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1、项目三 卧式镗床控制,电气控制器件相关知识,基本控制相关知识,应用举例,项目简述,一、项目简述,镗床是用于孔加工的机床，与钻床比较，镗床主要用于加工精确的孔和各孔间的距离要求较精确的零件，如一些箱体零件（机床主轴箱、变速箱等）。镗床的加工形式主要是用镗刀镗削在工件上已铸出或已粗钻的孔，除此之外，大部分镗床还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔等加工。镗床的主要类型有卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床、专用镗床等，其中，以卧式镗床应用最广。本章介绍T68型卧式镗床的电气控制电路。,（一）T68型卧式镗床的主要结构和运动形式,1主运动主运动为镗轴和平旋盘的旋转运动。2进给运动进给运动包括以下4项。（1）镗轴的
2、轴向进给运动。（2）平旋盘上刀具溜板的径向进给运动。（3）主轴箱的垂直进给运动。（4）工作台的纵向和横向进给运动。3辅助运动辅助运动包括以下4项。（1）主轴箱、工作台等的进给运动上的快速调位移动。（2）后立柱的纵向调位移动。（3）后支承架与主轴箱的垂直调位移动。（4）工作台的转位运动。,（二）卧式镗床的电力拖动形式和控制要求,（1）卧式镗床的主运动和进给运动都用同一台异步电动机拖动。为了适应各种形式和各种工件的加工，要求镗床的主轴有较宽的调速范围，因此多采用由双速或三速笼型异步电动机拖动的滑移齿轮有级变速系统。采用双速或三速电动机拖动，可简化机械变速机构。目前，采用电力电子器件控制的异步电动机
3、无级调速系统已在镗床上获得广泛应用。（2）镗床的主运动和进给运动都采用机械滑移齿轮变速，为有利于变速后齿轮的啮合，要求有变速冲动。（3）要求主轴电动机能够正反转；可以点动进行调整；并要求有电气制动，通常采用反接制动。（4）卧式镗床的各进给运动部件要求能快速移动，一般由单独的快速进给电动机拖动,（一）速度继电器速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。,二、电气控制相关知识,2、速度继电器符号及结构,（二）双速异步电动机,1双速异步电动机简介双速异步电动机的调速属于异步电动机变极调速，变极调速主要用于调速
4、性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床及其他设备上，所需设备简单、体积小、质量轻，但电动机绕组引出头较多，调速级数少，级差大，不能实现无级调速。它主要是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。,2变极调速原理,变极原理：定子一半绕组中电流方向变化，磁极对数成倍变化，如图3-4所示。每相绕组由两个线圈组成，每个线圈看作一个半相绕组。若两个半相绕组顺向串联，电流同向，可产生4极磁场；其中一个半相绕组电流反向，可产生2极磁场。,图3-4 变极调速电动机绕组展开示意图,根据公式n1=60f/p可知，在电源频率不变的条件下，异步电动机的同步转速与磁极对数成反比
5、，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。,3双速异步电动机定子绕组的联结方式,图3-5 双速异步电动机定子绕制的联结方式,当变极前后绕组与电源的接线如图3-5所示时，变极前后电动机转向相反，因此，若要使变极后电动机保持原来转向不变，应调换电源相序。,三、基本控制相关知识,（一）三相异步电动机降压启动控制电路较大容量的笼型异步电动机（大于10KW）因启动电流较大，一般都采用降压起动方式来起动。原理：起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，起动后再将电压恢复到额定值。常用方法：串电阻（或电抗）、星型三角形、自
6、耦变压器等。,1、定子串电阻起动,原理：电动机在起动时在三相定子绕组中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结束后再将电阻短接。主电路：KM1实现串电阻起动，KM2实现全压运行。,控制线路：1、基本原理：用时间继电器KT控制KM1、KM2切换。2、KM1、KM2允许同时吸合，但是电动机正常运行后，一般应该将KM1释放，以降低运行损耗。3、图（a）为KM1不退出的控制线路。4、图（b）为KM1退出而KT 不退出的控制线路。5、图（c）为KM1、KT都退出的控制线路,图（a）起动完成后KM1不退出，不足之处：运行损耗大,图（b-1）KM1退出而KT 不退出问题：KT延时触点切换是否可行？切换要求
7、：起动过程平稳，减少冲击。对于主触点要求：KM2 先闭合 KM1 后断开,图（b-1）KM1退出而KT 不退出KT延时触点切换带来KM1、KM2线圈瞬时断电，切换过程带来冲击,KT常开延时触点和KM常闭触点平稳切换！,SB2按下，KM1动作电机降压起动；KT绕组上电开始计时，KT延时时间到，KT延时闭合的常开触点闭合KM2线圈上电，KM2主触点闭合电机全压起动。KM2延时断开的常闭触点断开KM1线圈失电KM主触点断开降压起动回路断开。,问题：如果要求切换时确保KM2先断开KM1后闭合，图（b-1）是否可靠，为进一步增加可靠性应怎样做？,方法：用KM1的常闭触点替代KT延时常开触点。,图2-8（
8、b-1）KM1退出而KT 不退出KT延时触点切换带来KM1、KM2线圈瞬时断电，切换过程带来冲击,切换顺序比较,KM2先通电,KM1后断电；KM1,KM2同时切换；KM1先断电,KM2后通电,图（b-2）KM1退出带来的自锁回路的改变，采用KA触点扩展 采用KT瞬时动作触点,自锁回路的转换,图（c）退出KT,图（b-3）KM1退出带来的自锁回路的改变，采用KM1、KM2触点切换,星形三角形启动的控制 这一线路的设计思想仍是按时间原则控制启动过程，所不同的是启动时将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/3，从而减小了启动电流对电网的影响。待启动后按预先整定的时间换接成三
9、角形接法，使电动机在额定电压下正常运转。星形-三角形降压启动线路如图所示。,图 星形-三角形降压启动电路,星形-三角形启动的特点在于星形启动电流只是原来三角形接法的1/3，启动电流特性好、结构简单、价格低。缺点：是启动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，因而本线路适用于电网电压380V，额定电压660/380V，用于Y/接法的电动机轻载启动的场合。,2.1.3 串自耦变压器启动的控制线路串自耦变压器降压启动的控制线路如图所示。这一线路的设计思想和串电阻启动线路基本相同，也是采用时间继电器完成按时动作，所不同是启动时串入自耦变压器，启动结束时自动切除。,定子串自耦变压器降压启动控
10、制线路,串联自耦变压器启动和串电阻启动相比，其优点是在同样的启动转矩时，对电网的电流冲击小，功率损耗小。缺点：是自耦变压器相对电阻结构复杂，价格较高。这种线路主要用于启动较大容量的电动机，以减小启动电流对电网的影响。,（二）双速电动机调速控制,双速电动机控制电路如图所示,低速控制工作原理：合上电源开关QS，按下低速按钮SB2，接触器KM1线圈通电，其自锁和互锁触点动作，实现对KM1线圈的自锁和对KM2、KM3线圈的互锁。主电路中的KM1主触点闭合，电动机定子绕组作三角形联结，电动机低速运转。高速控制工作原理：合上电源开关QS，按下高速按钮SB3，接触器KM1线圈断电，在解除其自锁和互锁的同时，
11、主电路中的KM1主触点也断开，电动机定子绕组暂时断电。因为SB3是复合按钮，动断触点断开后，动合触点就闭合，此刻接通接触器KM2和KM3线圈。KM2和KM3自锁和互锁同时动作，完成对KM2和KM3线圈的自锁及对KM1线圈的互锁。KM2和KM3在主电路的主触点闭合，电动机定子绕组作双星形联结，电动机高速运转。,（三）三相异步电动机制动控制电路,电动机制动，迅速停车或准确定位。机械制动 电气制动,能耗制动控制电路,主电路,(a),(b),能耗制动控制电路：三相笼型异步电动机切断三相电源的同时，定子绕组接通直流电源，转子原来储存的机械能转变为电能，消耗在转子回路的电阻上，转速为零时再将其切除。主电路
12、：变压器TC和整流器VR提供制动直流电源，KM2为制动接触器。控制电路(a)：手动控制：停车时按下SB1按钮，制动结束时放开。电路简单，操作不便。控制电路(b)：根据电动机带负载制动过程时间长短设定时间继电器KT的定时值，实现制动过程的自动控制。能耗制动控制电路特点：制动作用强弱与通入直流电流的大小和电动机的转速有关，在同样的转速下电流越大制动作用越强，电流一定时转速越高制动力矩越大。取直流电流为电动机空载电流的34倍，过大会使定子过热。可调节整流器输出端的可变电阻RP，得到合适的制动电流。,反接制动控制电路：停车时，首先切换电动机定子绕组三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，因而起制动
13、作用。电动机的转速下降接近零时，及时断开电动机的反接电源。,反接制动控制电路,主电路,(a),(b),控制电路(a)：电动机运行后速度继电器BV的动合触点已闭合，为制动做好准备，串联KM1的动断触点限制BV对系统的干扰。存在问题：停车期间，用手转动机床主轴调整工件，速度继电器的转子随着转动，一旦达到速度继电器动作值，接触器KM2得电，电动机接通电源发生制动作用，不利于调整。控制电路(b)：复合停止按钮SB1动合触点上并联KM2的自锁触点。用手转动电动机轴时，不按停止按钮SB1，KM2就不会得电，电动机也就不会反接于电源。反接制动电流约为起动电流的两倍，主电路制动回路中串入限流电阻R，防止制动时
14、对电网的冲击和电动机绕组过热。电动机容量较小且制动不是很频繁的正反转控制电路中，为简化电路，可以不加限流电阻。,反接制动,能耗制动,反接制动：制动显著，有冲击，能量消耗较大。,能耗制动：制动准确、平稳、能量消耗小。制动力较弱，需要直流电源。,四、应用举例,（一）三相异步电动机正反转降压启动控制1工作任务有一台皮带运输机，由一台电动机拖动，电动机功率为7.5kW、380V、接法，额定转速为1440r/min，控制要求如下，完成其控制电路的设计与安装。（1）系统启动平稳且启动电流应较小，以减小对电网的冲击。（2）系统可实现连续正反转。（3）有短路、过载、失压和欠压保护。,2任务分析,（1）启动方案
15、的确定。生产机械所用电动机功率为7.5kW，接法，因此在综合考虑性价比的情况下，选用降压启动方法实现平稳启动。启动时间由时间继电器设定。（2）电路保护的设置。根据控制要求，过载保护采用热继电器实现，短路保护采用熔断器实现，因为采用接触器继电器控制，所以具有欠压和失压保护功能。（3）根据正反向降压启动指导思想，,设计本项目的控制流程，具体如下：,3任务实施,（1）正反向降压启动控制电路的设计。根据工作流程图设计相应的控制电路图，如图所示。根据图正反向降压启动控制电路原理图，画出元件的安装布置图及接线图（如图所示）。,电气原理图如下,（二）双速异步电动机低速启动高速运行电气控制线路,1工作任务某台
16、/接法的双速异步电动机需要施行低速、高速连续运转和低速点动混合控制，且高速需要采用分级启动控制，即先低速启动，然后自动切换为高速运转，试设计出能实现这一要求的电路图。,2设计电路原理图,3工作原理分析线路工作原理如下所述。（1）低速运行：合上电源开关QS，按下低速启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电并自锁，KM1的主触点闭合，电动机M的绕组连接成形并以低速运转。按下低速点动按钮SB3，实现低速点动控制。（2）低速启动，高速运行：合上电源开关QS，按下高速启动按钮SB4，中间继电器线圈KA得电并自锁，KA的常开触点闭合使接触器KM1线圈得电并自锁，电动机M连接成形低速启动；按钮SB4，使时间继电
17、器KT线圈同时得电吸合，经过一定时间后，KT延时动断触点分断，接触器KM1线圈失电释放，KM1主触点断开，KT延时动合触点闭合，接触器KM2、KM3线圈得电并自锁，KM2、KM3主触点同时闭合，电动机M的绕组连接成形并以高速运行。（3）按下停止按钮SB1使电动机停止。,（三）三相异步电动机可逆反接制动控制线路,电路工作过程如下：合上开关QS，按下正向启动按钮SB2KM1通电自锁，主回路中电动机两相串电阻启动当转速上升到速度继电器动作值时，KV-1闭合，KM3线圈通电，主回路中KM3主触点闭合短接电阻，电动机进入全压运行需要停车时，按下停止按钮SB1，KM1断电解除自锁。电动机断开正相序电源SB
18、1动合触点闭合，使KA3线圈通电KA3动断触点断开，使KM3线圈保持断电；KA3动合触点闭合，KA1线圈通电，KA1的一对动合触点闭合使KA3保持继续通电，另一对动合触点闭合使KM2线圈通电，KM2主触点闭合，主回路中，电动机串电阻进行反接制动反接制动使电动机转速迅速下降，当下降到KV的释放值时，KV-1断开，KA1断电KA3断电、KM2断电，电动机断开制动电源，反接制动结束。,（一）主电路,五、T68型卧式镗床电气控制线路分析,（二）控制电路,1.主电动机控制,主轴和进给变速行程开关SQ3SQ6状态表,1.M1的正反转控制,（二）控制电路,以正转低速为例。反转分析类似,2M1的高速运行控制,
19、（二）控制电路,如果手柄置于高速则SQ7闭合KT通电，低速起动一段时间后从KM4切换至KM5(高速),3.M1的停车制动,（二）控制电路,以原为正转高速为例。其他分析类似,3.M1的停车制动,（二）控制电路,以原为正转高速为例。其他分析类似,4M1的点动控制,（二）控制电路,5.主轴的变速控制,（二）控制电路,以原为正转低速为例。其他分析类似,断开,拉出,手柄推回后，SQ3动作，KM1/KM3/KM4重新通电，M1重新起动,6.主轴的变速冲动,（二）控制电路,变速时，如果齿轮未啮合好，手柄推不上，处于图中的位置。两条支路交替导通，电动机低速冲动直到啮合好。,7进给变速控制,（二）控制电路,与上
20、述主轴变速控制的过程基本相同，只是在进给变速控制时，拉动的是进给变速手柄，动作的行程开关是SQ4和SQ6。,8快速移动电动机M2的控制,（二）控制电路,扳动快速操作手柄时，将压合行程开关SQ8或SQ9，接触器KM6或KM7通电，实现M2快速正转或快速反转,9联锁保护,（二）控制电路,防止工作台及主轴箱与主轴同时进给。当工作台及主轴箱进给手柄在进给位置时，SQ1的触点断开；而当主轴的进给手柄在进给位置时，SQ2的触点断开。,（三）照明电路和指示灯电路,这种故障一般有两种现象：第一种是主轴的实际转速比标牌指示转数增加或减少一倍，第二种是M1只有高速或只有低速。前者大多是由于安装调整不当而引起的。T
21、68型镗床有18种转速，是由双速电动机和机械滑移齿轮联合调速来实现的。第1，2，4，6，8，挡是由电动机以低速运行驱动的，而3，5，7，9，挡是由电动机以高速运行来驱动的。,（一）主轴的转速与标牌的指示不符,T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修,由于M1的高低速转换是靠主轴变速手柄推动微动开关SQ7，由SQ7的动合触点（1112）通、断来实现的。如果安装调整不当，使SQ7的动作恰好相反，则会发生第一种故障。而产生第二种故障的主要原因是SQ7损坏（或安装位置移动）：如果SQ7的动合触点（1112）总是接通，则M1只有高速；如果总是断开，则M1只有低速。此外，KT的损坏（如线圈烧断、触点不动作
22、等），也会造成此类故障发生。,（一）主轴的转速与标牌的指示不符,T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修,T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修,（二）MI能低速起动，但置“高速”挡时，不能高速运行而自动停机,重点检查如图所示接线及触点、线圈,T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修,（三）M1不能进行正反转点动、制动及变速冲动控制,一般是各种控制功能的公共电路部分出现故障,T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修,（三）M1不能进行正反转点动、制动及变速冲动控制,若也不能低速运行，则故障可能出在控制电路13-20-21-0支路中有断开点。否则，故障可能出在主电路的制动电阻器R及引线上有断开点。,T68型卧式镗床常见电气故障的诊断与检修,（三）M1不能进行正反转点动、制动及变速冲动控制,如果主电路仅断开一相电源，电动机还会伴有断相运行时发出的“嗡嗡”声。,
