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第五章 机床电气控制电路设计

第五章 机床电气控制电路设计. 机床电气设计的基本原则 机床电气控制电路的 设计内容 机床电气控制电路的经验设计法 常用电器元件选择. 机床电气设计的基本原则. 机床电气设计的基本要求 机床电气设计的内容及设计步骤 电气设计的技术条件 机床电力传动方案的确定 机床电气控制方案的确定 控制方式的选择 确定电动机容量 机床电气电路的原理图设计原则. 机床电气设计的基本要求. 熟悉所设计机床（设备）的总体技术要求及工作过程，弄清其它系统对电气控制系统的技术要求。 了解机床的现场工作条件，供电情况及测量仪表的种类。

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第五章 机床电气控制电路设计

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Presentation Transcript

  1. 第五章 机床电气控制电路设计 机床电气设计的基本原则 机床电气控制电路的设计内容 机床电气控制电路的经验设计法 常用电器元件选择

  2. 机床电气设计的基本原则 • 机床电气设计的基本要求 • 机床电气设计的内容及设计步骤 • 电气设计的技术条件 • 机床电力传动方案的确定 • 机床电气控制方案的确定 • 控制方式的选择 • 确定电动机容量 • 机床电气电路的原理图设计原则

  3. 机床电气设计的基本要求 • 熟悉所设计机床（设备）的总体技术要求及工作过程，弄清其它系统对电气控制系统的技术要求。 • 了解机床的现场工作条件，供电情况及测量仪表的种类。 • 通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传动方案和控制方案。 • 设计简单合理、技术先进、工作可靠。维修方便的电气控制电路。进行模拟试验，验证控制电路能否满足机床的工艺要求。 • 保证使用安全性，贯彻最新国家标准。

  4. 机床电气设计的内容及设计步骤 • 拟定电气设计的技术条件 • 确定电力传动方案和控制方案 • 确定 电动机容量 • 设计电气控制原理图 • 选择电气元器件及装置；制定电气设备装置、元件、器件的清单及备件，易损件的清单 • 绘制电气安装图、位置图、互连图 • 设计电气柜、操作台、配电板及非标准器件 • 编写设计计算说明书及使用说明书

  5. 电气设计的技术条件 • 用户供电电网的种类、电压、频率及容量。 • 有关电气传动的基本特性 • 有关电气控制的特性 • 有关操作方面的要求 • 机床主要电气设备的参数及布置框图

  6. 机床电力传动方案的确定 • 确定机床传动的调速方式 • 传动方式与其负载特性相适应 • 电动机的起制动和正反转的要求

  7. 机床电气控制方案的确定 • 机床电气控制方案的可靠性 • 电气控制方案的确定

  8. 控制方式的选择 • 控制方式主要有时间控制、速度控制、电流控制及行程控制。 • 应根据实际工作情况决定 • 还必须注意因负载变化而出现的问题。

  9. 确定电动机容量 • 节能查表法 • 当电动机的机械特性硬，电动机的转速在整个工作过程中可以近似不变时，电动机的功率近似与转矩成正比，此时，等效负载P为：

  10. 原理图设计的一般原则 • 控制系统应满足生产机械的工艺要求 • 力求控制电路安全可靠，简单经济 • 合理选择各种电器元件 • 符合人机关系，便于维修 • 其设计包括主电路、控制电路和辅助电路。

  11. 主电路设计 • 对于异步电动机：选择电路电动机的起动方式，正反转 控制及主电路的保护环节。 • 确定电动机是全压起动还是降压起动。 • 对于正反转控制方式，应防止误操作而引起的电源相间短路，在控制电路中有互锁保护。 • 注意主电路的熔断保护、过载保护及其它安全保护元件的选择与设置。 • 主电路与控制电路应保持严格的对应关系。

  12. 全压起动的条件 • 全压起动的条件为： • Seb----电源变压器额定容量（kvA） • Ig ----电动机全电压起动电流（A） • Ie ----电动机额定电流（A） • Pe ----电动机额定功率（kW)

  13. 控制电路的经验设计法 • 设计过程是逐步完善，不易得到最佳方案 • 需反复修改草图，会影响设计速度 • 需要一定的经验才能进行设计，可能影响到系统的可靠性。 • 设计中应注意的问题 • 设计举例

  14. 设计中应注意的问题 • 控制电路的电源选择 • 简化电路、减少触头，提高可靠性 • 正确联接电器的线圈 • 避免在控制电路中出现寄生回路 • 根据实际情况合理安排原理图中元件位置。

  15. 控制电路电源选择

  16. 简化电路、减少触头的方法 • 其主要方法有： • 合并同类触头 • 利用转换触头 • 在直流电路中利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数和利用逻辑电数进行电路化简。

  17. 合并同类触头

  18. 利用转换触头

  19. 利用二极管

  20. 正确联接电器的线圈

  21. 避免在控制电路中出现寄生回路

  22. 合理安排元件位置

  23. 设计举例（M7120平面磨床为例） • 机床传动的总体方案 • 确定电动机型号及参数 • 主电路的设计 • 控制电路的设计 • 电磁吸盘控制电路设计 • 辅助电路设计 • 控制电源的确定及总体电路的完善

  24. 机床传动的总体方案 • 工作台的往复运动由液压泵电动机M1拖动，M1电机单向运转，往复运动由液压传动装置实现。 • 砂轮的旋转磨削工作由电动机M2拖动。 • 冷却泵电动机M3提供磨削时你磨削液 • 砂轮架升降由电动机M4拖动，M4双向运转。 • 工作台吸盘电路中应具有欠电压保护及去磁控制，以确保工件吸牢及取下方便。

  25. 电动机的确定 M1 M2 M3 M4

  26. 主电路的设计

  27. 控制电路的设计

  28. 电磁吸盘控制电路设计

  29. 辅助电路的设计

  30. 控制电源的确定及总体电路的完善 • 选用380V作为控制电路电压。 • 电磁吸盘采用110V直流供电。 • 照明用24V安全电压，信号指示为6.3V

  31. 常用电器元件选择 • 电器元件的可靠性 • 电器元件选择的基本原则 • 电器元件的选择

  32. 电器元件选择的基本原则 • 根据对控制元件功能的要求，确定电器元件类型； • 确定元器件承载能力的临界值及使用寿命。 • 确定元器预期的工作环境及供应情况； • 确定元器件在应用时所需的可靠性等。

  33. 电器元件选择 • 按钮、开关选择 • 接触器选用 • 中间继电器的选用 • 时间继电器的选用 • 热继电器的选用 • 熔断器选用 • 控制变压器的选用 • 电磁铁的选用 • 控制电路中某些电阻的计算。

  34. 按钮、开关选择 • 按钮 • 刀开关 • 组合开关 • 行程开关 • 自动开关

  35. 按钮 • 按钮是短时切换小电流控制电路的开关，根据控制功能选择按钮的结构型式及颜色。 • 按钮的额定电压：交流500V,直流440V,额定电流5A. • 机床上常选用：LA2、LA10、LA18、LA19、LA20等。 • LA-ႎ ႎ ႎ ႎ • L-主令电器,A-按钮, ႎ-设计序号, ႎ-常开触头数, ႎ-常闭触头数, ႎ-结构型式代号(K、S、J、X、H、F、Y和D)

  36. 按钮 • K-开启式 • S-防水式 • J-紧急式 • X-旋转式 • H-保护式 • F-防腐式 • Y-钥匙式 • D-带灯按钮

  37. 刀开关 • 刀开关主要用于接通和切断长期工作设备的电源。 • 刀开关的种类很多，按级数分单级、双级、和三极；按刀的转换方向可分单掷和双掷等。常用的刀开关有开启式负荷开关和封闭式负荷开关。 • 根据电源种类、电压等级、用电设备容量、所需极数及使用场合来选用。 • 开启式，主要控制5.5kw以下的电机（一般）型号HKI- ႎ含义：HK-开启式负荷开关，I-设计序号； ႎ-额定电流。 • 封闭式（铁壳开关），型号HH4- ႎ /ႎ含义：HH-封闭式负荷开关，4-设计序号， ႎ-额定电流， ႎ-极数。

  38. 组合开关 • 组合开关主要用于电源引入与隔离， • 可根据电源种类、电压等级、所需极数及电气设备额定容量选取。 • 额定电压500V的开关适用于交流380V，额定电压250V的开关适用于交流220V控制。 • 开关的额定电流一般取设备额定电流的1.5倍~3倍。 • 常用的型号有HZ系列：HZ1、HZ2、…HZ10

  39. 组合开关技术参数

  40. 行程开关 • 用于控制运动机构的行程、讯号转换、联锁等。 • 根据控制功能、安装位置、电压电流等级、触头种类及数量来选择结构和型号。 • 机床上常用的有LX2、LX19、JLXK1型行程开关及JXW-11、JLXK1-11型微动开关等。（LXK3系列新产品，LXW5系列微动开关） • JLXK1- ႎႎႎ的含义：J-机床电器；L-主令电器；X-行程开关；K-快速；1-设计序号； ႎ-滚轮数目； ႎ-常开触头数； ႎ-常闭触头数。 • 对于要求动作快、灵敏度高的行程控制，可采用无触点接近开关。

  41. LXK3系列行程开关主要技术数据

  42. 自动开关（自动空气开关） • 自动开关又称低压断路器。常作为机床电路的电源引入开关，并且对电源设备有过载、短路、欠压保护作用。 • 选用时考虑额定电流和额定电压以及短路保护的电磁瞬时脱扣器电流整定值应略大于电路最大短路电流。 • 常用的有DZ10系列(额定电流分10、100、200、600A)。小容量的有DZ4、DZ5（额定电流25A、50A两级） • 引进西门子公司的新产品3VE1、3VE3系列。（0.1~63A)

  43. 接触器选用 • 主要考虑主触头的额定电流、额定电压、吸引线圈的电压等级，其次考虑辅助触头的数量和种类、操作频率等。 • 吸引线圈的电压等级应等于控制电路的电压。 • 交流接触器多用CJ10系列，直流接触器多用CZD系列。 • CJ ႎ-ႎ型号的含义：C-接触器；J-交流； ႎ-设计序号； ႎ-主触头额定电流。 • 还有LC1-D,可与西门子公司3TB系列互换使用的CJX1、CJX2系列。

  44. CJ10系列交流接触器技术数据

  45. CZD系列直流接触器基本技术数据

  46. 接触器的选择 • 选择类型 • 选择触头的额定电压 • 选择主触头的额定电流：主触头的额定电流应大于或等于负载的额定电流。如负载是电动机，其额定电流按下式推算： 选择线圈电压 选择触头数量和种类

  47. 中间继电器的选用 • 中间继电器用于控制电路中传递与转换信号，扩大控制路数，将小功率控制信号转换为大容量的触头控制，扩充交流接触器及其它电器的控制作用。 • 中间继电器主要根据触点的数量及种类确定型号，吸引线圈的额定电压等于控制电路的电压等级。 • 机床上常用JZ7系列，新产品有JDZ1系列、CA2-DN1系列及仿西门子3TH的JZC1系列等。

  48. 三种系列中间继电器技术参数

  49. 时间继电器的选用 • 时间继电器的类型有：电磁式、空气阻尼式、晶体管式和电动机式等。 • 选用时考虑延时方式、延时范围、延时精度要求、瞬时触头数目等。另外，线圈电压等级应满足控制电路的要求。 • 对延时精度不高的可选 用空气阻尼式；对直流断电延时，宜选用价格较低的电磁式；当延时范围大，延时精度要求高时，可选 用晶体管式或电动机式时间继电器。 • 常用机床时间继电器主要有JS7系列（空气式时间继电器新产品JSKI）

  50. 热继电器的选用 • 热继电器主要对异步电动机进行过载保护。 • 热继电器有双金属片式和电子式两种。 • 电子式热继电器保护性能好，适用于重要电动机。 • 选择热继电器主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的额定电流及热元件的电流等级。 • 对星形接线的电动机可选两相或三相结构式的，对三角形接线的电动机，应选择带断相保护的热继电器。热元件的额定电流值，一般按电动机额定电流的0.95~1.05倍选用。 • 常用的热继电器为JR0系列，新产品JRS1系列、LR1-D系列以及西门子的3UA系列。

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