第三章-數(shù)控機(jī)床電氣控制基礎(chǔ)[112頁]課件

1、第3章 數(shù)控機(jī)床電氣控制基礎(chǔ) 本章主要針對步進(jìn)電動機(jī)伺服系統(tǒng)、直流電機(jī)伺服系統(tǒng)、交流電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動伺服系統(tǒng)的控制進(jìn)行討論。 【本章重點(diǎn)】掌握步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)工作原理及控制方式；掌握直流電機(jī)伺服系統(tǒng)及調(diào)速方式；掌握國標(biāo)中對電氣圖用圖形符號和文字符號的規(guī)定；掌握電氣原理圖的繪制原則； 了解電器元件布置圖和接線圖的繪制原則，掌握電氣識圖的方法與步驟；掌握常用電氣控制基本環(huán)節(jié)及其應(yīng)用；能根據(jù)控制要求正確選擇電氣控制方式。3.1 步進(jìn)電動機(jī)伺服系統(tǒng)及其控制 用步進(jìn)電動機(jī)作為數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，一般采用開環(huán)的控制結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖通過步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，使步進(jìn)電動機(jī)產(chǎn)生角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工

2、作臺移動。由于開環(huán)控制系統(tǒng)的控制簡單、價(jià)格低廉，但精度低，可靠性和穩(wěn)定性難以保證，所以通常只適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和機(jī)床改造 3.1.1 步進(jìn)電動機(jī)的基本類型 比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）等幾種。 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)和混合式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)雖然不同，但工作原理相同，下面以反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)為例，來分析說明步進(jìn)電動機(jī)的工作原理。 如圖3-1所示，在電動機(jī)定子上有A、B、C三對繞有線圈的磁極，分別稱之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個(gè)帶齒的鐵心，這種步進(jìn)電動機(jī)稱為三相步進(jìn)電動機(jī)。當(dāng)A、B、C三個(gè)磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極

3、就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。設(shè)A相通電，則轉(zhuǎn)子1、3兩齒被磁極A吸住。A相斷電，B相通電，則磁極A的磁場消失而磁極B產(chǎn)生了磁場，磁極B的磁場把離它最近的2、4兩齒吸引過去，這時(shí)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)了30。再接下去B相斷電，C相通電。根據(jù)同樣道理，轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針轉(zhuǎn)了30。若再A相通電，C相斷開，那么轉(zhuǎn)子再逆轉(zhuǎn)30，使磁極A的磁場把2、4兩個(gè)齒吸住。定子各相輪流通電一次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒。這樣按ABCABCA次序輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)就一步一步地按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。通電線圈每轉(zhuǎn)換一次，步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)30。如果把步進(jìn)電動機(jī)通電線圈轉(zhuǎn)換的次序倒過來換成ACBACB的順序，則步進(jìn)電動機(jī)將按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，所以要改變步

4、進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以在任一相通電時(shí)進(jìn)行。 上述通電方式稱為三相單三拍。“拍”是指從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N通電狀態(tài)；“單”是指每次只有一相繞組通電；“三拍”是指一個(gè)循環(huán)中通電狀態(tài)切換的次數(shù)是三次。圖3-1 步進(jìn)電機(jī)工作原理 此外還有一種三相六拍的通電方式，通電順序?yàn)锳、AB、B、BC、C、CA、A。若以三相六拍的通電方式工作時(shí)，A相斷電而A、B相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的齒將同時(shí)受到A相和B相繞組產(chǎn)生的磁場的共同吸引力，轉(zhuǎn)子的齒只能停在A相和B相磁極間；A、B相同時(shí)斷電而B相通電時(shí)。轉(zhuǎn)子上的齒沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動，并與B相磁極齒對齊。這樣步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)齒距，需要六拍操作。 通常，我們把步進(jìn)電動機(jī)每步轉(zhuǎn)過

5、的角度（或定義為步進(jìn)電動機(jī)每一拍執(zhí)行一次步進(jìn)，其轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度）稱為步距角。如果轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，步進(jìn)電動機(jī)的工作拍數(shù)為K，則步距角為： 步進(jìn)電動機(jī)的步距角越小，它所能達(dá)到的位置精度越高，所以在實(shí)際應(yīng)用中都采用小步距角，常采用圖3-2所示的實(shí)際結(jié)構(gòu)。電動機(jī)定子有三對六個(gè)磁極，每對磁極上有一個(gè)勵磁繞組，每個(gè)磁極上均勻地開著五個(gè)齒槽，齒距角為90。轉(zhuǎn)子上沒有線圈，沿著圓周均勻分布了40個(gè)齒槽，齒距角也為。定子和轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成。定子片的三相磁極錯(cuò)開l3的齒距。這就使A相定子的齒槽與轉(zhuǎn)子齒槽對準(zhǔn)時(shí)，B相定子齒槽與轉(zhuǎn)子齒槽相錯(cuò)13齒距，C相的定子齒槽與轉(zhuǎn)子齒槽相錯(cuò)23齒距。這樣才能在連續(xù)改變通電狀態(tài)

6、下，獲得連續(xù)不斷的步進(jìn)運(yùn)動。1-繞組 2-定子鐵心 3-轉(zhuǎn)子鐵心圖3-2 定子與轉(zhuǎn)子的磁極步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：3.1.2 步進(jìn)電動機(jī)位置控制系統(tǒng)其中為轉(zhuǎn)速，為控制脈沖頻率，為步距角（單位為度數(shù)） 步進(jìn)電動機(jī)位置控制系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，也可以是閉環(huán)系統(tǒng)。但出于經(jīng)濟(jì)性考慮，步進(jìn)電動機(jī)位置控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)系統(tǒng)。1. 步進(jìn)電動機(jī)位置控制系統(tǒng)組成2. 步進(jìn)電動機(jī)的脈沖分配電路（1）硬件脈沖分配器電路 步進(jìn)電動機(jī)的脈沖分配可以由硬件和軟件兩種方法來實(shí)現(xiàn)。硬件環(huán)形分配器是根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)以及通電方式而專門設(shè)計(jì)的電路，圖3-4所示為一個(gè)三相六拍的環(huán)形分配器的邏輯電路圖，其邏輯真值表如表3-1所示

7、。 圖3-3 步進(jìn)電動機(jī)位置控制系統(tǒng)（2）軟件脈沖分配對于不同的計(jì)算機(jī)和接口器件，軟件環(huán)分有不同的形式，現(xiàn)以AT89C51單片機(jī)配置的系統(tǒng)為例加以說明。1）對于由P1口作為驅(qū)動電路的接口控制脈沖經(jīng)AT89C51的并行I/O接口P1口輸出到步進(jìn)電動機(jī)各相的功率放大器輸入，設(shè)P1口的P1.0輸出至A相，P1.1輸出至B相，P1.2輸出至C相。 分配器的主體是三個(gè)J-K觸發(fā)器。三個(gè)J-K觸發(fā)器的Q輸出端分別經(jīng)各自的功放線路與步進(jìn)電動機(jī)A、B、C三相繞組連接。當(dāng)QA1時(shí)，A相繞組通電；QB1時(shí)，B相繞組通電；QC1時(shí)，C相繞組通電。DR+和DR-是步進(jìn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制信號。 正轉(zhuǎn)時(shí)，各相通電順序：A

8、ABBBCCCA； 反轉(zhuǎn)時(shí)，各相通電順序：AACCCBBBA。圖3-4 三相六拍環(huán)形分配器2）建立環(huán)形分配表 表3-2為三相六拍環(huán)形分配表，K為存儲器單元基地址（十六位二進(jìn)制數(shù)），后面所加的數(shù)為地址的索引值。 3.1.3步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路目前，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路主要有以下幾種： 1. 單電壓限流型驅(qū)動電路 圖3-5所示是步進(jìn)電動機(jī)單相驅(qū)動電路，L是電動機(jī)繞組，晶體管VT可以認(rèn)為是一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)，它的理想工作狀態(tài)應(yīng)使電流流過繞組L的波形盡可能接近矩形波。 圖3-5單電壓驅(qū)動電路2. 高低壓切換型驅(qū)動電路 高低壓切換型驅(qū)動電路的最后一級和電壓電流波形圖如圖3-6所示。 圖3-6

9、高低壓驅(qū)動電路3. PWM型驅(qū)動電路 恒頻脈寬調(diào)制驅(qū)動電路就是把常用的斬波恒流和斬波平滑驅(qū) 動電路的優(yōu)點(diǎn)集于一身，所以功能更好。如圖3-7所示，V1是20kHz的方波，它作為各相D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號CP，以保證各相以同樣的頻率進(jìn)行斬波。V2是步進(jìn)控制信號。Vref是比較器OP的正輸入端信號，它用于確定電機(jī)繞組電流iL的穩(wěn)定值。圖3-7 恒頻脈寬調(diào)制驅(qū)動電路3.1.4 步進(jìn)電動機(jī)特性1.步距誤差 2.起動頻率 3.靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系叫矩角特性，如圖3-8所示，近似為正弦曲線。4.起動轉(zhuǎn)矩 5.起動頻率 圖3-8 靜態(tài)矩角特性6.連續(xù)運(yùn)行頻率 7.矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩 矩頻特性

10、是描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系（圖3-9），該特性上每一個(gè)頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。 3.2 直流伺服電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及其控制圖3-9 矩頻特性 功率步進(jìn)電機(jī)用作開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置。由它組成的開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，性能不能滿足使用要求，而且它的性能的提高也受到了很大的限制。 直流電機(jī)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大小正比于電機(jī)中的氣隙磁場，直流電機(jī)的勵磁繞組所建立的磁場是電機(jī)的主磁場，按對勵磁繞組的勵磁方式不同，直流電機(jī)可分為：他激式、并激式、串激式、復(fù)激式、永磁式。20世紀(jì)80-90年代，永磁式直流伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中廣泛采用。3.2.1直流伺服

11、電動機(jī)結(jié)構(gòu)及調(diào)速 直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)與一般直流電機(jī)的基本原理是完全相同的，不同的是為了減小轉(zhuǎn)動慣量做得細(xì)長一些，圖3-10所示直流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的載流導(dǎo)體（即電樞繞組）在定子磁場中，受到電磁轉(zhuǎn)距M的作用，使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。U1為勵磁電壓，U2為電樞電壓圖3-10直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖直流伺服電動機(jī)的調(diào)速方法，可從以下幾點(diǎn)考慮：（1）改變電樞電阻U；（2）改變磁通量;改變激磁回路的電阻RJ以改變激磁電流Ij， 可以達(dá)到改變磁通的目的；（3）在電樞回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻；（4）在激磁回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻。直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式與他勵直流電機(jī)一樣：3.2.2 直流伺服電動機(jī)機(jī)械特性直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性曲

12、線如圖3-11所示， 具體說明如下：圖3-11 機(jī)械特性曲線（1）勵磁電壓U1（即磁通）不變時(shí)，一定的負(fù)載下，電樞電壓U2升高，轉(zhuǎn)速增大。（2）電樞電壓U2=0時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。要使直流伺服電動機(jī)反轉(zhuǎn)，只用改變電樞電壓的極性。3.2.3 直流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)：（1）過載倍數(shù)大，時(shí)間長； （2）具有大的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比，電機(jī)的加速度大，響應(yīng)快。（3）低速轉(zhuǎn)矩大，慣量大，可與絲桿直接相聯(lián)，省去了齒輪等傳動機(jī)構(gòu)?？商岣吡藱C(jī)床的加工精度。（4）調(diào)速范圍大，與高性能的速度控制單元組成速度控制系統(tǒng)時(shí)，調(diào)速范圍超過12000。（5）帶有高精度的檢測元件(包括速度和轉(zhuǎn)子位置檢測元件)；（

13、6）電機(jī)允許溫度可達(dá)150-180，由于轉(zhuǎn)子溫度高，可通過軸傳到機(jī)械上去，這會影響機(jī)床的精度（7）由于轉(zhuǎn)子慣性較大，因此電源裝置的容量以及機(jī)械傳動件等的剛度都需相應(yīng)增加。 直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為1-600W。其用途很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。3.3交流伺服電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及其控制 由于直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能， 80年代初至90年代中，在要求調(diào)速性能較高的場合，直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但其存在一些固有的缺點(diǎn)，即：電刷和換向器易磨損，維護(hù)麻煩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。而交流伺服電機(jī)則沒有上述缺點(diǎn)。特別是在同樣

14、體積下，交流伺服電機(jī)的輸出功率比直流電機(jī)提高10%70%，且可達(dá)到的轉(zhuǎn)速比直流電機(jī)高。因此，人們一直在尋求交流電機(jī)調(diào)速方案來取代直流電機(jī)調(diào)速的方案。3.3.1 交流伺服電動機(jī)分類及結(jié)構(gòu) 在交流伺服系統(tǒng)中，按電機(jī)種類可分為同步型和異步型（感應(yīng)電機(jī)）兩種。由變頻電源供電給同步電機(jī)時(shí)，能方便地獲得與頻率成正比的可變速度，可以得到非常硬的機(jī)械特性及寬的調(diào)速范圍。 原理與兩相交流異步電機(jī)相同，定子上裝有兩個(gè)繞組：勵磁繞組和控制繞組，其中勵磁繞組和控制繞組在空間相隔90。同步電機(jī)原理如圖3-12所示。圖3-12 同步電機(jī)原理圖3.3.2 交流伺服電動機(jī)的接線 交流伺服同步電動機(jī)常用的接線方式有兩種：勵磁繞

15、組接線和控制繞組接線。其接線方式如圖3-13所示。圖3-13 交流伺服電動機(jī)的接線圖3.3.3 交流伺服電動機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用 勵磁繞組中串聯(lián)電容C 的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流相位差接近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。 例：選擇電容，可使交流伺服電機(jī)電路中的電壓電流的相量關(guān)系如圖3-14所示。圖3-14 勵磁繞組的接線1. 交流伺服電機(jī)的力矩特性 這時(shí)，雖然U2 =0V，U1仍存在，似乎成單相運(yùn)行狀態(tài)，但和單相異步機(jī)不同。若單相電機(jī)起動運(yùn)行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)不同，單相電壓時(shí)設(shè)備不能轉(zhuǎn)。 原因：交流伺服電機(jī) R2設(shè)計(jì)

16、得較大。所以在U2=0時(shí)，交流伺服電機(jī)的T=f(s)曲線如圖3-15所示：圖3-15 交流伺服電機(jī)的力矩特性曲線2. 交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性 當(dāng)U2=0時(shí)，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T、T 的合成轉(zhuǎn)矩 T 與單相異步機(jī)不同。合成轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機(jī)在U2=0時(shí)，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號的作用，以免失控。交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性曲線如圖3-16所示。（1）在勵磁電壓不變的情況下，隨著控制電壓的下降，特性曲線下移。在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨控制電壓的下降而均勻減小。 （2）控制電壓 U2 大小變化時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓 U2 成正比。U2 的極性改變

17、時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。圖3-16 交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性曲線( U1=const，n=f(T)3.4 數(shù)控機(jī)床電氣原理圖的畫法規(guī)則3. 交流伺服電機(jī)的應(yīng)用 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在數(shù)控機(jī)床、自動控制、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。 電氣控制線路是由各種有觸點(diǎn)的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關(guān)等組成的控制線路。其作用是實(shí)現(xiàn)對電力拖動系統(tǒng)的起動、反向、制動和調(diào)速等運(yùn)行性能的控制，實(shí)現(xiàn)對拖動系統(tǒng)的保護(hù)，滿足生產(chǎn)工藝要求實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工自動化。各種機(jī)床的加工對象和生產(chǎn)工藝要求不同，電器控制線路就不同。有比較簡單的，也有相當(dāng)復(fù)雜的。但

18、任何復(fù)雜的電器控制線路，也都是由一些比較簡單的基本環(huán)節(jié)根據(jù)需要組合而成的。因此掌握和識讀這些線路圖非常必要。3.4.1 電氣原理圖 電氣控制系統(tǒng)是由電動機(jī)和各種控制電器（如接觸器、繼電器、電阻器、開關(guān)等）組成。電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件及其聯(lián)接圖，稱為電氣控制系統(tǒng)圖。電氣控制系統(tǒng)圖包括電氣原理圖、電氣布置圖和電氣安裝圖。數(shù)控機(jī)床電氣原理圖與普通機(jī)床的電氣控制線路圖的畫法規(guī)則一致，為便于理解，常選用普通機(jī)床為例來進(jìn)行描述。 電氣原理圖是用圖形符號和項(xiàng)目代號表示電器元件連接關(guān)系及電氣工作原理的圖形，它是在設(shè)計(jì)部門和生產(chǎn)現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的電路圖。圖3-17所示的是CW6132型機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的電氣原理圖

19、實(shí)例。繪制電氣原理圖時(shí)應(yīng)遵循的原則：圖3-17 CW6132型車床電氣原理圖（1）主電路標(biāo)號由文字符號和數(shù)字組成，其中的文字符號標(biāo)明主電路中的電氣元件或線段的主要特征，數(shù)字區(qū)別電路的不同線段。如圖中的UVW、U1V1W1和U2V2W2等。（2）控制電路采用阿拉伯?dāng)?shù)字編號，由三位或三位以下的數(shù)字組成。在垂直繪制的電路中，標(biāo)號順序由上而下、由左到右編號，凡是被線圈、繞組、觸頭或電阻、電容等元件所間隔的線段，都應(yīng)標(biāo)以不同的電路標(biāo)號。（3）從電源到電動機(jī)大電流通過的主電路，用粗線條繪制；輔助電路（包括控制電路、照明電路和信號電路）的電流小，用細(xì)線條繪制。（4）無論是主電路還是輔助電路，各電氣元件按動作

20、順序從上到下、從左到右依次排列，可垂直布置或水平布置。（5）標(biāo)出各電源電路的電壓值、極性或頻率及相數(shù)。（6）繼電器、接觸器的觸頭，按吸引線圈未通電狀態(tài)畫，按鈕、行程開關(guān)的觸點(diǎn)按不受外力作用時(shí)的狀態(tài)畫。（7）同一電器的各導(dǎo)電部件（如繼電器、接觸器的線圈和觸點(diǎn)），按照它們在電路中的聯(lián)系分開畫，但用相同的文字符號表示。對完成相同性質(zhì)作用的幾個(gè)電器，在相同的文字符號右下角加上數(shù)字序號，以示區(qū)別。（8）動力電路的電源電路繪成水平線，電動機(jī)及其保護(hù)電器支路，應(yīng)垂直電源電路畫出；輔助電路垂直地繪在兩條或多條水平電源線之間，線圈、電磁鐵、照明燈、信號燈、指示燈，接在接地的水平電源線上。（9）有直接電聯(lián)系的十字

21、交叉導(dǎo)線連接點(diǎn)，必須用黑圓點(diǎn)表示，否則不畫黑圓點(diǎn)。具體表示如圖3-18a)、 b) 、c)所示。圖3-18 交叉節(jié)點(diǎn)的通斷a) 有黑圓點(diǎn)十字交叉節(jié)點(diǎn)b)無黑圓點(diǎn)十字交叉節(jié)點(diǎn)c)T字節(jié)點(diǎn)3.4.2 電氣安裝圖 電氣安裝圖用來表示電氣設(shè)備和電器元件的實(shí)際安裝位置，是機(jī)械電氣控制設(shè)備制造、安裝和維修必不可少的技術(shù)文件。安裝圖可集中畫在一張圖上或?qū)⒖刂乒?、操作臺的電器元件行置圖分別畫出，但圖中各電器元件代號應(yīng)與有關(guān)原理圖和元器件清單上的代號相同。在安裝圖中，機(jī)械設(shè)備輪廓是用雙點(diǎn)劃線畫出的，所有可見的和需要表達(dá)清楚的電器元件及設(shè)備是用粗實(shí)線繪出其簡單的外形輪廓的。其中電器元件不需標(biāo)注尺寸。某機(jī)床電氣安裝

22、圖如圖3-19所示。圖3-19某機(jī)床電器安裝圖3.4.4 圖面區(qū)域的劃分 為了確定圖上內(nèi)容的位置及其用途，應(yīng)對一些幅面較大、內(nèi)容復(fù)雜的電氣圖進(jìn)行分區(qū)。分區(qū)方法及其標(biāo)注垂直布置電氣原理圖中，上方一般按主電路及各功能控制環(huán)節(jié)自左至右進(jìn)行文字說明分區(qū)，并在各分區(qū)方框內(nèi)加注文字說明，幫助機(jī)床電氣原理的閱讀理解；下方一般按“支路居中”原則從左至右進(jìn)行數(shù)字標(biāo)注分區(qū)，并在各分區(qū)方框內(nèi)加注數(shù)字，以方便繼電器、接觸器等電器觸頭位置的查閱。“支路居中”原則是指各支路垂線應(yīng)對準(zhǔn)數(shù)字分區(qū)方框的中線位置。 對于水平布置的電氣原理圖，則實(shí)現(xiàn)左右分區(qū)。左方自上而下進(jìn)行文字說明分區(qū)，右方自上而下進(jìn)行數(shù)字標(biāo)注分區(qū)。 1. 繼電

23、器、接觸器的線圈與觸頭對應(yīng)位置的索引 在繼電器、接觸器線圈下方列有觸頭表，說明線圈對應(yīng)的觸頭所在圖區(qū)號，如圖3-21所示。接觸器KM線圈下方從左至右的第一欄標(biāo)注常開主觸頭所在圖區(qū)號，第二欄標(biāo)注輔助常開觸頭所在圖區(qū)號，第三欄標(biāo)注常閉輔助觸頭所在圖區(qū)號；中間繼電器、電流繼電器KA線圈下方從左至右的第一欄標(biāo)注常開觸頭所在圖區(qū)號，第二欄標(biāo)注常閉觸頭所在圖區(qū)號；時(shí)間繼電器KT線圈下方從左至右第一欄標(biāo)注延時(shí)常開觸頭所在圖區(qū)號，第二欄標(biāo)注延時(shí)常閉觸頭所在圖區(qū)號，第三欄標(biāo)注瞬動常開觸頭所在圖區(qū)號，第四欄標(biāo)注瞬動常閉觸頭所在圖區(qū)號。在繼電器、接觸器的觸頭下面標(biāo)注觸頭對應(yīng)的線圈所在圖區(qū)號。圖3-20 CW6132

24、車床電氣互連接線圖圖3-21 電磁線圈的觸頭索引代號a)接觸器觸頭索引代號b)繼電器觸頭索引代號2. 技術(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)注 在電氣原理圖中還應(yīng)標(biāo)注各電氣元件的技術(shù)數(shù)據(jù)，如熔斷器熔體的額定電流、熱繼電器的動作電流范圍及其整定值、導(dǎo)線的截面積等。3.5 數(shù)控機(jī)床電氣控制的邏輯表示1. 機(jī)床電氣控制的邏輯表示 邏輯變量通常只有“1”、“0”兩種取值，表示兩種相反的邏輯狀態(tài)。在電氣控制中，通常用邏輯變量來描述開關(guān)、線圈元件觸點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)、線圈的通斷電狀。通常“1”表示線圈通電、開關(guān)閉合狀態(tài)；“0”則正好相反。也可使用“真”、“假”和字母表示邏輯狀態(tài)。2. 邏輯運(yùn)算法則 （1） 邏輯與電路 如圖3-22所示觸

25、點(diǎn)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)邏輯與運(yùn)算，邏輯“與”運(yùn)算相當(dāng)于算術(shù)運(yùn)算中的 “乘”運(yùn)算，用符號“”表示，圖3-23中的電路可用邏輯表達(dá)式表示為：圖3-22 邏輯與運(yùn)算KMKAlKA2（2） 邏輯或電路 因3-23所示觸點(diǎn)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)邏輯或運(yùn)算，邏輯“或”運(yùn)算相當(dāng)于算術(shù)運(yùn)算中的“加”運(yùn)算，用符號“十”表示，圖3-23中的電路可用邏輯表達(dá)式為： KM=KA1+KA2圖3-23 邏輯或運(yùn)算（3） 邏輯非電路 邏輯“非”用符號“一”表示，可用邏輯表達(dá)式表示為： KM=KA3.6 電氣控制基本環(huán)節(jié)3.6.1 三相籠型異步電動機(jī)的直接起動控制線路1. 直接起動控制線路 直接起動是一種最簡單的起動方式。起動時(shí)，通過一些直接起動設(shè)備

26、把全部電源電壓（即全壓）直接加到電動機(jī)的定子繞組。一般規(guī)定異步電動機(jī)的功率低于7.5千瓦時(shí)允許起動，如果功率大于7.5千瓦但符合下式者也可直接起動： 如不滿足上式，則必須采用降壓起動的方法。 圖3-24是用開關(guān)直接起動，一般用于小型臺鉆和砂輪機(jī)等設(shè)備。圖3-25是用接觸器直接起動，許多中小型機(jī)床的主電動機(jī)都采用此起動方式。2. 點(diǎn)動與長動控制線路 圖3-26中的接觸器輔助觸點(diǎn)KM是自鎖觸點(diǎn)，其作用是當(dāng)放開起動按鈕SB2后仍可保證KM線圈通電，電動機(jī)運(yùn)行（長動）。圖3-26 a、b、c分別為用按鈕、開關(guān)、中間繼電器來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動的控制線路。圖3-24用開關(guān)直接起動線路 圖3-25用接觸器直接起動線路

27、圖3-26點(diǎn)動控制線路3. 多點(diǎn)起?？刂凭€路圖3-27多點(diǎn)起?？刂凭€路 在大型機(jī)床設(shè)備中，為了方便操作，常要求能在多個(gè)地點(diǎn)對機(jī)床進(jìn)行控制。如圖3-27a）中將起動按鈕并聯(lián)、停止按鈕串聯(lián)，可在三個(gè)地方對機(jī)床實(shí)現(xiàn)行起動停止控制。圖3-27b）中則將起動按鈕串聯(lián)，只有幾個(gè)起動按鈕都被壓下時(shí)設(shè)備才能工作，可保證操作安全。4. 順序起?？刂凭€路 有些機(jī)床要求電動機(jī)能夠經(jīng)常有序的起動，比如主軸必須在液壓泵工作后才能工作，主軸旋轉(zhuǎn)后工作臺才能運(yùn)動，主軸停轉(zhuǎn)后潤滑泵才能停止工作等等。如圖3-28中，為保證電動機(jī)M1、M2的順序起動，起動時(shí)先合上開關(guān)Q，按下SB2，KM1線圈得電自保，電動機(jī)M1起動運(yùn)轉(zhuǎn)；再按下

28、SB4，KM2線圈得電自保，M2起動，同時(shí)將SB1鎖住。停車時(shí)，先按下SB3，KM2線圈失電，其常開輔助觸頭復(fù)位，M2停轉(zhuǎn)；再按下SB1，KM1線圈失電，M1停轉(zhuǎn)。3.6.2 三相籠型異步電動機(jī)的降壓起動控制線路圖3-28順序起停控制線路 當(dāng)三相籠型異步電動機(jī)不滿足直接起動條件時(shí)（見上節(jié)），電動機(jī)必須采用降壓起動，將起動電流限制在允許的范圍內(nèi)，常用的降壓起動方法有定子串電阻降壓起動、丫降壓起動和自耦變壓器降壓起動三種。1. 定子串電阻降壓起動 定子串電阻降壓起動時(shí)，在三相定子電路上串接電阻R，使加在電動機(jī)繞組上的電壓降低，起動完成后再將電阻R短接，電動機(jī)加額定電壓正常運(yùn)行。這種起動方式利用時(shí)間

29、繼電器延時(shí)動作來控制各電器元件的先后順序動作，稱為按時(shí)間順序的控制。典型控制線路如圖3-29所示。圖3-29定子繞組串電阻起動控制線路線路工作過程如下：（1）起動 KM1自鎖觸頭閉合；合上電源開關(guān)QS，按下SB2KM1線圈得電；KM1主觸頭閉合；電動機(jī)串聯(lián)電阻R后起動；KM1常開觸頭閉合KT線圈得電；KM2線圈得電KM2自鎖觸頭閉合；KM2主觸頭閉合（短接電阻R）；電動機(jī)M全壓運(yùn)行；KM2常閉觸頭斷開；KM1、KT線圈斷電釋放。（2）停止按下SB1KM2線圈斷電釋放M斷電停止。 起動電阻R一般采用ZX1、ZX2系列鑄鐵電阻，功率大，能夠通過較大電流；三相電路中每相所串電阻值相等。定子繞組串電阻

30、降壓起動不受電動機(jī)接線形式限制，線路簡單。中小型機(jī)床常用這種方法限制點(diǎn)動調(diào)整時(shí)電動機(jī)的起動電流，如C650型車床、T68型臥式螳床、T612型臥式螳床等。2. 丫降壓起動 正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成聯(lián)結(jié)的籠型異步電動機(jī)，常用丫減壓起動的方法限制起動電流。起動時(shí)，定子繞組先接成丫形聯(lián)結(jié)，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再將定子繞組接成形聯(lián)結(jié)，電動機(jī)全壓運(yùn)行。圖3-30控制線路的工作過程如下： 合上Q，按下SB2，KM2線圈得電自保，KM1線圈得電，使M進(jìn)行丫形聯(lián)結(jié)起動，同時(shí)KT線圈也得電。當(dāng)M的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，到達(dá)時(shí)間繼電器KT整定時(shí)間，KT的常閉延時(shí)觸點(diǎn)先打開，KM1線圈失電，KT的常開延時(shí)觸點(diǎn)后

31、閉合，KM3線圈得電自保，M定子繞組形聯(lián)接全壓運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)KT線圈也失電。圖中KM1、 KM3的輔助常閉觸點(diǎn)，防止KM1、KM3同時(shí)得電造成電源短路。 圖3-30 丫降壓起動控制線路 圖3-31自耦變壓器降壓起動控制線路3. 自耦變壓器降壓起動3.6.3 電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路 正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成丫形聯(lián)結(jié)的異步電動機(jī)，可用自耦變壓器減壓起動。起動時(shí)，定子繞組加上自耦變壓器的二次電壓，一旦起動完畢，自耦變壓器被甩開，定子繞組加上額定電壓正常運(yùn)行。圖3-31的工作過程如下： 當(dāng)合上Q，按下SB2，KM1線圈得電，自藕變壓器T作丫形聯(lián)結(jié)，同時(shí)KM2線圈得電自保，電動機(jī)減壓起動，KT線圈得電自保。 當(dāng)

32、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，到達(dá)KT的整定時(shí)間，其常閉延時(shí)觸頭先打開，KM1、KM2線圈先后失電，T被斷開，KT的常開延時(shí)觸頭后閉合，在KM1的常閉輔助觸頭復(fù)位前提下，KM3得電自保，電動機(jī)全壓運(yùn)行。 電路中KM1、KM3的常閉輔助觸頭是為了防止線圈KM1、KM2、KM3同時(shí)得電將T的一部分繞組短接而使其余部分繞組燒壞。1. 互鎖控制線路 在電氣控制系統(tǒng)中，有時(shí)要求兩個(gè)電動機(jī)M1和M2不準(zhǔn)同時(shí)接通，或同一電動機(jī)驅(qū)動的執(zhí)行元件有兩個(gè)相反的動作（如主軸正反轉(zhuǎn)、工作臺的上下雙向移動等），或兩個(gè)電氣元件不允許同時(shí)得電，這時(shí)就要用到互鎖控制線路。如圖3-32所示，分別將KM1、KM2的動斷（常閉）觸點(diǎn)串

33、接在對方線圈所在電路，使KM1、KM2的觸點(diǎn)互相制約，可保證KM1、KM2的線圈不會同時(shí)得電。此外，還可將復(fù)合按鈕或行程開關(guān)的常閉觸頭串接在對方接觸器的線圈電路中來實(shí)現(xiàn)機(jī)械互鎖。圖3-32 互鎖控制線路 2. 正反轉(zhuǎn)控制線路圖3-33的工作過程是：當(dāng)電動機(jī)M停轉(zhuǎn)時(shí)，如要M正轉(zhuǎn)，則按下SB2，其常閉觸頭先打開，其常開觸頭后閉合，KM1線圈得電，其常閉輔助觸頭先斷開，其常開主觸頭后閉合，M正向起動運(yùn)轉(zhuǎn)，常開輔助觸頭閉合自保；當(dāng)M正轉(zhuǎn)時(shí)，如要M反轉(zhuǎn)，則按下SB3，其常閉觸頭先打開，KM1線圈失電，M的定子切斷正序電源，其常開觸頭后閉合，在KM1常閉觸頭復(fù)位前提下，KM2線圈得電自保，M反轉(zhuǎn)；M反轉(zhuǎn)變

34、為正轉(zhuǎn)與正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)類似。圖3-34為機(jī)床工作臺往返運(yùn)動的示意圖。行程開關(guān)SQ1（反向轉(zhuǎn)正向）、SQ2（正向轉(zhuǎn)反向）分別固定安裝在床身上，反映循環(huán)的兩端點(diǎn)，撞塊A、B固定在工作臺上，隨著運(yùn)動部件的移動可壓下行程開關(guān)SQ1、SQ2，使其觸頭動作，并使電動機(jī)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3-35為往復(fù)自動循環(huán)的主、控制電路，其工作過程是：合上Q，按下SB2，KM1線圈得電自鎖，M正轉(zhuǎn)，驅(qū)動運(yùn)動部件前進(jìn)，當(dāng)前進(jìn)到位，撞塊B壓下SQ2，其常閉觸頭斷開，KM1線圈斷電，M切斷正序電源，但SQ2常開觸頭閉合，又使KM2得電，M反轉(zhuǎn)，運(yùn)動部件后退，當(dāng)后退到位時(shí)，撞塊A壓下SQ1使KM2斷電，KM1通電，M由反轉(zhuǎn)變?yōu)檎D(zhuǎn)，如

35、此周而復(fù)始地自動往復(fù)工作。按下SB1時(shí)，M停轉(zhuǎn)。圖3-33正反轉(zhuǎn)控制線路圖3-34工作臺往返運(yùn)動示意圖 圖3-35往復(fù)自動循環(huán)控制線路3.6.4 電動機(jī)制動控制線路 電動機(jī)從切斷電源到完全停止旋轉(zhuǎn)，由于慣性的關(guān)系，總要經(jīng)過一段時(shí)間。為了縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，停機(jī)位置準(zhǔn)確，并為了安全生產(chǎn)，要求電動機(jī)能迅速停車。一般采用機(jī)械制動和電氣制動，機(jī)械制動采用機(jī)械抱閘或液壓裝置制動，電氣制動是在電動機(jī)在停車時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與原旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩。機(jī)床中常用的電氣制動是反接制動和能耗制動。1. 反接制動 反接制動是利用改變異步電動機(jī)定子繞組中的三相電源相序，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子慣性旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，因而產(chǎn)生制動

36、作用。反接制動的過程為：停車時(shí)，首先將三相電源切換，然后當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)再將三相電源切斷。 圖3-36為單向反接制動線路，其工作過程是： 合上Q，按SB2，KM1得電自鎖，電動機(jī)M正轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到速度繼電器KV的整定值時(shí)，KV的常開觸點(diǎn)閉合，為反接制動作好準(zhǔn)備。M停車時(shí)，按下SB1，SB1的常閉觸點(diǎn)先打開，KM1失電，切斷M的正序電源，但M因慣性仍以很高的轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，原已閉合的KV常開觸點(diǎn)仍閉合，SB1的常開觸點(diǎn)后閉合，由于此時(shí)KM1的常閉輔助觸點(diǎn)已復(fù)位，所以KM2得電自鎖，M定子串接兩相電阻進(jìn)行反接制動。當(dāng)M的轉(zhuǎn)速下降到低于KV的整定值時(shí)，KV的常開觸點(diǎn)復(fù)位，KM2失電，M切斷反序電源自

37、然停車至零。圖3-36反接制動線路 由于反接制動時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場間的速度近于兩倍的同步轉(zhuǎn)速，所以定子繞組中流過的反接制動電流相當(dāng)于全電壓直接起動時(shí)的兩倍，故較大功率的電動機(jī)進(jìn)行反接制動時(shí)，須在電動機(jī)兩相或三相定子繞組中串接一定的電阻以限制制動電流。 反接制動時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度很大，定子電流也很大，因此制動效果顯著。但在制動過程中有沖擊，對傳動部件有害，能量消耗也較大。故用于不太經(jīng)常起、制動的設(shè)備，如銑床、鏜床、中型車床主軸的制動。2. 能耗制動 能耗制動是在電動機(jī)要停車時(shí)切斷三相交流電源的同時(shí)，把定子繞組接入電源，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用以達(dá)到制動的目的，在轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)再切

38、除直流電源。能耗制動實(shí)質(zhì)上是把轉(zhuǎn)子原來儲存的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽脑谵D(zhuǎn)子的制動上，所以稱為能耗制動。一般可用時(shí)間繼電器按時(shí)間控制原則或用速度繼電器按速度控制原則來進(jìn)行制動，對制動準(zhǔn)確性要求不高的機(jī)床也可以手動控制。 圖3-37是用時(shí)間繼電器按時(shí)間控制原則設(shè)計(jì)的單向能耗制動控制線路，圖中KM1為單向運(yùn)行接觸器，KM2為能耗制動接觸器，KT為時(shí)間繼電器，T為整流變壓器，VC為橋式整流電路。其工作過程如下： 合上Q，按下SB2，KM1得電自保，電動機(jī)M起動；停車時(shí)，按下SB1，其常閉觸頭先斷開，KM1失電，M定子切斷三相電源；SB1的常開觸頭后閉合，KM2，KT同時(shí)得電自保，如果M定子繞組丫形聯(lián)接，

39、則將兩相定子繞組接入直流電源進(jìn)行能耗制動。M在能耗制動作用下轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，到達(dá)KT的整定時(shí)間，其延時(shí)常閉觸頭打開，KM2，KT相繼斷電，制動結(jié)束。 該電路中，將KT常開瞬動觸點(diǎn)與KM2自保觸點(diǎn)串聯(lián)，是考慮KT斷線或機(jī)械卡住致使常閉延時(shí)觸點(diǎn)不能斷開，不致于使KM2長期得電，造成M定子繞組長期通過直流電流而過熱。 圖3-38是用速度繼電器按速度控制原則設(shè)計(jì)的雙向能耗制動控制線路，圖中KM1、 KM2為正、反轉(zhuǎn)接觸器，KM3為制動接觸器，KV1、KV2為速度繼電器。其工作過程如下： 電動機(jī) M正向起動運(yùn)轉(zhuǎn)停車時(shí)能耗制動過程：合上Q，按下SB2，KM1得電自保，M正向起動運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)正向轉(zhuǎn)

40、速達(dá)到KV1整定值時(shí)，KV1常開觸點(diǎn)閉合；停車時(shí)，按下SB1，其常閉觸點(diǎn)先打開，KM1失電，由于慣性M的轉(zhuǎn)速還很高，KV1的常開觸點(diǎn)仍閉合，在SB1的常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，KM3得電自鎖，M定子繞組接通直流電進(jìn)行能耗制動，M的轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)正向轉(zhuǎn)速低于KV1整定值時(shí)，KV1的常開觸點(diǎn)復(fù)位，KM3失電，能耗制動結(jié)束，以后M自然停車。 M反向起動運(yùn)轉(zhuǎn)停車時(shí)能耗制動過程與正向類似，不再贅述。 與反接制動相比較，能耗制動具有制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)、能量消耗小等優(yōu)點(diǎn)。但制動力較弱，特別是在低速時(shí)尤為突出。另外它還需要直流電源。故適用于要求制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)的場合，如磨床、龍門刨床及組合機(jī)床的主軸定位等。3.6.5 雙速

41、電動機(jī)的高低速控制線路圖3-37時(shí)間繼電器控制的控制線路 圖3-38速度繼電器控制的控制線路1. 雙速電動機(jī)的變極調(diào)速原理 雙速電動機(jī)在車床、銑床、鏜床等都有較多應(yīng)用，籠型雙速電動機(jī)是由改變定子繞組的磁極對數(shù)來改變其轉(zhuǎn)速的。2. 高低速控制線路 圖3-39中接觸器KM1動作為低速，KM2動作為高速。 圖3-39 a用開關(guān)S實(shí)現(xiàn)高、低速控制； 圖3-39b用復(fù)合按鈕SB2和SB3來實(shí)現(xiàn)高、低速控制。采用復(fù)合按鈕連鎖，可使高低速直接轉(zhuǎn)換，而不必經(jīng)過停止按鈕。這兩種方式均用于小功率電動機(jī)。 圖3-39c用開關(guān)S控制高低速切換。圖3-39三種雙速電動機(jī)高低速控制線路3.6.6 電動機(jī)的保護(hù)環(huán)節(jié) 電氣控

42、制系統(tǒng)除了能滿足生產(chǎn)機(jī)械的加工工藝要求外，要想長期的正常的無故障的運(yùn)行，還必須有各種保護(hù)措施。保護(hù)環(huán)節(jié)是所有機(jī)床電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，利用它來保護(hù)電動機(jī)、電網(wǎng)、電氣控制設(shè)備以及人身安全等。電氣控制系統(tǒng)中常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過載保護(hù)、過電流保護(hù)、零電壓和欠電壓保護(hù)以及弱磁保護(hù)等。1. 短路保護(hù) 電動機(jī)繞組的絕緣、導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時(shí)，造成短路現(xiàn)象，產(chǎn)生短路電流并引起電氣設(shè)備絕緣損壞和產(chǎn)生強(qiáng)大的電動力使電氣設(shè)備損壞。因此在產(chǎn)生短路現(xiàn)象時(shí)，必須迅速地將電源切斷。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和自動開關(guān)。2. 熔斷器保護(hù) 熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載

43、時(shí)，它自動熔斷切斷電路，達(dá)到保護(hù)的目的。熔斷器一般適用于對動作準(zhǔn)確性和自動化程度要求不高的系統(tǒng)中，如小容量的籠型電動機(jī)、一般的普通交流電源等。3. 自動開關(guān)保護(hù) 自動開關(guān)又稱自動空氣熔斷器，它有短路、過載和欠壓保護(hù)，這種開關(guān)能在線路發(fā)生上述故障時(shí)快速地自動切斷電源。它是低壓配電重要保護(hù)元件之一。常作低壓配電盤的總電源開關(guān)及電動機(jī)變壓器的合閘開關(guān)。 在發(fā)生短路時(shí)，熔斷器很可能造成一相熔斷器熔斷，造成單相運(yùn)行，而自動開關(guān)只要發(fā)生短路就會自動跳閘，將三相同時(shí)切斷。自動開關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作頻率低，廣泛用于要求較高的場合。4. 過載保護(hù) 電動機(jī)長期超載運(yùn)行，電動機(jī)繞組溫升超過其允許值，電動機(jī)的絕緣材料就要

44、變脆，壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)使電動機(jī)損壞。過載電流越大，達(dá)到允許溫升的時(shí)間就越短。常用的過載保護(hù)元件是熱繼電器，熱繼電器可以滿足這樣的要求：當(dāng)電動機(jī)為額定電流時(shí)，電動機(jī)為額定溫升，熱繼電器不動作，在過載電流較小時(shí)，熱繼電器要經(jīng)過較長時(shí)間才動作，過載電流較大時(shí)，熱繼電器則經(jīng)過較短時(shí)間就會動作。 由于熱慣性的原因，熱繼電器不會受電動機(jī)短時(shí)過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動作，所以在使用熱繼電器過載保護(hù)的同時(shí)，還必須設(shè)有短路保護(hù)。并且短路保護(hù)的熔斷器熔體的額足電流不應(yīng)超過4倍熱繼電器發(fā)熱元件的額定電流。5. 過電流保護(hù) 過電流一般是由于不正確的起動和過大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩引起的，一般比短路電流要小。 對于三相籠

45、型電動機(jī)，由于其短時(shí)過電流不會產(chǎn)生嚴(yán)重后果，一般不采用過電流保護(hù)而采用短路保護(hù)。直流電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)一般采用過電流繼電器來起短路保護(hù)的作用。6. 零電壓與欠電壓保護(hù) 當(dāng)電動機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，如果電源電壓因某種原因消失，那么在電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動機(jī)就將自行起動，這就可能造成生產(chǎn)設(shè)備的損壞，甚至造成人身事故。為了防止電壓恢復(fù)時(shí)電動機(jī)自行起動的保護(hù)叫零壓保護(hù)。一般常用電壓繼電器來實(shí)現(xiàn)零壓保護(hù)，用按鈕代替開關(guān)來操作也可實(shí)現(xiàn)零壓保護(hù)。 當(dāng)電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路不正常工作，可能產(chǎn)生事故；電源電壓過分地降低也會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)。因此需要在電源電壓

46、降到一定允許值時(shí)將電源切斷，這就是欠電壓保護(hù)。一般常用欠電壓繼電器來實(shí)現(xiàn)欠電壓保護(hù)。7. 弱磁保護(hù) 直流電動機(jī)在磁場有一定強(qiáng)度下才能起動，如果磁場太弱，電動機(jī)的起動電流就會很大，直流電動機(jī)正在運(yùn)行時(shí)磁場突然減弱或消失，電動機(jī)轉(zhuǎn)速就會迅速升高，甚至發(fā)生飛車。因此需要采取弱勵磁保護(hù)。弱勵磁保護(hù)是通過電動機(jī)勵磁回路串入弱磁繼電器（電流繼電器）來實(shí)現(xiàn)的，在電動機(jī)運(yùn)行中，如果勵磁電流消失或降低很多，弱磁繼電器就釋放，其觸點(diǎn)切斷主回路接觸器線圈的電源，使電動機(jī)斷電停車。3.6.7 電液聯(lián)合控制 組合機(jī)床的動力頭是既能完成進(jìn)給運(yùn)動，又能同時(shí)完成刀具切削運(yùn)動的動力部件。液壓動力頭的自動工作循環(huán)是由控制線路控制

47、液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。圖3-40是動力頭工作循環(huán)示意圖，圖3-41是一次工作進(jìn)給液壓系統(tǒng)和電氣控制線路圖。其自動工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退，工作過程如下：1. 動力頭原位停止 動力頭由液壓缸YG驅(qū)動，當(dāng)電磁鐵1YA、2YA、 3YA都斷電時(shí)，電磁閥YV1處于中間位置，動力頭停止不動。動力頭在原位時(shí)，限位開關(guān)SQ1由擋鐵壓住，其動合觸點(diǎn)閉合，動斷觸點(diǎn)斷開。2. 動力頭快進(jìn) 把轉(zhuǎn)換開關(guān)S撥到“1”位置，按動按鈕SB1，中間繼電器K1得電動作，并自鎖，其動合觸點(diǎn)閉合使電磁鐵1YA、2YA通電。1YA通電使電磁閥YV1左位工作，動力頭向右運(yùn)動（進(jìn)）。由于1YA、3YA同時(shí)通電，除了接通工進(jìn)油路外，經(jīng)閥YV2

48、將液壓缸有桿腔內(nèi)的回油排入無桿腔，形成差動聯(lián)接，加大了油的流量，所以動力頭做快速向前運(yùn)動。 3. 動力頭工進(jìn) 在動力頭快進(jìn)過程中，當(dāng)擋鐵壓動開關(guān)SQ2時(shí)，其動合觸點(diǎn)閉合，使KA2得電動作，KA2的動斷觸點(diǎn)斷開使3YA斷電，使動力頭自動轉(zhuǎn)換為工作進(jìn)給狀態(tài)。KA2的動合觸頭接通自鎖電路（即當(dāng)擋鐵離開SQ2時(shí)， SQ2觸點(diǎn)復(fù)位時(shí)，K2的線圈仍保持得電）。圖3-41 動力頭工作循環(huán)液壓及電氣控制圖4. 動力頭快退 當(dāng)動力頭工作進(jìn)給到終點(diǎn)后，擋鐵壓下開關(guān)SQ3其動合觸點(diǎn)閉合，使KA3得電動作并自鎖，其動斷觸點(diǎn)打開，使1YA、3YA斷電，動力頭停止工進(jìn)；KA3的動合觸點(diǎn)閉合，使2YA得電，電磁閥YV1右位

49、工作，動力頭快速退回，動力頭退到原位后，開關(guān)SQ1被壓下，其動斷觸點(diǎn)斷開，使KA3斷電，因此2YA也斷電，動力頭停止運(yùn)動。5. 動力頭“點(diǎn)動調(diào)整” 將轉(zhuǎn)換開關(guān)S撥到“2”位置時(shí)，按動按鈕SB1也可接通KA1，使電磁鐵1YA、3YA通電，動力頭可向前快進(jìn)。當(dāng)動力頭不在原位（SQ1原態(tài)），需要快退時(shí)，可按動按鈕SB2，使KA3得電動作而使2YA得電，動力頭快速退回原位，壓下SQ1，使KA3斷電，動力頭停止。 可在上述控制線路的基礎(chǔ)上，加一延時(shí)線路，就可得到這樣的自動工作循環(huán)：快進(jìn)工進(jìn)延時(shí)停留快退。控制線路如圖3-42所示。實(shí)際上就多加了一個(gè)時(shí)間繼電器KT。當(dāng)工進(jìn)到終點(diǎn)后，壓動開關(guān)SQ3，使時(shí)間繼電

50、器KT通電，其瞬時(shí)動斷觸點(diǎn)KT斷開，使1YA、3YA斷電，動力頭停止工進(jìn)。到達(dá)時(shí)間繼電器的整定時(shí)間后，其延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合，使繼電器KA3延時(shí)接通得電，即2YA通電后，才開始快退。3.7 機(jī)床電氣控制線路應(yīng)用示例圖3-42 具有“延時(shí)停留”的控制線路3.7.1 C650型臥式車床的電氣控制線路 本節(jié)將分析幾種常用的車床、銑床、鉆床、鏜床和磨床的電氣控制線路，從而進(jìn)一步掌握控制線路的組成，典型環(huán)節(jié)的應(yīng)用及分析控制線路的方法，從中找出規(guī)律，逐步提高閱讀電氣原理圖的能力，為獨(dú)立設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 臥式車床可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋。車床在加工工件時(shí)，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，應(yīng)選擇合適的

51、主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度。C650臥式車床屬中型機(jī)床，圖3-43為其控制線路，其特點(diǎn)如下：（1）主軸正反轉(zhuǎn)用正、反向接觸器進(jìn)行控制。（2）C650車床的主電動機(jī)的功率為30kW，但因不經(jīng)常起動，所以采用直接起動。（3）為了對刀和調(diào)整工件，主軸電動機(jī)的控制線路設(shè)有點(diǎn)動環(huán)節(jié)。（4）為提高工作效率，主軸電動機(jī)采用反接制動。在反接制動時(shí)，為減小制動電流，定子回路串入限流電阻R。在點(diǎn)動時(shí)，R也串入定子回路，防止頻繁點(diǎn)動時(shí)使主電動機(jī)過熱。（5）為監(jiān)測主軸電動機(jī)定子大電流，通過電流互感器接入電流表。為防止主軸電動機(jī)的起動電流以及反接制動電流對電流表造成沖擊，在主軸電動機(jī)起動和反接制動時(shí)，與電流表并聯(lián)一個(gè)時(shí)間繼電器

52、的通電延時(shí)打開的常閉觸頭。（6）加工螺紋時(shí)，為了保證工件的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進(jìn)給速度間的嚴(yán)格比例關(guān)系，刀架的進(jìn)給運(yùn)動也由主軸電動機(jī)拖動。（7）為減輕工人的勞動強(qiáng)度和節(jié)省輔助工時(shí)，專設(shè)一臺2.2kw的電動機(jī)拖動溜板箱快速運(yùn)動。（8）加工時(shí)為防止刀具和工件的溫度過高，用一臺電動機(jī)帶動冷卻泵供給切削液冷卻。冷卻泵電動機(jī)在主軸電動機(jī)開動后方可起動旋轉(zhuǎn)。（9）主電動機(jī)和冷卻泵電動機(jī)有短路和過載保護(hù)。（10）有安全照明電路。圖3-43中M1為主軸電動機(jī)，M2為冷卻泵電動機(jī)，M3為快速移動電動機(jī)，其控制過程如下：2. 主電動機(jī)的點(diǎn)動調(diào)整 圖3-44為點(diǎn)動環(huán)節(jié)的控制線路圖。線路中KM3為電動機(jī)M1的正轉(zhuǎn)用接觸器

53、，KM4為M1的反轉(zhuǎn)用接觸器，KA為中間繼電器。按下點(diǎn)動按鈕SB6，接觸器KM3得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)的定子繞組經(jīng)限流電阻R和電源接通，電動機(jī)在較低速度下起動。松開按鈕SB6，KM3斷電，M1停止轉(zhuǎn)動。在點(diǎn)動過程中，中間繼電器KA線圈不通電，KM3線圈不會自鎖。3. 主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 如圖3-45所示為C650車床正反轉(zhuǎn)控制線路，對于主電動機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)包括M1的正向長動控制和M1的反向長動控制。（1）M1的正向長動按下正向起動按鈕SB1，接觸器KM首先得電動作，其主觸點(diǎn)閉合將限流電阻R短接，其輔助觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA得電，其輔助觸點(diǎn)（13-7）閉合使接觸器KM3得電，KM3的

54、主觸點(diǎn)閉合使M1直接正向起動，KM3的動合觸點(diǎn)（15-13）和K的動合觸點(diǎn)(5-15)的閉合將KM3的線圈自鎖。（2）M1的反向長動按下反向起動按鈕SB2，接觸器KM首先得電動作，其主觸點(diǎn)閉合將限流電阻R短接，其輔助觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA得電，其輔助觸點(diǎn)（21-23）閉合使接觸器KM4得電，KM4的主觸點(diǎn)將三相電源反接，電動機(jī)在全壓下反轉(zhuǎn)起動。KM4的動合觸點(diǎn)（15-21）和KA的動合觸點(diǎn)(5-15)的閉合將KM4的線圈自鎖。KM4的動斷觸點(diǎn)(7-11)和KM3的動斷觸點(diǎn)(23-25)分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到了電動機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。4. 主軸電動機(jī)的反接制動控制C650

55、型臥式車床采用了反接制動方式。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近到零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號切斷電動機(jī)的電源。圖3-46是C650型臥式車床正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與反接制動的控制線路。 速度繼電器與被控電動機(jī)是同軸連結(jié)的，當(dāng)電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS1 (17-23)閉合，電動機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點(diǎn)KS2(17-7)閉合。當(dāng)電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器KM3和KM、繼電器KA都處于得電動作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點(diǎn)KS1 (17-23)也是閉合的，這樣就為電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動做好了準(zhǔn)備。3.7.2 X62W型萬能升降臺銑床的電氣控制線路 需要停車時(shí)，按下停止按鈕SB4，接觸器KM失電，

56、其主觸點(diǎn)斷開，電阻R串入主回路。同時(shí)KM3和KA也失電，KM3斷開了電動機(jī)的電源，KA失電后其動斷觸點(diǎn)復(fù)位閉合。這樣就使反轉(zhuǎn)接觸KM4的線圈通過線路“1-3-5-17-23-25”得電，電動機(jī)的電源反接，電機(jī)處于反接制動狀奮。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí)，速度繼電器KS的正轉(zhuǎn)動合觸點(diǎn)KS1(17-23)斷開，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動機(jī)脫離電源停止。電動機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的制動與正轉(zhuǎn)時(shí)相似，不再贅述。5. 刀架的快速移動和冷卻泵控制 刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動行程開關(guān)SQ來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓下SQ后，接觸器KM2得電吸合，電動機(jī)M3轉(zhuǎn)動帶動刀架快速移動。M2為冷卻泵電動機(jī)，其

57、起動與停止是通過按鈕SB3和SB5控制的。 銑床主要用于加工零件的平面、斜面、溝槽，如裝上分度頭，還可加工齒輪和螺旋面，如裝上回轉(zhuǎn)工作臺還可加工凸輪和弧形槽。 一般中小型銑床都采用三相異步電動機(jī)拖動。由于沒有速度比例協(xié)調(diào)要求，多數(shù)的銑床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（主運(yùn)動）和進(jìn)給運(yùn)動分別由單獨(dú)的電動機(jī)拖動。銑床的主軸要求能正向和反向旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)順銑和逆銑；為了加工前對刀和提高生產(chǎn)率，要求主軸停止迅速，所以 電氣線路要具有制動措施；銑床的工作臺有前后、左右和上下三個(gè)方向的運(yùn)動，每個(gè)方向又有正反向兩個(gè)運(yùn)動，三個(gè)方向上還要實(shí)現(xiàn)空行程的快速移動。X62W萬能升降臺銑床的電氣原理圖如圖3-47所示。1X62W電氣線路

58、 該銑床由三臺異步電動機(jī)拖動，M1為主軸電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)主軸正、反轉(zhuǎn)。M2為進(jìn)給電動機(jī)，通過操縱手柄和機(jī)械離合器相配合實(shí)現(xiàn)前后、左右、上下三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動和進(jìn)給方向的快速移動。為了擴(kuò)大其加工能力，在工作臺上可加圓形工作臺，圓工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是由進(jìn)給電動機(jī)經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的。M3為冷卻泵電動機(jī)。三臺電動機(jī)都具有可靠的短路保護(hù)和過載保護(hù)。 根據(jù)加工工藝要求，該機(jī)床采取了如下措施：（1）為實(shí)現(xiàn)順銑和逆銑，主軸電動機(jī)M1要求能正反轉(zhuǎn)。（2）為準(zhǔn)確停車，主軸電動機(jī)采用電磁離合器制動。（3）為防止刀具和機(jī)床的損壞，要求只有主軸旋轉(zhuǎn)后才允許有進(jìn)給運(yùn)動和進(jìn)給方向的快速移動。（4）為降低加工件表面粗糙度，只有進(jìn)給停

59、止后主軸才能停止或同時(shí)停止，該機(jī)床在電氣上采用了主軸和進(jìn)給同時(shí)停止的方式。但是由于主軸運(yùn)動的慣性很大，實(shí)際上就保證了進(jìn)給運(yùn)動先停止、主軸運(yùn)動后停止的要求。（5）為實(shí)現(xiàn)前后、左右、上下三個(gè)方向的正反向運(yùn)動，要求進(jìn)給電動機(jī)M2能正反轉(zhuǎn)。（6）為保證安全，六個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動在同一時(shí)刻只允許工作臺向一個(gè)方向移動，該機(jī)床采用了機(jī)械操縱手柄和行程開關(guān)相配合的辦法來實(shí)現(xiàn)六個(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動的互鎖。（7）為了縮短調(diào)整運(yùn)動的時(shí)間，提高生產(chǎn)率，工作臺應(yīng)有快速移動控制。該機(jī)床進(jìn)給的快速移動是通過牽引電磁鐵和機(jī)械掛擋來完成的。（8）主軸運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動采用變速孔盤來進(jìn)行速度選擇，為保證變速時(shí)齒輪易于嚙合，減小齒輪端面的沖擊

60、，兩種運(yùn)動都要求變速后作瞬時(shí)點(diǎn)動（沖動）。（9）當(dāng)主電動機(jī)或冷卻泵電動機(jī)過載時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動必須立即停止，以免損壞刀具和機(jī)床。（10）為操作方便，進(jìn)行兩處控制各部件的起停。 使用圓工作臺時(shí)，要求圓工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與工作臺的上下、左右、前后三個(gè)方向的運(yùn)動之間有聯(lián)鎖控制，即圓工作臺旋轉(zhuǎn)時(shí)，工作臺不能向任何方向移動。 到接通位置，主軸換向的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5撥到所需要的轉(zhuǎn)向。這時(shí)按下裝在機(jī)床正面的床鞍上的起動按鈕SB1或裝在機(jī)床側(cè)面的起動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合，其主觸點(diǎn)閉合接通主電動機(jī)M1的定子繞組，M1起動。KM1的輔助動合觸點(diǎn)(7-9)的閉合將線圈自鎖，輔助動合觸點(diǎn)(17-7)的閉合為工作臺進(jìn)