机床电气控制与PLC(3).ppt

机床电气控制与PLC,吴洪兵,,机床电气部分,绪论,概述,机床的电气控制系统已经成为现代机床不可缺少的重要组成部分。在电气自动控制方面，现代化机床更是综合应用了许多先进科学技术成果。现今出现的各种机电一体化产品、数控机床、机器人、FMS等均是机床电气设备实现现代化的硕果。,⑴机床的运动以及工作循环的控制与操作等都离不开电器元件、电子元件与系统。机床的电气控制已成为现代机床不可缺少的重要组成部分。⑵电气拖动方面。,绪论,⑶电气自动控制方面。①电机工作原理、特性。②机床继电器-接触器控制系统。③机床电气控制电路设计。④可编程序控制器的基础知识。⑤可编程控制器的编程方法及应用,绪论,机床电气拖动与电气控制发展概况,1.机床电气拖动的发展与分类,从机电传动方面，经历了如下几个方面成组拖动单独拖动多电机拖动直（交）流电动机的无级调速,绪论,2.机床电气控制系统的发展与分类,⑴逻辑控制系统按自动化程度的不同又可分为手动控制自动控制①继电器-接触器自动控制系统②程序控制器③数字控制器,绪论,2.机床电气控制系统的发展与分类,小型计算机控制系统→微型计算机数控系统MNC（MicrocomputerNumericalControl）MNC。AC（自适应）工业机器人柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）CAD/CAM计算机集成生产系统（CIMS）,绪论,2.机床电气控制系统的发展与分类,2连续控制系统对物理量进行连续控制，又称模拟制造系统，具有负反馈的闭环控制系统。3混合控制系统。,第1章机床传动控制中的电动机,电动机又可以分为直流电动机交流电动机步进电动机伺服电动机,三相异步电动机的结构图,1端盖2轴承3机座4定子绕组5转子6轴承7端盖8风扇9风罩10接线盒,第1章机床传动控制中的电动机,1.1交流异步电动机的工作原理和运行特性,1.1.1.异步电动机的工作原理及其机械特性,第1章机床传动控制中的电动机,1.定子异步电动机的定子是由基座、定子铁心和定子绕组三个部分组成。定子铁心定子铁心是电动机磁路的组成部分，采用硅钢片叠压而成。定子绕组定子绕组有成型硬绕组和散嵌软件绕组两种。机座支撑和固定的作用。,第1章机床传动控制中的电动机,2.气隙定子铁心与转子铁心之间的间隙。3.转子,笼型电动机结构a笼型绕组;b转子外形,异步电动机的转子可分为两大类一种笼型转子，一种绕线转子。笼型转子由转子铁心、转子绕组及转轴等组成。,转子铁心转子铁心是电机磁路的一部分，用硅钢片叠压而成。转轴转轴是支持转子铁心和输出转矩的零件。转子绕组转子绕组有鼠笼型和绕线转子两种。,第1章机床传动控制中的电动机,,第1章机床传动控制中的电动机,,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.2异步电动机的工作原理,两极旋转磁场的形成,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.2异步电动机的工作原理,三相异步电动机工作原理简图,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.2异步电动机的工作原理,三相异步电动机工作原理简图,转差率,,,第1章机床传动控制中的电动机,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,商标XXXX三相异步电动机型号Y-112M-4出厂编号XXXX接线方式Δ功率4.0kW电压380V电流8.7A频率50HZ转速1440r/min噪声值74dB（A）工作制S1绝缘等级B防护等级IP44质量49kg标准编号ZBK22007-88出厂日期年月日中华人民共和国XXXX电机厂制造,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,Y系列三相感应电动机铭牌,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,1.型号如Y-112M-42.额定值1额定功率指电动机在额定运行时，电机轴上输出的机械功率，单位为kW；2额定电压指额定运行状态下加在电机定子绕组上的线电压．单位为V；3额定电流指电动机在定子绕组上施加额定电压、电机轴上输出额定功率时的线电流，单位为A。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,4额定频率我国规定工业用电的频率是50Hz，国外有些国家采用60Hz。5额定转速指电动机定子加额定频率的额定电压、轴端输出额定功率时电动机的转速，单位为r／min。可以根据额定转速与额定频率计算出电动机的极数P和额定转差率SN。3.噪声值指电动机在运行时的最大噪声。一般电动机功率越大，磁极数越少，额定转速越高，噪声越大。4.工作制式指电动机允许工作的方式，共有S1～S10十种工作制。其中，S1为连续工作制；S2为短时工作制；其他为不同周期或者非周期工作制。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,4.工作制式指电动机允许工作的方式，共有S1～S10十种工作制。其中，S1为连续工作制；S2为短时工作制；其他为不同周期或者非周期工作制。5.绝缘等级绝缘等级与电动机内部的绝缘材料有关。它与电动机允许工作的最高温度有关，共分A、E、D、F、H五种等级。其中A级最低，H级最高。在环境温度额定为40℃时,A级允许的最高温度为65℃，H级允许的最高温度为130℃。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,6.连接方法有Y/△两种方式。请注意有些电动机只能固定一种接法，有些电动机可以两种切换工作。但是要注意工作电压，防止错误接线烧坏电动机。高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用丫接线，只有三根引出线。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.3异步电动机的铭牌,,,7.防护等级IP为防护代号，第一位数字0～6规定了电动机防护体的等级标准。第二位数字0～8规定了电动机防水的等级标淮。如IP00为无防护，数字越大，防护等级越高。8.其他对于绕线转子电动机还必须标明转子绕组接法、转子额定电动势及转子额定电流；有些还标明了电动机的转子电阻；有些特殊电动机还标明了冷却方式等。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,在异步电动机中，电动机电磁转矩T与转差率s的关系T＝fs通常叫做T-s曲线。为了符合习惯画法。可将T-s曲线转换成转速n与转矩T之间的关系曲线n＝fT，称为异步电动机的机械特性。分为固有机械特性和人为机械特性。,1.固有机械特性异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有自然机械特性。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,曲线1为正相序时的固有机械特性；曲线2为负相序时的曲线。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,1在0＜s≤l，即0＜n＜n0的范围内．特性在第一象限，电磁转矩T与转速n都为正，电动机工作在电动状态，电动机轴输出机械功率2在s＜0范围内，n＞n0，特性在第二象限，电磁转矩T＜0为负值，工作在发电状态，电动机的轴机械功率转化为电能。3在s＞1范围内，n＜0，特性在第四象限。T＞0，电动机处于一种制动状态。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,1T＝0，n＝n0，s0，电动机处于理想空载转速同步转速n0。实际上由于摩擦力矩的存在，电动机的理想空载转速只是一个理论值，对应图中的a点。2T＝TN电动机输出额定转矩，nnN，ssN为电动机额定工作点，对应图中的b点。3T＝Tmax电动机最大转矩，n＝nm（临界速度），s＝sm临界转差率，为电动机的临界工作点，当电动机的负载转矩超过此点时。电动机的输出转矩将会急剧下降，转速也会随之下降，甚至造成堵转，对应图中的c点。4T＝Tst电动机起动转矩，n＝0，s1，为电动机的起动工作点，对应图中的d点。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,2.人为机械特性异步电动机的机械特性除与电动机的参数有关外，还与外加定子电压、定子电源频率、定子或者转子电路中串入的电阻或电抗等有关，将这些参数人为地加以改变而获得的机械特性称为异步电动机的人为机械特性。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,1降低电源电压时的人为机械特性电压愈低，人为机械特性曲线愈往左移。如果电压降低太多，会大大降低电动机的过载能力与起动转矩。甚至使电动机发生堵转或者根本不能起动的现象。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,2定子电路接入电阻或电抗时的人为机械特性在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低，这种情况下的人为特性与降低电源电压时相似。串入电阻或电抗后的最大转矩Tmax要比直接降低电源电压时的最大转矩Tmax大一些。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,3改变定子电源频率时的人为机械特性改变定子电源频率对三相异步电动机机械特性的影响是比较复杂，一般变频调速采用恒转矩调速。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.4异步电动机的机械特性,4转子电路串电阻时的人为机械特性在三相绕线转子异步电动机的转子电路中串入电阻后的机械特性。电阻的串入对理想空载转速n0、最大转矩Tmax没有影响，但临界转差率sm则随着电阻的增加而增大。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.5异步电动机的一般调速方法,调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。三相异步电动机的调速方法有很多，其转速表达式,,,1.变频调速,变频装置由整流器和逆变器组成整流器将50HZ的三相交流电→直流电。,逆变器将直流电→频率，电压可调的交流电。,第1章机床传动控制中的电动机,2.变极调速此调速方法不平滑，是有级调速的。3.变转差率调速只要串接电阻，电阻增大，转差率上升，则转速下降。特点设备简单、投资少，但能耗大，适用于起重设备中。,第1章机床传动控制中的电动机,1.1.5异步电动机的一般调速方法,谢谢,