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1、数控机床电气与PLC控制,庄晓龙,低压电器:通常是指用于额定电压在直流DC 200V、交流AC1500V及以下电路中的电器。（KV以上为高压电器）,低压电器及控制环节,按用途分:1控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器。如手动电器有转换开关、按钮开关等，自动电器有接触器、继电器、电磁阀等；自动保护电器有热继电器等。,2配电电器 用于电能输送和分配的电器。如刀开关、熔断器、低压断路器等。,3执行电器 用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁，电磁离合器，等。,4其它电器 包括变频调速器、可编程序控制器、软起动器、稳压与调压电器等。,1、手动启、停控制,1.1 刀开关通常用于接通或分断无负载
2、电路，作为电源引入开关或隔离开关。,1、胶盖闸刀开关,这种开关易被电弧烧坏，不宜带重负载接通或分断电路，主要用于频率为50Hz，电压低于380V，电流小于60A的电力线路中。作为一般照明、电热等回路的控制开关，也可以用作分支线路的配电开关。,2、熔断器式刀开关,一般多采用有填料熔断器和刀开关组合而成，广泛应用于开关柜或与终端电器配套的电器装置中，作为线路或用电设备的电源隔离开关及严重过载和短路保护之用。,3、封闭式负荷开关,额定电流应大于或等于电动机额定电流的3倍，额定电压应大于线电压,1.2 转换开关,转换开关是一种多档式，控制多回路的主令电器。广泛用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动
3、机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关。,1、组合开关,2、万能转换开关,万能转换开关是具有更多操作位置和触点、能够换接多个电路的一种手动控制电器，能控制多个回路，适应复杂线路的要求。,1.3 熔断器,一、组成:主要由熔体和放置熔体的绝缘管和底座组成。,熔体的材料有两类：（）低熔点材料：铅锡合金、锌（）高熔点材料：银、铜、铅,三、常用产品系列：RC系列插入式熔断器 RL系列螺旋式熔断器,R系列玻璃管式熔断器 RT系列有填料密封管式熔断器 RM系列无填料密封管式熔断器等,四、符号,二、作用：短路保护。,RC系列插入式熔断器,熔体材料主要是软铅丝和铜丝，瓷座和瓷盖共同形成灭弧室。适用于不
4、振动场合，民用和工业的照明用路。,RL系列螺旋式熔断器,主要用于工矿企业低压配电设备、机床设备的电气控制系统中,最大分断电流可达1250A,拆卸，检修较为方便,1.4 低压断路器（自动开关）,一、作用：不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。,主要用于在不频繁操作的低压配电线路或开关控制柜（箱）中作为电源开关使用。,具有过载、过电流、短路、断相、漏电等保护作用。,按结构形式分：万能框架式、塑壳式和模块式。,二、工作原理,1、主触头 2、自由脱扣器 3、过流脱扣器 4、分励脱扣器5、热脱扣器 6、欠压脱扣器 7、控制按钮,三、符号,仅适用不频繁起动的
5、小容量电动机只能就地操作，不便远距离控制无失压欠压保护,1.5 手动直接启动控制电路,2.1 控制按钮,控制按钮是一种接通或分断小电流的主令电器。主要用于操纵接触器、继电器或电气联锁电路，以实现对各种运动的控制。,1、组成1）按钮帽2）复位弹簧3）动触头4）静触头,2、点动与长动控制,指示灯式在透明的按钮内装入信号灯，以作信号显示；钥匙式为使用安全起见，须使用钥匙插入方可旋转操作。,按钮帽的颜色有红、绿、黑、黄、白、蓝、灰等。,红色“停止”和“急停”；绿色“启动”；黑色“点动”蓝色“复位”黑白、白色或灰色“启动”与“停止”交替动作,2、结构型式紧急式装有突出的蘑菇形钮帽，以便紧急操作；旋转式用
6、手旋转进行操作；,2.2 接触器,一、作用：可频繁地接通和分断交直流主电路及大容量的控制电路。,二、工作原理：,1、组成：触点系统、电磁机构和灭弧装置等部分。,2、主触点用以通断电流较大的主电路，辅助触点用来通叫小电流的控制电路。,3、具有欠压失压保护作用。,三、符号,2.3 继电器,继电器是一种根据电气（I,U等）或非电气量（热、时间、转速、压力等）的变化，接通或断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。,继电器与接触器的区别：,（）继电器一般用于控制小电流的电路，触点额定电流不大于A，没有灭弧装置，而接触器一般用于控制大电流的电路，主触点额定电流不小于A，有的加有灭弧装置。,（）接触器只能
7、对电压作出反应，而继电器可在电量或非电量作用下动作。,一、中间继电器,1、作用：将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器，它的输入信号为线圈的通断，输出是触点的动作。用来弥补主继电器触点的不足或容量不足。,2、与接触器的区别：,（2）中间继电器的电磁系统和触点系统在结构上比较小巧，触点对数较多，无主辅触点之分，各触点允许通过的电流相等。,（1）接触器用来接通和分断大功率的负载电路，中间继电器用来切换小功率的负载电路（电机辅助电路）。,3、符号,二、热继电器,一、作用：主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过电流和断相保护。,二、符号：,2.4 点动与长动控制线路,SB2启动按钮SB1
8、停止按钮,点动,长动,KM自锁触点,电路保护环节：1、短路保护(FU)2、过载保护(FR)3、欠压和失压保护（KM）,SA+长动 SA点动,SB2+长动 SB3+点动,SB2点动与长动的控制按钮SB3启动按钮，SB1停止按钮,机械互锁,电气互锁,从主电路上看KM1和KM2同时通电会造成主电路电源短路注意：KM1和KM2不能同时通电或闭合,3、正反转控制,电气互锁的作用：防止接触器主触点熔焊或机械结构失灵使主触点不能断开。若另一接触器动作会造成事故。,4、顺序和多点控制,5、时间控制,1、作用：在电路中起延时、定时作用。,2、分类：按延时原理分：主要有空气式、电动式、电子式等几大类。按延时方式有
9、通电延时和断电延时两种。,断电延时继电器：当线圈断电时触点延时动作，线圈通电时触点瞬时动作。,通电延时继电器：当线圈通电时触点延时动作，线圈断电时触点瞬时动作。,6、行程控制,一、行程开关,1）直动式行程开关,结构简单、成本低，但其触点的分合速度取决于撞块移动速度，不宜用在撞块速度小于04m/min的场合。,2）旋转式行程开关,当滚轮5走过操纵件6的中点时，盘形弹簧4和弹簧10都使操纵件6迅速转动，因而使动触点迅速地与右边的静触点分开，并与左边的静触点闭合。这样就减少了电弧对触点的烧蚀，并保证了动作的可靠性。适用于低速运动的机械。,二、工作台自动往返控制,SQ3和SQ4为超程限位开关,除去SQ
10、1是怎样一个工作过程？,3）微动开关,体积小，动作灵敏，适合小型电器及电气设备中。要限制推杆的最大行程，以免压坏开关。,2、接近开关,由高频振荡器和整形放大器组成。,振荡器振荡后，在开关的感应面上产生一个交变磁场，当金属物体接近感应面时，金属体产生涡流，吸收了振荡器的能量，使振荡器减弱以致停止振荡。,电动机基本控制线路,1 三相异步电动机的启动控制线路,启动基本要求：1、足够的起动转矩以加快起动过程。2、起动电流要小。,起动方法有全压起动和降压起动,起动方法要根据电网容量的大小，电动机的功率大小和种类以及工作特性和要求等因素决定。,一、全压起动,利用闸刀开关或接触器直接把电动机接到电网上。,优
11、点：起动设备简单，成本低，起动时间短，起动方便可靠。,缺点：起动电流大，对电动机和电网有一定的冲击。,二、降压起动,电动机的定子加上了降低了的电压进行起动，起动后再将电压恢复至额定值，目的是减少较大的起动电流以减少对电网的冲击。,（一）Y降压起动 在正常运行时，电机定子绕组联成形，起动时联结成Y形，起动完毕后再恢复为形。,问题：电机定子绕组有接成Y形和形，正常工作接成Y形的电机是否可以采用Y-降压起动？Y-降压起动的特点？,KMY与KM不能同时通电,电动机起动时，在三相定子电路上串接电阻，使加在电动机绕组上电压降低，起动后再将电阻短接，电动机仍然在额定电压下正常运行。,特点：起动方式不受电动机
12、接线形式的限制，设备简单。,（二）串联电阻降压起动,2、制动控制,停机制动有两种类型：一是电磁铁操纵机械进行制动的电磁机械制动；二是电气制动使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的力矩来进行制动，常用的电气制动有反接制动和能耗制动。,（一）、电磁式机械制动控制电路,应用较普遍的机械制动装置有电磁抱闸和电磁离合器两种。1、电磁抱闸结构,制动轮和电机同轴安装，当制动闸紧紧抱住制动轮，电动机转子便会迅速停止旋转。,（）断电制动控制电路,保证制动闸松开后再启动电机，KM2失电电机停转时抱闸。,优点是不至于因电路中断或电气故障的影响而造成事故。如吊车、电梯、卷扬机等机械常采用。,缺点是切断电源后电动机就
13、被制动刹住不能转动不便调整。,（）通电制动控制电路,优点是只有停止按钮SB1按到底，KM2线圈才能通电制动，如只要停车而不需制动，停止按钮SB1不按到底，故可根据实际需要掌握制动与否，延长电磁抱闸寿命。,(二)、速度继电器,一、作用：当转速达到规定值时动作的继电器，与接触器配合，实现对电动机的制动。,二、工作原理,三、符号：,原理：反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定于绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。,特点：制动力矩大，制动迅速，效果好，但冲击效应较大，制动准确性差。通常仅适用于10kw以下的小容量电动机。,要求1：通常要求在电动机主电路中串接反接制动电阻电阻以
14、限制反接制动电流。反接制动电阻的接线方法有对称和不对称两种接法。,要求2：在电动机转速接近于零时，及时切断反相序电源，以防止反向再起动。,（三）、电气制动控制线路,1、反接制动,（1）单向反接制动控制电路,（为反接制动作好准备）,（2）可逆运行反接制动控制电路,2、能耗制动控制,原理：在电动机脱离三相交流电源之后，在电动机定子绕组上立即加一个直流电压，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。,优点：停车准确可靠，制动平稳、能耗小。对电网无冲击，缺点：需要直流电源。,在一些重型机床中，常常将能耗制动与电磁抱闸配合使用，先进行能耗制动，当转速降至某值时，令抱闸动作，可以有效地实现准确快速
15、停车。,（为制动作好准备）,在制动要求不高，电动机功率在10KW以下时可采用无变压器的单管能耗制动电路。它是无变压器的单管采用半波整流器作为直流电源，这种电源体积小，成本低。,、三相异步电动机的调速电路,调速方法以下几种：1、改变转差率 2、改变电动机磁极对数 3、改变供电电源频率,一、双速电动机控制电路（变极调速）（一）变极原理,方法1：在定子上装两套各具有不同极数的独立绕组,方法2：在一个绕组上用改变绕组的连接方式来改变磁 极对数,磁极4极，磁极对数P2,磁极2极，磁极对数P1,1、/YY接法,低速-接法：个电源线连接在接线端、每根绕组的中点接出的接线端空着不接，此时磁极为，电机同步转速为
16、1500 r/min,高速-YY接法：接线端、短接，、三个接线端接上电源，此时磁极为，同步转速为3000 r/min,注：为保证转向一致，两种接法切换时，应将电源相序反过来。,特点：当电机转速从低速切换到高速时，转速升高一倍，功率只提高15，可近似看成恒功率调速，高速时输出转矩比低速时几乎减少一半。金属切削机床宜采用。,2、Y/YY接法,特点：两种转速下电动机的额定转速近似不变，而高速时输出功率将比低速时增大一倍，在轻工业系统中的运输带、起重机负载是恒定的，宜采用Y/YY接法。,（二）、双速电动机/YY接法控制电路,(二）变频调速,2.1交流伺服电机的调速方法由电机学知，交流电机转速公式：,2
17、.2变频器的基本构造,整流电路：将交流电转变为直流电。储能电路：具有储能和平衡直流电压的作用。控制电路：以单片计算机为核心构成，具有计算控制、驱动逆变管、显示和设定、系统保护等作用。,逆变电路：由六个功率开关器件组成，常采用大功率晶体管。控制大功率晶体管按一定规律导通、截止，输出一系列功率级等效于正弦交流电的可变频变压的等幅、不等宽的矩形脉冲电压波。,逆变原理,2.3变频器的基本类型,对交流电动机实现变频调速的装置叫变频器。变频器按其结构可分为两种基本类型：交交变频器和交直交变频器,交交变频器没有明显的中间滤波环节，电网交流电被直接变成可调频调压的交流电。而交直交变频器先将电网交流电变换为直流
18、电，经中间滤波环节之后，再进行逆变转换为变频变压的交流电。,交交变频器的特点是属于一次换能，效率较高，但整个装置元件数较多，调频范围仅为电网频率的1312，适用于低速大功率拖动。交一直一交变频器是二次换能，效率略低，装置元件数较少，频率调节范围较宽，适用于各种拖动装置。,2.4交一直一交变频器1、单相交一直一交变频器,晶闸管整流器将交流电整流为幅值可调的直流电U d，直流电压U。通过电容C滤波，以减小波纹。,2、三相交一直一交变频器,由电感L和电容C构成滤波环节，以减小整流以后的电压和电流的波纹。,根据中间滤波环节是电容性或是电感性，可以将交一直一角变频器分为电压型或电流型变频器。,2.5变频调速的条件,要求改变定子供电频率f1的同时改变供电电压U1的大小。,正弦脉宽调制原理（以单相为例）正弦脉宽调制（SPWM）波形:与正弦波等效的一系列等幅不等 宽的矩形脉冲波，如右下图所示。,等效原理：把正弦分成 n 等分，每一区间的面积用与其相等的等幅不等宽的矩形面积代替。正弦的正负半周均如此处理。,主回路：左半部：整流器右半部：逆变器,
