第 10 讲 机床电气控制电路设计

第 10 讲 机床电气控制电路设计

陈光胜陈光胜教师邮箱 :Cgs-168@163.com 、学生邮箱 :Dqkz2012@126.com PASS:shlgjxxy

• 机械设备设计：机械设计、 电气设计

机床电气控制电路设计机床电气控制电路设计

1 、机床电气设计的基本要求

总体技术要求

现场工作条件

经济性分析

合理设计

安全标准要求

一、机床电气设计的基本原则

• 1) 拟定电气设计的技术条件 ( 任务书 ) ；• 2) 确定电力传动方案和控制方案；• 3) 确定电动机容量；• 4) 设计电气控制原理图；• 5) 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；• 6) 绘制电气安装图、位置图、互连图；• 7) 设计电气柜、操作台、配电板及非标准器件与零件；• 8) 编写设计计算说明书及使用说明书。包括顺序说明、

维修说明及调整方法。

2 、机床电气设计的步骤

1 ）确定机床传动的调速方式 机床传动调速方式一般可分为机械调速和电气控制调速2 ）传动方式与其负载特性相适应3 ）电动机的起制动和正反转的要求

•3 、电气设计的技术条件

4 、机床电力传动方案的确定

电气设计的技术条件通常以设计任务书的形式表达。

5 、机床电气控制方案的确定继电接触器控制

可编程控制

数字控制

1 ）机床电气控制方案的可靠性

先进性设计

降低系统复杂性至功能要求最低

可靠性设计

• 可靠性指标• 柔性• 输入信号处理量• 数据计算• 响应速度• 其它约束

2 ）电气控制方案的确定

6 、控制方式的选择

• 时间控制 : 时间继电器、 PLC 定时器

• 速度控制：有级变速、无级变速、伺服控制，异步电机（包括主轴电机）、伺服同步电机、变频器

• 电流控制：力控制

• 行程控制：自动控制循环。

7 、确定电动机容量 1 ） 电动机容量计算的基本步骤是：预选： 根据生产机械提供的功率负载图或转矩负载图。

发热校验： 计算或试验：平均损耗法、等效发热法。

过载能力与起动转矩校验： 是否满足拖动要求。

2 ）节能查表法

电机等效负载 P

PLV 与 P2 关系P2— 电动机实际输出功率PLV— 考虑到有功及无功总损耗功率的当量损耗功率

（方均根）

图 6-2 某机床负载图

例：试选一台四极 Y 系列电动机

P=5.4KW

P=5.4KW

• 二、机床常用电器元件选择

1 、电器元件的可靠性2 、电器元件选择的基本原则1 ）根据对控制元件功能的要求，确定电器元件类型。2 ）确定元器件承载能力的临界值及使用寿命。 3 ）确定元器件预期的工作环境及供应情况。 4 ）确定元器件在应用时所需的可靠性等。

• 三、电器元件的选择• 1. 各种按钮、开关的选用(1) 按钮 : 控制功能选择结构型式、颜色指示灯、旋钮式、蘑菇式等额定电压：交流 500V ，直流 440V额定电流： 5A（ 2 ）刀开关：用于切断长期工作设备的电源，考虑：电源种类、额定电压、用电设备容量、极数。

(3)组合开关•组合开关主要用于电源引入与隔离，也叫

电源隔离开关。

（ 4 ）行程开关

• (5) 自动开关 ( 自动空气开关 )• 自动开关又称低压断路器。 • 常用的有 DZ10 系列 ( 额定电流分 10 ， 1

00 ， 200 ， 600A四个等级 ) 。小容量的有 DZ4 ， DZ5( 额定电流 25A ， 50A 两级 ) 。

2.接触器选用

首先：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。

电压等级：电力系统及电力设备的额定电压的级别系列

• 根据电动机的容量 Pe，用以下经验公式计算主触头的额定电流

• 式中 K——经验常数，一般取 1～ 1.4 ；• Ue——电动机额定线电压 (V) ；• Iec——被选定接触器的额定电流；• Uec——被选定接触器的额定电压；• Uex——线路额定电压；• IC——接触器主触头电流；• Pe——被控电机功率 (kW) 。

• 3.中间继电器的选用

• 机床上常用 JZ7 系列中间继电器，新产品有 JDZ1 系列、 CA2-DN1 系列及仿西门子 3TH的 JZC1 系列等，表 6-7 是几种中间继电器的主要技术数据。

• 时间继电器式• 电磁式、空气阻尼式、晶体管式和电动机式等。 JS7 系列是应用较多的空气式时间继电器，代替它的新产品是 JSK1 其技术参数见表 6-8 。

5. 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。 • 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。 热元件的额定整定电流值，一般按电动机额定电

流的 0.95～ 1.05倍选用。

热继电器动作的设定电流，是人为设置

电流调节范围

6.熔断器选用 其主要类型有：插入式、螺旋式、填料封闭管式等。机床上常用螺旋式。

式中 Ir——熔体额定电流； Ied——电动机额定电流； Iemax——容量最大的电动机之额定电流； ∑Ied——除容量最大的电动机之外，其余电动机额定电流之和。

•对于频繁起动的电动机，上式系数为 3～ 4 。

• 对单台电动机长期工作 (不经常起动 ) ，则

熔体的选择

• Sb——变压器所需容量 (VA) ；

• ∑Sxc——控制电路在最大负载时工作的电器所需要的功率 (VA) ，对于交流电器 ( 交流接触器、交流中间继电器及交流电磁铁等 ) ，Sxc应取该电器的吸持功率值，一般认为这些电器功率因素近似相等；

• Kb——变压器容量的储备系数，一般取 1.1～ 1.25 。

7. 控制变压器的选择

1) 容量保证最大功率

• ∑Sjq——所有同时起动的交流接触器、交流中间继电器在起动时所需要的总功率 (VA) ；

• ∑Sdq——所有同时起动的电磁铁在起动时所需要的总功率(VA) ；

• KL——电磁铁的工作行程 Lg与额定行程 Le之比的修正系数

2) 启动其它电器，保证可靠吸合

1 ）牵引电磁铁——主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务。2 ）起重电磁铁——用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。3 ）制动电磁铁——主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。4 ）自动电器的电磁系统——如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。5 ）其他用途的电磁铁——如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。

8 电磁铁的选择

分类：

• 常用交流电磁电器的起动与吸持功率

• 常见电磁铁：牵引电磁铁、阀用电磁铁；按电源分有交流和直流两大类。机床常用牵引电磁铁有MQ1 和 MQ2 系列产品，其选用规格型号与技术参数见表 6-12 。

• 式中 Rq——每相起动限流电阻的阻值 (Ω) ；• Ie——电动机的额定电流 (A) ；• Kq——不加电阻时电动机的起动电流与额定电流之比 ( 可查手册 ) ；

• Kqr——加入起动限流电阻后，电动机的起动电流与额定电流之比。

• 9. 控制电路中某些电阻的计算• (1)鼠笼式异步电动机起动限流电阻的计算 • 由下式近似计算，即

Tq——电动机不加起动电阻时的起动转矩

Te——电动机的额定转矩；

Kt——电动机的起动转矩与额定转矩之比 ( 可查手册 )

加入限流电阻后起动转矩

(2)鼠笼式异步电动机反接制动电阻计算

按下式计算

式中 Kzr——接入限流电阻后，反接制动电流与额定电流之比。

• 制动转矩Mzr可估算为

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