项目1_数控机床电气控制基础知识讲解

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1、项目1 数控机床电气控制基础知识 本章要点 数控机床常用低压电器的功能、技术参数； 常用低压电器的图形文字符号及使用方法； 组成电气控制线路的基本规律； 三相异步电动机基本知识介绍； 数控机床电气原理图的画法规则； 自锁及正反转控制规律的典型应用。 技能目标 熟悉数控机床常用低压电器分类和用途; 掌握低压断路器、熔断器、继电器、接触器、主令电器图形与文字符 号的使用方法； 掌握电气原理图的画法规则； 理解数控机床电气控制线路的基本规律； 掌握三相异步电动机的启动和制动控制电路； 通过两个典型的实操训练项目来进一步理解和掌握理论内容。 项目案例导入 在生产上使用三相异步电动机提供的动力来驱动各种

2、金属切削机床、 起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵设备 。 三相异步电动机是由各种有触点的接触器、按钮等低压电器组成的电 器控制电路，实现其启动、正转、反转、制动等控制的。这种控制系 统称为继电器接触器控制系统。 通过三相异步电动机具有热过载保护的控制电路进行案例导入。 提示:控制电路中的QS、FU、KM、FR、SB等文字符号的含义及其代表 的电器元件的作用是什么？控制电路是怎样控制主电路工作的？ 1.1数控机床常用低压电器 1.1.1 低压电器概述 1.1.2 低压断路器 1.1.3 接触器 1.1.4 继电器 1.1.5 熔断器 1.1.6 主令电器 1.1.7 变压

3、器 1.1.1低压电器概述 电器是指对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转 换及保护作用的电工器械。 低压电器指工作在交流50HZ，额定电压1200V，或直流电压1500V 及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。 1.低压电器的分类 按用途分类类 用于各种控制 电路和控制系统的 电器，如接触器、 继电器等。 控制电器 用于自动控制 系统中发送控制 指令的电器，如 按钮、行程开关等。 主令电器 用于完成某种 动作或传动功能的 电器，如电磁铁、 电磁离合器等。 执行电器 用于保护电路 及用电设备的 电器，如熔断器、 热继电器等。 保护电器 用于电能的输送 和分配的电器。

4、如低压断路器、 隔离器。 配电电器 1.低压电器的分类 按工作原理分类类 依据电磁感应原理 来工作的电器， 如交直流接触器、 各种电磁式继电器等。 电磁式电器 电器的工作是靠 外力或某非电物理量的 变化而动作的电器， 如刀开关、行程开关、 按钮、速度继电器 压力继电器、 温度继电器等。 控制电器 2. 电磁式低压电器的基本结构 电磁机构触头系统灭弧装置 基本结构 电磁机构 电磁机构由 铁心 衔铁 励磁线圈 等几部分组成 常用的磁路结构 1-衔铁 2-铁心 3-线圈 点接触式: 用于电流不大的场合 面接触式:用于电流较大的场合 触头系统 结构有 桥式 指式 :适合于触头分合次数多、电流大 的场合

5、 触头 分为 主触头:用于通断电流较大的主电路。 辅助触头:用于通断电流较小的控制电路。 灭弧装置 作用：用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的 电弧，保护触点不受电弧灼伤，并使分断时间缩短 。 灭弧措施灭弧措施： （1）机械灭弧 （2）磁吹灭弧 （3）窄缝灭弧 （4) 栅片灭弧 栅片灭弧 1-熄弧栅片2-触点3-电弧 1.1.2 低压断路器 低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自动 开关。 QF 低压断路器的外形图低压断路器的图形及文字符号 返回 1.低压断路器的作用和分类 作用:用于电动机和其他用电设备的电路中，在正 常情况下，它可以分断和接通工作电流；当电路 发生过载、短路、

6、失压等故障时，它能自动切断 故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备 ；还可用于不频繁地接通、分断负荷的电路，控 制电动机的运行和停止。 分类：框架式（万能式） 塑料外壳式（装置式） 2.低压断路器的工作原理示意图 锁钩 过流 脱扣器 欠压 脱扣器 衔铁 连杆装置 释放弹簧 过载脱 扣器 3.低压断路器的工作过程 低压断路器的主触点靠操作机构手动或电动合闸的 。主触点闭合后，自由脱扣机构的锁钩将主触点锁在 合闸位置上。过流脱扣器的的线圈和过载脱扣器的热 元件与主电路串联，欠压脱扣器的线圈和电源并联。 当电路发生短路时，过流脱扣器的衔铁被吸合，使自 由脱扣机构的锁钩脱开，主触点断开。当电路过载

7、时 ，过载脱扣器的热元件发热使双金属片弯曲，推动自 由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠压脱扣器的衔 铁被释放，也使自由脱扣机构动作。使断路器触点分 离，从而在过流与零压、欠压时保证了电路及电路中 设备的安全。 返回 1.1.3接触器 用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。是机床电动机主电 路中最重要的控制电器。通常分为交流接触器和直流接触器。 接触器外形图 图形符号与文字符号 返回 1.接触器的工作原理 当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生 电磁吸力，使衔铁吸合。由于主触点支持件与衔 铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接 通主电路。与此同时，衔铁还带动辅助触电动作 ，使动合触点

8、闭合，动断触点断开。 当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或 变小，衔铁在复位弹簧的作用下打开，使主、辅 触电恢复到原来的状态，把电路切断。 2.交流接触器 交流接触器用于远距离控制电压至380V，电流至 600A的交流电路，以及频繁起动和控制交流电动 机的控制电器。 常用的交流接触器产品，国内有NC3（CJ46）、 CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列； 引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LC D等系列。 CJ20系列交流接触器的主触点均做成三极，辅助 触点则为两动合两动断形式。此系列交流接触器 常用于控制笼型电动机的起动和运转。 3.直流接触器 直流接触器

9、与交流接触器的工作原理相同。结构 也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电 ，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。为方 便加工，铁心由整块软钢制成。为使线圈散热良 好，通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型，与铁心 直接接触，易于散热。 常用的直流接触器有：CZ0、CZ18等系列。 4.接触器的选用 控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直 流接触器。 接触器的使用类别应与负载性质相一致。 主触点额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。 主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。 吸引线圈电流种类和额定电压应与控制回路电压相一致， 接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠吸合。 接触器

10、的主触点和辅助触点的数量应满足控制系统的要求 。 返回 1.1.4继电器 继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变 化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保 护任务的自动电器。继电器和接触器的工作原理一样，主 要区别在于，接触器的主触点可以通过大电流，而继电器 的触点只能通过小电流。所以继电器只能用于控制电路中 。 返回 1.电压继电器 根据输入电压大小而动作的继电器。 使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。 电压继电器分 过电压继电器：起过电压保护作用 欠电压继电器：起欠电压保护作用 零电压继电器：起零电压保护作用 UKVUKV a)过电压继电器线圈 b

11、)欠电压继电器线圈 c)动合触点 d)动断触点 2.电流继电器 根据输入电流大小而动作的继电器。 使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线 径粗、阻抗小、分压小，不影响电路正常工作。 按用途分为 过电流继电器：当电路发生短路及过流时立即切断电路 欠电流继电器：当电路电流过低时立即切断电路 IKIIKI a)过电流继电器线圈 b)欠电流继电器线圈 c)动合触点 d)动断触点 3.中间继电器 中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。 主要区别： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过 小电流。所以，继电器一般用于机床的控制电路中。

12、KAKA KA 线圈 常开触头 常闭触头 4.热继电器 热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的 保护电器。专门用来对连续运转的电动机进行过 载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。按相数 分为两相热继电器和三相热继电器。 热继电器工作原理：发热元件接入电机主电路， 若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的 下层膨胀系数大，使其弯曲，推动导板运动，常 闭触点断开。 触点接线柱 热元件导板 触点 主电路接线 柱 电流调节凸 轮 手动复位按钮 (a) 外形(b) 结构 热继电器的由热元件、触点系统、动作机构、复位机构 、整定电流装置和温度补偿元件等器件组成。 热继电器主要参数及常用型号 主要参数

13、1.热继电器额定电流：指可以安装的热元件的最大 整定电流 2.相数 3.热元件额定电流：指热元件的最大整定电流。 4.整定电流：指长期通过热元件而不引起热继电器 动作的最大电流。按电动机额定电流整定。 5.调节范围：是指手动调节整定电流的范围。 常用的热继电器有JR0、JR14、JR15、JR16、R20等系列。热继 电器的基本技术数据可查阅有关资料。 热继电器的选择 1）根据实际要求确定热继电器的结构类 2）根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号、 热元件的电流等级和整定电流。 a) 热元件 b) 动断触点 FR 返回 5.时间继电器 时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起 ，经过

14、一段时间延时后触头才动作的继电器。适 用于定时控制。 按工作原理分 空气阻尼式 电磁式 电动式 电子式等。 按延时方式分 通电延时型 断电延时型 数控机床中一般由计算机软件实现时间控制。 时间继电器的文字符号和图形符号 a)b)c) d) e)f)g)h)i) KTKTKT KTKTKTKTKT a) 一般线圈符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭合的动断触点 e) 延时断开的动断触点 f) 延时断开的动合触点 g) 延时闭合的动断触点 h) 瞬时动合触点 i) 瞬时动断触点 返回 1.1.5 熔断器 用于低压线路中的短路保护。 常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、

15、管式熔断器和有填料式熔断器。 FU 熔断器的选择 1.根据线路的要求、使用场合和安装条件选择熔断器类型。 2.熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。 3.熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。 4.熔体额定电流的选择 1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两 极熔体额定电流的比值不小于1.6 ：1。 2）用于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或 稍大于电路的工作电流。 3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定 电流按下式计算： IfN（1.52.5）IN 式中：IfN-熔体额定电流；IN-电动机额定电流 4）保护多台异步

16、电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计 算：IfN（1.52.5）INmax+ IN 返回 1.1.6 主令电器 主令电器是用来发布命令、改变控制系 统工作状态的电器。 主要有控制按钮、行程开关、接近开关 开关等。 1.控制按钮 按钮的外形图和结构 常用于接通和断开控制电路。 (a) 外形图 常闭触点 常开触点常开触点 (b) 结构 按钮图形符号和文字符号 SBSBSBSB SB 动合（常开）触头动断（常闭）触头复合触头 按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及 按钮颜色等要求选用。 数控机床上的按钮站 一般用： 红色表示停止和急停； 绿色表示起动； 黑色表示点动； 蓝色表示复位； 另外还有黄、白等颜色 ，供不同场合使用。 2.行程开关 未撞击未撞击撞击撞击 行程开关结构与按钮类