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1、第五章第五章 机床电气控制电路设计机床电气控制电路设计机床电气设计的基本原则机床电气设计的基本原则机床电气控制电路的设计内容机床电气控制电路的设计内容机床电气控制电路的经验设计法机床电气控制电路的经验设计法常用电器元件选择常用电器元件选择2021/9/151机床电气设计的基本原则机床电气设计的基本原则n机床电气设计的基本要求机床电气设计的基本要求n机床电气设计的内容及设计步骤机床电气设计的内容及设计步骤n电气设计的技术条件电气设计的技术条件n机床电力传动方案的确定机床电力传动方案的确定n机床电气控制方案的确定机床电气控制方案的确定n控制方式的选择控制方式的选择n确定电动机容量确定电动机容量n机
2、床电气电路的原理图设计原则机床电气电路的原理图设计原则2021/9/152机床电气设计的基本要求机床电气设计的基本要求n熟悉所设计机床（设备）的总体技术要求及工熟悉所设计机床（设备）的总体技术要求及工作过程，弄清其它系统对电气控制系统的技术作过程，弄清其它系统对电气控制系统的技术要求。要求。n了解机床的现场工作条件，供电情况及测量仪了解机床的现场工作条件，供电情况及测量仪表的种类。表的种类。n通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传动方案和控制方案。动方案和控制方案。n设计简单合理、技术先进、工作可靠。维修方设计简单合理、技术先进、工作可靠。维修方便的电
3、气控制电路。进行模拟试验，验证控制便的电气控制电路。进行模拟试验，验证控制电路能否满足机床的工艺要求。电路能否满足机床的工艺要求。n保证使用安全性，贯彻最新国家标准。保证使用安全性，贯彻最新国家标准。2021/9/153机床电气设计的内容及设计步骤机床电气设计的内容及设计步骤n拟定电气设计的技术条件拟定电气设计的技术条件n确定电力传动方案和控制方案确定电力传动方案和控制方案n确定确定 电动机容量电动机容量n设计电气控制原理图设计电气控制原理图n选择电气元器件及装置；制定电气设备装置、选择电气元器件及装置；制定电气设备装置、元件、器件的清单及备件，易损件的清单元件、器件的清单及备件，易损件的清单
4、n绘制电气安装图、位置图、互连图绘制电气安装图、位置图、互连图n设计电气柜、操作台、配电板及非标准器件设计电气柜、操作台、配电板及非标准器件n编写设计计算说明书及使用说明书编写设计计算说明书及使用说明书2021/9/154电气设计的技术条件电气设计的技术条件n用户供电电网的种类、电压、频率及容用户供电电网的种类、电压、频率及容量。量。n有关电气传动的基本特性有关电气传动的基本特性n有关电气控制的特性有关电气控制的特性n有关操作方面的要求有关操作方面的要求n机床主要电气设备的参数及布置框图机床主要电气设备的参数及布置框图2021/9/155机床电力传动方案的确定机床电力传动方案的确定n确定机床传
5、动的调速方式确定机床传动的调速方式n传动方式与其负载特性相适应传动方式与其负载特性相适应n电动机的起制动和正反转的要求电动机的起制动和正反转的要求2021/9/156机床电气控制方案的确定机床电气控制方案的确定n机床电气控制方案的可靠性机床电气控制方案的可靠性n电气控制方案的确定电气控制方案的确定2021/9/157控制方式的选择控制方式的选择n控制方式主要有时间控制、速度控制、控制方式主要有时间控制、速度控制、电流控制及行程控制。电流控制及行程控制。n应根据实际工作情况决定应根据实际工作情况决定n还必须注意因负载变化而出现的问题。还必须注意因负载变化而出现的问题。2021/9/158确定电动
6、机容量确定电动机容量n节能查表法节能查表法n当电动机的机械特性硬，电动机的转速当电动机的机械特性硬，电动机的转速在整个工作过程中可以近似不变时，电在整个工作过程中可以近似不变时，电动机的功率近似与转矩成正比，此时，动机的功率近似与转矩成正比，此时，等效负载等效负载P为：为：2021/9/159原理图设计的一般原则原理图设计的一般原则 n控制系统应满足生产机械的工艺要求控制系统应满足生产机械的工艺要求n力求控制电路安全可靠，简单经济力求控制电路安全可靠，简单经济n合理选择各种电器元件合理选择各种电器元件n符合人机关系，便于维修符合人机关系，便于维修n其设计包括其设计包括主电路主电路、控制电路控制
7、电路和辅助电和辅助电路。路。2021/9/1510主电路设计主电路设计n对于异步电动机：选择电路电动机的对于异步电动机：选择电路电动机的起动方式，正反转起动方式，正反转 控制及主电路的保控制及主电路的保护环节。护环节。n确定电动机是确定电动机是全压起动还是降压起动全压起动还是降压起动。n对于正反转控制方式，应防止误操作对于正反转控制方式，应防止误操作而引起的电源相间短路，在控制电路而引起的电源相间短路，在控制电路中有互锁保护。中有互锁保护。n注意主电路的熔断保护、过载保护及注意主电路的熔断保护、过载保护及其它安全保护元件的选择与设置。其它安全保护元件的选择与设置。n主电路与控制电路应保持严格的
8、对应主电路与控制电路应保持严格的对应关系。关系。2021/9/1511全压起动的条件全压起动的条件n全压起动的条件为：全压起动的条件为：nSeb-电源变压器额定容量（电源变压器额定容量（kvA）nIg -电动机全电压起动电流（电动机全电压起动电流（A）nIe -电动机额定电流（电动机额定电流（A）nPe -电动机额定功率（电动机额定功率（kW)2021/9/1512控制电路的经验设计法控制电路的经验设计法n设计过程是逐步完善，不易得到最佳方设计过程是逐步完善，不易得到最佳方案案n需反复修改草图，会影响设计速度需反复修改草图，会影响设计速度n需要一定的经验才能进行设计，可能影需要一定的经验才能进
9、行设计，可能影响到系统的可靠性。响到系统的可靠性。n设计中应注意的问题设计中应注意的问题n设计举例设计举例2021/9/1513设计中应注意的问题设计中应注意的问题n控制电路的电源选择控制电路的电源选择n简化电路、减少触头，提高可靠性简化电路、减少触头，提高可靠性n正确联接电器的线圈正确联接电器的线圈n避免在控制电路中出现寄生回路避免在控制电路中出现寄生回路n根据实际情况合理安排原理图中元件位置。根据实际情况合理安排原理图中元件位置。2021/9/1514控制电路电源选择控制电路电源选择2021/9/1515简化电路、减少触头的方法简化电路、减少触头的方法n其主要方法有：其主要方法有：n合并同
10、类触头合并同类触头n利用转换触头利用转换触头n在直流电路中在直流电路中利用半导体二极管利用半导体二极管的单向的单向导电性来有效减少触头数和利用逻辑电导电性来有效减少触头数和利用逻辑电数进行电路化简。数进行电路化简。2021/9/1516合并同类触头合并同类触头2021/9/1517利用转换触头利用转换触头2021/9/1518利用二极管利用二极管2021/9/1519正确联接电器的线圈正确联接电器的线圈2021/9/1520避免在控制电路中出现寄生回路避免在控制电路中出现寄生回路2021/9/1521合理安排元件位置合理安排元件位置2021/9/1522设计举例（设计举例（M7120M7120
11、平面磨床为例）平面磨床为例）n机床传动的总体方案机床传动的总体方案n确定电动机型号及参数确定电动机型号及参数n主电路的设计主电路的设计n控制电路的设计控制电路的设计n电磁吸盘控制电路设计电磁吸盘控制电路设计n辅助电路设计辅助电路设计n控制电源的确定及总体电路的完善控制电源的确定及总体电路的完善2021/9/1523机床传动的总体方案机床传动的总体方案 n工作台的往复运动由液压泵电动机工作台的往复运动由液压泵电动机M1M1拖动，拖动，M1M1电机单向运转，往复运动由液压传动装电机单向运转，往复运动由液压传动装置实现。置实现。n砂轮的旋转磨削工作由电动机砂轮的旋转磨削工作由电动机M2M2拖动。拖动
12、。n冷却泵电动机冷却泵电动机M3M3提供磨削时你磨削液提供磨削时你磨削液n砂轮架升降由电动机砂轮架升降由电动机M4M4拖动，拖动，M4M4双向运转。双向运转。n工作台吸盘电路中应具有欠电压保护及去工作台吸盘电路中应具有欠电压保护及去磁控制，以确保工件吸牢及取下方便。磁控制，以确保工件吸牢及取下方便。2021/9/1524电动机的确定电动机的确定 M1 M2 M3 M42021/9/1525主电路的设计主电路的设计2021/9/1526控制电路的设计控制电路的设计2021/9/1527电磁吸盘控制电路设计电磁吸盘控制电路设计2021/9/1528辅助电路的设计辅助电路的设计2021/9/1529
13、控制电源的确定及总体电路的完善控制电源的确定及总体电路的完善n选用选用380V作为控制电路电压。作为控制电路电压。n电磁吸盘采用电磁吸盘采用110V直流供电。直流供电。n照明用照明用24V安全电压，信号指示为安全电压，信号指示为6.3V2021/9/1530常用电器元件选择常用电器元件选择n电器元件的可靠性电器元件的可靠性n电器元件选择的基本原则电器元件选择的基本原则n电器元件的选择电器元件的选择2021/9/1531电器元件选择的基本原则电器元件选择的基本原则n根据对控制元件功能的要求，确定电器根据对控制元件功能的要求，确定电器元件类型；元件类型；n确定元器件承载能力的临界值及使用寿确定元器
14、件承载能力的临界值及使用寿命。命。n确定元器预期的工作环境及供应情况；确定元器预期的工作环境及供应情况；n确定元器件在应用时所需的可靠性等。确定元器件在应用时所需的可靠性等。2021/9/1532电器元件选择电器元件选择n按钮、开关选择按钮、开关选择n接触器选用接触器选用n中间继电器的选用中间继电器的选用n时间继电器的选用时间继电器的选用n热继电器的选用热继电器的选用n熔断器选用熔断器选用n控制变压器的选用控制变压器的选用n电磁铁的选用电磁铁的选用n控制电路中某些电阻的计算。控制电路中某些电阻的计算。2021/9/1533按钮、开关选择按钮、开关选择n按钮按钮n刀开关刀开关n组合开关组合开关n
15、行程开关行程开关n自动开关自动开关2021/9/1534按钮按钮n按钮是短时切换小电流控制电路的开关，根按钮是短时切换小电流控制电路的开关，根据控制功能选择按钮的结构型式及颜色。据控制功能选择按钮的结构型式及颜色。n按钮的额定电压：交流按钮的额定电压：交流500V,直流直流440V,额额定电流定电流5A.n机床上常选用：机床上常选用：LA2、LA10、LA18、LA19、LA20等。等。nLA-nL-主令电器主令电器,A-按钮按钮,-设计序号设计序号,-常开触常开触头数头数,-常闭触头数常闭触头数,-结构型式代号结构型式代号(K、S、J、X、H、F、Y和和D)2021/9/1535按钮按钮nK
16、-开启式nS-防水式nJ-紧急式nX-旋转式nH-保护式nF-防腐式nY-钥匙式nD-带灯按钮2021/9/1536刀开关刀开关n刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源。刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源。n刀开关的种类很多，按级数分单级、双级、和三刀开关的种类很多，按级数分单级、双级、和三极；按刀的转换方向可分单掷和双掷等。常用的极；按刀的转换方向可分单掷和双掷等。常用的刀开关有开启式负荷开关和封闭式负荷开关。刀开关有开启式负荷开关和封闭式负荷开关。n根据电源种类、电压等级、用电设备容量、所需根据电源种类、电压等级、用电设备容量、所需极数及使用场合来选用。极数及使用场合来选用。n
17、开启式，主要控制开启式，主要控制5.5kw以下的电机（一般）型以下的电机（一般）型号号HKI-含义：含义：HK-开启式负荷开关，开启式负荷开关，I-设计序设计序号；号；-额定电流。额定电流。n封闭式（铁壳开关），型号封闭式（铁壳开关），型号HH4-/含义：含义：HH-封闭式负荷开关，封闭式负荷开关，4-设计序号，设计序号，-额定电额定电流，流，-极数。极数。2021/9/1537组合开关组合开关n组合开关主要用于电源引入与隔离，组合开关主要用于电源引入与隔离，n可根据电源种类、电压等级、所需极数及电气可根据电源种类、电压等级、所需极数及电气设备额定容量选取。设备额定容量选取。n额定电压额定电压
18、500V的开关适用于交流的开关适用于交流380V，额定，额定电压电压250V的开关适用于交流的开关适用于交流220V控制。控制。n开关的额定电流一般取设备额定电流的开关的额定电流一般取设备额定电流的1.5倍倍3倍。倍。n常用的型号有常用的型号有HZ系列：系列：HZ1、HZ2、HZ102021/9/1538组合开关技术参数组合开关技术参数2021/9/1539行程开关行程开关n用于控制运动机构的行程、讯号转换、联锁等。用于控制运动机构的行程、讯号转换、联锁等。n根据控制功能、安装位置、电压电流等级、触根据控制功能、安装位置、电压电流等级、触头种类及数量来选择结构和型号。头种类及数量来选择结构和型
19、号。n机床上常用的有机床上常用的有LX2、LX19、JLXK1型行程型行程开关及开关及JXW-11、JLXK1-11型微动开关等。型微动开关等。（LXK3系列新产品，系列新产品，LXW5系列微动开关）系列微动开关）nJLXK1-的含义：的含义：J-机床电器；机床电器；L-主令主令电器；电器；X-行程开关；行程开关；K-快速；快速；1-设计序号；设计序号；-滚轮数目；滚轮数目；-常开触头数；常开触头数；-常闭触头数。常闭触头数。n对于要求动作快、灵敏度高的行程控制，可采对于要求动作快、灵敏度高的行程控制，可采用无触点接近开关。用无触点接近开关。2021/9/1540LXK3系列行程开关主要技术数
20、据系列行程开关主要技术数据2021/9/1541自动开关（自动空气开关）自动开关（自动空气开关）n自动开关又称低压断路器。常作为机床电路的电源引自动开关又称低压断路器。常作为机床电路的电源引入开关，并且对电源设备有过载、短路、欠压保护作入开关，并且对电源设备有过载、短路、欠压保护作用。用。n选用时考虑额定电流和额定电压以及短路保护的电磁选用时考虑额定电流和额定电压以及短路保护的电磁瞬时脱扣器电流整定值应略大于电路最大短路电流。瞬时脱扣器电流整定值应略大于电路最大短路电流。n常用的有常用的有DZ10系列系列(额定电流分额定电流分10、100、200、600A)。小容量的有。小容量的有DZ4、DZ
21、5（额定电流（额定电流25A、50A两级）两级）n引进西门子公司的新产品引进西门子公司的新产品3VE1、3VE3系列。系列。（0.163A)2021/9/1542接触器选用接触器选用n主要考虑主触头的额定电流、额定电压、吸引主要考虑主触头的额定电流、额定电压、吸引线圈的电压等级，其次考虑辅助触头的数量和线圈的电压等级，其次考虑辅助触头的数量和种类、操作频率等。种类、操作频率等。n吸引线圈的电压等级应等于控制电路的电压。吸引线圈的电压等级应等于控制电路的电压。n交流接触器多用交流接触器多用CJ10系列系列，直流接触器多用，直流接触器多用CZD系列。系列。nCJ-型号的含义：型号的含义：C-接触器
22、；接触器；J-交流；交流；-设计序号；设计序号；-主触头额定电流。主触头额定电流。n还有还有LC1-D,可与西门子公司可与西门子公司3TB系列互换使用系列互换使用的的CJX1、CJX2系列。系列。2021/9/1543CJ10系列交流接触器技术数据系列交流接触器技术数据2021/9/1544CZD系列直流接触器基本技术数据系列直流接触器基本技术数据2021/9/1545接触器的选择n选择类型n选择触头的额定电压n选择主触头的额定电流：主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。如负载是电动机，其额定电流按下式推算：选择线圈电压选择触头数量和种类2021/9/1546中间继电器的选用中间继电器的
23、选用n中间继电器用于控制电路中传递与转换信号，中间继电器用于控制电路中传递与转换信号，扩大控制路数，将小功率控制信号转换为大容扩大控制路数，将小功率控制信号转换为大容量的触头控制，扩充交流接触器及其它电器的量的触头控制，扩充交流接触器及其它电器的控制作用。控制作用。n中间继电器主要根据触点的数量及种类确定型中间继电器主要根据触点的数量及种类确定型号，吸引线圈的额定电压等于控制电路的电压号，吸引线圈的额定电压等于控制电路的电压等级。等级。n机床上常用机床上常用JZ7系列，新产品有系列，新产品有JDZ1系列、系列、CA2-DN1系列及仿西门子系列及仿西门子3TH的的JZC1系列系列等。等。2021
24、/9/1547三种系列中间继电器技术参数三种系列中间继电器技术参数2021/9/1548时间继电器的选用时间继电器的选用n时间继电器的类型有：电磁式、空气阻尼式、晶体管时间继电器的类型有：电磁式、空气阻尼式、晶体管式和电动机式等。式和电动机式等。n选用时考虑延时方式、延时范围、延时精度要求、瞬选用时考虑延时方式、延时范围、延时精度要求、瞬时触头数目等。另外，线圈电压等级应满足控制电路时触头数目等。另外，线圈电压等级应满足控制电路的要求。的要求。n对延时精度不高的可选对延时精度不高的可选 用空气阻尼式；对直流断电延用空气阻尼式；对直流断电延时，宜选用价格较低的电磁式；当延时范围大，延时时，宜选用
25、价格较低的电磁式；当延时范围大，延时精度要求高时，可选精度要求高时，可选 用晶体管式或电动机式时间继电用晶体管式或电动机式时间继电器。器。n常用机床时间继电器主要有常用机床时间继电器主要有JS7系列（空气式时间继电系列（空气式时间继电器新产品器新产品JSKI）2021/9/1549热继电器的选用热继电器的选用n热继电器主要对异步电动机进行过载保护。热继电器主要对异步电动机进行过载保护。n热继电器有双金属片式和电子式两种。热继电器有双金属片式和电子式两种。n电子式热继电器保护性能好，适用于重要电动机。电子式热继电器保护性能好，适用于重要电动机。n选择热继电器主要根据电动机的额定电流来确定热继电器
26、选择热继电器主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的额定电流及热元件的电流等级。的额定电流及热元件的电流等级。n对星形接线的电动机可选两相或三相结构式的，对三角形对星形接线的电动机可选两相或三相结构式的，对三角形接线的电动机，应选择带断相保护的热继电器。热元件的接线的电动机，应选择带断相保护的热继电器。热元件的额定电流值，一般按电动机额定电流的额定电流值，一般按电动机额定电流的0.951.05倍选用。倍选用。n常用的热继电器为常用的热继电器为JR0系列，新产品系列，新产品JRS1系列、系列、LR1-D系系列以及西门子的列以及西门子的3UA系列。系列。2021/9/1550熔断器选用熔断器选用n
27、熔断器主要对电气设备起短路瞬时保护作用。熔断器主要对电气设备起短路瞬时保护作用。n主要类型有：插入式、螺旋式、填料封闭客式等。主要类型有：插入式、螺旋式、填料封闭客式等。n机床上常用螺旋式机床上常用螺旋式RL1系列系列n熔断器的选择方法为：根据电路的特点及参数求出熔熔断器的选择方法为：根据电路的特点及参数求出熔体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流来确定其规格型号。来确定其规格型号。n对负载电流较平稳的电气设备，如照明，按额定电流对负载电流较平稳的电气设备，如照明，按额定电流进行选用。进行选用。n对具有冲击电流的电气设备，则应采用经验计算方
28、法对具有冲击电流的电气设备，则应采用经验计算方法选用。选用。2021/9/1551RL1系列熔断器的技术参数系列熔断器的技术参数2021/9/1552控制变压器的选择控制变压器的选择n当机床的控制电器较多，线路又比较复杂时，最好采当机床的控制电器较多，线路又比较复杂时，最好采用控制变压器降压的控制电源，以提高工作的可靠性。用控制变压器降压的控制电源，以提高工作的可靠性。n控制变压器的容量，可根据两个条件来选择控制变压器的容量，可根据两个条件来选择n根据控制电路在最大工作负载时所需要的功率进行选根据控制电路在最大工作负载时所需要的功率进行选择，以保证变压器在长期工作时不致超过允许温升，择，以保证
29、变压器在长期工作时不致超过允许温升，n变压器的容量应能食品店部分已吸合的电器在启动其变压器的容量应能食品店部分已吸合的电器在启动其它电器时，仍能可靠的保持吸合，同时又能保证将要它电器时，仍能可靠的保持吸合，同时又能保证将要启动的电器也能启动吸合。启动的电器也能启动吸合。2021/9/1553电磁铁的选择电磁铁的选择n电磁铁是实现机械、液压、气动自动控电磁铁是实现机械、液压、气动自动控制的动力元件。制的动力元件。n按功能分类有：牵引电磁铁、阀用电磁按功能分类有：牵引电磁铁、阀用电磁铁；铁；n按电分有交流和直流两按电分有交流和直流两 大类。大类。n机床常用牵引电磁铁有机床常用牵引电磁铁有MQ1和和MQ2系列。系列。n交流有交流有MFB1-YC、MFJ3-yc、MFJ1型型及引进美国威格尔公司的及引进美国威格尔公司的MFZ系列。系列。2021/9/1554