法按等电位原则进行，在垂直绘制的电路中，一般由上而下编号，凡是被线圈、触点、电路元件等隔离的线段，都应标以不同的电路标记。本讲稿第四页
3、，共七十三页本讲稿第五页，共七十三页本讲稿第六页，共七十三页v 表示控制系统的工作原理。并不表示电气元件的实际安装位置、实际结构尺寸和实际配线方法。采用电器元件展开的形式绘制本讲稿第七页，共七十三页本讲稿第八页，共七十三页v电气控制图绘制原则电气控制图绘制原则 1、主：强电流通过部分、主：强电流通过部分 左边、上边左边、上边 粗实粗实 辅：控制、照明、指示辅：控制、照明、指示 右边、下边右边、下边 细实线细实线 v 2、同一电器元件的各部件，遵循便于阅读的原则，同一文、同一电器元件的各部件，遵循便于阅读的原则，同一文字符号字符号v 3、电器均以、电器均以常态常态标出。标出。即没有外力作用和没有
4、通电时的原始状即没有外力作用和没有通电时的原始状态态 本讲稿第九页，共七十三页4.在电气原理图中,控制电路的分支线路,两线交叉连接时的电气连接点要用“实心圆”表示。无直接联系的交叉导线,交叉处不能用“实心圆”。表示需要测试和拆、接外部引出线的端子,应用符号“空心圆”表示。5、图中电器元件应按功能布置,一般按动作顺序从上到下、从左到右依次排列。6、在电气原理图中，所有电气元件的型号、用途、数量、文字符号、额定数据,用小号字体标注在其图形符号的旁边。本讲稿第十页，共七十三页图2-1电动机正反转控制原理图 本讲稿第十一页，共七十三页v2.1.32.1.3电器布置图电器布置图v电器布置图表示各种电气设
5、备或电气元件在机械设备或控制柜中的实际安装位置实际安装位置,还要为机械电气控制设备的制造、安装、维护、维修提供必要的资料。v电器元件要放在控制柜内，各电器元件的安装位置是由机床的结构和工作要求而决定的。比如行程开关应布置在能取得信号的地方,电动机要和被拖动的机械部件在一起。本讲稿第十二页，共七十三页2.1.3电器布置图电器布置图图2-3 电器布置图本讲稿第十三页，共七十三页3、电气安装接线图 按照电气原件相对实际位置绘制的接线图，根据电气元件布置最合理和连接导线最经济来安排。它清楚地表明了各电气元件的相对位置和他们直接的电路连接，还为安装电气设备、电气元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必要
6、的依据。本讲稿第十四页，共七十三页v绘制安装接线图应遵循以下几点:1用规定的图形、文字符号绘制各电器元件,元器件所占图面要按实际尺寸以统一比例绘制，应与实际安装位置一致，同一电器元件各部件应画在一起。2.一个元器件中所有的带电部件应画在一起,并用点划线框起来,采用集中表示法。本讲稿第十五页，共七十三页v3各电气元器件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致,而且必须符合国家标准。v4绘制安装接线图时,走向相同的多根导线可用单线表示。v5接线端子绘制，各电器元件的文字符号及端子板的编号应与原理图一致,并按原理图的接线进行连接。各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。本讲稿第十六页，共
7、七十三页图2-4电动机正反转控制安装接线图 本讲稿第十七页，共七十三页v思考与练习本讲稿第十八页，共七十三页本节内容p1、直接启动控制p2、正反转控制p3、多地控制p4、顺序控制p5、自动循环控制本讲稿第十九页，共七十三页阅读和分析电气控制线路图的方法v1分析主电路分析主电路v2 2分析控制电路分析控制电路v3 3分析辅助电路分析辅助电路v4 4分析联锁及保护环节分析联锁及保护环节v5 5总体检查总体检查本讲稿第二十页，共七十三页三相异步电动机的启动控制v三相异步电动机的启动方式：三相异步电动机的启动方式：v直接启动直接启动:（1 1）电气设备少、线路简单；）电气设备少、线路简单；（2 2）但
8、启动电流大，启动电流是其额定电流的）但启动电流大，启动电流是其额定电流的5757倍，倍，过大的电流启动引起供电系统电压波动，干扰其他用电设过大的电流启动引起供电系统电压波动，干扰其他用电设备的正常工作。备的正常工作。v降压启动降压启动本讲稿第二十一页，共七十三页1.采用刀开关、转化开关直接起动控制 直 接 启 动v 应用：应用：v冷却泵冷却泵 、小台钻、小台钻v砂轮机、风扇等砂轮机、风扇等v 工作过程：工作过程：v 特点：特点：手动操作，不方便、不安全手动操作，不方便、不安全本讲稿第二十二页，共七十三页2.按钮、接触器直接起动控制点动控制点动控制 常用在电动机短时运行控制。v应用：v调整机床的
9、主轴v快速进给v镗床和铣床的对刀、试车等。v工作过程：v保护：本讲稿第二十三页，共七十三页2.长动控制长动控制在实际生产中需要电动机实现长时在实际生产中需要电动机实现长时间连续转动；间连续转动；工作过程：v自锁触头自锁触头保护环节：l短路l过载l欠压及失压（a）主电路）主电路（b)接触器控制接触器控制本讲稿第二十四页，共七十三页 3.能点动又能长动控制（a）主电路）主电路（b）开关选择的控制电路）开关选择的控制电路（c）按钮选择的控制电路）按钮选择的控制电路本讲稿第二十五页，共七十三页c、d 中间继电器图图2-9 长动和点动控制长动和点动控制（a）主电路）主电路本讲稿第二十六页，共七十三页2.
10、2.2 2.2.2 正反转控制电路正反转控制电路实现方式：实现方式：对调交流电动机的任意两相电源的相序即可。应用：应用：1 1、机床工作台的前进与后退、机床工作台的前进与后退2 2、电梯的上升与下降、电梯的上升与下降3 3、起重机吊钩的上升与下降等等。、起重机吊钩的上升与下降等等。本讲稿第二十七页，共七十三页(a)(b)1.接触器互锁的正反转控制电路本讲稿第二十八页，共七十三页图图图图2-7 2-7 三相异步电动机正反转控制电路三相异步电动机正反转控制电路三相异步电动机正反转控制电路三相异步电动机正反转控制电路（a a）主电路主电路主电路主电路（c c）具有电气互锁控制电路具有电气互锁控制电路
11、具有电气互锁控制电路具有电气互锁控制电路（d d）具有双重互锁控制电路）具有双重互锁控制电路）具有双重互锁控制电路）具有双重互锁控制电路本讲稿第二十九页，共七十三页v 在一些大型生产机械和设在一些大型生产机械和设备上备上,如如大型机床大型机床、起重运起重运输机输机等等,为了操作方便为了操作方便,操作操作人员可以在不同方位进行操人员可以在不同方位进行操作与控制。作与控制。v停止按钮：串联停止按钮：串联v启动按钮：并联启动按钮：并联2.2.3 2.2.3 多地点控制线路多地点控制线路 图图2-11 三地起动和三地停止控制线路三地起动和三地停止控制线路 本讲稿第三十页，共七十三页2.2.4 2.2.
12、4 顺序控制线路顺序控制线路 实际的生产实践中，有时要求一个拖动系实际的生产实践中，有时要求一个拖动系统中，需要多台电动机实现先后顺序；统中，需要多台电动机实现先后顺序；如：在机床中要求润滑电动机启动如：在机床中要求润滑电动机启动主轴电主轴电机才能启动。机才能启动。本讲稿第三十一页，共七十三页2.2.4 2.2.4 顺序控制线路顺序控制线路 图图图图2-12 2-12 2-12 2-12 两台电动机顺序控制两台电动机顺序控制两台电动机顺序控制两台电动机顺序控制（a a a a）主电路主电路主电路主电路（b b b b）顺序起动控制电路）顺序起动控制电路）顺序起动控制电路）顺序起动控制电路v电机
13、电机M1M1启动后启动后M2M2才能启动才能启动本讲稿第三十二页，共七十三页（c c c c）顺序起、停控制电路顺序起、停控制电路顺序起、停控制电路顺序起、停控制电路（a a a a）主电路主电路主电路主电路图图图图2-12 2-12 2-12 2-12 两台电动机顺序控制两台电动机顺序控制两台电动机顺序控制两台电动机顺序控制vM1M1启动启动M2M2启动；启动；M2M2停止后停止后M1M1停止停止本讲稿第三十三页，共七十三页 (e)控制电路控制电路（a a a a）主电路主电路主电路主电路省去了省去了KM1KM1常开触点常开触点图图图图2-12 2-12 2-12 2-12 顺序控制顺序控制
14、顺序控制顺序控制本讲稿第三十四页，共七十三页(f)(f)(f)(f)时间继电器顺序控制时间继电器顺序控制时间继电器顺序控制时间继电器顺序控制（a a a a）主电路主电路主电路主电路v时间继电器来实现顺序启动控制时间继电器来实现顺序启动控制本讲稿第三十五页，共七十三页v 在机床电气设备中在机床电气设备中,有些机床的工作台需要进行自有些机床的工作台需要进行自动往复运行动往复运行,而自动往返运行通常是通过位置开关来而自动往返运行通常是通过位置开关来实现的，其自动往返的方法叫自动循环控制。实现的，其自动往返的方法叫自动循环控制。2.2.5 2.2.5 自动循环控制线路自动循环控制线路本讲稿第三十六页
15、，共七十三页（a)机床工作台自动循环运动示意图机床工作台自动循环运动示意图 本讲稿第三十七页，共七十三页图图2-13 2-13 自动循环控制线路自动循环控制线路本讲稿第三十八页，共七十三页思考与练习本讲稿第三十九页，共七十三页本讲稿第四十页，共七十三页v三相异步电动机全压启动：三相异步电动机全压启动：控制电路简单、经济、操作方便，使用于10kw的电动机。v降压启动：降压启动：降低电动机定子绕组上的电压启动电动机，达到降低启动电流的目的。p注意：启动转矩启动转矩与每相所加的与每相所加的电压的平方电压的平方成正比，所以，启动后成正比，所以，启动后电压必须恢复到额定值电压必须恢复到额定值。2.3 2
16、.3 三相笼型电动机降压起动控制线路三相笼型电动机降压起动控制线路本讲稿第四十一页，共七十三页2.3 2.3 三相笼型电动机降压起动控制线路三相笼型电动机降压起动控制线路p定子电路串电阻降压起动定子电路串电阻降压起动p星形星形-三角形降压起动三角形降压起动p自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动p延边三角形降压起动延边三角形降压起动本讲稿第四十二页，共七十三页v在电动机串接电阻降压起动在电动机串接电阻降压起动再将电压恢复到额定值。再将电压恢复到额定值。2.3.12.3.1定子电路串电阻降压起动定子电路串电阻降压起动串接电串接电阻降压阻降压启动启动启动后启动后电阻短接电阻短接额定电压额定电压正常运
17、行正常运行时间继电器时间继电器本讲稿第四十三页，共七十三页 图图2-14 串电阻降压启动串电阻降压启动缺点缺点：KM1、KT一直通电状态，一直通电状态，R也一直耗能也一直耗能本讲稿第四十四页，共七十三页(c)本讲稿第四十五页，共七十三页(d)本讲稿第四十六页，共七十三页(e）图2-14 定子绕组串电阻起动控制线路定子绕组串电阻起动控制线路 本讲稿第四十七页，共七十三页v串电阻降压启动应用串电阻降压启动应用 （1）对星形、三角形联结的电动机都适）对星形、三角形联结的电动机都适用。用。（2）消耗一定的电能。）消耗一定的电能。本讲稿第四十八页，共七十三页2.3.2 2.3.2 星形星形-三角形降压起
18、动控制线路三角形降压起动控制线路 v启动电压为额定电压的启动电压为额定电压的1/1/3v此方法：简便、经济，启动过程中没有能耗，此方法：简便、经济，启动过程中没有能耗，启动转矩小启动转矩小,只能用于空载或轻载。只能用于空载或轻载。v（Y-Y-）起动用于正常工作时定子绕组作三角形）起动用于正常工作时定子绕组作三角形连接的电动机。连接的电动机。本讲稿第四十九页，共七十三页图图2-15星形星形-三角形降压起动控制电路三角形降压起动控制电路本讲稿第五十页，共七十三页u 利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压,达到限制达到限制起动电流的目的。起动电流的目的。u连接方
19、式：连接方式：起动时定子串入自耦变压器起动时定子串入自耦变压器,自耦变压器一次侧接在电源电自耦变压器一次侧接在电源电压上压上,定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压,当电当电动机的转速达到一定值时动机的转速达到一定值时,将自耦变压器从电路中切除将自耦变压器从电路中切除,此时电动机直接与电源相接此时电动机直接与电源相接,电动机以全电压投入运行。电动机以全电压投入运行。u应用应用：定子绕组连接：定子绕组连接星形星形联结的笼型异步电动机。联结的笼型异步电动机。2.3.3自耦变压器降压起动的控制线路自耦变压器降压起动的控制线路本讲稿第五十一页，共七十三页 图图
20、2-16 自耦变压器降压起动的控制电路自耦变压器降压起动的控制电路本讲稿第五十二页，共七十三页v星形星形-三角形起动控制：三角形起动控制：起动转矩太小,而三角形联结有起动转矩大的优点,可采用延边三角形减压起动,这种电动机共有九个出线端,绕组联结如图2-17所示。v应用：应用：它适用于定子绕组特别设计的电动机。2.3.4 延边三角形降压起动控制延边三角形降压起动控制 启动后启动后本讲稿第五十三页，共七十三页(a)原始状态原始状态(b)延边三角形联结延边三角形联结 (c)三角形联结三角形联结图图2-17延边三角形绕组联结示意图延边三角形绕组联结示意图本讲稿第五十四页，共七十三页图图2-18 延边三
21、角形降压起动控制线路延边三角形降压起动控制线路降压启动：降压启动：KM1、KM2、KT线圈得电全压启动：全压启动：KM1断电、KM2、KM3得电。本讲稿第五十五页，共七十三页思考与练习本讲稿第五十六页，共七十三页下课了!本讲稿第五十七页，共七十三页2.4 三相异步电动机的制动控制三相异步电动机的制动控制v2.4.1反接制动控制反接制动控制v2.4.2 三相异步电动机能耗制动控制三相异步电动机能耗制动控制本讲稿第五十八页，共七十三页v 1.反接制动原理v 进行反接制动时,由于反接制动电流较大,制动时必须在电动机每相定子绕组中串接一定的电阻,以限制反接制动电流,反接制动电阻的接法有两种:对称电阻接
22、法和不对称电阻接法,如图2-19所示。v 2.4.1反接制动控制反接制动控制本讲稿第五十九页，共七十三页图2-19三相异步电动机反接制动电阻接法 （a)对称电阻接法 （b)不对称电阻接法本讲稿第六十页，共七十三页v2.反接制动电路分析v(1)单向反接制动控制电路v 单向运行的三相异步电动机反接制动控制线路如图2-20所示，控制线路通常采用速度继电器。接触器KMl为单向正常旋转,接触器KM2为反接制动,KS为速度继电器,R为反接制动电阻。v 工作过程:接通刀开关Q，按下起动按钮SE2,接触器KMl得电,电动机M起动运行,速度继电器KS常开触头闭合,为制动作准备。制动时按下停止按钮SBl,KMl断
23、电,KM2得电(KS常开触头尚未打开),KM2主触头闭合,定子绕组串入限流电阻R进行反接制动，当M的转速接近0时,KS常开触头断开，KM2断电,电动机制动结束。本讲稿第六十一页，共七十三页图2-20单向运行的三相异步电动机反接制动控制线路 本讲稿第六十二页，共七十三页v(2)可逆运行反接制动控制电路 v可逆运行反接制动控制电路如图2-21所示，图中KM1、KM2为正、反转接触器，KM3为短接电阻接触器，KA1、KA2、KA3为中间继电器,KV1为正转常开触头,KV2为反转常开触头,R为起动与制动电阻。本讲稿第六十三页，共七十三页图2-21可逆运行反接制动控制电路 本讲稿第六十四页，共七十三页v
24、 1.能耗制动原理v 三相异步电动机能耗制动，原理就是在电动机切断三相交流电源后,迅速在定子绕组任意两相加一直流电压,使定子绕组产生恒定的磁场,利用转子感应电流与静止磁场的相互作用产生制动力矩，实现制动,当转子转速接近零时,及时切除直流电源。v 能耗制动比反接制动所消耗的能量少，制动效果不如反接制动。能耗制动的制动效果与电动机转速和加入定子绕组的直流电流的大小有关,当转速一定时,直流电流越大,制动的效果越好。能耗制动可以根据时间控制原则,用时间继电器进行控制；也可以根据速度控制原则,用速度继电器进行控制。能耗制动通常用于电动机容量较大,要求制动平稳和制动频繁的场合。2.4.2 三相异步电动机能
25、耗制动控制三相异步电动机能耗制动控制 本讲稿第六十五页，共七十三页v2.能耗制动控制电路v(1)按时间原则控制的单向运行能耗制动电路v能耗制动控制线路如图2-22所示。图中接触器KM1为单向运行,接触器KM2用来实现能耗制动,T为整流变压器,UR为桥式整流电路,KT为时间继电器。v 工作过程:电动机单向正常运行，接通刀开关Q，按下起动按钮SB2，接触器KM1得电，电动机M起动运行。v 停止运行：按下复合（停止）按钮SBl,常闭触头先断开,KM1失电,电动机定子切断三相电源；SBl的复合（常开）触头后闭合,KM2、KT同时得电,如果电动机定子绕组星形联结,则将两相定子绕组接入直流电源进行能耗制动
26、。本讲稿第六十六页，共七十三页图2-22能耗制动控制电路本讲稿第六十七页，共七十三页(2)按速度原则控制的可逆运行能耗制动电路v采用速度继电器来控制的可逆运行能耗制动控制电路如图2-23所示。图2-23可逆运行能耗制动控制 本讲稿第六十八页，共七十三页v 1）正向工作过程:电动机M正向起动运转停车时能耗制动过程，接通刀开关Q，按下起动按钮SB2，接触器KM1得电自，电动机M正向起动运行。当正向转速n大于120 r/min时,KSl闭合。v 停止运行时：当按下（停止）按钮SB1,常闭触头先断开,KM1失电,因惯性使KV1仍闭合,在SB1的常开触头闭合时,KM3得电自锁,电动机M定子绕组通入直流电
27、进行能耗制动,使电动机M的旋转速度迅速下降,当正向旋转速度小于100 r/min时,KSl断开,KM3失电,能耗制动结束。v2）反向工作过程:电动机M反向起动运转停车时能耗制动过程，接通刀开关Q，按下起动按钮SB3，KM2通电自锁,电动机M反向起动运转,当反向n旋转速度大于120 r/min时,KS2闭合。v 停止运行时：当按下（停止）按钮SBl,常闭触头先断开,KM2失电,因惯性使KV2仍闭合,在SBl的常开触头闭合时,KM3得电自锁,电动机M定子绕组通入直流电进行能耗制动,使电动机M的旋转速度迅速下降,当反向旋转速度小于100r/min时,KV2复位断开,KM3失电,能耗制动结束。本讲稿第
28、六十九页，共七十三页2.5 电气控制的保护环节电气控制的保护环节v 在电气控制系统中，为满足生产机械长期、正常、无故障地运行外,还需要各种保护措施。保护环节是所有生产机械电气控制系统不可缺少的组成部分,用来保护电动机、电网、电气控制设备以及人身安全等。v 电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、欠电压保护、零电压保护、过电流保护及超速保护等。本讲稿第七十页，共七十三页v 1短路保护v 当电动机绕组、导线的绝缘损坏或者控制电器及线路发生故障时,若不迅速切断电源,会产生很大的短路电流,使电动机、电器、导线等电气设备损坏。因此在发生短路故障时,保护电器必须迅速将电源切断。v 2过载保护v当
29、电动机起动操作频繁、缺相运行或长期超载运行时,会使电动机的工作电流超过允许值,电动机绕组过热,绝缘材料就要变脆,寿命降低,过载电流越大,达到允许温升的时间就越短，严重时会使电动机损坏。常用的过载保护电器是热继电器(或断路器),当电动机过载电流较大时,热继电器则经过较短的时间就会切断电源,使电动机停转,避免电动机在过载下运行。本讲稿第七十一页，共七十三页v 3欠电压保护v 欠压保护是指当电网电压下降到某一数值时,电动机便在欠电压下运行,电动机转速下降,接触器电磁吸力将小于复位弹簧的反作用力,动铁心被释放,带动主触点、自锁触点同时断开,自动切断主电路和控制电路,电动机失电停止,避免了电动机欠压运行而损坏。v 4零电压保护v 零电压保护是指电动机在正常运行中,当电网因某种因突然停电时,能自动切断电动机电源。当电源电压恢复正常时,则电动机不会自行起动，实现了零电压保护。本讲稿第七十二页，共七十三页v 5过电流保护v 不正确的起动和过大的负载转矩常常引起电动机过电流。过电流保护主要用于直流电动机或绕线式异步电动机,对三相笼型异步电动机采用短路保护,过电流保护通常采用过电流继电器和接触器合动。v 6超速保护v 当机械设备运行速度超过规定允许的速度时,将会造成设备损坏，甚至还会造成人身危险,所以要设置超速保护装置来控制电动机转速或及时切断电动机电源。本讲稿第七十三页，共七十三页