电气控制与PLC应用项目教程 教学课件 ppt 作者 顾桂梅 项目3 T68 卧式镗床电气控制

1、项目3 T68 卧式镗床电气控制,【学习目标】 1.了解双速电动机的工作原理。 2.掌握双速电动机调速控制线路的设计方法。 3.掌握行程控制线路的设计方法。 4.掌握三相异步电动机降压起动控制线路的组成及工作原理。 5.了解绕线转子异步电动机转子串电阻起动控制线路的组成及工作原理。 6.掌握T68镗床的主要结构、运动方式及控制要求。 7.能够识读及分析T68镗床的电气原理图。 8.通过对T68镗床电气控制系统分析，加深对电气控制系统分析内容和设计步骤的掌握。,3.1 项目简述 镗床是冷加工中使用比较普遍的设备。镗床主要用于钻孔、镗孔、铰孔及加工端面等，若使用附件还可以车削螺纹。 3.1.1 T68卧式车床主要结构及运动方式 T68卧式镗床主要由床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾座等部分组成，其结构如图3-1所示。 T68镗床的床身是一个整体铸件，在它的一端固定有前立柱，其上的垂直导轨上装有镗头架。镗头架可沿着导轨垂直移动，里面装有主轴、变速箱、进给箱和操纵机构等部件。切削刀是固定在镗轴前端的锥形孔里或装在花盘的刀具溜板上，在工作时，镗轴一面旋转，一面沿轴向做进给运动。花盘只能旋转

2、，其上的刀具溜板可作垂直于主轴轴线方向的径向进给运动。镗轴和花盘主轴是通过单独的传动链传动，因此可以独立转动。,后立柱的尾座用来支撑装夹在镗轴上的镗杆末端，它与镗头架同时升降，两者的轴线始终在一直线上。后立柱可沿床身导轨在镗轴的轴线方向调整位置。 安装工件的工作台安置在床身中部的导轨上，它由上溜板、下溜板和可转动的台面组成，工作台可作平行和垂直于镗轴轴线方向移动，并可以转动。,从以上分析中可知，T68卧式镗床的运动形式有下面三种： （1）主运动：镗轴的旋转运动和花盘的旋转运动。 （2）进给运动：镗轴的轴向进给、花盘上刀具的径向进给、镗头的垂直进给、工作台的横向进给和纵向进给。 （3）辅助运动：工作台的旋转、后立柱的水平移动、尾座的垂直移动及各部分的快速移动。,3.1.2 T68卧式车床电力拖动特点及控制要求 （1）为适应多种加工工艺要求，主轴旋转和进给都应有较大的调速范围。所以，T68镗床采用双速笼形异步电动机作为主电动机，并采用机电联合调速，这样既扩大了调速范围，又简化了传动机构。 （2）主运动和进给运动采用了同一台电动机拖动，由于进给运动有几个方向，所以要求主电动机能正反转，并在主

3、电动机运转时可进行主轴变速和进给变速。高速运转应先低速起动，各方向的进给都应有联锁关系。 （3）各进给部分应能快速移动，故采用了一台快速电动机拖动。 （4）为适应调整的需要，要求主拖动电动机可以正反向点动，并且有准确的制动。本机床采用电磁铁带动的机械制动装置。 （5）由于卧式镗床运动部件多，应有必要的联锁和保护环节。,3.2 基本控制线路相关知识 3.2.1 双速度电动机控制线路 双速度电动机是通过改变电动机定子绕组的磁极对数来达到电动机的调速目的。 由三相异步电动机内部原理可知，当电源频率f固定后，电动机的同步转速与它的极对数P成反比，异步电动机转速表达式： n1=60f/p(1-s) （3-1） 极对数增加一倍，同步转速就下降一半，从而引起异步电动机转子转速的下降。 通常把变更绕组极对数的调速方法，我们称为变极调速。变极调速是一种有级调速。速度变换是“阶跃式”的，变极对数调速有“倍极比”和“非倍极比”两类，如2，4，8极的变换关系为倍极比，而4，6极的变换关系为“非倍极比”。,由于变更极对数调速方法简便、可靠，在有级调速能满足要求的生产机械中，广泛采用多速异步电动机作为主拖动电机。

4、如镗床，铣床等机床的主轴拖动，都采用变更极对数的调速电动机。 笼型异步电动机常用的变极调速方法有两种。一种是改变定子绕线的接法，即变更定子绕线组每相电流的方向；另一种是在定子上设置具有不同极对数的两套相互独立的绕组。有时为了使同一台电动机获得更多的速度等级往往同时采用上述两种方法，即在定子上设置两套相互独立的绕组，又使每套绕组具有变更电流方向的能力。以上两种方法，通过改变磁极的对数，从而改变旋转磁场的同步转速，实现改变异步电动机的转速。变极调速改变极对数接线如图3-2所示。,在图3-2图（a）中的接法，用右手螺旋定则判断定子的电流方向，其同步转速n1=1500r/min。改接后一半线圈中的电流方向反向，这时定子绕组产生的是两极磁场，如图3-2（b）所示，其同步转速n1=3000r/min，调速比为1：2。如图3-2（b）中有串联和并联两种联结方法，因此只要在电动机外部改变定子绕组的联结方法，就可以改变其极对数，从而得到不同的转速。多速电动机一般是以双速电动机为基础的，如3速电动机定子嵌有一套是单速的和一套是双速的两套独立的绕组，4速电动机定子嵌有两套可以接成双速的独立绕组。 双速度电动

5、机有低速运行和高速运行两种方式，其控制线路如图3-3所示。当定子绕组接成三角形时，磁极对数为2，此时以1500r/min低速运行；当定子绕组改接成双Y型时，磁极对数为1，此时以3000r/min高速运行。,低速运行时，将开关SA扳向“低速”位置，接触器KM1吸合，电动机M的定子绕组U1，V1，W1出线端与电源联接，电动机成三角形联接，低速运行。当需要高速运行时，将SA扳向“高速”位置，此时时间继电器KT吸合，使接触器KM1吸合，KM1（8-9）断开联锁作用，KM1的主触头闭合，电动机M的定子绕组成三角形联接，低速起动。几秒钟后，KT（6-7）延时断开。使接触器KM1释放。电动机断电惯性旋转，此时KM1（8-9）恢复闭合，KT（7-8）延时闭合，使接触器KM2吸合，U1，V1，W1并头，电动机M的定子绕组变成双星型联接并高速运转。因为采用了时间继电器，由低速起动向高速运转是自动的，所以这种控制线路称为双速自动加速电路。,3.2.2 工作台自动往返控制 在生产过程中，经常遇到一些生产机械运动部件的行程或位置要受到限制，如运料机、锅炉上煤机、万能铣床、桥式起重机等设备中经常使用行程控制，它们

6、的生产机械运动部件的运动状态转换是靠运动部件达到一定位置时，由行程开关发出信号进行自动控制的。,某机床工作台需要在一定位移内实现自动往返循环，拖动动力为三相鼠笼式交流异步电动机，其工作示意图如图3-4所示。图3-4中SQ为行程开关，装在预定的位置上，工作台上装有两个撞块，达到指定位置后，撞块压下任意一个行程开关时，都是该行程开关的常闭触点先断开，切断原来运动方向的接触器线圈电路；然后常开触点闭合，接通新运动方向的接触器线圈电路，实现自动往返控制。其中，撞块1只能碰撞SQ2、SQ4，撞块2只能碰撞SQ1、SQ3，调节撞块的位置，就可以调节工作台行程往复区域的大小。 SQ1、SQ2装在机床床身上，工作台在SQ1、SQ2之间往复运动，SQ3、SQ4安装在向左或向右的极限位置上，如果SQ1、SQ2失灵，工作台会继续向左或向右运动，当工作台运行到极限位置时，撞块就会压下行程开关SQ3或SQ4，切断控制线路，迫使电动机停转，从而使工作台停止移动。可见，SQ3、SQ4起到终端保护的作用，因此又称为终端保护开关或简称为终端开关。,工作台控制要求为：（1）工作台由原位开始前进，到达终端后自动后退；（2）

7、要求能在任意位置停止或起动；（3）控制线路设有短路、失压、过载和终端位置保护。根据其工作要求设计的工作台自动往返控制线路原理图如图3-5所示。 工作原理：首先合上电源开关QS，然后按下右行按钮SB3，接触器KM2线圈得电，其常闭触头断开，对KM1实现互锁，接着KM2主触头闭合，工作台向右运行，同时KM2常开触头闭合，对KM2实现自锁，当工作台运行到限制位置时，撞块1压下SQ2，其常闭触头先断开，切断KM2所在的线路，然后其常开触头闭合，接通KM1所在的线路，工作台开始向左运行，当左行到限定位置时，撞块2压下SQ1，其常闭触头断开KM1所在的线路，然后其常开触头接通KM2所在的线路，工作台开始向右运行，以此循环动作实现工作台自动往返运行。,3.2.3 三相鼠笼式交流异步电动机定子串电阻或电抗器降压起动控制线路 三相异步电动机全压起动时，起动电流很大，一般可达到额定电流4-7倍，过大的起动电流会致使变压器二次侧电压大幅度的下降，减小电动机的起动转矩，甚至使电动机根本无法起动。同时，过大的电流会降低电动机的使用寿命，并造成电源电网电压下降，影响网上其它电气设备的正常工作。一般情况下电动机的额

8、定容量在10kW以上时，要求采用降压起动方式来起动。起动时降低加在定子绕组上的电压，起动后再将电压恢复到额定值，使电动机在正常电压下工作。电枢的电压和电流成正比，所以降低电压就可以减小起动电流，不会在电网中造成过大的压降，并且限制和减少了起动转矩对机械设备的冲击作用。若大容量电动机的电源变压器的容量足够大时，也允许全压直接起动，对电网电压没有太大的波动影响，但应考虑起动时的机械冲击破坏问题。,异步电动机定子串电阻或电抗器降压起动，就是在电动机起动时，将电阻或电抗器串联接在电机定子绕组和电源之间，起动时在电阻或电抗器上有电压降落。此时电动机绕组上只施加小于电源的电压，从而降低了起动电流，电动机的转速升高到一定值时，再将电阻或电抗器短接，使电动机在额定电压下正常运转。,异步电动机定子串电阻降压起动控制线路如图3-6所示，当合上总电源开关QS后，压下SB2，则接触器KM1和时间继电器KT的线圈获电吸合，KM1（4-5）闭合自锁，KM1的主触头闭合，电动机M串电阻降压起动。当时间继电器KT数秒延时后，KT（5-6）延时闭合。KM2线圈获电吸合，KM2主触头闭合，电阻R被短接，电动机M以额定电压

9、正常运转。 定子串电阻或电抗器的电动机降压起动方法，可以适用于正常运行时绕组作星形或三角形联结的电动机。这种起动方法的缺点是起动时电阻的功率损耗较大，电阻温升很高，又由于起动时电压的降低，起动转矩也会大大的降低，所以适用于电动机轻载或空载起动的场合。为了减少电阻功率损耗可以用电抗器来代替，但增大了电网的无功分量，且电抗器的成本较高。,3.3 应用举例 3.3.1 运料小车自动往返循环控制线路分析 图3-7中的小车开始时停在左边，左限位开关SQ1的常开触点闭合。要求按下列顺序控制小车： (1) 按下右行起动按钮SB2，小车右行。,(2) 走到右限位开关SQ2处停止运动，延时8S后开始左行。 (3) 回到左限位开关SQ1处时停止运动，延时8S后开始右行。 (4)无论何时按下停止按钮，小车均停止。 运料小车自动往返控制线路图如图3-8所示。 工作台自动往返控制线路中没有原点及终点的延时，为此线路中增加两个时间继电器KT1、KT2，分别用于延时控制。当运料小车运行到限定位置时，压下行程开关，然后用行程开关接通相应的时间继电器，经时间继电器的延时后接通另一接触器的线圈。,3.3.2 自耦变压器降压起动控制线路 异步电动机自耦变压器降压起动控制方法是利用自耦变压器来降低电动机起动时的电压，达到限制起动电流的目的。起动时，电源电压加在自耦变压器的高压绕组上，而电动机的定子与自耦变压器低压绕组联结，待电动机转速上升到一定数值时，再将自耦变压器切除，电动机直接与电源相接，在额定电压下运行。自耦变压器降压起动线路原理如图3-9所示。自耦变压器降压起动工作时可以采取手动控制和自动控制两种方式。一般手动控制时使用QJ3补偿器，自动控制时使用XJ01型自动补偿器。且手动补偿器内部具有欠压和过载保护装置，XJ01型自动补偿器控制线路如图3-10所示。,图3-10XJ01型补偿器控制线路可分为主电路、控制电路和指示灯显示电路三部分。压下起动按钮SB3（或SB4）时，接触器KM1和时间继电器KT吸合，KM1（5-6）闭合自锁，KM1主触头闭合，自耦变压器低压侧接入电动机M，KM1（U31-V31、V31-W31）闭合，将自耦变压器接成星形联结，电动机M降压起动。同时常闭触头KM1（9-10）断开联锁，KM1（14-16）闭合，起动指示灯。几秒钟后，KT（5-8）延时闭合，中

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