机床电气控制第一讲.docx
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机床电气控制第一讲
《机床电气控制》课程教案
授课专业：
机电一体化
课程名称：
机床电气控制
主讲教师：
蒋祥龙
院系名称：
机电学院电气自动化教研室
2008.2.20
课 程 说 明
一、课程名称：
机床电气控制
二、总课时数：
64学时
三、先修课程：
电路、电力电子、电机学等
四、使用教材：
齐占庆.机床电气控制技术.北京：
机械工业出版社，2004.2
五、教学参考书：
刘介才.工厂供电.北京：
机械工业出版社，2003.5
耿毅.工业企业供电.北京：
冶金工业出版社，1985
余健明编.供电技术.北京：
机械工业出版社，2003.1
课 时 教 案
讲授人
蒋祥龙
课 时
6
课题内容
第一讲常用低压电器
教学时间
270分钟
教学方法
和手段
借助PPT演示、板书等多种形式启发式教学
教学课型
√
理论□实验□习题□
实践□复习□其它□
教学目的
◆1.了解数控机床低压电器的分类
◆2.掌握电气控制系统中常用低压电器的结构、原理、用途、选择
重点难点
◆常用主令电器、接触器、继电器、保护电器、直流稳压电源的结构、原理、用途、选用方法
教学过程
备 注
序号
设计内容
详细内容
1
主要内容介绍（2minutes）
Ø主要内容
通过机床的控制现象，引出问题——机床是如何进行电气控制的.
本讲内容可概括为即:
⏹低压电器的分类
⏹低压电器的原理和用途
板书内容：
举例什么是电气控制.
2
问题导入（3minutes）
✓机床由于加工的要求,需要进行多种不同的控制,比如启动,比如正转和反转.这些控制的实现是通过什么来控制的呢?
✓如果用手来控制的话,显然是不能满足自动控制的要求的.为了提高加工的效率,降低工人的劳动强度,必须引入自动控制的概念.
主要讲解清楚为什么要进行自动控制,有什么好处和意义?
3
低压电器概述（15minutes）
电器：
指对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械。
低压电器：
指工作在交流50HZ额定电压1200V，或直流电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。
控制电器：
用于各种控制电路和
控制系统的电器，
如接触器、继电器等。
主令电器：
用于自动控制系统
中发送控制指令的电器，如按
钮、行程开关等。
保护电器：
用于保护电路及用
电设备的电器，如熔断器、热
继电器等。
配电电器：
用于电能的输送和
分配的电器。
如低压断路器、
隔离器、
执行电器：
用于完成某种动作或
传动功能的电器，如电磁铁、电
磁离合器等。
一、低压电器的分类
二、低压电器的发展方向
当前，低压电器继续沿着体积小、重量轻、安全可靠、使用方便的方向发展，主要途径是利用微电子技术提高传统电器的性能；在产品品种方面大力发展电子化的新型控制电器，如接近开关、光电开关、电子式时间继电器、固态继电器与接触器等以适应控制系统迅速电子化的需要。
重点在于工作原理的分类
4
主令电器
（45minutes）
主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。
主要有控制按钮、行程开关、接近开关等。
一、控制按钮
1、作用：
在控制电路中常用作远距离手动控制接触器、继电器等有电磁线圈的电器，也可用于电气联锁等电路中。
由于按钮只能接通或分断交流电压为500V或直流电压440V、电流为5A及以下的电路，所以，不能直接用它来控制主电路的、通断。
2、按钮的结构和符号
当没按下按钮帽时，动断（常闭）静触点闭合，动合（常开）静触点断开；当按下按钮帽时，动断（常闭）触点先断开而动合（常开）触点后闭合；当松开按钮帽时，在复位弹簧的作用下，动合（常开）触点先断开而动断（常闭）触点闭合。
3、按钮的选择
目前常用的按钮有LA10、LA18、LA19、LA20等系列的产品。
按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要求选用。
一般用红色表示停止和急停；绿色表示起动；黑色表示点动；还有
黄、白、蓝等颜色，供不同场合使用。
二、行程开关
行程开关又叫限位开关或位置开关。
1、作用及工作原理：
它是用来控制某些机械部件的运动行程和位置的电器。
当机械的运动部件压到行程开关的传动部件时，其内部触点动作，接通、变换或分断控制电路，达到对电路的控制要求。
2、结构及分类：
行程开关是由操作机构、触点系统和外壳等部分组成。
当生产机械的运动部件碰压到顶杆时，使动断触点断开，动合触点闭合；当运动部件离开顶杆时，在复位弹簧的作用下，动断触点闭合，动合触点断开。
直杆式和单轮旋转式行程开关自身有复位弹簧，顶杆可自动恢复到原来的位置，为下次动作做准备。
双轮旋式行程开关没有复位弹簧，当运动部件离开后不能自动复位，必须等到运动部件从反方向碰到轮时才能复位。
3、行程开关的选择及符号
在选择行程开关时，应根据被控制电路
的特点、要求、生产现场条件和触点数量等因素进行考虑。
常用的行程开关有LX19、LX31、LX32、JLXK1等系列产品。
三、接近开关
接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。
1、作用：
可以代替行程开关完成传动装置的位移控制和限位保护，还广泛用于检测零件尺寸、测速和快速自动计数以及加工程序的自动衔接等。
2、特点：
工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、灵敏度高、频率响应快以及适应恶劣的工作环境等。
3、分类：
4、常用接近开关
主要系列产品有LJ2、LJ6、LXJ18和35G等系列。
5、接近开关的文字符号及图形符号
重点掌握按钮和组合开关.
5
组合开关（10minutes）
又叫转换开关，是由多组结构相同的触点组件组合而成的控制电器。
它属于手动控制电器。
其结构和图形符号如图所示。
额定电压
额定电流有10A、25A、60A等
极数
它常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。
组合开关有单极、双极和多极之分。
它由动触片、静触片、转轴、手柄、凸轮、绝缘杆等部件组成。
当转动手柄时，每层的动触片随转轴一起转动，使动触片分别和静触片保持接通和分断。
为了使组合开关在分断电流时迅速熄弧，在开关的转轴上装有弹簧，能使开关快速闭合和分断。
6
低压断路器
（20m）
低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称自动开关。
一、作用及分类：
用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。
二、结构和工作原理
由触点系统、灭弧装置、各种脱扣器、脱扣机构和操作机构等部分组成。
1、触点系统和灭弧装置：
用于接通和分断主电路，为了加强灭弧能力，在主触点处装有灭弧装置。
2、脱扣器是断路器的感测元件，当电路出现故障时，脱扣器收到信号后，经脱扣机构动作，使触点分断。
欠压脱扣器
过电流脱扣器
过载脱扣器
分励脱扣器
3、脱扣机构和操作机构是断路器的机械传动部件，当脱扣结构接收到信号后由断路器切断电路。
三、断路器的图形符号和文字符号
四、主要技术参数
有：
额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型、
整定电流范围、分断能力、动作时间等。
五、低压断路器的选用原则
1、根据电气装置的要求确定断路器的类型；
2、根据对线路的保护要求确定断路器的保护形式；
3、低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。
4、低压断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。
5、欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。
6、过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。
国产低压断路器主要有DW15、DW16、DZ15、DZ20、DZX10、DS12等系列产品，从国外引进技术生产的断路器产品有德国的ME系列、西门子公司的3WE系列、日本的AE/AH/TG系列、法国的C45和S060系列、美国的H系列。
应知道低压断路器的用法.
7
接触器（45m）
一、接触器的作用和分类
接触器是用来频繁接通和断开交、直流主电路和大容量控制电路的电器。
它不仅具有远程控制的功能，还具有低电压释放保护功能，是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器。
二、接触器的结构
1、电磁系统
作用：
将电磁能转换为机械能，带动触头动作，完成通断电路的控制作用。
1）电磁铁结构
电磁系统的电磁铁结构形式如图所示，
工作原理：
当线圈中有工作电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，由连接机构带动相应的触头动作。
2）励磁线圈由漆包线绕制而成。
作用：
将电能转换成磁场能量。
线圈通入直流电的为直流线圈，通入交流电的为交流线圈。
在交流电产生的交变磁场中为避免因磁通过零点造成衔铁抖动，在交流电器铁心的端部开槽，嵌入一通短路环。
2、触头系统
作用：
接通或断开电路。
3、灭弧装置
作用：
用来迅速熄灭主触点在分断电路时所产生的电弧，保护触点不受电弧灼伤，并使分断时间缩短。
灭弧措施：
（1）机械灭弧通过机械装置将电弧迅速拉长。
图a所示，多用于开关电器中。
（2）磁吹灭弧在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁场作用下、电弧受磁场礼的作用而拉长，被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，与固体介质相接触，电弧被冷却而熄灭。
（3）窄缝灭弧这种灭弧方法是借助灭弧罩上的窄缝来完成灭弧任务的。
灭弧罩上有许多窄缝和纵缝，上窄下宽。
当触点断开时，电弧在电动力的作用下进入窄缝内，加快熄弧。
（4）栅片灭弧熄弧栅片由镀铜薄钢片制成，位于触点上方，各片间互相绝缘。
当触点分断电路产生电弧时，栅片能将电弧分为若干段，每段电压不足以维持起弧。
且熄弧栅片有冷却作用，电弧可迅速熄灭
三、接触器的工作原理
当接触器的励磁线圈通电后，在衔铁气隙处产生电磁吸力，使衔铁吸合。
由于主触点支持件与衔铁固定在一起，衔铁吸合带动主触点也闭合，接通主电路。
与此同时，衔铁还带动辅助触电动作，使动合触点闭合，动断触点断开。
当线圈断电或电压显著降低时，电磁吸力消失或变小，衔铁在复位弹簧的作用下打开，使主、辅触电恢复到原来的状态，把电路切断。
四、交流接触器
交流接触器用于远距离控制电压至380V，电流至600A的交流电路，以及频繁起动和控制交流电动机的控制电器。
CJ20系列交流接触器的结构如图1-4所示，上部是主、辅触点和灭弧装置，下部是电磁机构。
CJ20系列交流接触器的主触点均做成三极，辅助触点则为两动合两动断形
式。
此系列交流接触器常用于控制笼型电动机的起动和运转。
常用的交流接触器产品，国内有CJ0、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX1、CJX2等系列；引进国外技术生产的有B系列、3TB、3TD、LC—D等系列。
五、直流接触器
直流接触器与交流接触器的工作原理相同。
结构也基本相同，不同之处是，铁心线圈通以直流电，不会产生涡流和磁滞损耗，所以不发热。
为方便加工，铁心由整块软钢制成。
为使线圈散热良好，
通常将线圈绕制成长而薄的圆筒型，
与铁心直接接触，易于散热。
常用的直流接触器有：
CZ0、CZ18等系列
六、接触器图形符号及文字符号
七、接触器的选用
接触器使用广泛，为了使其在不同的使用条件下正常工作，必须根据下列原则正确选用接触器，使其技术指标满足被控电路的要求。
（1）选择接触器的类型
控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。
（2）接触器的使用类别应与负载性质相一致。
交流接触器按使用类别分为12种，使用类别代号和相应典型用途举例如下：
使用类别代号
典型用途举例
AC-1
无感或微感负载、电阻炉
AC-2
绕线转子异步电动机的起动、分断
AC-3
笼型电动机的起动、运转中分断
AC-4
笼型电动机的起动、反接制动
AC-5a
控制放电灯的通断
AC-5b
控制白炽灯的通断
AC-6a
变压器的通断
（3）主触点的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压。
（4）主触点的额定电流应大于或等于负载的额定电流。
（5）吸引线圈的电流种类和额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85%及以上时应能可靠吸合。
（6）接触器的主触点和辅助触点的数量应满足控制系统的要求。
接触器的原理,结构,用法都是重点掌握的内容.
8
继电器（45m）
控制继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护任务的自动电器。
按输入信号分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电器等；
按线圈电流种类分为交流继电器、直流继电器；
按工作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、电子继电器等；
一、中间继电器
中间继电器在结构上是一个电压继电器。
它在控制电路中起信号传递、放大、翻转和分离作用。
它输入的是线圈的通电或断电信号，输出信号为触点的动作。
它的触点数量较多，各触点的额定电流相同。
中间继电器的外形结构如图所示。
它由线圈、衔铁、铁心、触点系统、反作用弹簧和缓冲弹簧等组成。
图形符号和文字符号符号如图所示。
常用的有JZ7、JZ8、JZ11、JZ12、JZ13、JZ14等系列。
选择中间继电器应考虑：
线圈的电压和电流、触点的数量和容量是否满足电路的要求；电源是交流还是直流等问题。
二、时间继电器
是从得到输入信号（线圈的通电或断电）起，触点经过一段时间才动作的继电器。
机床控制电路中应用较多的是空气阻尼式时间继电器，电子式时间继电器也获得越来越广泛的应用。
数控机床中一般由计算机软件实现时间控制，而不采用时间继电器方式来进行控制。
时间继电器的文字符号和图形符号：
时间继电器是重点
9
保护电器（40m）
一、热继电器
热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的保护电器。
专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保护，以防电动机过热而烧毁。
1.热继电器的结构及工作原理
1）结构由热元件、触点系统、动作机构、复位机构、整定电流装置和温度补偿元件等器件组成。
两相及三相热继电器JR10和JR16的外形。
热继电器的热元件有两相结构和三相结构，是热继电器的测量元件，它主要由主双金属片和绕在其外面的电阻丝组成。
双金属片是由两种热膨胀系数不同的金属片（如铁镍合金）复合而成的，膨胀系数大的称为主动层，膨胀系数小的称为被动层。
双金属片受热后产生膨胀，由于膨胀系数不同，双金属片向被动层一侧弯曲，推动机构带动触点动作。
电阻丝常用康铜、镍铬合金等材料组成，它串接于电动机的电路中。
热继电器的符号。
2）热继电器的工作原理：
热元件串接在电动机定子绕组中，在电动机正常运行时，热元件产生的热量不会使触点系统动作；当电动机过载，流过热元件的电流加大，经过一定的时间，热元件产生的热量使双金属片的弯曲程度超过一定值，通过导板推动热继电器的触点动作（动断触点断开，动合触点闭合）。
通过其串接在接触器线圈电路的动断触点来切断线圈电流，使电动机主电路失电（排除故障）。
当电源切断后，双金属片逐渐冷却，过一段时间后恢复原状。
如果热继电器处于手动状态，则需按复位按钮，使触点复位；如果热继电器处于自动恢复状态时，在弓簧的作用下使触点复位。
2.热继电器主要参数及常用型号
常用的热继电器有JR0、JR14、JR15、JR16、JR20等系列。
热继电器的基本技术数据可查阅有关资料。
3.热继电器的选择
1）根据实际要求确定热继电器的结构类型。
2）根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号、热元件的电流等级和整定电流。
二、电流继电器
电流继电器：
根据输入电流大小而动作的继电器。
使用时，电流继电器的线圈和被保护的设备串联，其线圈匝数少而线径粗、阻抗小、分压小，不影响电路正常工作。
过电流继电器在正常工作时衔铁不动作，当电流超过某一整定值时才吸合动作，对电路起到过电流保护作用。
a）过电流继电器线圈b）欠电流继电器线圈c）动合触点d）动断触点
欠电流继电器在正常工作时，衔铁是吸合的，只有当电流降到某一值时（一般为额定电流的20%--30%），继电器才释放，对电路起到欠电流保护作用。
三、电压继电器：
根据输入电压大小而动作的继电器。
过电压继电器在电路电压为额定电
压的105%-120%时吸合动作，起过电
压保护作用。
欠电压继电器正常时吸合，在电路
电压减小到额定电压的30%-50%时
释放，起欠电压保护作用。
零电压继电器在电路电压减小到
额定电压的5%-25%时释放，起零电
压保护作用。
使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。
电压继电器分为
四、熔断器
在低压线路和机床电器控制系统中，是最简单、最常用的短路保护电器。
（一）熔断器的结构和工作原理
（二）常用熔断器的种类及技术数据
按用途可分为一般工业用熔断器、保护半导体器件用的快速熔断器和特殊熔断器。
（三）熔断器的选择
1.根据线路的要求、使用场合和安装条件选择熔断器类型。
2.熔断器额定电压应大于或等于线路的工作电压。
3.熔断器额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。
4.熔体额定电流的选择
1）电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两极熔体额定电流的比值不小于1.6：
1。
2）用于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流。
3）保护一台异步电动机时，考虑电动机冲击电流的影响，熔体的额定电流按下式计算：
IfN≥（1.5～2.5）IN
式中：
IfN---熔体额定电流；IN---电动机额定电流
4）保护多台异步电动机时，若各台电动机不同时起动，则应按下式计算：
IfN≥（1.5～2.5）INmax+∑IN
式中INmax：
容量最大的一台电动机的额定电流；∑IN：
其余电动机额定电流之和。
5）熔体极限分断能力的选择必须大于电路中可能出现的最大故障电流。
熔断器的图形符号及文字符号为：
应知道机床电气的几种保护措施.
10
例题讲解（35m）
典型线路的举例,加深学生对接触器和继电器的理解,并了解保护电路的作用.
11
小结（10m）
常见低压电器中,最重要的就是接触器和继电器.他们的原理和结构应该重点掌握.保护电路应该有一定的了解,对今后的工作很有帮助.
思考题
与作业
课后习题1.1~1.8
教学后记
常用低压电器是我们比较重要的一章准备知识,没有这一章的准备,后面的学习就无从谈起,因此对这一部分的学习应引起充分的重视.
辅助教学
参观机床现场.
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