項目三T68臥式鏜床電氣控制線路分析 電氣控制與PLC技術應用 CompanyLogo 職業核心能力培養探索 3 1項目描述 鏜床也是用于孔加工的機床 與鉆床比較 鏜床主要用于加工精確的孔和各孔間的距離要求較精確的零件 如一些箱體零件 機床主軸箱 變速箱等 鏜床的加工形式主要是用鏜刀鏜削在工件上已鑄出或已粗鉆的孔 除此之外 大部分鏜床還可以進行銑削 鉆孔 擴孔 鉸孔等加工 鏜床的主要類型有臥式鏜床 坐標鏜床 金剛鏜床和專用鏜床等 其中以臥式鏜床應用最廣 本章介紹T68型臥式鏜床的電氣控制電路 T68型臥式鏜床型號的含義為 CompanyLogo 3 1 1T68型臥式鏜床的主要結構和運動形式 CompanyLogo 1 主運動主運動為鏜軸和平旋盤的旋轉運動 2 進給運動進給運動包括以下4項 1 鏜軸的軸向進給運動 2 平旋盤上刀具溜板的徑向進給運動 3 主軸箱的垂直進給運動 4 工作臺的縱向和橫向進給運動 3 輔助運動輔助運動包括以下4項 1 主軸箱 工作臺等的進給運動上的快速調位移動 2 后立柱的縱向調位移動 3 后支承架與主軸箱的垂直調位移動 4 工作臺的轉位運動 CompanyLogo 3 1 2T68臥式鏜床的電力拖動形式和控制要求 1 臥式鏜床的主運動和進給運動都用同一臺異步電動機拖動 為了適應各種形式和各種工件的加工 要求鏜床的主軸有較寬的調速范圍 因此多采用由雙速或三速籠型異步電動機拖動的滑移齒輪有級變速系統 采用雙速或三速電動機拖動 可簡化機械變速機構 目前 采用電力電子器件控制的異步電動機無級調速系統已在鏜床上獲得廣泛應用 鏜床的主運動和進給運動都采用機械滑移齒輪變速 為有利于變速后齒輪的嚙合 要求有變速沖動 要求主軸電動機能夠正反轉 可以點動進行調整 并要求有電氣制動 通常采用反接制動 臥式鏜床的各進給運動部件要求能快速移動 一般由單獨的快速進給電動機拖動 CompanyLogo 3 2相關知識 一 速度繼電器1 速度繼電器是當轉速達到規定值時觸頭動作的繼電器 主要用于電動機反接制動控制電路中 當反接制動的轉速下降到接近零時能自動地及時切斷電源 CompanyLogo 2 速度繼電器符號及結構 CompanyLogo 二 雙速異步電動機 1 雙速異步電動機簡介雙速異步電動機的調速屬于異步電動機變極調速 變極調速主要用于調速性能要求不高的場合 如銑床 鏜床 磨床等機床及其他設備上 所需設備簡單 體積小 質量輕 但電動機繞組引出頭較多 調速級數少 級差大 不能實現無級調速 它主要是通過改變定子繞組的連接方法達到改變定子旋轉磁場磁極對數 從而改變電動機的轉速 CompanyLogo 2 變極調速原理 變極原理 定子一半繞組中電流方向變化 磁極對數成倍變化 如圖3 4所示 每相繞組由兩個線圈組成 每個線圈看作一個半相繞組 若兩個半相繞組順向串聯 電流同向 可產生4極磁場 其中一個半相繞組電流反向 可產生2極磁場 CompanyLogo 圖3 4變極調速電動機繞組展開示意圖 根據公式n1 60f p可知 在電源頻率不變的條件下 異步電動機的同步轉速與磁極對數成反比 磁極對數增加一倍 同步轉速n1下降至原轉速的一半 電動機額定轉速n也將下降近似一半 所以改變磁極對數可以達到改變電動機轉速的目的 CompanyLogo 3 雙速異步電動機定子繞組的聯結方式 圖3 5雙速異步電動機定子繞制的聯結方式 當變極前后繞組與電源的接線如圖3 5所示時 變極前后電動機轉向相反 因此 若要使變極后電動機保持原來轉向不變 應調換電源相序 CompanyLogo 三 基本控制相關知識 一 三相異步電動機降壓啟動控制電路較大容量的籠型異步電動機 大于10KW 因啟動電流較大 一般都采用降壓起動方式來起動 原理 起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓 起動后再將電壓恢復到額定值 常用方法 串電阻 或電抗 星型 三角形 自耦變壓器等 CompanyLogo 1 定子串電阻起動 原理 電動機在起動時在三相定子繞組中串接電阻 使電動機定子繞組電壓降低 起動結束后再將電阻短接 主電路 KM1實現串電阻起動 KM2實現全壓運行 CompanyLogo 控制線路 1 基本原理 用時間繼電器KT控制KM1 KM2切換 2 KM1 KM2允許同時吸合 但是電動機正常運行后 一般應該將KM1釋放 以降低運行損耗 3 圖 a 為KM1不退出的控制線路 4 圖 b 為KM1退出而KT不退出的控制線路 5 圖 c 為KM1 KT都退出的控制線路 CompanyLogo 圖 a 起動完成后KM1不退出 不足之處 運行損耗大 圖 b 1 KM1退出而KT不退出問題 KT延時觸點切換是否可行 切換要求 起動過程平穩 減少沖擊 對于主觸點要求 KM2先閉合KM1后斷開 CompanyLogo 圖 b 1 KM1退出而KT不退出KT延時觸點切換帶來KM1 KM2線圈瞬時斷電 切換過程帶來沖擊 KT常開延時觸點和KM常閉觸點平穩切換 CompanyLogo SB2按下 KM1動作 電機降壓起動 KT繞組上電開始計時 KT延時時間到 KT延時閉合的常開觸點閉合 KM2線圈上電 KM2主觸點閉合 電機全壓起動 KM2延時斷開的常閉觸點斷開 KM1線圈失電 KM主觸點斷開 降壓起動回路斷開 CompanyLogo 問題 如果要求切換時確保KM2先斷開KM1后閉合 圖 b 1 是否可靠 為進一步增加可靠性應怎樣做 方法 用KM1的常閉觸點替代KT延時常開觸點 KM1退出而KT不退出KT延時觸點切換帶來KM1 KM2線圈瞬時斷電 切換過程帶來沖擊 CompanyLogo 切換順序比較 KM2先通電 KM1后斷電 KM1 KM2同時切換 KM1先斷電 KM2后通電 CompanyLogo 圖 b 2 KM1退出帶來的自鎖回路的改變 采用KA觸點擴展采用KT瞬時動作觸點 自鎖回路的轉換 CompanyLogo 圖 c 退出KT 圖 b 3 KM1退出帶來的自鎖回路的改變 采用KM1 KM2觸點切換 CompanyLogo 2 星形 三角形啟動的控制這一線路的設計思想仍是按時間原則控制啟動過程 所不同的是啟動時將電動機定子繞組接成星形 加在電動機每相繞組上的電壓為額定值的1 3 從而減小了啟動電流對電網的影響 待啟動后按預先整定的時間換接成三角形接法 使電動機在額定電壓下正常運轉 星形 三角形降壓啟動線路如圖所示 CompanyLogo 圖星形 三角形降壓啟動電路 CompanyLogo 星形 三角形啟動的特點在于星形啟動電流只是原來三角形接法的1 3 啟動電流特性好 結構簡單 價格低 缺點 是啟動轉矩也相應下降為原來三角形接法的1 3 轉矩特性差 因而本線路適用于電網電壓380V 額定電壓660 380V 用于Y 接法的電動機輕載啟動的場合 CompanyLogo 二 雙速電動機調速控制 雙速電動機控制電路如圖所示 CompanyLogo 低速控制工作原理 合上電源開關QS 按下低速按鈕SB2 接觸器KM1線圈通電 其自鎖和互鎖觸點動作 實現對KM1線圈的自鎖和對KM2 KM3線圈的互鎖 主電路中的KM1主觸點閉合 電動機定子繞組作三角形聯結 電動機低速運轉 高速控制工作原理 合上電源開關QS 按下高速按鈕SB3 接觸器KM1線圈斷電 在解除其自鎖和互鎖的同時 主電路中的KM1主觸點也斷開 電動機定子繞組暫時斷電 因為SB3是復合按鈕 動斷觸點斷開后 動合觸點就閉合 此刻接通接觸器KM2和KM3線圈 KM2和KM3自鎖和互鎖同時動作 完成對KM2和KM3線圈的自鎖及對KM1線圈的互鎖 KM2和KM3在主電路的主觸點閉合 電動機定子繞組作雙星形聯結 電動機高速運轉 CompanyLogo 控制電路 a 電動機運行后速度繼電器BV的動合觸點已閉合 為制動做好準備 串聯KM1的動斷觸點限制BV對系統的干擾 存在問題 停車期間 用手轉動機床主軸調整工件 速度繼電器的轉子隨著轉動 一旦達到速度繼電器動作值 接觸器KM2得電 電動機接通電源發生制動作用 不利于調整 控制電路 b 復合停止按鈕SB1動合觸點上并聯KM2的自鎖觸點 用手轉動電動機軸時 不按停止按鈕SB1 KM2就不會得電 電動機也就不會反接于電源 反接制動電流約為起動電流的兩倍 主電路制動回路中串入限流電阻R 防止制動時對電網的沖擊和電動機繞組過熱 電動機容量較小且制動不是很頻繁的正反轉控制電路中 為簡化電路 可以不加限流電阻 CompanyLogo 四 應用舉例 一 三相異步電動機正反轉 降壓啟動控制1 工作任務有一臺皮帶運輸機 由一臺電動機拖動 電動機功率為7 5kW 380V 接法 額定轉速為1440r min 控制要求如下 完成其控制電路的設計與安裝 1 系統啟動平穩且啟動電流應較小 以減小對電網的沖擊 2 系統可實現連續正反轉 3 有短路 過載 失壓和欠壓保護 CompanyLogo 2 任務分析 1 啟動方案的確定 生產機械所用電動機功率為7 5kW 接法 因此在綜合考慮性價比的情況下 選用 降壓啟動方法實現平穩啟動 啟動時間由時間繼電器設定 2 電路保護的設置 根據控制要求 過載保護采用熱繼電器實現 短路保護采用熔斷器實現 因為采用接觸器繼電器控制 所以具有欠壓和失壓保護功能 3 根據正反向 降壓啟動指導思想 CompanyLogo 設計本項目的控制流程 具體如下 CompanyLogo 3 任務實施 1 正反向 降壓啟動控制電路的設計 根據工作流程圖設計相應的控制電路圖 如圖所示 根據圖正反向 降壓啟動控制電路原理圖 畫出元件的安裝布置圖及接線圖 如圖所示 CompanyLogo 電氣原理圖如下 CompanyLogo 二 雙速異步電動機低速啟動高速運行電氣控制線路 1 工作任務某臺 YY接法的雙速異步電動機需要施行低速 高速連續運轉和低速點動混合控制 且高速需要采用分級啟動控制 即先低速啟動 然后自動切換為高速運轉 試設計出能實現這一要求的電路圖 CompanyLogo 2 設計電路原理圖 CompanyLogo 3 工作原理分析線路工作原理如下 1 低速運行 合上電源開關QS 按下低速啟動按鈕SB2 接觸器KM1線圈得電并自鎖 KM1的主觸點閉合 電動機M的繞組連接成 形并以低速運轉 按下低速點動按鈕SB3 實現低速點動控制 2 低速啟動 高速運行 合上電源開關QS 按下高速啟動按鈕SB4 中間繼電器線圈KA得電并自鎖 KA的常開觸點閉合使接觸器KM1線圈得電并自鎖 電動機M連接成 形低速啟動 按鈕SB4 使時間繼電器KT線圈同時得電吸合 經過一定時間后 KT延時動斷觸點分斷 接觸器KM1線圈失電釋放 KM1主觸點斷開 KT延時動合觸點閉合 接觸器KM2 KM3線圈得電并自鎖 KM2 KM3主觸點同時閉合 電動機M的繞組連接成形并以高速運行 3 按下停止按鈕SB1使電動機停止 CompanyLogo 三 三相異步電動機可逆反接制動控制線路 CompanyLogo 電路工作過程如下 合上開關QS 按下正向啟動按鈕SB2 KM1通電自鎖 主回路中電動機兩相串電阻啟動 當轉速上升到速度繼電器動作值時 KV 1閉合 KM3線圈通電 主回路中KM3主觸點閉合短接電阻 電動機進入全壓運行 需要停車時 按下停止按鈕SB1 KM1斷電解除自鎖 電動機斷開正相序電源 SB1動合觸點閉合 使KA3線圈通電 KA3動斷觸點斷開 使KM3線圈保持斷電 KA3動合觸點閉合 KA1線圈通電 KA1的一對動合觸點閉合使KA3保持繼續通電 另一對動合觸點閉合使KM2線圈通電 KM2主觸點閉合 主回路中 電動機串電阻進行反接制動 反接制動使電動機轉速迅速下降 當下降到KV的釋放值時 KV 1斷開 KA1斷電 KA3斷電 KM2斷電 電動機斷開制動電源 反接制動結束 CompanyLogo CompanyLogo 一 主電路 五 T68型臥式鏜床電氣控制線路分析 CompanyLogo 二 控制電路 1 主電動機控制 CompanyLogo 主軸和進給變速行程開關SQ3 SQ6狀態表 CompanyLogo 1 M1的正反轉控制 二 控制電路 以正轉低速為例 反轉分析類似 CompanyLogo 2 M1的高速運行控制 二 控制電路 如果手柄置于高速則SQ7閉合KT通電 低速起動一段時間后從KM4切換至KM5 高速 CompanyLogo 3 M1的停車制動 二 控制電路 以原為正轉高速為例 其他分析類似 CompanyLogo 3 M1的停車制動 二 控制電路 以原為正轉高速為例 其他分析類似 CompanyLogo 4 M1的點動控制 二 控制電路 CompanyLogo 5 主軸的變速控制 二 控制電路 以原為正轉低速為例 其他分析類似 斷開 拉出 手柄推回后 SQ3動作 KM1 KM3 KM4重新通電 M1重新起動 CompanyLogo 6 主軸的變速沖動 二 控制電路 變速時 如果齒輪未嚙合好 手柄推不上 處于圖中 的位置 兩條支路交替導通 電動機低速沖動直到嚙合好 CompanyLogo 7 進給變速控制 二 控制電路 與上述主軸變速控制的過程基本相同 只是在進給變速控制時 拉動的是進給變速手柄 動作的行程開關是SQ4和SQ6 CompanyLogo 8 快速移動電動機M2的控制 二 控制電路 扳動快速操作手柄時 將壓合行程開關SQ8或SQ9 接觸器KM6或KM7通電 實現M2快速正轉或快速反轉 CompanyLogo 9 聯鎖保護 二 控制電路 防止工作臺及主軸箱與主軸同時進給 當工作臺及主軸箱進給手柄在進給位置時 SQ1的觸點斷開 而當主軸的進給手柄在進給位置時 SQ2的觸點斷開 CompanyLogo 三 照明電路和指示燈電路 CompanyLogo 這種故障一般有兩種現象 第一種是主軸的實際轉速比標牌指示轉數增加或減少一倍 第二種是M1只有高速或只有低速 前者大多是由于安裝調整不當而引起的 T68型鏜床有18種轉速 是由雙速電動機和機械滑移齒輪聯合調速來實現的 第1 2 4 6 8 擋是由電動機以低速運行驅動的 而3 5 7 9 擋是由電動機以高速運行來驅動的 一 主軸的轉速與標牌的指示不符 T68型臥式鏜床常見電氣故障的診斷與檢修 CompanyLogo 由于M1的高低速轉換是靠主軸變速手柄推動微動開關SQ7 由SQ7的動合觸點 11 12 通 斷來實現的 如果安裝調整不當 使SQ7的動作恰好相反 則會發生第一種故障 而產生第二種故障的主要原因是SQ7損壞 或安裝位置移動 如果SQ7的動合觸點 11 12 總是接通 則M1只有高速 如果總是斷開 則M1只有低速 此外 KT的損壞 如線圈燒斷 觸點不動作等 也會造成此類故障發生 一 主軸的轉速與標牌的指示不符 T68型臥式鏜床常見電氣故障的診斷與檢修 CompanyLogo T68型臥式鏜床常見電氣故障的診斷與檢修 二 MI能低速起動 但置 高速 擋時 不能高速運行而自動停機 重點檢查如圖所示接線及觸點 線圈 CompanyLogo T68型臥式鏜床常見電氣故障的診斷與檢修 三 M1不能進行正反轉點動 制動及變速沖動控制 一般是各種控制功能的公共電路部分出現故障 CompanyLogo T68型臥式鏜床常見電氣故障的診斷與檢修 三 M1不能進行正反轉點動 制動及變速沖動控制 若也不能低速運行 則故障可能出在控制電路13 20 21 0支路中有斷開點 否則 故障可能出在主電路的制動電阻器R及引線上有斷開點 CompanyLogo T68型臥式鏜床常見電氣故障的診斷與檢修 三 M1不能進行正反轉點動 制動及變速沖動控制 如果主電路僅斷開一相電源 電動機還會伴有斷相運行時發出的 嗡嗡 聲 CompanyLogo 3 4 1串自耦變壓器啟動的控制線路串自耦變壓器降壓啟動的控制線路如圖所示 這一線路的設計思想和串電阻啟動線路基本相同 也是采用時間繼電器完成按時動作 所不同是啟動時串入自耦變壓器 啟動結束時自動切除 3 4知識拓展 CompanyLogo 定子串自耦變壓器降壓啟動控制線路 CompanyLogo 串聯自耦變壓器啟動和串電阻啟動相比 其優點是在同樣的啟動轉矩時 對電網的電流沖擊小 功率損耗小 缺點 是自耦變壓器相對電阻結構復雜 價格較高 這種線路主要用于啟動較大容量的電動機 以減小啟動電流對電網的影響 CompanyLogo 電動機制動 迅速停車或準確定位 機械制動電氣制動 能耗制動控制電路 主電路 a b 3 4 2能耗制動控制線路 CompanyLogo 能耗制動控制電路 三相籠型異步電動機切斷三相電源的同時 定子繞組接通直流電源 轉子原來儲存的機械能轉變為電能 消耗在轉子回路的電阻上 轉速為零時再將其切除 主電路 變壓器TC和整流器VR提供制動直流電源 KM2為制動接觸器 控制電路 a 手動控制 停車時按下SB1按鈕 制動結束時放開 電路簡單 操作不便 控制電路 b 根據電動機帶負載制動過程時間長短設定時間繼電器KT的定時值 實現制動過程的自動控制 能耗制動控制電路特點 制動作用強弱與通入直流電流的大小和電動機的轉速有關 在同樣的轉速下電流越大制動作用越強 電流一定時轉速越高制動力矩越大 取直流電流為電動機空載電流的3 4倍 過大會使定子過熱 可調節整流器輸出端的可變電阻RP 得到合適的制動電流 CompanyLogo 反接制動控制電路 停車時 首先切換電動機定子繞組三相電源相序 產生與轉子轉動方向相反的轉矩 因而起制動作用 電動機的轉速下降接近零時 及時斷開電動機的反接電源 反接制動控制電路 主電路 a b CompanyLogo 反接制動 能耗制動 反接制動 制動顯著 有沖擊 能量消耗較大 能耗制動 制動準確 平穩 能量消耗小 制動力較弱 需要直流電源 CompanyLogo 3 4 4電磁離合器制動 電磁離合器的工作原理是 電磁離合器的主動部分和從動部分借接觸面的摩擦作用 或是用液體作為介質 液力偶合器 或是用磁力傳動 電磁離合器 來傳動轉矩 使得兩者之間可以暫時分離 又逐漸接合 在傳動過程當中又允許兩部分相互轉動 電磁離合器又稱電磁聯軸節 它是利用表面摩擦和電磁感應原理 在兩個旋轉運動的物體間傳遞力矩的執行電器 由于它便于遠矩離控制 控制能量小 動作迅速 可靠 結構簡單 廣泛用于機床的自身控制 銑床上采用的是摩擦式電磁離合器 摩擦式電磁離合器按摩擦片數量可以分為單片式與多片式兩種 機床上普遍采用多片式電磁離合器 在主動軸的花鍵軸端 裝有主動摩擦片 它可以沿軸向自由移動 但因系花鍵連接 故將隨主軸一起轉動 從動摩擦片與主動摩擦片交替疊裝 其外緣凸起部分卡在從動齒輪固定在一起的套筒內 因而可以隨從動齒輪轉動 并在主動軸轉動時 它不可以轉 CompanyLogo 當線圈通電后產生磁場 將摩擦片吸向鐵心 銜鐵也被吸住 緊緊壓住各摩擦片 于是 依靠主動摩擦片與從動摩擦片之間的摩擦力 使從動齒輪隨主動軸轉動 實現力矩的傳遞 當電磁離合器線圈電壓達到額定值時的85 105 時 離合器就能可靠的工作 當線圈斷電時 裝在內外摩擦片之間的圓樁彈簧使銜鐵和摩擦片復原 離合器便失去傳遞力矩的作用 多片式摩擦電磁離合器具有傳遞力矩大 體積小 容易安裝的優點 多片式