電機速度控制及機床控制線路.ppt

《電機速度控制及機床控制線路.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電機速度控制及機床控制線路.ppt（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第2章電氣控制線路的基本環(huán)節(jié) 電氣控制線路是由許多電器元件按一定的要求連接而成的 為了表達生產(chǎn)機械的電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 原理等設(shè)計意圖 為了便于電氣系統(tǒng)的安裝 調(diào)試 使用和維修 需要將電氣控制系統(tǒng)中各電器元件及其連接線路用一定的圖形表達出來 這種圖就是電器控制系統(tǒng)圖 電氣控制系統(tǒng)圖一般有三種 電氣原理圖 電器布置圖和電氣安裝接線圖 在圖上用不同的圖形符號來表達各種電器元件 用不同的文字符號來說明圖形符號所代表的電器元件的基本名稱 主要特征及編號等 2 5三相異步電機速度控制線路 根據(jù)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式 得出三相異步電動機的調(diào)速可使用改變電動機定子繞組的磁極對數(shù) 改變電源頻率或改變轉(zhuǎn)差率的方式 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速又可分為繞線轉(zhuǎn)子電動機在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻調(diào)速 繞線轉(zhuǎn)子電動機串級調(diào)速 異步電動機交流調(diào)壓調(diào)速等 2 5 1三相籠型電動機的變極調(diào)速三相籠型電動機采用改變磁極對數(shù)調(diào)速 當改變定子極數(shù)時 轉(zhuǎn)子極數(shù)也同時改變 籠型轉(zhuǎn)子本身沒有固定的極數(shù) 它的極數(shù)隨定子極數(shù)而定 電動機變極調(diào)速的優(yōu)點是 它既適用于恒功率負載 又適用于恒轉(zhuǎn)矩負載 線路簡單 維修方便 缺點是有級調(diào)速且價格昂貴 改變定子繞組極對數(shù)的方法有 1 裝一套定子繞組 改變它的連接方式 得到不同的極對數(shù) 2 定子槽里裝兩套極對數(shù)不一樣的獨立繞組 3 定子槽里裝兩套極對數(shù)不一樣的獨立繞組 而每套繞組本身又可以改變它的連接方式 得到不同的極對數(shù) V1 星形連接 雙星形連接 V2 V2 V1 W1 W1 W2 U1 U2 U1 U2 W2 雙速電機控制電路 2 5 2異步電動機的變頻調(diào)速改變異步電動機的供電頻率 即可平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速 實現(xiàn)調(diào)速運行 變頻調(diào)速是利用電動機的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性 通過改變電動機的供電頻率進行調(diào)速的 在交流異步電動機的各種調(diào)速方法中 變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍大 穩(wěn)定性好 運行效率高的特點 已逐步得到推廣及應(yīng)用 通用變頻器可以應(yīng)用于普通的異步電動機調(diào)速控制 除此之外 還有高性能專用變頻器 高頻變頻器 單相變頻器等 由電動機理論可知 三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為 如果不計定子阻抗壓降 則 式中 U1 定子電源電壓 V E1 定子繞組感應(yīng)電勢 V f1 定子電源的頻率 Hz 氣隙磁通 Wb N1 線圈匝數(shù) 由上式可見 若端電壓U1不變 則隨著的f1升高 氣隙磁通 將減小 又由轉(zhuǎn)矩公式 式中 I2 轉(zhuǎn)子電流 A Ct 轉(zhuǎn)矩常數(shù) cos2 轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù) 可以看出 的減小勢必會導(dǎo)致電動機允許輸出轉(zhuǎn)矩T的下降 降低電動機的出力 同時 電動機的最大轉(zhuǎn)矩也將降低 嚴重時會使電動機堵轉(zhuǎn) 若維持端電壓U1不變而減小f1 則氣隙磁通 將增加 這就會使磁路飽和 勵磁電流上升 導(dǎo)致鐵損急劇增加 這也是不允許的 因此在許多場合 要求在調(diào)頻的同時改變定子電壓 以維持接近不變 1 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速這是考慮從基頻 電動機額定頻率 向下調(diào)速的情況 為了保持電動機的負載能力 應(yīng)保持氣隙主磁通不變 這就要求在降低供電頻率的同時降低感應(yīng)電動勢 保持U1 f1 常數(shù) 即保持電動勢與頻率之比為常數(shù) 這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速 屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 但是難于直接檢測和直接控制 當頻率較高時 定子的漏阻抗壓降相對比較小 如忽略不計 則可以近似地保持定子電壓和頻率的比值為常數(shù) 即認為 保持U1 f1 常數(shù) 這就是恒壓頻比控制方式 是近似的恒磁通控制 2 基頻以上的弱磁變頻調(diào)速這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況 當頻率由額定值向上增大時 電壓由于受額定電壓U1N的限制不能再升高 只能保持U1 U1N不變 這樣必然會使主磁通隨著f1的上升而減小 相當于直流電動機弱磁調(diào)速的情況 即近似的恒功率調(diào)速方式 2 6常用機床電氣控制線路分析 在前面討論了三相交流異步電動機的基本控制線路 這些基本線路是機床電氣繼電器 接觸器控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié) 機床的電氣自動控制系統(tǒng) 不僅能完成啟動 制動 反轉(zhuǎn)和調(diào)速等一些基本要求 而且應(yīng)保證機床各動作的準確與協(xié)調(diào) 以滿足生產(chǎn)工藝所提出的具體要求 即工作可靠 可實現(xiàn)操作自動化 在本節(jié)中 我們將以幾臺典型機床控制線路為例 分析機床控制線路的工作原理 從而提高識圖能力 2 6 1普通車床電氣控制線路在金屬切削機床中普通車床所占比重最大 應(yīng)用最廣的機床 它能完成切削內(nèi)圓 外圓 端面 攻螺紋 螺桿 鉆孔 鏜孔 倒角 割槽及切斷等加工工序 車床的基本運動是主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋轉(zhuǎn) 溜板帶動刀架直線移動 前者稱為主運動 它承受車削時的主要切削功率 后者稱為進給運動 它使刀具移動 以切削新的金屬 普通車床的結(jié)構(gòu)示意圖1 進給箱2 掛輪箱3 主軸變速箱4 溜板與刀架5 溜板箱6 尾架7 絲杠8 光杠9 床身 車削加工的切削速度是指工件與車刀接觸點的相對速度 根據(jù)被加工零件的材料的性質(zhì) 車刀材料 幾何形狀 工件的直徑 加工方式及冷卻條件的不同 要求具有不同的切削速度 因而主軸就需要在相當大的范圍內(nèi)變速 對于普通車床 其調(diào)速范圍一般在70以上 車削加工一般不要求反轉(zhuǎn) 但在加工螺紋時 為避免亂扣 需要反轉(zhuǎn)退刀 并保證工件的轉(zhuǎn)速與刀具的移動速度之間具有嚴格的比例關(guān)系 因而溜板箱與主油箱之間通過齒輪傳動系統(tǒng)連接 刀架移動與主抽旋轉(zhuǎn)都是由同一臺電動機拖動 車削的特點之一是近似恒功率負載 因而一般中小型車床部是采用鼠籠式異步電動機拖動的 其作用是配合齒輪變速箱實行機械調(diào)速 以滿足車削負載的要求 這種調(diào)速方式是恒功率調(diào)速 少數(shù)幾種車床也采用多速鼠籠式異步電動機拖動 但僅靠改變成極對數(shù)的電氣凋速還不能滿足調(diào)速范圍的要求 仍需采用變速箱 形成機電配合調(diào)速 為了與負載性質(zhì)相適應(yīng) 多速異步電動機也是采用恒功率性質(zhì)的調(diào)速方式 而帶有電氣調(diào)速的車床可以在工作過程中進行電氣調(diào)速 無需停車 無論是機械調(diào)速還是變極對數(shù)的機電配合調(diào)速 都屬于有級調(diào)速 存在一定的速度損失 影響機床效率的充分發(fā)揮 這對中 小型車床來說不是主要矛盾 但對重型或超重型車床就值得重視 因而這類機床往往在考慮拖動方案上采用復(fù)雜昂貴的直流拖動系統(tǒng) 以獲得平滑調(diào)速 保證機床能提供所需要的切削速度 可以最大限度地發(fā)揮機床的效能 這類車床一船只在大型工廠內(nèi)使用 但也為數(shù)極少 在一般中 小型普通車床的拖動方案個均采用價格便宜 運轉(zhuǎn)可靠的交流鼠籠式異步電動機 車床的輔助運動是指刀架的快進與快退 尾架的移動與工件的夾緊和松開 車床的輔助運動采用自動控制 可以減輕體力勞動 縮短輔助工時 提高生產(chǎn)率 其拖動一般采用小型異步電動機 中 小型車床的電氣控制線路的特點是 采用交流異步電動機拖動 且一般主軸運動和進給運動都由一臺主軸電動機拖動 因而控制線路簡單 操作方便 其主軸電動機的啟動和停止能實現(xiàn)自動控制 啟動方式按其容量而定 當電動機容量在5KW左右時 均采用直接啟動 而容量在10KW以上時 為避免對電網(wǎng)的沖擊 采用降壓啟動 對主軸電動機空載啟動的機床 雖電動機容量較大 但也可采用直接啟動 如上海機床廠制造的C650車床 其主軸電動機功率為20KW 卻采用了直接啟動方式 主軸電動機的制動有電氣制動相機械制動兩種方式 調(diào)速方式通常采用變速箱 以實現(xiàn)機械有級調(diào)速的目的 主軸旋轉(zhuǎn)方向的改變有兩種方法 一是電氣方法 一是采用離合器的機械方法 或者兩種制動方法同時采用 這可以根據(jù)不同的要求進行選擇 車床加工時需要對刀具進行冷卻 所以 一般車床都有一臺鼠籠式電動機拖動冷卻泵 有的尚備一臺潤滑油泵電動機 1 C616普通車床控制線路 1 線路介紹該車床有三臺電動機 M1為主電機 M2為潤滑泵電機 M3為冷卻泵電機 三臺電動機由380V三相交流電源供電 由斷路器QA接通 完成操作前電路的準備工作 2 電路工作原理在啟動主電動機前 需要先起動潤滑油泵電動機MA2 才能允許主電動機MA1啟動 其作用是保證車床主油箱潤滑良好后 方可啟動主電動機MA1 主軸電機的控制屬于直接正反轉(zhuǎn)控制 不再介紹 3 控制線路的保護措施主電動機有必要的短路保護和過載保護 這是由FAl和BB實現(xiàn)的 此機床由于其冷卻電動機及潤滑電動機的容量小 為了盡量減少電器的使用 所以末用過載保護 只設(shè)置了短路保護 FA2 變壓器副邊為電源指示燈PG提供6 3V電壓 為機床照明燈EA提供36V電壓 EA由開關(guān)SF6控制 SF6 FA4 FA3 BB M3 QA1 BB QA0 L1L2L3 MA1主電機 M3 QA3 MA2潤滑電機 M3 MA3冷卻泵電機 QA2 FA2 TA EA SF5 QA3 QA3 QA1 SF2 SF1 QA1 QA2 SF2 SF3 SF3 QA2 QA2 QA1 QA3 SF4 PG FA1 6 3V 36V 2 C650普通車床控制線路 1 機床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式C650臥式車床屬于中型車床 可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為1020mm 最大工件長度為3000mm 其主要由床身 主軸 刀架 溜板箱和尾架等部分組成 該車床有兩種主要運動 一種是安裝在床身主軸箱中的主軸運動 稱為主運動 另一種是溜板箱中的溜板帶動刀架的直線運動 稱為進給運動 刀具安裝在刀架上 與滑板一起沿主軸軸線方向?qū)崿F(xiàn)進給移動 主軸的轉(zhuǎn)動和溜板箱的移動均由主電機驅(qū)動 由于加工的工件比較大 加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比較大 需要有停車制動的功能 為了加工螺紋等工件 主軸需要正 反轉(zhuǎn)運動 主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)該在相當大的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié) 還需要提供切削液 并且為了減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工作時間 而要求帶動刀架移動的滑板能夠快速移動 2 電力拖動及控制要求從車床的加工工藝出發(fā) 對拖動控制有如下要求 A 主軸電機的點動 直接起動 雙向運行與反接制動 B 冷卻泵電機直接起動和停止 C 刀架快速移動電機直接起動和停止 D 具有必要的短路和過載保護 E 應(yīng)有安全的照明裝置 3 主電路分析 BB1 M3 QA1 QA0 L1L2L3 MA1主電機 M3 QA4 MA2冷卻泵電機 M3 MA3快移電機 QA2 QA3 RA KF1 A PA BB2 FA1 QA5 BS FA2 主電機MA1的短路保護由斷路器QA0完成 QA1為正轉(zhuǎn)接觸器 QA2為反轉(zhuǎn)接觸器 電流表PA監(jiān)視主電機繞組工作時的電流變化 為防止電流表被起動電流沖擊損壞 利用時間繼電器KF1在起動時短時將電流表短接 接觸器QA3可控制主電路中是否接入限流電阻RA 用于防止頻繁點動和反接制動時的過大電流 速度繼電器BS用于反接制動時的速度檢測 正常正轉(zhuǎn)時BS2動合觸點閉合 正常反轉(zhuǎn)時BS1動合觸點閉合 刀架快移電機短時工作 不設(shè)過載保護 4 控制電路分析 主電機點動控制 正轉(zhuǎn) BS2閉合 SF6 FA4 FA3 BB1 M3 QA1 QA1 SF3 BB1 SF1 QA1 KF1 QA0 QA2 QA3 L1L2L3 MA1主電機 M3 QA4 MA2冷卻泵電機 M3 MA3快移電機 QA2 QA3 RA KF1 A PA BB2 FA1 QA5 BS TA EA 36V 110V FA5 SF2 KF2 SF3 KF2 KF2 n BS1 QA3 n BS2 SF4 SF4 QA2 QA2 QA1 KF2 BB2 SF5 QA4 QA4 BG QA5 FA2 4 控制電路分析 主電機正轉(zhuǎn)起動 通過KF2自鎖 斷開制動 KF2 SF6 FA4 FA3 BB1 M3 QA1 QA1 SF3 BB1 SF1 QA1 KF1 QA0 QA2 QA3 L1L2L3 MA1主電機 M3 QA4 MA2冷卻泵電機 M3 MA3快移電機 QA2 QA3 RA KF1 A PA BB2 FA1 QA5 BS TA EA 36V 110V FA5 SF2 KF2 SF3 KF2 KF2 n BS1 QA3 n BS2 SF4 SF4 QA2 QA2 QA1 KF2 BB2 SF5 QA4 QA4 BG QA5 FA2 KF2 4 控制電路分析 主電機正轉(zhuǎn)中制動 正轉(zhuǎn)過程中 按下停車按鈕SF1 則QA1 QA3 KF1均失電 當停車按鈕釋放 由于慣性 速度繼電器觸點BS2仍然閉合 使QA2得電 但不能自鎖 進入反接制動過程 當速度降低到一定程度 BS2斷開 制動結(jié)束 2 6 2X62W臥式萬能銑床電氣控制線路分析1 銑床的結(jié)構(gòu) X62W萬能臥式銑床結(jié)構(gòu)示意圖1 底座2 進給電動機3 升降臺4 進給變速手柄及變速盤5 溜板6 轉(zhuǎn)動部分7 工作臺8 刀架支桿9 懸梁10 主軸11 主軸變速盤12 主軸變速手柄13 床身14 主軸電動機 2 機床運動和傳動情況主運動 主軸的旋轉(zhuǎn)運動進給運動 工作臺在三個相互垂直方向上的直線運動 手動或機動 輔助運動 工作臺在三個相互垂直方向上的快速直線運動銑床采用單獨傳動形式 即主軸和工作臺分別由兩臺電動機拖動 且進給電動機與進給箱均安裝在升降臺上 這樣 快速移動也由進給電動機經(jīng)快速傳動鏈來獲得 為提高主軸旋轉(zhuǎn)的均勻性并消除銑削加工時的振動 主軸上裝有飛輪 主軸由主軸電動機經(jīng)主軸變速箱驅(qū)動 可獲得18種轉(zhuǎn)速 調(diào)速范圍為50 工作臺在三個方向上的進給運動 由進給電動機經(jīng)進給變速箱獲得18種不同轉(zhuǎn)速再經(jīng)不同傳動路線傳遞給三個進給絲杠來實現(xiàn) 3 萬能臥式銑床的電力拖動特點與控制要求 1 采用單獨傳動 即主軸和工作臺分別由主軸電動機 進給電動機拖動 而工作臺工作進給與快速移動由進給電動機拖動 經(jīng)電磁離合器傳動來獲得 2 主軸能移實現(xiàn)正 反轉(zhuǎn)但旋轉(zhuǎn)方向不需經(jīng)常改變 3 采用電磁離合器控制主軸停車制動和主軸上刀制動 4 進給電動機能正 反轉(zhuǎn) 而且 同一時間只允許工作臺只有一個方向的移動 故應(yīng)有聯(lián)鎖保護 5 使用圓工作臺時 工作臺不得移動 6 主軸旋轉(zhuǎn)和工作臺進給應(yīng)有先后順序控制 7 應(yīng)有冷卻泵電動機拖動冷卻泵 供給冷卻液 8 為適應(yīng)銑削加工時操作者的正面與側(cè)面操作要求 機床應(yīng)對主軸電動機的起動與停止及工作臺的快速移動控制 具有兩地操作 9 工作臺上下 左右 前后六個方向的運動應(yīng)具有限位保護 10 應(yīng)有局部照明電路 FA2 BB1 M3 SF1 QA0 L1L2L3 MA1主電機 M3 MA2冷卻泵電機 M3 MA3進給電機 QA1 BB2 FA1 QA3 48V QA2 SF7 SF8 BB3 FA3 TA TB FA4 SF2 SF9 MB1 MB2 MB3 QA4 QA4 FA5 6V PG FA6 24V EA FA7 110V 4 控制線路分析 主電路及主軸制動 工作臺工進和快進 SF8換向開關(guān)可改變主軸轉(zhuǎn)向 SF1 SF2兩地停車按鈕 SF9為換刀旋鈕 QA4得電表示工作臺快動方式 失電表示工作臺工進方式 SF10 為控制電路供電 4 控制線路分析 主軸電機的起動和停止 停止時通過電磁制動器MB1進行制動 SF3 SF4兩地起動 SF1 SF2兩地停車 4 控制線路分析 主軸換銑刀控制 為避免更換銑刀時主軸轉(zhuǎn)動 應(yīng)將主軸制動 旋鈕SF9旋至換刀位置 動合觸點閉合 電磁制動器器MB1得電 將電動機主軸抱住 同時動斷觸點斷開 切斷控制電路 4 控制線路分析 主軸變速時的沖動控制沖動控制目的是使齒輪系統(tǒng)調(diào)整傳動比以后能夠快速重新嚙合 沖動控制是利用變速手柄與沖動行程開關(guān)BG7 有點動功能 通過機械聯(lián)動機構(gòu)實現(xiàn)的 見下圖所示 主軸變速的沖動控制示意圖1 變速手柄 2 凸輪3 彈簧桿 4 變速盤 4 控制線路分析 工作臺進給控制 工作臺左右移動選擇手柄在左 BG2受壓 在右 BG1受壓 在中位 BG1 BG2都不受壓 工作臺上下 左右 移動選擇手柄在下 前 BG3受壓 在上 后 BG4受壓 在中位 BG3 BG4都不受壓 選擇圓工作臺工作 則旋鈕SF11相對于當前狀態(tài)發(fā)生動作 選擇平面工作臺 則旋鈕SF11處于當前位置 上下 前后的實現(xiàn)依靠傳動鏈的不同 利用控制線路實現(xiàn)進給方向的聯(lián)鎖 利用BG6實現(xiàn)進給沖動控制 2 6 3Z4030搖臂鉆床控制線路分析1 結(jié)構(gòu)與運動形式 2 控制要求運動部件較多 采用多電動機拖動 要求主軸及進給有較大的調(diào)速范圍 主運動與進給運動由一臺電動機拖動 經(jīng)主軸與進給傳動機構(gòu)實現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進給 主軸要求正反轉(zhuǎn) 由機械方法獲得 主軸電動機只需單方向旋轉(zhuǎn) 對立柱 主軸箱及搖臂的夾緊放松采用液壓技術(shù) 具有必要的聯(lián)鎖與保護 QA5 SF4 3 控制線路 主軸電動機的控制過程 FA2 BB1 M3 QA0 L1L2L3 MA1主電機 M3 MA4冷卻泵電機 M3 MA2搖臂升降電機 QA1 FA1 QA2 SF7 BB2 QA3 M3 BB3 QA4 QA5 TA 201 24V FA3 301 6V FA4 110V BB2 BB1 SF2 QA1 QA1 BG2 QA2 QA3 FA5 BG5 SF1 BG1 BG6 KF1 SF3 SF4 SF3 QA3 QA2 BG2 KF1 BB3 QA4 QA5 QA4 SF5 BG3 SF6 KF1 KF1 SF5 SF6 MB MA3液壓泵電機 通過按鈕SF1 SF2完成 3 控制線路 搖臂升降及夾緊 放松控制 搖臂鉆床工作時 搖臂應(yīng)夾緊在外立柱上 在搖臂上升或下降之前 須先松開夾緊裝置 當搖臂上升或下降到預(yù)定位置時 夾緊裝置應(yīng)自動將搖臂夾緊 行程開關(guān)BG1為搖臂上升極限位置保護 BG6為搖臂下降極限位置保護 QA5 SF4 3 控制線路 主軸箱與立柱的夾緊與放松 FA2 BB1 M3 QA0 L1L2L3 MA1主電機 M3 MA4冷卻泵電機 M3 MA2搖臂升降電機 QA1 FA1 QA2 SF7 BB2 QA3 M3 BB3 QA4 QA5 TA 201 24V FA3 301 6V FA4 110V BB2 BB1 SF2 QA1 QA1 BG2 QA2 QA3 FA5 BG5 SF1 BG1 BG6 KF1 SF3 SF4 SF3 QA3 QA2 BG2 KF1 BB3 QA4 QA5 QA4 SF5 BG3 SF6 KF1 KF1 SF5 SF6 MB MA3液壓泵電機 3 控制線路 照明指示電路 FA2 BB1 M3 QA0 L1L2L3 MA1主電機 M3 MA4冷卻泵電機 M3 MA2搖臂升降電機 QA1 FA1 QA2 SF7 BB2 QA3 M3 BB3 QA4 QA5 TA 201 24V FA3 301 6V FA4 110V FA5 BG4 SF7 MA3液壓泵電機 201 24V EL BG4 301 6V PG1 PG2 QA1 PG3 EL 照明燈 PG1 主軸箱松開指示燈 PG2 主軸箱夾緊指示燈 PG3 主電機工作指示燈