機床電器與可編程序控制器

第二章電氣控制基本環(huán)節(jié)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中使用的各種機床電氣設備，都廣泛采用電力拖動，并通過電氣控制方式來進行自動控制。電氣控制線路是把各種有觸頭的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關等電氣元件，用導線按一定的方式連接起來組成的控制線路。由于機床設備和加工工藝各異，因而所要求的控制線路也多種多樣。但是無論哪一種控制線路，都是由一些比較簡單的基本控制環(huán)節(jié)組成。因此，只要熟練掌握了控制線路的基本環(huán)節(jié)并通過對典型線路由淺入深、由易到難的剖析分析過程，就不難掌握電氣控制線路的閱讀和設計。本章主要介紹三相交流電動機和直流電動機實現(xiàn)啟停，正反轉、制動、調速等控制基本環(huán)節(jié)。機床電器與可編程序控制器ppt課件第一節(jié)三相異步電動機啟動控制電路三相異步電動機具有結構簡單，運行可靠，堅固耐用，價格便宜，維修方便等一系列優(yōu)點，因此，在電力拖動系統(tǒng)中得到廣泛的應用。三相異步電動機的啟動方式有二種，即全壓直接啟動方式和降壓啟動方式。機床電器與可編程序控制器ppt課件第一節(jié)三相異步電動機的基本控制電路一、三相籠型異步電動機的直接起動控制1.點動控制電路

所謂點動控制，就是當按下按鈕時電動機轉動，松開按鈕電動機就停轉。點動控制電路機床電器與可編程序控制器ppt課件繼電接觸器控制電路都有主電路和控制電路兩部分組成。主電路：直接給電動機繞組供電的電路。控制電路：對主電路的動作實施控制的電路。點動控制電路主電路：三相電源—QS—FU1—KM（主觸點）—FR（熱元件）—M(電動機）控制電路：L21—FU2—1號線—FR（動斷觸點）—2號線—SB—3號線—KM線圈—0號線—

FU2—L22機床電器與可編程序控制器ppt課件工作過程：合上開關QS接通電源按下SBKM線圈通電KM主觸點閉合電動機運轉松開SBKM線圈失電KM主觸點斷開電動機停轉點動控制電路機床電器與可編程序控制器ppt課件單向自鎖連續(xù)運行控制電路主電路控制電路自鎖觸點2.單向運行控制電路（起停控制電路）機床電器與可編程序控制器ppt課件M3~QSFUKMFRSB2SB1單向自鎖連續(xù)運行控制電路結構圖特點：小電流控制大電流。機床電器與可編程序控制器ppt課件M3~一、起動起動時，接通組合開關，按動起動按鈕SB2，則交流接觸器通電，使銜鐵吸合帶動觸頭將常開觸點接通，電動機通電開始運行。M3~QSFUSB1KMFR吸合后自鎖SB2M3~n機床電器與可編程序控制器ppt課件KM主觸頭閉合按下按鈕SB2

KM線圈通電電機轉動動作過程：起動合上開關QSKM輔助觸點閉合（自鎖）

利用自身輔助觸點，維持線圈通電的作用稱自鎖機床電器與可編程序控制器ppt課件M3~n二、停止停止時，按下停止按鈕SB1，則交流接觸器斷電，使銜鐵釋放觸頭將常開觸點斷開，電動機停轉。M3~SB1機床電器與可編程序控制器ppt課件KM主觸頭斷開按下按鈕（SB1）

KM線圈斷電電動機停轉KM輔助觸點斷開動作過程：停止電動機的保護

短路保護是因短路電流會引起電器設備絕緣損壞產生強大的電動力，使電動機和電器設備產生機械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器FU和過流繼電器等。

欠壓是指電動機工作時，電壓降低引起電流增加甚至使電動機停轉，失壓(零壓)是指電源電壓消失而使電動機停轉，在電源電壓恢復時，電動機可能自動重新起動(亦稱自起動)，易造成人身或設備故障。常用的失壓和欠壓保護有：對接觸器實行自鎖；用低電壓繼電器組成失壓、欠壓保護。

過載保護是為防止三相電動機在運行中電流超過額定值而設置的保護。常采用熱繼電器FR保護，也可采用自動開關和電流繼電器保護。三、短路保護

當電路出現(xiàn)短路時，線路電流突然變大，熔斷器燒斷而切斷線路電源，電動機停轉。接觸器常開觸點斷開，線路恢復供電后電機不會自行起動

(失壓、欠壓保護)。M3~nFU短路保護動作過程演示M3~四、過載保護當電路電動機過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件將常閉觸點斷開，使接觸器線圈斷電主觸點斷開，電動機停轉。M3~n過載保護動作演示M3~第二節(jié)三相異步電動機正反控制線路在生產實際中，經(jīng)常要求電動機能正反向運轉，如機床主軸的正向和反向運行，工作臺的前后運行，起重機起吊重物的上升與下降等。從三相異步電動機原理中可知，改變電動機定子繞組的電源相序，就可實現(xiàn)電動機運轉方向的改變。實際應用中，就是通過開關或兩個接觸器改變電源進入電動機三相繞組的相序來實現(xiàn)電動機正反轉控制。

生產機械的運動部件往往需要作正、反兩個方向的運動。這就要求拖動生產機械的電動機具有正、反轉控制。若要實現(xiàn)電動機反向控制，只需將電源的三根相線任意對調兩根(稱換相)即可。

倒順開關也稱可逆轉換開關,如圖所示的S就是倒順開關。1.倒順開關控制的正反轉控制電路靜觸點動觸點

這種電路一般用于額定電流在10A、功率在3kW以下的小容量電動機。2.接觸器控制的正、反轉控制電路1）無聯(lián)鎖的正、反轉控制電路反轉接觸器反轉按鈕正轉接觸器正轉按鈕正轉觸點反轉觸點SB2和SB3決不允許同時按下，否則造成電源兩相短路。

正反轉控制電路必須保證正轉、反轉接觸器不能同時動作。2）有聯(lián)鎖的正、反轉控制電路圖7–20具有電氣聯(lián)鎖的控制電路按下SB2電機正轉通電閉合斷開斷電閉合正轉控制：合上QSKM1線圈通電KM1自鎖觸點閉合KM1主觸點閉合KM1常閉觸點斷開，防止誤動作使KM2線圈通電（聯(lián)鎖）反轉控制：先按下SB1KM1線圈斷電電機停轉KM1自鎖觸點斷開KM1主觸點斷開KM1常閉觸點閉合按下SB3電機反轉“聯(lián)鎖”觸點

在同一時間內，兩個接觸器只允許一個通電工作的控制作用，稱為“聯(lián)鎖”。利用接觸器的觸點實現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱電氣聯(lián)鎖。

缺點：改變轉向時必須先按停止按鈕。解決措施：在控制電路中加入機械連鎖。電氣、機械雙重聯(lián)鎖的控制電路

利用復合按鈕的觸點實現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱機械聯(lián)鎖。電氣聯(lián)鎖機械聯(lián)鎖當電機正轉時，按下反轉按鈕SB2電機反轉停止正轉閉合先斷開斷開斷電閉合通電閉合斷開斷開閉合3）行程控制電路行程控制：

控制某些機械的行程，當運動部件到達一定行程位置時利用行程開關進行控制。至右極端位置撞開STA

動作過程正向按鈕

正向運行電機停車（反向運行同樣分析）正程限位開關STASTB逆程圖7–22行程控制電路工作臺第三節(jié)三相異步電動機制動控制電路三相異步電動機從切斷電源到完全停止旋轉，由于慣性的關系，需要經(jīng)過一段時間，這往往不能適應某些生產機械工藝的要求。如萬能銑床，臥式鏜床，組合機床等，無論是從提高生產效率，還是從安全及準確停位等方面考慮，都要求電動機能迅速停車，所以需要對電動機進行制動控制。三相異步電動機的制動方法一般有兩大類；機械制動和電氣制動。機械制動是用機械裝置來強迫電動機迅速停車；電氣制動實質上是在電動機停車時，產生一個與原來旋轉方向相反的制動轉矩，迫使電動機轉速迅速下降。電氣制動包括反接制動和能耗制動二種。一、反接制動控制電路反接制動是利用改變電動機電源的相序，使定子繞組產生方向相反的旋轉磁場，因而產生方向相反的制動轉矩的一種制動方法。反接制動時，由于轉子與旋轉磁場的相對速度接近于兩倍的同步轉速，所以定子繞組中流過的反接制動電流相當于全電壓直接啟動時電流的兩倍，因此反接制動特點是制動迅速，效果好，但沖擊大，通常僅適用于10kW以下的小容量電動機。為了減小沖擊電流，通常要求在電動機主電路中串接一定的電阻以限制反接制動電流，這個電阻稱為反接制動電阻。反接制動電阻的接線方法有對稱和不對稱兩種接法，采用對稱電阻接法可以在限制制動轉矩的同時，也限制了制動電流，而采用不對稱制動電阻的接法，只是限制了制動轉矩，未加制動電阻的那一相，仍具有較大的電流。反接制動的另一要求是在電動機轉速接近于零時，及時切斷反相序電源，以防止反向再啟動。(一)單向反接制動的控制線路反接制動的關鍵在于電動機電源相序的改變，且當轉速下降接近于零時，能自動將電源切除，因此采用速度繼電器來檢測電動機的速度變化。速度繼電器一般在轉速大于120r/min時觸頭動作，當轉速低于100r/min時，其觸頭恢復原位。圖2-8為單向反接制動的控制線路。工作過程如下：啟動時，按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1通電并自鎖，電動機M通電啟動。在電動機正常運轉時，速度繼電器KS的常開觸頭閉合，為反接制動作好了準備。停車時，按下停止按鈕SB1，其常閉觸頭斷開，接觸器KM1線圈斷電，電動機M脫離電源，由于此時電動機的慣性轉速還很高，KS的常開觸頭依然處于閉合狀態(tài)，所以SB1常開觸頭閉合時，反接制動接觸器KM2線圈通電并自鎖，其主觸頭閉合，使電動機定子繞組得到與正常運轉相序相反的三相交流電源，電動機進入反接制動狀態(tài)，轉速迅速下降，當電動機轉速接近于零時，速度繼電器常開觸頭復位，接觸器線圈電路被切斷，反接制動結束。圖2-8電動機單向運行反接制動控制線路(二)電動機正反向運行的反接制動控制線路圖2-9為電動機正反向運行的反接制動控制線路。當電動機通過正轉接觸器KM1觸頭得電而正向運轉時，速度繼電器KS-1正轉的常閉觸頭和常開觸頭均已動作，分別處于打開和閉合的狀態(tài)。但是，由于對反轉接觸器KM2線圈電路起互鎖作用的KM1常閉輔助觸頭此時已斷開，所以正轉的KS-1的常開觸頭僅僅起到使KM2準備通電的作用，即并不能使它立即通電。當按下停止按鈕SB1時，由于KM1線圈斷電，KM1的常閉觸頭復位閉合，反向接觸器KM2線圈便通電，定子繞組得到反向的三相交流電源，進入反接制動狀態(tài)。由于速度繼電器的常閉觸頭已打開，所以此時反向接觸器KM2線圈不能依靠自鎖觸頭而鎖住電源。當電動機轉子慣性速度接近于零時，KS-1的正轉常閉觸頭和常開觸頭均恢復原來的常閉和常開狀態(tài)，KM2線圈的電源被切斷，反接制動過程便告結束圖2-9電動機正反向運行反接制動控制線路上述這種反接制動控制線路的缺點是主電路沒有限流電阻，沖擊電流大，如頻繁制動容易引起電動機發(fā)熱。圖2-10為具有反接制動電阻的正反向反接制動控制線路。圖中電阻R是反接制動電阻，同時也具有限制啟動電流的作用，該線路工作原理如下：圖2-10具有反接制動電阻的正反向反接制動控制線路合上電源開關QS，按下正轉啟動按鈕SB2，中間繼電器KA3線圈通電并自鎖，其常閉觸頭打開，與中間繼電器KA4線圈構成互鎖電路，KA3常開觸頭閉合，使接觸器KM1線圈通電，KM1的主觸頭閉合使定子繞組經(jīng)電阻R接通正轉三相電源，電動機開始降壓啟動，此時雖然中間繼電器KA1線圈電路中KM1常開輔助觸頭已閉合，但是KA1線圈仍無法通電。因為速度繼電器KS的正轉常開觸點尚未閉合，當電動機轉速上升到一定值時，KS的正轉常開觸頭閉合，中間繼電器KA1通電并自鎖，這時由于KA1，KA3等中間繼電器的常開觸頭均處于閉合狀態(tài)，接觸器KM3線圈通電，于是電阻R被短接，定子繞組直接加以額定電壓，電動機轉速上升到穩(wěn)定的工作轉速。在電動機正常運行的過程中，若是按下停止按鈕SB1，則KA3，KM1，KM3三只線圈斷電。由于此時電動機轉子的慣性轉速仍然很高，速度繼電器KS的正轉常開觸頭尚未復原，中間繼電器KA1仍處于工作狀態(tài)，所以接觸器KM1常閉觸頭復位后，接觸器KM2線圈便通電，其常開主觸頭閉合，使定子繞組經(jīng)電阻R獲得反轉的三相交流電源，對電動機進行反接制動。轉子速度迅速下降，當其轉速小于100r/min時，KS的正轉常開觸頭恢復斷開狀態(tài)，KA1線圈斷電，接觸器KM2釋放，反接制動過程結束。電動機反向啟動和制動停車過程與正轉時相同。反接制動的具有制動力強、制動迅速的優(yōu)點。但其制動準確性差，制動過程中沖擊強烈，易損壞傳動部件，制動能量消耗大，不宜頻繁制動。一般適用于制動要求迅速，系統(tǒng)慣性大，不經(jīng)常啟動和制動的場合。如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動。二、能耗制動控制電路能耗制動是利用發(fā)電機的原理，把旋轉的機械能轉變?yōu)殡娔?，消耗在制動電阻上，故稱為能耗制動。當電動機脫離三相交流電源之后，迅速給定子繞組接入直流電流，產生一個靜止磁場，則轉子產生的感應電流與靜止磁場相互作用達到制動的目的。同反接制動一樣，當電動機轉速接近于零時，應及時切斷直流制動電源。切斷電源的時刻既可以按時間控制原則，用時間繼電器進行控制，也可以按速度原則，用速度繼電器進行控制。下面分別用單向能耗制動和正反向能耗制動控制線路為例來說明。（一）單向能耗制動控制線路圖2-11為時間原則控制的單向能耗制動控制線路。在電動機正常運行的時候，若按下停止按鈕SB1，電動機由于KM1斷電釋放而脫離三相交流電源，而直流電源則由于接觸器KM2線圈通電其主觸頭閉合而加入定子繞組，時間繼電器KT線圈與KM2線圈同時通電并自鎖，于是電動機進入能耗制動狀態(tài)。當其轉子的慣性速度接近于零時，時間繼電器延時打開的常閉觸頭斷開接觸器KM2線圈電路。由于KM2常開輔助觸頭的復位，時間繼電器KT線圈的電源也被斷開，電動機能耗制動接束。圖2-11時間原則控制的單向能耗制動控制線路圖中KT的瞬時常開觸頭與KM2輔助常開觸頭串聯(lián)組成聯(lián)合自鎖，其作用是當萬一發(fā)生KT線圈斷線或機械卡住故障時，防止在按下按鈕SB1電動機進行制動后，因KM2觸頭自鎖使兩相的定子繞組長期接入能耗制動的直流電流而燒毀電動機。該線路還具有手動控制能耗制動的功能，只要使停止按鈕SB1處于按下的狀態(tài)，電動機就能實現(xiàn)能耗制動。圖2-12為速度原則控制的單向能耗制動控制線路。該線路與圖2-11控制線路基本相同，僅是控制電路中取消了時間繼電器KT的線圈及其觸頭電路，而在電動機軸伸端安裝了速度繼電器KS，并且用KS的常開觸頭取代了KT延時打開的常閉觸頭。這樣一來，該線路中的電動機在剛剛脫離三相交流電源時，由于電動機轉子的慣性速度仍然很高，速度繼電器KS的常開觸頭仍然處于閉合狀態(tài)，所以接觸器KM2線圈能夠依靠SB1按鈕的按下通電自鎖。于是，兩相定子繞組獲得直流電源，電動機進入能耗制動。當電動機轉子的慣性速度接近于零時，KS常開觸頭復位，接觸器KM2線圈斷電而釋放，能耗制動結束。圖2-12速度原則控制的單向能耗制動控制線路（二）電動機正反向運行能耗制動控制電路圖2-13為電動機按時間原則控制正反向運行能耗制動控制電路。在其正常的正向運轉過程中，需要停止時，可按下停止按鈕SB1，KM1斷電，KM3和KT線路通電并自鎖，KM3常閉觸頭斷開起著鎖住電動機啟動電路的作用；KM3常開主觸頭閉合，使直流電壓加至定子繞組，電動機進行正向能動耗制。電動機正向轉速迅速下降，當其接近于零時，時間繼電器延時打開的常閉觸頭KT斷開接觸器KM3線圈電源。由于KM3常開輔助觸頭的復位，時間繼電器KT線圈也隨之失電，電動機正向能耗制動結束。電動機反向啟動與反向能耗制動的過程與上述正向情況相同。圖2-13電動機正反向運行能耗制動控制線路電動機正反向運行能耗制動也可以采用速度原則，用速度繼電器取代時間繼電器，同樣能達到制動目的。能耗制動的優(yōu)點是制動準確、平穩(wěn)，且能量消耗小。缺點是需附加直流電源裝置，設備費用較高，制動力較弱，在低速時制動力矩小，一般用于要求制動準確、平穩(wěn)的場合。而按時間原則控制的能耗制動，適用于負載轉速比較穩(wěn)定的生產機械上。對于那些負載慣性經(jīng)常變化的生產機械來說，采用速度原則控制的能耗制動更為合適。第四節(jié)其他基本控制電路一、點動控制在生產實踐中，機床設備有時需要長時間工作，有時需要短時間隙工作，因此要有點動控制，還有些生產機械在進行調整工作時也要采用點動控制。圖2-14列出了實現(xiàn)點動控制的幾種常用電氣控制線路。圖2-14實現(xiàn)點動的幾種控制線路圖2-14a是最基本的點動控制線路。當按下點動啟動按鈕SB時，接觸器KM通電吸合，主觸頭閉合，電動機接通電源。當手松開按鈕時，接觸器KM斷電釋放，主觸頭斷開，電動機被切斷電源而停止運行。圖2-14b是帶手動開關SA的點動控制線路。當需要點動時將開關SA打開，操作SB2即可實現(xiàn)點動控制。當需要連續(xù)工作時合上SA，將自鎖觸頭接入，即可實現(xiàn)長動控制。圖2-14c中增加了一個復合按鈕SB3。點動控制時，按下點動按鈕SB3，其常閉觸頭先斷開自鎖電路，常開觸頭后閉合，接通啟動控制電路，KM線圈得電，主觸頭閉合，電動機啟動運行，當松開SB3時，KM線圈斷電，主觸頭斷開，電動機停止轉動。若需要電動機連續(xù)運轉，則按啟動按鈕SB2即可，停機時需按停止按鈕SB1。圖2-14d是利用中間繼電器實現(xiàn)點動的控制線路。利用點動啟動按鈕SB2控制中間繼電器KA，KA的常開觸頭并聯(lián)在SB3兩端，來控制接觸器KM實現(xiàn)電動機點動。當需長動時可按下SB3按鈕，SB1是停止按鈕。二、多地控制有些大型機床和生產設備，為使操作人員在不同的方位均能進行操作，常常要求多地控制。多地控制就是用多組啟動、停止按鈕控制同一臺電動機。多地控制的連接原則是：啟動按鈕要并聯(lián)，即邏輯或的關系；停止按鈕應串聯(lián)，即邏輯與的關系。根據(jù)這一原則可推廣更多地點的控制。圖2-15所示是多地控