機(jī)床常用電器及機(jī)床控制線路.doc

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第一章 機(jī)床常用電器及機(jī)床控制線路的基本環(huán)節(jié) 普通機(jī)床一般都是由電動機(jī)來拖動的，而電動機(jī)尤其是三相異步電動機(jī)的控制是由各種有觸點(diǎn)的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關(guān)等電器組成的電氣控制線路來進(jìn)行的。雖然機(jī)床的電氣控制線路各不相同，但都是由一些比較簡單的基本環(huán)節(jié)按需要組合而成的。本章介紹常用低壓電器及電氣控制線路的基本環(huán)節(jié)。 電器對電能的生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測和保護(hù)的作用，在電力輸配電系統(tǒng)和電力拖動自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。 隨著電子技術(shù)、自控技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，一些電器元件可能被電子線路所取代。但是由于電器元件本身也朝著新的領(lǐng)域擴(kuò)展（表現(xiàn)在提高元件的性能，生產(chǎn)新型的元件，實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、儀一體化，擴(kuò)展元件的應(yīng)用范圍等方面），且有些電器元件有其特殊性，所以是不可能完全被取代的。在今后的電氣控制技術(shù)中繼電接觸器控制技術(shù)仍占有相當(dāng)重要的地位。另一方面可編程序控制器（PLC）是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，而且PLC的輸入、輸出仍然與低壓電器密切相關(guān)，因此掌握繼電接觸器控制技術(shù)也是學(xué)習(xí)和掌握PLC應(yīng)用技術(shù)所必需的基本知識。 電器的功能多、用途廣、品種規(guī)格繁多，為了系統(tǒng)地掌握，必須加以分類： 1、按工作電壓等級分 ①高壓電器 用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器，例如高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、高壓熔斷器等。 ②低壓電器 用于交流50Hz（或60Hz）、額定電壓1200V以下及直流額定電壓1500V以下的電路中起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用的電器（簡稱電器），例如接觸器、繼電器等。 2、按動作原理分 ①手動電器 人操作發(fā)出動作指令的電器，例如刀開關(guān)、按鈕等。 ②自動電器 產(chǎn)生電磁吸力而自動完成動作指令的電器，例如接觸器、繼電器、電磁閥等。 3、按用途分 ①控制電器 用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，例如接觸器、繼電器、電動機(jī)起動器等。 ②配電電器 用于電能的輸送和分配的電器，例如高壓斷路器。 ③主令電器 用于自動控制系統(tǒng)中發(fā)送動作指令的電器，例如按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。 ④保護(hù)電器 用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器，例如熔斷器、熱繼電器等。 ⑤執(zhí)行電器 用于完成某種動作或傳送功能的電器，例如電磁鐵、電磁離合器等。 本章主要介紹電氣控制系統(tǒng)中常用的各種低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)規(guī)格，不涉及元件的設(shè)計(jì)，而著重于應(yīng)用。 1.1 接觸器 接觸器是機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中使用量大、涉及面廣的一種低壓控制電器，用來頻繁地接通和分?jǐn)嘟恢绷髦骰芈泛痛笕萘靠刂齐娐?。主要控制對象是電動機(jī)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并具有欠（零）電壓保護(hù)。 1.1.1結(jié)構(gòu)和工作原理 接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置組成，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-1所示。 電磁系統(tǒng)： 電磁系統(tǒng)包括動鐵芯（銜鐵）、靜鐵芯和電磁線圈三部分組成，其作用是將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生電磁吸力帶動觸頭動作。 觸頭系統(tǒng)： 觸頭又稱為觸點(diǎn)，是接觸器的執(zhí)行元件，用來接通或斷開被控制電路。觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只能通過較小的電流。 觸頭按其原始狀態(tài)可分為常開觸頭（動合觸點(diǎn)）和常閉觸頭（動斷觸點(diǎn)）。原始狀態(tài)時（即線圈未通電）斷開，線圈通電后閉合的觸頭叫常開觸頭；原始狀態(tài)時閉合，線圈通電后斷開的觸頭叫常閉觸頭。線圈斷電后所有觸頭復(fù)位，即恢復(fù)到原始狀態(tài)。 滅弧裝置：在分?jǐn)嚯娏魉查g，觸頭間的氣隙中會產(chǎn)生電弧，電弧的高溫能將觸頭燒損，并可能造成其它事故。因此，應(yīng)采用適當(dāng)措施迅速熄滅電弧。常采用滅弧罩、滅弧柵和磁吹滅弧裝置。 工作原理：接觸器根據(jù)電磁工作原理，當(dāng)電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作，使常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)電磁線圈斷電時，電磁力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原，即常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。接觸器的圖形符號、文字符號如圖1-2所示。 圖1—1 接觸器結(jié)構(gòu)簡圖 1-滅弧罩 2-主觸頭 3-常閉輔助觸頭 4-常開輔助觸頭 5-動鐵心 6-彈簧 7-電磁線圈 8-靜鐵心 1.1.2 交、直流接觸器的特點(diǎn) 接觸器按其主觸頭所控制主電路電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器。 1、交流接觸器 交流接觸器線圈通以交流電，主觸頭接通、分?jǐn)嘟涣髦麟娐贰? 當(dāng)交變磁通穿過鐵芯時，將產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發(fā)熱。為減少鐵損，鐵芯用硅鋼片沖壓而成。為便于散熱，線圈做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上。為防止交變磁通使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動和噪聲，交流接觸器鐵芯端面上都安裝一個銅制的短路環(huán)。交流接觸器的滅弧裝置通常采用滅弧罩和滅弧柵。 2、直流接觸器 直流接觸器線圈通以直流電流，主觸頭接通、切斷直流主電路。 直流接觸器鐵芯中不產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，所以不發(fā)熱，鐵芯可用整塊鋼制成。為保證散熱良好，通常將線圈繞制成長而薄的圓筒狀。直流接觸器滅弧較難，一般采用滅弧能力較強(qiáng)的磁吹滅弧裝置。 1.1.3 接觸器型號 型號意義： 選擇接觸器時應(yīng)從其工作條件出發(fā)，主要考慮下列因素： ①控制交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器；控制直流負(fù)載選用直流接觸器。 ②接觸器的使用類別應(yīng)與負(fù)載性質(zhì)相一致。 ③主觸頭的額定工作電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電壓。 ④主觸頭的額定工作電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電流。還要注意的是接觸器主觸頭的額定工作電流是在規(guī)定條件下（額定工作電壓、使用類別、操作頻率等）能夠正常工作的電流值，當(dāng)實(shí)際使用條件不同時，這個電流值也將隨之改變。 對于電動機(jī)負(fù)載可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 式中：為接觸器主觸點(diǎn)電流（A）；為電動機(jī)額定功率（kW）；為電動機(jī)的額定電壓（V）；為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取1~1.4。 ⑤吸引線圈的額定電壓應(yīng)與控制回路電壓相一致，接觸器在線圈額定電壓85％及以上時才能可靠地吸合。 ⑥主觸頭和輔助觸頭的數(shù)量應(yīng)能滿足控制系統(tǒng)的需要。 1.2 繼電器 繼電器主要用于控制和保護(hù)電路中作信號轉(zhuǎn)換用。它具有輸入電路（又稱感應(yīng)元件）和輸出電路（又稱執(zhí)行元件），當(dāng)感應(yīng)元件中的輸入量（如電流、電壓、溫度、壓力等）變化到某一定值時繼電器動作，執(zhí)行元件便接通和斷開控制回路。 控制繼電器種類繁多，常用的有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及溫度、壓力、計(jì)數(shù)、頻率繼電器等。 電壓、電流繼電器和中間繼電器屬于電磁式繼電器，其結(jié)構(gòu)、工作原理與接觸器相似，由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和釋放彈簧等組成。由于繼電器用于控制電路，流過觸頭的電流小,所以不需要滅弧裝置。 1.2.1電磁式繼電器 電磁式繼電器按吸引線圈電流的種類不同有直流和交流兩種。其結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器相似，但因繼電器一般用來接通和斷開控制電路，故觸點(diǎn)電流容量較?。ㄒ话?A以下）。圖1-3為電磁式繼電器結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看出釋放彈簧7調(diào)得越緊，則吸引電流（電壓）和釋放電流（電壓）就越大。非磁性墊片9越厚，銜鐵吸合后磁路的氣隙和磁阻就越大，釋放電流（電壓）也就越大，而吸引值不變。初始?xì)庀对酱?，吸引電流（電壓）就越大，而釋放值不變?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)螺母8與調(diào)節(jié)螺釘1來整定繼電器的吸引值和釋放值。下面介紹一些常用的電磁式繼電器。 1、電流繼電器 電流繼電器的線圈串接在被測量的電路中，以反映電路電流的變化。為了不影響電路工作情況，電流繼電器線圈匝數(shù)少，導(dǎo)線粗，線圈阻抗小。 電流繼電器有欠電流繼電器和過電流繼電器兩類。欠電流繼電器的吸引電流為線圈額定電流的30％～65％，釋放電流為額定電流的10％～20％，因此，在電路正常工作時，銜鐵是吸合的，只有當(dāng)電流降低到某一整定值時，繼電器釋放，輸出信號。過電流繼電器在電路正常工作時不動作，當(dāng)電流超過某一整定值時才動作，整定范圍通常為1.1～4倍額定電流。 在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中，電流繼電器主要根據(jù)主電路內(nèi)的電流種類和額定電流來選擇。 2、電壓繼電器 電壓繼電器的結(jié)構(gòu)與電流繼電器相似，不同的是電壓繼電器線圈為并聯(lián)的電壓線圈，所以匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)、阻抗大。 電壓繼電器按動作電壓值的不同，有過電壓繼電器、欠電壓繼電器和零電壓繼電器之分。過電壓繼電器在電壓為額定電壓的110％～115％以上時有保護(hù)動作；欠電壓繼電器在電壓為額定電壓的40％～70％時有保護(hù)動作；零電壓繼電器當(dāng)電壓降至額定電壓的5％～25％時有保護(hù)動作。 3、中間繼電器 中間繼電器實(shí)質(zhì)上是電壓繼電器的一種，它的觸點(diǎn)數(shù)多（有六對或更多），觸點(diǎn)電流容量大，動作靈敏。其主要用途是當(dāng)其它繼電器的觸點(diǎn)數(shù)或觸點(diǎn)容量不夠時，可借助中間繼電器來擴(kuò)大它們的觸點(diǎn)數(shù)或觸點(diǎn)容量，從而起到中間轉(zhuǎn)換的作用。 中間繼電器主要依據(jù)被控制電路的電壓等級、觸點(diǎn)的數(shù)量、種類及容量來選用。機(jī)床上常用的中間繼電器有交流中間繼電器和交直流兩用中間繼電器。 電磁式繼電器的圖形符號一般是相同的，如圖1-4所示。電流繼電器的文字符號為KI，線圈方格中用I＞（或I＜）表示過電流（或欠電流）繼電器。電壓繼電器的文字符號為KV，線圈方格中用U＜（或U=0）表示欠電壓（或零電壓）繼電器。 1.2.2 時間繼電器 時間繼電器是一種用來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)延時接通或斷開的控制電器，按其動作原理與構(gòu)造不同，可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等類型。機(jī)床控制線路中應(yīng)用較多的是空氣阻尼式時間繼電器，目前晶體管式時間繼電器也獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用。 1、空氣阻尼式時間繼電器 空氣阻尼式時間繼電器，是利用空氣阻尼作用獲得延時的，有通電延時和斷電延時兩種類型，時間繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-5所示。它主要由電磁系統(tǒng)、延時機(jī)構(gòu)和工作觸點(diǎn)三部分組成。其工作原理如下： 圖1-5a為通電延時型時間繼電器。當(dāng)線圈1通電后，鐵芯2將銜鐵3吸合，推板5使微動開關(guān)16立即動作，活塞桿6在塔形彈簧的作用下，帶動活塞13及橡皮膜9向上移動，由于橡皮膜下方氣室空氣稀薄，形成負(fù)壓，因此活塞桿6不能迅速上移。當(dāng)空氣由進(jìn)氣孔12進(jìn)入時，活塞桿6才逐漸上移，當(dāng)移到最上端時，杠桿14才使微動開關(guān)15動作。延時時間為自電磁鐵吸引線圈通電時刻起到微動開關(guān)動作時為止的這段時間。通過調(diào)節(jié)螺桿11調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔的大小，就可以調(diào)節(jié)延時時間。 當(dāng)線圈1斷電時，銜鐵3在復(fù)位彈簧4的作用下將活塞13推向最下端。因活塞被往下推時，橡皮膜下方氣室內(nèi)的空氣，通過橡皮膜9、弱彈簧8和活塞13肩部所形成的單向閥，經(jīng)上氣室縫隙順利排掉，因此延時與不延時的微動開關(guān)15與16都迅速復(fù)位。 將電磁機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180度安裝后，可得到圖1-5b所示的斷電延時型時間繼電器。它的工作原理與通電延時型相似，微動開關(guān)15是在吸引線圈斷電后延時動作的。 空氣阻尼式時間繼電器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、價格低廉，還附有不延時的觸點(diǎn)，所以應(yīng)用較為廣泛。缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低，延時誤差大，因此在要求延時精度高的場合不宜采用。 2、晶體管式時間繼電器 晶體管式時間繼電器具有延時范圍廣、體積小、精度高、調(diào)節(jié)方便及壽命長等優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展快，應(yīng)用廣泛。 選擇時間繼電器主要根據(jù)控制回路所需要的延時觸點(diǎn)的延時方式、瞬時觸點(diǎn)的 數(shù)目以及使用條件來選擇。 時間繼電器的圖形符號如圖1-6所示，文字符號為KT。 1.2.3 熱繼電器 熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理來保護(hù)電動機(jī)，使之免受長期過載的危害，它的原理圖如圖1-7所示。電動機(jī)過載時間過長，繞組溫升超過允許值時，將會加劇繞組絕緣的老化，縮短電動機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時會使電動機(jī)繞組燒毀。 熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點(diǎn)三部分組成。圖中1是熱元件，是一段電阻不大的電阻絲，接在電動機(jī)的主電路中；2是雙金屬片，是由兩種不同線膨脹系數(shù)的金屬輾壓而成，下層金屬的線膨脹系數(shù)大，上層的小。當(dāng)電動機(jī)過載時，流過熱元件的電流增大，熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片向上彎曲，經(jīng)過一定時間后，彎曲位移增大，因而脫扣，扣板3在彈簧4的拉力作用下，將常閉觸點(diǎn)5斷開。觸點(diǎn)5是串接在電動機(jī)的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機(jī)的主電路。若要使熱繼電器復(fù)位，則按下復(fù)位按鈕6即可。熱繼電器由于熱慣性，當(dāng)電路短路時不能立即動作使電路立即斷開，因此不能作短路保護(hù)。同理，在電動機(jī)起動或短時過載時，熱繼電器也不會動作，這可避免電動機(jī)不必要的停車。每一種電流等級的熱元件，都有一定的電流調(diào)節(jié)范圍，一般應(yīng)調(diào)節(jié)到與電動機(jī)額定電流相等，以便更好地起到過載保護(hù)作用。 熱繼電器的選擇主要根據(jù)電動機(jī)的額定電流來確定熱繼電器的型號及熱元件的額定電流等級。熱繼電器的圖形及文字符號如圖1-8所示。 1.2.4 速度繼電器 速度繼電器根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的,用于轉(zhuǎn)速的檢測，如用來在三相交流異步電動機(jī)反接制動轉(zhuǎn)速過零時，自動斷開反相序電源。圖1-9為其結(jié)構(gòu)原理圖。 據(jù)圖知，速度繼電器主要由轉(zhuǎn)子、圓環(huán)（籠型空心繞組）和觸點(diǎn)三部分組成。 轉(zhuǎn)子由一塊永久磁鐵制成，與電動機(jī)同軸相聯(lián)，用以接受轉(zhuǎn)動信號。當(dāng)轉(zhuǎn)子（磁鐵）旋轉(zhuǎn)時，籠型繞組切割轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成環(huán)內(nèi)電流，此電流與磁鐵磁場相作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，圓環(huán)在此力矩的作用下帶動擺錘，克服彈簧力而順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向擺動，并撥動觸點(diǎn)改變其通斷狀態(tài)（在擺錘左右各設(shè)一組切換觸點(diǎn)，分別在速度繼電器正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時發(fā)生作用）。 速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速一般不低于120r/min，復(fù)位轉(zhuǎn)速約在100 r/min以下，工作時，允許的轉(zhuǎn)速高達(dá)1000～3600 r/min。 速度繼電器的圖形符號如圖1-10所示，文字符號為KS。 1.2.5 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（Solid State Relay）簡稱SSR，是70年代中后期發(fā)展起來的一種新型無觸點(diǎn)繼電器。由于可靠性高、開關(guān)速度快和工作頻率高、使用壽命長、便于小型化、輸入控制電流小以及與TTL、CMOS等集成電路有較好的兼容性等一系列優(yōu)點(diǎn)，不僅在許多自動控制裝置中替代了常規(guī)的繼電器，而且在常規(guī)繼電器無法應(yīng)用的一些領(lǐng)域，如：在微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的終端裝置、可編程序控制器的輸出模塊、數(shù)控機(jī)床的程控裝置以及在微機(jī)控制的測量儀表中都有用武之地。隨著我國電子工業(yè)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。 固態(tài)繼電器是具有兩個輸入端和兩個輸出端的一種四端器件，其輸入與輸出之間通常采用光電耦合器隔離，并稱其為全固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器按輸出端負(fù)載的電源類型可分為直流型和交流型兩類。其中直流型是以功率晶體三極管的集電極和發(fā)射極作為輸出端負(fù)載電路的開關(guān)控制的，而交流型是以雙向三端晶閘管的兩個電極作為輸出端負(fù)載電路的開關(guān)控制的。固態(tài)繼電器的形式有常開式和常閉式兩種，當(dāng)固態(tài)繼電器的輸入端施加控制信號時，其輸出端負(fù)載電路常開式的被導(dǎo)通，常閉式的被斷開。 交流型的固態(tài)繼電器，按雙向三端晶閘管的觸發(fā)方式可分為非過零型和過零型兩種。其主要區(qū)別在于交流負(fù)載電路導(dǎo)通的時刻不同，當(dāng)輸入端施加控制信號電壓時，非過零型負(fù)載端開關(guān)立即動作，而過零型的必須等到交流負(fù)載電源電壓過零（接近0V）時，負(fù)載端開關(guān)才動作。輸入端控制信號撤消時，過零型的也必須等到交流負(fù)載電源電壓過零時負(fù)載端開關(guān)才復(fù)位。 固態(tài)繼電器的輸入端要求有幾個mA至20mA的驅(qū)動電流，最小工作電壓為3V，所以MOS邏輯信號通常要經(jīng)晶體管緩沖級放大后再去控制固態(tài)繼電器，對于CMOS電路可利用NPN晶體管緩沖器。當(dāng)輸出端的負(fù)載容量很大時，直流固態(tài)繼電器可通過功率晶體管（交流固態(tài)繼電器通過雙向晶閘管）再驅(qū)動負(fù)載。 當(dāng)溫度超過35℃左右后，固態(tài)繼電器的負(fù)載能力（最大負(fù)載電流）隨溫度升高而下降，因此使用時必須注意散熱或降低電流使用。 對于容性或電阻類負(fù)載，應(yīng)限制其開通瞬間的浪涌電流值（一般為負(fù)載電流的7倍），對于電感性負(fù)載，應(yīng)限制其瞬時峰值電壓值，以防損壞固態(tài)繼電器。具體使用時，可參照樣本或有關(guān)手冊。 圖1-11所示為用固態(tài)繼電器控制三相感應(yīng)電動機(jī)線路圖。 1.3 熔斷器 熔斷器是一種應(yīng)用廣泛的最簡單有效的短路保護(hù)電器。在使用時，熔斷器串接在所保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，它的熔體能自動迅速熔斷，從而切斷電路，使導(dǎo)線和電氣設(shè)備不致?lián)p壞。 熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）和安裝熔體的熔管（或熔座）兩部分組成。熔體一般由熔點(diǎn)低，易于熔斷、導(dǎo)電性能良好的合金材料制成。在小電流的電路中，常用鉛合金或鋅作成的熔體（熔絲）。對大電流的電路，常用銅或銀作成片狀或籠狀的熔體。在正常負(fù)載情況下，熔體溫度低于熔斷所必須的溫度，熔體不會熔斷。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，電流變大，熔體溫度達(dá)到熔斷溫度而自動熔斷，切斷被保護(hù)的電路。熔體為一次性使用元件，再次工作必須更換新的熔體。 選擇熔斷器主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)線路要求和安裝條件來選擇。熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于熔體的額定電流。熔體額定電流的選擇是熔斷器選擇的核心，其選擇方法如下： 對于如照明線路等沒有沖擊電流的負(fù)載，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于電路的電流，即 Ifu3I 式中，Ifu 為熔體的額定電流；I為電路的工作電流。 對于電動機(jī)一類的負(fù)載，應(yīng)考慮起動沖擊電流的影響，應(yīng)按下式計(jì)算 Ifu3（1.5～2.5）IN 式中，IN 為電動機(jī)的額定電流。 對于多臺電動機(jī)，如果由一個熔斷器保護(hù)時，熔體的額定電流應(yīng)按下式計(jì)算 Ifu3（1.5～2.5）INmax+S IN 式中，INmax 為容量最大的一臺電動機(jī)的額定電流；S IN為其余電動機(jī)額定電流的總和。 熔斷器的圖形及文字符號如圖1-12所示。 1.4 開關(guān)電器 1.4.1刀開關(guān) 刀開關(guān)（俗稱閘刀開關(guān)）結(jié)構(gòu)簡單，由操作手柄、刀片、觸頭座和底板等組成。在機(jī)床上刀開關(guān)主要用來接通和斷開長期工作設(shè)備的電源。 使用注意的問題：刀開關(guān)安裝時，手柄要向上，不得倒裝或平裝。如果倒裝，拉閘后手柄可能因自重下落引起誤合閘而造成人身和設(shè)備安全事故。接線時，應(yīng)將電源線接在上端，負(fù)載線接在下端，這樣較為安全。 刀開關(guān)分單極、雙極和二極，機(jī)床上常用的三極開關(guān)長期允許通過的電流有100A、200A、400A、 600A、1000A五種。 負(fù)荷開關(guān)有快斷刀閘的刀開關(guān)與熔斷器組合在一起的鐵殼開關(guān)，常用來控制小容量異步電動機(jī)的不頻繁起動和停止。 刀開關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級、電動機(jī)容量、所需極數(shù)及使用場合來選用。若用來控制不經(jīng)常起停的小容量異步電機(jī)時，其額定電流不要小于電動機(jī)額定電流的三倍。 圖1-13 為刀開關(guān)結(jié)構(gòu)簡圖，圖1-14 刀開關(guān)的圖形及文字符號。 1.4.2 轉(zhuǎn)換開關(guān) 轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，主要用作電源的引入開關(guān)，所以也稱電源隔離開關(guān)。它也可以起停5kW以下的異步電動機(jī)，但每小時的接通次數(shù)不宜超過15～20次，開關(guān)的額定電流一般取電動機(jī)額定電流的1.5～2.5倍。 轉(zhuǎn)換開關(guān)有單極、雙極和多極之分。它是由單個或多個單極旋轉(zhuǎn)開關(guān)疊裝在同一根方形轉(zhuǎn)軸上組成的，在開關(guān)的上部裝有定位機(jī)構(gòu)，它能使觸片處在一定的位置上。 轉(zhuǎn)換開關(guān)主要根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸點(diǎn)數(shù)及電動機(jī)容量進(jìn)行選用。 圖1-15為轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1-16為轉(zhuǎn)換開關(guān)的圖形及文字符號。 1.5 低壓斷路器 低壓斷路器又稱為自動開關(guān)。低壓斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機(jī)，對電源線路及電動機(jī)等實(shí)現(xiàn)保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或短路及欠電壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式斷路器與過流、欠壓、熱繼電器等的組合，而且在分?jǐn)喙收虾笠话悴恍枰鼡Q零部件，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 低壓斷路器主要有觸頭和滅弧裝置、各種可供選擇的脫扣器與操作機(jī)構(gòu)、自由脫扣機(jī)構(gòu)三部分組成。各種包括過流、欠壓脫扣器和熱脫扣器等。工作原理圖如圖1-17所示。圖中選用了過載和欠壓兩種脫扣器。開關(guān)的主觸頭靠操作機(jī)構(gòu)手動或電動合閘，在正常工作狀態(tài)下能接通和分?jǐn)喙ぷ麟娏?，?dāng)電路發(fā)生短路或過流故障時，過流脫扣器4的銜鐵被吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)的鉤子脫開，自動開關(guān)觸頭分離，及時有效地切除高達(dá)數(shù)十倍額定電流的故障電流。若電網(wǎng)電壓過低或?yàn)榱銜r，失壓脫扣器5的銜鐵被釋放，自由脫扣機(jī)構(gòu)動作，使斷路器觸頭分離，從而在過流與零壓欠壓時保證了電路及電路中設(shè)備的安全。 1.6 主令電器 自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送控制指令的電器稱為主令電器。常用的主令電器有控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬能開關(guān)等幾種。 1.6.1 控制按鈕 控制按鈕通常用作短時接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)。控制按鈕是由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點(diǎn)和外殼等組成。通常制成具有常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-18所示。指示燈式按鈕內(nèi)可裝入信號燈顯示信號；緊急式按鈕裝有蘑菇形鈕帽，以便于緊急操作。旋鈕式按鈕是用手扭動旋鈕來進(jìn)行操作的。 按鈕帽有多種顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動按鈕。按鈕主要根據(jù)所許的觸點(diǎn)數(shù)、使用場合及顏色來進(jìn)行選擇。 按鈕開關(guān)的圖形符號及文字符號如圖1-19所示。 1.6.2 行程開關(guān) 行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是根據(jù)運(yùn)動部件位置而切換的自動控制電器，用來控制運(yùn)動部件的運(yùn)動方向、行程大小或位置保護(hù)。行程開關(guān)有機(jī)械式和電子式兩種，機(jī)械式常見的有按鈕式和滑輪式兩種。圖1-20為行程開關(guān)外形圖，圖1-21為行程開關(guān)圖形符號。 1.6.3 接近開關(guān) 行程開關(guān)是有觸點(diǎn)開關(guān)，工作時由擋塊與行程開關(guān)的滾輪或觸桿碰撞使觸點(diǎn)接通或斷開的。在操作頻繁時，易產(chǎn)生故障，工作可靠性較低。接近開關(guān)是無觸點(diǎn)開關(guān)，具有工作穩(wěn)定可靠、使用壽命長、重復(fù)定位精度高、動作迅速等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。 1.7 機(jī)床電氣原理圖的畫法規(guī)則 電氣控制系統(tǒng)是由許多電氣元件按一定要求連接而成的。為了便于電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析、安裝、使用和維修，需要將電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件及其連接，用一定的圖形表達(dá)出來，這種圖形就是電氣控制系統(tǒng)圖。 電氣控制系統(tǒng)圖有三類：電氣原理圖、電器元件布置圖和電氣安裝接線圖。 1.7.1 電氣控制系統(tǒng)圖中的圖形符號和文字符號 電氣控制系統(tǒng)圖中，電氣元件必須使用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號。國家規(guī)定從1990年1月1日起，今后電氣系統(tǒng)圖中的圖形符號和文字符號必須符合最新的國家標(biāo)準(zhǔn)。目前推行的最新標(biāo)準(zhǔn)是國家標(biāo)準(zhǔn)局頒布GB4728-84《電氣圖用圖形符號》、GB6988-87《電氣制圖》和GB7159-87 《電氣技術(shù)中的文字符號制訂通則》。 1.7.2 電氣原理圖 電氣原理圖是為了便于閱讀和分析控制線路，根據(jù)簡單清晰的原則，采用電氣元件展開的形式繪制成的表示電氣控制線路工作原理圖的圖形。在電氣原理圖中只包括所有電氣元件的導(dǎo)電部件和接線端點(diǎn)之間的相互關(guān)系，但并不按照各電氣元件的實(shí)際布置位置和實(shí)際接線情況來繪制，也不反映電氣元件的大小。下面結(jié)合圖1-22所示某機(jī)床的電氣原理圖說明繪制電氣原理圖的基本規(guī)則和應(yīng)注意的事項(xiàng)。 繪制電氣原理圖的基本規(guī)則： ⑴原理圖一般分主電路和輔助電路兩部分畫出：主電路就是從電源到電動機(jī)繞組的大電流通過的路徑。輔助電路包括控制回路、信號電路及保護(hù)電路等，由繼電器的線圈和觸點(diǎn)、接觸器的線圈和輔助觸點(diǎn)、按鈕、照明燈、控制變壓器等電器元件組成。一般主電路用粗實(shí)線表示，畫在左邊（或上部）；輔助電路用細(xì)實(shí)線表示，畫在右邊（或下部）。 ⑵原理圖中，各電器元件不畫實(shí)際的外形圖，而采用國家規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來畫，文字符號也要符合國家標(biāo)準(zhǔn)。屬于同一電器的線圈和觸點(diǎn)，都要用同一文字符號表示。當(dāng)使用相同類型電器時，可在文字符號后面加注阿拉伯?dāng)?shù)字序號來區(qū)分。 ⑶原理圖中，各電器元件的導(dǎo)電部件如線圈和觸點(diǎn)的位置，應(yīng)根據(jù)便于閱讀和發(fā)現(xiàn)的原則來安排，繪在它們完成作用的地方。同電器元件的各個部件可以不畫在一起。 ⑷原理圖中所有電器的觸點(diǎn)，都按沒有通電或沒有外力作用時的開閉狀態(tài)畫出。如：繼電器、接觸器的觸點(diǎn)，按線圈未通電時的狀態(tài)畫；按鈕、行程開關(guān)的觸點(diǎn)按不受外力作用時的狀態(tài)畫出；控制器按手柄處于零位時的狀態(tài)畫等。 ⑸原理圖中，有直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線的連接點(diǎn)，要用黑圓點(diǎn)表示。無直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線，交叉處不能畫黑圓點(diǎn)。 ⑹原理圖中，無論是主電路還是輔助電路，各電氣元件一般應(yīng)按動作順序從上到下，從左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。 1.7.3 電氣元件布置圖 電氣元件布置圖主要用來表示各種電氣設(shè)備在機(jī)械設(shè)備上和電氣控制柜中的實(shí)際安裝位置，為機(jī)械電氣控制設(shè)備的制造、安裝、維修提供必要的資料。各電氣元件的安裝位置是由機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作要求來決定的，如電動機(jī)要和被拖動的機(jī)械部件在一起，行程開關(guān)應(yīng)放在要取得信號的地方，操作元件要放在操作臺及懸掛操縱箱等操作方便的地方，一般電氣元件應(yīng)放在控制柜內(nèi)。 機(jī)床電氣元件布置圖主要由機(jī)床電氣設(shè)備布置圖、控制柜及控制板電氣設(shè)備布置圖、操縱臺及懸掛操縱箱電氣設(shè)備布置圖等組成。在繪制電氣設(shè)備布置圖時，所有能見到的以及需表示清楚的電氣設(shè)備均用粗實(shí)線繪制出簡單的外形輪廓，其它設(shè)備（如機(jī)床）的輪廓用雙點(diǎn)劃線表示。 1.7.4 電氣安裝接線圖 電氣安裝接線圖是為了安裝電氣設(shè)備和電氣元件時進(jìn)行配線或檢查維修電氣控制線路故障服務(wù)的。在圖中要表示各電氣設(shè)備之間的實(shí)際接線情況，并標(biāo)注出外部接線所需的數(shù)據(jù)。在接線圖中各電氣元件的文字符號、元件連接順序、線路號碼編制都必須與電氣原理圖一致。 圖1-23是根據(jù)圖1-22電氣原理圖繪制的接線圖。圖中表明了該電氣設(shè)備中電源進(jìn)線、按鈕板、照明燈、行程開關(guān)、電動機(jī)與電氣安裝板接線端之間的關(guān)系，也標(biāo)注了所采用的包塑金屬軟管的直徑和長度以及理解導(dǎo)線的根數(shù)、截面積與顏色。如按鈕板與電氣安裝板的連接，按鈕板上有SB1、SB2、HL1與HL2四個元件，根據(jù)電氣原理圖SB1與SB2有一端相連為“地”，其余的2、3、4、6、7、15、16通過7根1mm的紅色線接到安裝板上相應(yīng)的接線端，與安裝板上的元件相連。 第二章 繼電接觸控制系統(tǒng)的基本控制電路 2.1 電機(jī)控制的基本環(huán)節(jié) 2.1.1 起動、停止控制線路 籠型三相異步電動機(jī)的起動、停止控制線路是應(yīng)用最廣泛的、也是最基本的控制線路。如圖2-1所示，它由刀開關(guān)QS、熔斷器FU1、接觸器KM的主觸頭、熱繼電器FR的熱元件和電機(jī)M構(gòu)成主電路，由起動按鈕SB2、停止按鈕SB1、接觸器KM的線圈及其常開輔助觸頭、熱繼電器FR的常閉觸頭和熔斷器FU2構(gòu)成控制回路。電機(jī)的起動有全壓起動和減壓起動兩種方式。較大容量的（大于10kW）電機(jī)，因起動電流較大（可達(dá)額定電流4~7倍），一般采用減壓起動方式來降低起動電流。 線路的工作原理：起動時，合上QS ，引入三相電源。按下SB2，交流接觸器KM的線圈通電，KM的主觸頭閉合，電動機(jī)接通電源直接起動運(yùn)轉(zhuǎn)。同時，與SB2并聯(lián)的接觸器KM的常開觸頭閉合，使接觸器KM線圈經(jīng)兩條路通電。這樣，當(dāng)手松開，SB2自動復(fù)位時，接觸器KM的線圈仍可通過其常開觸頭的閉合而繼續(xù)通電，從而保持電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。這種依靠接觸器自身輔助觸頭使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱為“自鎖”。這一對起自鎖作用的輔助觸頭稱為自鎖觸頭。 要使電動機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)，只要按下停止按鈕SB1，將控制電路斷開即可。按下SB1，KM線圈斷電釋放，KM的三個常開主觸頭斷開，切斷三相電源，電動機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)手松開，SB1雖復(fù)位成常閉狀態(tài)，但KM的自鎖常開觸頭已斷開，KM線圈不能再依靠自鎖而通電了。 2.1.2 點(diǎn)動控制線路 所謂點(diǎn)動，即按下按鈕時電機(jī)轉(zhuǎn)動工作，手松開按鈕電機(jī)停止工作。點(diǎn)動控制多用于機(jī)床刀架、橫梁、立柱等快速移動和機(jī)床對刀等場合。圖2-2列出了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制的幾種電氣控制線路。 圖2-2（a）是最基本的點(diǎn)動控制線路。起動按鈕SB沒有并聯(lián)接觸器KM的自鎖觸頭，按下SB，KM線圈通電，電機(jī)起動；手松開按鈕SB時，接觸器KM線圈又?jǐn)嚯?，其主觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止 運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖2-2（b）是帶手動開關(guān)SA的點(diǎn)動控制線路。當(dāng)需要點(diǎn)動控制時，只要把開關(guān)SA斷開，由按鈕SB2來進(jìn)行點(diǎn)動控制。當(dāng)需要正常運(yùn)行時，只要把開關(guān)SA合上，將KM的自鎖觸點(diǎn)接入，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。 圖2-2（c）中增加了一個復(fù)合按鈕SB3來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制。需要點(diǎn)動控制時，按下點(diǎn)動控制按鈕SB3，其常閉觸點(diǎn)先斷開自鎖電路，常開觸頭后閉合，接通起動控制電路，KM線圈通電，接觸器銜鐵被吸合，主觸頭閉合，接通三相電源，電動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)松開點(diǎn)動按鈕SB3時，KM線圈斷電，KM主觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖2-2（d）是利用中間繼電器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制線路。利用點(diǎn)動按鈕SB2控制中間繼電器KA，KA的常開觸頭并聯(lián)在按鈕SB3兩端以控制接觸器KM，再由KM去控制電動機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動。當(dāng)需要連續(xù)控制時，由按鈕SB3和SB1實(shí)現(xiàn)。 2.1.3 多地控制線路 在大型生產(chǎn)設(shè)備上，為使操作人員在不同方位均能進(jìn)行起停操作，常常要求組成多地控制線路。多地控制線路只需多用幾個起動按鈕和停止按鈕，無需增加其它電器元件。起動按鈕應(yīng)并聯(lián)，停止按鈕應(yīng)串聯(lián)，分別裝在幾個地方，如圖2-3所示。 通過上述分析，可得出普遍性結(jié)論：若幾個電器都能控制甲接觸器通電，則幾個電器的常開觸頭應(yīng)并聯(lián)接到甲接觸器的線圈電路中，即邏輯“或”的關(guān)系；若幾個電器都能控制甲接觸器斷電，則幾個電器的常閉觸頭應(yīng)串聯(lián)接到甲接觸器的線圈電路中，即邏輯“與”的關(guān)系。 2.1.4 可逆運(yùn)行控制線路 各種生產(chǎn)機(jī)械常常要求具有上、下、左、右、前、后等相反方向的運(yùn)動，這就要求電動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行。三相交流電動機(jī)可借助正、反向接觸器改變定子繞組相序來實(shí)現(xiàn)。為避免正、反向接觸器同時通電造成電源相間短路故障，正反向接觸器之間需要有一種制約關(guān)系 互鎖，保證它們不能同時工作。圖2-4給出了兩種可逆控制線路。 圖2-4（a）是電動機(jī)“正—?！础笨赡婵刂凭€路，利用兩個接觸器的常閉觸頭KM1和KM2相互制約，即當(dāng)一個接觸器通電時，利用其串聯(lián)在對方接觸器的線圈電路中的常閉觸頭的斷開來鎖住對方線圈電路。這種利用兩個接觸器的常閉輔助觸頭互相控制的方法稱為“互鎖”，起互鎖作用的兩對觸頭稱為互鎖觸頭。圖2-4（a）這種只有接觸器互鎖的可逆控制線路在正轉(zhuǎn)運(yùn)行時，要想反轉(zhuǎn)必先停車，否則不能反轉(zhuǎn)，因此叫做“正—停—反”控制線路。 圖2-4(b)是電動機(jī)“正—反—?！笨刂凭€路，采用兩只復(fù)合按鈕實(shí)現(xiàn)。在這個線路中，正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2的常開觸點(diǎn)用來使正轉(zhuǎn)接觸器KM1的線圈瞬時通電，其常閉觸頭則串聯(lián)在反轉(zhuǎn)接觸器KM2線圈的電路中，用來鎖住KM2。反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3也按SB2的道理同樣安排，當(dāng)按下SB2或SB3時，首先是常閉觸頭斷開，然后才是常開觸頭閉合。這樣在需要改變電動機(jī)運(yùn)動方向時，就不必按SB1停止按鈕了，可直接操作正反轉(zhuǎn)按鈕即能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)。這個線路既有接觸器互鎖，又有按鈕互鎖，叫做具有雙重互鎖的可逆控制線路，為機(jī)床電氣控制系統(tǒng)所常用。 2.2 按連鎖控制的規(guī)律 按連鎖控制的規(guī)律和按控制過程中變化參量進(jìn)行控制的規(guī)律是組成電氣控制線路的基本規(guī)律。 連鎖控制的應(yīng)用是很廣泛的。電動機(jī)控制的基本環(huán)節(jié)中已介紹了自鎖控制、互鎖控制、正常工作與點(diǎn)動的連鎖控制。凡是生產(chǎn)線上某些環(huán)節(jié)或一臺設(shè)備的某些部件之間具有互相制約或互相配合的控制，均稱為連鎖控制。下面再介紹實(shí)現(xiàn)按順序工作時的連鎖控制。 在機(jī)床的控制線路中，常常要求電動機(jī)的起停有一定的順序。例如磨床要求先起動潤滑油泵，然后再起動主軸電機(jī)；龍門刨床在工作臺移動前，導(dǎo)軌潤滑油泵要先起動；銑床的主軸旋轉(zhuǎn)后，工作臺方可移動等；順序工作控制線路有順序起動、同時停止控制線路，有順序起動、順序停止控制線路，還有順序起動、逆序停止控制線路。圖2-5為兩臺電動機(jī)的連鎖控制線路。 圖2-5（a）是順序起動、同時停止控制線路。在這個控制線路中，只有KM1線圈通電后，其串入KM2線圈電路中的常開觸頭KM1閉合，才使KM2線圈有通電的可能。按下SB1按鈕、兩臺電機(jī)同時停止。圖2-5（b）是順序起動、逆序停止控制線路。停車時，必須按SB3按鈕，斷開KM2線圈電路，使并聯(lián)在按鈕SB1下的常開觸頭KM2斷開后，再按SB1才能使KM1線圈斷電。 通過上面的分析可知，實(shí)現(xiàn)連鎖控制的關(guān)鍵是正確地選擇和安排連鎖觸頭。其相互制約關(guān)系（互鎖）將各自控制電器的常閉觸頭串接到對方電器的線圈通路中來保證。要實(shí)現(xiàn)順序動作連鎖，則應(yīng)將先通電的電器的常開觸頭串接在后通電的電器的線圈通路中，將先斷電的電器的常開觸頭并接到后斷電的電器的線圈通路中的停止按鈕（或其它斷電觸頭）上。具體方法有接觸器和繼電器觸頭的電氣連鎖，復(fù)合按鈕連鎖，行程開關(guān)連鎖，操縱手柄以及轉(zhuǎn)換開關(guān)連鎖等。 2.3 按控制過程的變化參量進(jìn)行控制的規(guī)律 任何一個生產(chǎn)過程的進(jìn)行，總伴隨著一系列的參數(shù)變化，如機(jī)械位移、溫度、流量、壓力、電流、電壓、轉(zhuǎn)矩等。原則上說，只要能檢測出這些物理量，便可用它來對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動控制。對電氣控制來說，只要選定某些能反映生產(chǎn)過程中的參數(shù)變化的電器元件，例如各種繼電器和行程開關(guān)等，由它們來控制接觸器或其它執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)換或機(jī)械動作,就能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。常見的有按時間變化、轉(zhuǎn)速變化、電流變化、位置變化參量進(jìn)行控制的電路，分別稱為時間、速度、電流和行程原則的自動控制。 2.3.1 時間原則控制 電氣控制系統(tǒng)按時間原則進(jìn)行控制，應(yīng)用極其廣泛。時間繼電器是時間控制的基本電器。利用時間控制原則可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)降壓起動和制動過程的自動控制，自動間歇和各種動作的時間順序的控制等。下面舉例分析以時間為變化參量的時間原則控制線路。 1.定子串電阻降壓起動控制線路 定子串電阻降壓起動是電動機(jī)起動時在三相定子電路串接電阻，使得加在定子繞組上的電壓降低，起動結(jié)束后再將電阻短接，電動機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。這種起動方式由于不受電動機(jī)接線形式的限制，設(shè)備簡單，因而在中小型生產(chǎn)機(jī)械中應(yīng)用較廣。 圖2-6是定子串電阻降壓起動控制線路。該線路是根據(jù)起動過程中時間的變化，利用時間繼電器來控制降壓電阻的切除。工作過程如下： 合上QS，按SB2，KM1線圈得電，KM1輔助常開觸點(diǎn)閉合自鎖，KM1主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)串電阻R起動。KT線圈得電延時，KT的延時閉合的常開觸頭閉合，KM2線圈得電，KM2常開觸頭閉合短接電阻，電動機(jī)全電壓運(yùn)行。 在圖2-6（a）的線路中，電動機(jī)起動后，接觸器KM1和時間繼電器KT的線圈仍一直通電，需要改進(jìn)。2-6（b）的線路中，接觸器KM2得電后，用其常閉觸頭將KM1及KT的線圈電路斷電，同時KM2自鎖。這樣，在電動機(jī)起動后，只有KM2得電使之正常運(yùn)行。 2.自耦變壓器（補(bǔ)償器）降壓起動控制線路 補(bǔ)償器降壓起動是利用自耦變壓器來降低起動電壓，達(dá)到限制起動電流的目的，常用于大容量籠型異步電動機(jī)的起動。電動機(jī)起動的時候，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的副邊電壓，一旦起動完畢，切斷自耦變壓器電路，把額定電壓直接加在電動機(jī)的定子繞組上，電動機(jī)進(jìn)入全壓正常運(yùn)行。 圖2-7所示的自耦變壓器降壓起動控制線路是根據(jù)起動過程中時間的變化，利用時間繼電器來控制自耦變壓器的切除。工作過程如下： 合上QS，按SB2，KM1線圈得電，KM1主觸點(diǎn)閉合，自耦變壓器低壓側(cè)接入，KM1常開觸頭閉合，自耦變壓器接星形，電機(jī)降壓起動。同時，KT線圈得電延時，KT瞬時常開觸頭閉合自鎖，KT延時斷開的常閉觸點(diǎn)延時斷開，KM1線圈失電切除自耦變壓器T，KT延時閉合的常開觸點(diǎn)延時閉合，KM2線圈得電，KM2主觸頭閉合，電動機(jī)進(jìn)入全壓正常運(yùn)行。 自耦變壓器繞組一般具有多個抽頭以獲得不同的變化。在獲得同樣大小的起動轉(zhuǎn)矩前提下，自耦變壓器降壓起動從電網(wǎng)索取的電流要比定子串電阻降壓起動小得多，或者說，如果兩者要從電網(wǎng)索取同樣大小的起動電流，則采用自耦變壓器降壓起動的起動轉(zhuǎn)矩大，其缺點(diǎn)是自耦變壓器價格較貴，而且不允許頻繁起動。 3.星形—三角形降壓起動控制線路 正常運(yùn)行時定子繞組接成三角形的籠型異步電動機(jī)可采用星形—三角形降壓起動的方法達(dá)到限制起動電流的目的。 起動時，定子繞組首先接成星形，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再將定子繞組的接線換接成三角形，電動機(jī)便進(jìn)入全電壓的正常運(yùn)行狀態(tài)。因功率在4kW以上的三相籠型異步電動機(jī)均為三角形接法，故都可采用星形—三角形起動方法。 圖2-8所示的是13kW以上的電動機(jī)用三個接觸器換接的星形—三角形降壓起動控制線路，它是根據(jù)起動過程中時間的變化，利用時間繼電器來控制星形—三角形的換接。 工作過程如下： 起動時，按SB2，接觸器KM1、KM3線圈得電，KM1、KM3的主觸點(diǎn)使定子繞組接成星形，電動機(jī)減壓起動。同時時間繼電器KT線圈得電，經(jīng)一段延時后電動機(jī)已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，其延時斷開常閉觸點(diǎn)KT斷開，使KM3失電，而延時閉合常開觸點(diǎn)KT閉合，接觸器KM2線圈得電，使電動機(jī)定子繞組由星形換接到三角形，實(shí)現(xiàn)全電壓運(yùn)行。 線路中KM2和KM3的常閉觸頭構(gòu)成互鎖，保證電動機(jī)繞組只能連接成一種形式，即星形或三角形，以防止同時連接成星形和三角形而造成電源短路。 與其它降壓起動相比，星形—三角形降壓起動投資小，線路簡單，但起動轉(zhuǎn)矩小。這種起動方法只適用于空載或輕載狀態(tài)下。 4.雙速電動機(jī)的控制線路 三相籠型異步電動機(jī)的調(diào)速方法之一是依靠變更定子繞組的極對數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。圖2-9為4/2極的雙速異步電動機(jī)定子繞組接線示意圖，圖（a）將電動機(jī)定子繞組的U1、V1、W1三個接線端接三相交流電源，而將電動機(jī)定子繞組的U2、V2、W2三個接線端懸空，三相定子繞組接成三角形。此時每相繞組中的①、②線圈串聯(lián)，電流方向如圖（a）中箭頭所示，電動機(jī)以四極運(yùn)行為低速。若將電動機(jī)定子繞組的U2、V2、W2三個接線端子接三相交流電源，而將另外三個接線端子U1、V1、W1連在一起如圖（b）所示，則原來三相定子繞組的三角形接線變?yōu)殡p星形接線，此時每相繞組中的①、②線圈相互并聯(lián)，電流方向如圖（b）中箭頭所示，于是電動機(jī)便以兩極運(yùn)行為高速。 圖2-10所示的雙速電動機(jī)控制線路采用兩個接觸器來換接電動機(jī)的出線端以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖（a）中由復(fù)合按鈕SB2和SB3分別控制電動機(jī)低速和高速運(yùn)行，其工作過程請讀者自行分析。 圖2-10（b）為雙速電動機(jī)接成低速起動，然后自動切換成高速運(yùn)轉(zhuǎn)的控制線路，它也是根據(jù)起動過程中時間的變化，利用時間繼電器控制低、高速的轉(zhuǎn)換。按下按鈕SB2時，斷電延時的時間繼電器KT的線圈通電，其延時斷開的常開觸頭立即閉合，使接觸器KM1的線圈通電，將電動機(jī)的定子繞組接成三角形，低速起動，同時使中間繼電器KA通電并自鎖。KA的常閉觸頭斷開使時間繼電器KT斷電，經(jīng)延時，KT的常開觸頭斷開，接觸器KM1斷電，其常閉觸頭復(fù)位使接觸器KM2通電，電動機(jī)便自動地從三角形接法換接成雙星形接法，變?yōu)楦咚龠\(yùn)行。 2.3.2 行程原則控制 行程原則控制取行程為變化參量，行程開關(guān)是行程原則控制的基本電器。行程開關(guān)裝在所需地點(diǎn)，當(dāng)裝在運(yùn)動部件上的撞塊碰動行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸頭動作，從而實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程控制主要用于機(jī)床進(jìn)給速度的自動換接、自動工作循環(huán)、自動定位以及運(yùn)動部件的限位保護(hù)等。 圖2-11是兩個動力頭的行程控制線路，它是由行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)動力頭的往復(fù)運(yùn)動的。工作循環(huán)的動作順序首先是動力頭I由位置a移動到位置b停下；然后動力頭II由位置c移動到位置d停住；接著動力頭I和II同時退回原位停下。 限位開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別裝在床身的a、b、c、d處。動力頭I和II分別由電動機(jī)M1和M2驅(qū)動，在原位時分別壓下SQ1和SQ3。線路工作過程如下： 按起動按鈕SB，接觸器KM1線圈通電并自鎖，電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)帶動機(jī)床運(yùn)動部件左移，當(dāng)運(yùn)動部件移至左端并碰到SQ2時，將限位開關(guān)SQ2壓 下，使KM1失電，動力頭I停止。同時接通KM2線圈，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動運(yùn)動部件右移，當(dāng)移至右端撞塊碰到限位開關(guān)SQ4時，使KM2失電，同時KM3、KM4得電吸合并自鎖，電動機(jī)M1和M2都反轉(zhuǎn)，使動力頭I和II都向原位退回。當(dāng)退到原位時，限位開關(guān)SQ1、SQ3分別被壓下，使KM3和KM4失電，兩個動力頭都停在原位。 2.4 三相異步電動機(jī)的制動控制線路 2.4.1 能耗制動控制線路 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向相反的運(yùn)行狀態(tài)是電氣制動狀態(tài)。籠型異步電動機(jī)的制動常采用能耗制動，就是在電動機(jī)脫離三相交流電源之后，向定子繞組內(nèi)通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用產(chǎn)生制動的電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到制動的目的。 在制動過程中，電流、轉(zhuǎn)速和時間三個參量都在變化，原則上可以任取其中一個參量作為控制信號。取時間作為變化參量，其控制線路簡單、成本較低，故實(shí)際應(yīng)用較多。 圖2-12是時間原則控制的單向能耗制動控制線路。設(shè)電動機(jī)已經(jīng)正常運(yùn)行，運(yùn)行時線圈得電。要想停車制動，需按停止按鈕。制動過程如下： 設(shè)電機(jī)正在正向運(yùn)轉(zhuǎn)，需要停車制動時，按下停止按鈕SB1，KM1斷電，KM2和KT線圈通電并自鎖，KM2的主觸頭閉合，將直流電源接入電動機(jī)定子繞組，進(jìn)行能耗制動。經(jīng)過一段時間，KT的延時斷開的常閉觸頭斷開，接觸器KM2斷電，切斷通往電動機(jī)的直流電源，時間繼電器KT也隨之?dāng)嚯?，電動機(jī)能耗制動結(jié)束。 圖中自鎖回路中的瞬時常開觸頭的作用是為了考慮時間繼電器KT線圈斷線或機(jī)械卡住故障時，斷開接觸器KM2的線圈通路，使電動機(jī)定子繞組不致長期接入直流電源。 速度原則控制取轉(zhuǎn)速為變化參量。速度繼電器是檢測轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的自動電器，也是速度控制的基本電器。利用速度原則可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)反接制動和能耗制動的自動控制，以及電動機(jī)的低速脈動控制等。 圖2-13是速度原則控制的單向能耗制動控制線路。采用了速度繼電器來檢測電動機(jī)的速度變化，在120～3000r/min范圍內(nèi)速度繼電器觸點(diǎn)動作，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于100r/min時，其觸點(diǎn)復(fù)位，速度繼電器要與電動機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)。制動過程如下： 電動機(jī)正常運(yùn)行，速度繼電器的常開觸頭KS閉合，為制動做準(zhǔn)備。當(dāng)要停車制動時，按下復(fù)合按鈕SB1，接觸器KM1線圈斷電，其三個主觸頭斷開，切斷通往電動機(jī)的交流電源，同時接觸器KM2線圈通電，其三個主觸頭閉合，給電動機(jī)通直流電，進(jìn)入能耗制動。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降至接近零時，KS的常開觸頭斷開，使KM2線圈斷電，其常開觸頭斷開，切除直流電源，能耗制動結(jié)束。 2.4.2 反接制動控制線路 反接制動是利用改變電動機(jī)電源的相序，使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，因而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的制動方法。反接制動常采用轉(zhuǎn)速為變化參量進(jìn)行控制。由于反接制動時，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度接近于兩倍的同步轉(zhuǎn)速，所以定子繞組中流過的反接制動電流相當(dāng)于全電壓直接起動時電流的兩倍，因此反接制動特點(diǎn)之一是制動迅速，效果好，沖擊大，通常僅適于10kW以下的小容量電動機(jī)。為了減小沖擊電流，通常要求在電動機(jī)主電路中串接限流電阻。 圖2-14為電動機(jī)單向反接制動控制線路。電動機(jī)正常運(yùn)行時，KM1通電，速度繼電器常開觸頭KS已閉合（為制動做準(zhǔn)備）。停轉(zhuǎn)制動過程如下： 當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器KM1閉合，電動機(jī)接正相序三相電源運(yùn)轉(zhuǎn)時，速度繼電器KS常開觸頭閉合，為反接制動時接觸器KM2線圈通電作好準(zhǔn)備。停車時，按下停止按鈕SB1，KM1線圈斷電，電動機(jī)脫離三相電源作慣性轉(zhuǎn)動。同時接觸器KM2線圈通電吸合并自鎖，使電動機(jī)定子繞組中三相電源的相序相反，電動機(jī)進(jìn)入制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速降到接近零時，速度繼電器KS常開觸頭復(fù)位，接觸器KM2線圈通電，正向反接制動過程結(jié)束。 2.5 電動機(jī)控制的保護(hù)環(huán)節(jié) 電氣控制系統(tǒng)除了要能滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求外，還應(yīng)保證設(shè)備長期安全、可靠、無故障地運(yùn)行，因此保護(hù)環(huán)節(jié)是所有電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用來保護(hù)電動機(jī)、電網(wǎng)、電氣控制設(shè)備及人身安全。 電氣控制系統(tǒng)中常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過載保護(hù)、零壓、欠壓保護(hù)及弱磁保護(hù)。 2.5.1 短路保護(hù) 電機(jī)、電器以及導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時，都可能造成短路事故。短路電流可能使電器設(shè)備損壞，因此要求一旦發(fā)生短路故障時，控制線路能迅速切斷電源。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和自動開關(guān)。 由于熔斷器價格便宜，斷弧能力強(qiáng)，所以一般電路幾乎無例外地用它作短路保護(hù)。但是熔體的品質(zhì)、老化及環(huán)境溫度等因素對其動作值影響很大。用其保護(hù)電動機(jī)時，可能只有一相熔體燒斷而造成電動機(jī)單相運(yùn)行，用自動開關(guān)作短路保護(hù)則能克服這些缺陷。當(dāng)出現(xiàn)短路時，其電流線圈動作，將整個開關(guān)跳開，三相電源同時被切斷。自動開關(guān)還兼有過載保護(hù)和欠壓保護(hù)，不過其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴，不宜頻繁操作，一般用在要求高的場合。 2.5.2 過電流保護(hù) 電動機(jī)不正確地起動或負(fù)載轉(zhuǎn)矩劇烈增加會引起電動機(jī)過電流運(yùn)行。一般情況下這種過電流比短路電流小，但比電動機(jī)額定電流卻大得多。在電動機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生過電流比發(fā)生短路的可能性更大，尤其是在頻繁正反轉(zhuǎn)起動的重復(fù)短時工作制的電動機(jī)中更是如此。過電流的危害雖沒有短路那么嚴(yán)重，但同樣會造成電動機(jī)的損壞。 原則上，短路保護(hù)所用元件可以用作過電流保護(hù)，不過斷弧能力可以要求低些，完全可以利用控制電動機(jī)的接觸器來斷開過電流，因此常用瞬時動作的過電流繼電器與接觸器配合起來作過電流保護(hù)，過電流繼電器作為測量元件，接觸器作為執(zhí)行元件斷開電路。 由于籠型電動機(jī)起動電流很大，如果要使起動時過電流保護(hù)元件不動作，其整定值就要大于起動電流，那么一般的過電流就無法使之動作了。所以過電流保護(hù)一般只用在直流電動機(jī)和繞線式異步電動機(jī)上。整定過電流動作值一般為起動電流的1.2倍。 2.5.3 過載保護(hù) 電動機(jī)長期超載運(yùn)行，繞組溫升將超過其允許值，造成絕緣材料變脆，壽命減少，嚴(yán)重時會使電機(jī)損壞。過載電流越大，達(dá)到允許溫升的時間就越短。常用的過載保護(hù)元件是熱繼電器。 由于熱慣性的原因，熱繼電器不會受電動機(jī)短時過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時動作，所以在使用熱繼電器作過載保護(hù)的同時，還必須設(shè)有短路保護(hù)，選作短路保護(hù)的熔斷器熔體的額定電流不應(yīng)超過4倍熱繼電器發(fā)熱元件的額定電流。 必須強(qiáng)調(diào)指出，短路、過電流、過載保護(hù)雖然都是電流保護(hù)，但由于故障電流的動作值、保護(hù)特性和保護(hù)要求以及使用元件的不同，它們之間是不能相互取代的。 2.5.4 零電壓和欠電壓保護(hù) 在電動機(jī)運(yùn)行中，