电路控制能耗制动及运行过程详解

（1）主轴电动机M₁的控制

1）主轴电动机M₁的点动控制（见图3-2-1和图3-2-2）。按下点动控制按SB₂，直接接通KM₁线圈电路，电动机M₁正向直接起动，这时KM₃线圈电路并未接通，因此其主触点不闭合，限流电阻R接入主电路限流，KM₃的◎KM₃（5-27）[10]不闭合，KA不能得电工作，从而使KM₁不能持续得电，松开按钮SB₂，KM₁失电释放，M₁停转，实现了主电动机串联电阻限流的点动控制。

2）主电动机正反转起动（见图3-2-1和图3-2-3）。控制过程为

反向直接起动控制过程与正向直接起动控制过程相同，只是起动按钮为SB₄。

3）主轴电动机M₁的正、反向运行的反接制动停车控制（见图3-2-1和图3-2-3）。采用反接制动方式进行停车制动，按下停止按钮后开始制动过程。当电动机转速接近零时，速度继电器的动合触点打开，结束制动。

主轴电动机M₁正向运转反接制动电器动作顺序为：

电动机正转时，速度继电器KS的正转◎KS₁（17-23）仍闭合：

主轴电动机M₁反转时的反接制动工作过程与正转相似，在反转状态下，KS的◎KS₂（17-11）闭合，制动时，接通接触器KM₁的线圈电路，进行反接制动。

停车时，按下停止按钮SB₁（按下后应很快松开，使SB₁复位闭合，否则控制电路无电，不能进行反接制动）。

（2）刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制（见图3-2-1）刀架的快速移动由刀架快速移动电动机M₃拖动。当刀架快速移动操作手柄压动位置开关SQ，使接触器KM₅得电吸合，其主触点闭合，使电动机M₃起动，经传动系统驱动溜板箱带动刀架快速移动。当刀架快速手柄移开，不再压合SQ，KM₅失电释放，M₃停止转动，刀架快速移动结束。

冷却泵电动机M₂由起动按钮SB₆、停止按钮SB₅控制接触器KM₄的得电、失电，以实现电动机M₃的控制。

（3）主轴电动机负载检测及保护环节

C650型车床采用电流表PA监测M₁定子电流，监视主轴电动机M₁负载情况。电流表PA是通过电流互感器TA接入的，为防止电动机起动电流的冲击，采用通电延时时间继电器的延时断开的动断触点并联在电流表两端。当起动时，KT线圈得电吸合，其延时断开的动合触点尚未断开，电流互感器二次侧电流通过该触点构成闭合回路，电流表没有电流流过。起动完成后，KT延时断开的动断触点断开，将电流表接入，监视负载电流的大小，因此KT的延时时间就是M₁的起动时间。而当M₁停车反接制动时，按下SB₁，此时KM₁（或KM₂）、KA、KT相继失电释放，KT的#KT（P-Q）闭合，将电流表PA短接，使PA不会受到反接制动电流的冲击。

【例3-2-2】M7120型平面磨床电气控制电路

M7120型平面磨床电气控制电路如图3-2-4所示。

1.识读要点

（1）电动机的配置情况及其控制

主电路共有3台电动机，其中M₁为砂轮电动机，M₂为冷却泵电动机，M₃为液压泵电动机，均要求单向旋转。电动机M₁和M₂同时由接触器KM₁的主触点控制，而冷却泵电动机M₂的主电路接在接触器KM₁主触点下方，再经插座X₁供电给M₂。液压泵电动机由接触器KM₃的主触点控制。

图3-2-4 M7130型平面磨床电气控制电路

3台电动机共用熔断器FU₁做短路保护，M₁和M₂由热继电器FR₁做长期过载保护，M₃由热继电器FR₂做长期过载保护。为了保护砂轮与工件的安全，当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止，因此将FR₁、FR₂的动断触点串联接在总控制电路中。

（2）根据电动机主电路控制电器主触点和电磁吸盘文字符号将电路进行分解

1）根据电动机M₁～M₃主电路[2～4]控制电器主触点的文字符号KM₁、KM₂，找到电动机M₁～M₃的控制电路[5～6]。在KM₁、KM₂线圈电路串联有◎SA₁（5-7）和◎KID（5-7）的并联电路。◎SA₁（5-7）为转换开关SA₁的一个动合触点，◎KID（5-7）为欠电流继电器KID的一个动合触点。

2）根据电磁吸盘的文字符号YH[12]，找到电磁盘的充磁、去磁控制电路，通过转换开关SA₁进行充磁、去磁控制，如图3-2-5所示。

图3-2-5 电磁吸盘的充磁、去磁

a）充磁 b）去磁

电磁吸盘又称为电磁工作台，它也是安装工件的一种夹具，与机械夹具相比，具有夹紧迅速、不损伤工件、且一次能吸牢若干个工件，工作效率高，加工精度高等优点。但它的夹紧程度不可调整，电磁吸盘要用直流电源，且不能用于加工非磁性材料的工件。

3）M₁～M₃控制电路和电磁吸盘控制电路通过转换开关SA₁和欠电流继电器KID进行联系。

2.电路工作过程

（1）电动机M₁、M₂和M₃的控制（见图3-2-4）

按钮SB₁、SB₂与接触器KM₁构成砂轮电动机M₁单向旋转控制电路；按钮SB₃、SB₄与接触器KM₂构成液压泵电动机M₂单向旋转控制电路。但M₁、M₂和M₃的起动必须满足下列两个条件之一：

1）电磁细盘YB工作，欠电流继电器KID得电吸合，其KID（5-7）闭合，表明电磁细盘电流足够大，足以将工件吸牢。

2）电磁细盘YB不工作，转换开关SA₁置于“去磁”位置，其SA₁（5-7）闭合。

满足下列上述条件之一时，可分别操作按钮SB₁与SB₂，起动M₁与M₂，进行磨削加工。当加工完闭，按下停止按钮SB₁与SB₂，M₁与M₂停止旋转。

例如，按下SB₁、SB₃，起动电动机M₁、M₂和M₃，其工作过程为：

（2）电磁吸盘控制电路（见图3-2-5）

1）电磁吸盘控制电路。电磁吸盘控制电路由整流装置、控制装置和保护装置等组成。电磁吸盘整流装置是由整流变压器T₂与桥式全波整流器UR组成。整流变压器将交流220V电压降为127V交流电压，再经全波整流后为电磁吸盘线圈提供110V直流电压。

电磁吸盘由转换开关SA₁来控制。SA₁有3个位置：充磁、去磁和失电。当主令开关SA₁置于“充磁”位置（SA₁开关向右）时，SA₁的◎SA₁（24-26）、◎SA₁（25-27）接通；当SA₁置于“去磁”位置（SA₁开关向左），SA₁的◎SA₁（24-28）、◎SA₁（25-26）以及SA₁（5-7）接通；当SA₁置于“失电”位置（SA₁开关置于中间），SA₁所有触点都断开。

电源总开关QS闭合，电磁吸盘整流电源就输出110V直流电压，接点25为电源正极，接点24为电源负极。

当SA₁扳到充磁位置时，电磁吸盘获得110V直流电压，其电流通路为：电源正极接点25→已闭合的SA₁开关的◎SA₁（27-25）→欠电流继电器KID线圈→接点29→经插座X₃→YH线圈→插座X₃→接点26→已闭合的SA₁开关的◎SA₁（26-24）→电源负极24。欠电流继电器KID线圈通过插座X₃与电磁吸盘YH线圈串联。若电磁吸盘电流足够大，则欠电流继电器KID动作，其◎KID（5-7）闭合，表明电磁吸盘吸力足以将工件吸牢，这时才可以分别操作控制按钮SB₁和SB₃，从而起动砂轮电动机M₁和液压泵电动机M₃进行磨削加工。当加工结束后，分别按下停止按钮SB₂、SB₄，则M₁和M₃停止旋转。

为了便于取下工件，需将SA₁开关从“充磁”位置迅速扳向“去磁”位置，再迅速扳向断开状态，这样就使电磁吸盘正向磁化到反向励磁，瞬间打乱了磁分子的排列，使剩磁降低到最低限度，以便轻松地卸下工件。

当SA₁扳至“去磁”位置时，电磁吸盘线圈通入反向电流，即接点26为正，接点29为负，并串入可变电阻R₂，用以调节反向去磁电流的大小，既达到去磁又不被反向磁化的目的。去磁结束后，将SA₁扳到“失电”位置，便可取下工件。若工件对去磁要求严格，则在取下工件后，还要用交流去磁器进行处理。交流去磁器是平面磨床的一个附件，在使用时，将交流去磁器插在床身备用插座X₂上，再将工件放在交流去磁器上来回移动若干次，即可完成去磁要求。

2）电磁吸盘保护环节。电磁吸盘的欠电流保护：为了防止在磨削过程中，电磁吸盘回路出现失电或线圈电流减小，引起电磁吸力消失或吸力不足，造成工件飞出，引起人身与设备事故，因此在电磁吸盘线圈电路中串入欠电流继电器KID做欠电流保护。若励磁电流正常，只有当直流电压符合设计要求，电磁吸盘具有足够的电磁吸力，则KID的◎KID（5-7）才闭合，为起动M₁、M₃电动机进行磨削加工作准备，否则不能开动磨床进行加工。若在磨削过程中出现线圈电流减小或消失时，则欠电流继电器KID将因此而释放，其◎KID（5-7）断开，KM₁、KM₂失电，M₁、M₂、M₃电动机立即停转，避免事故发生。

电磁吸盘线圈的过电压保护：由于电磁吸盘线圈匝数多，电感大，在得电工作时，线圈中存储着大量磁场能量。因此，当线圈脱离电源时，线圈两端将会产生很大的自感电动势，出现高电压，将使线圈的绝缘及其他电器设备损坏。为此，在线圈两端并联了电阻R₁作为放电电阻，吸收线圈存储的能量。

电磁吸盘的短路保护：短路保护由熔断器FU₄来实现。

整流装置的过电压保护：交流电路产生过电压和直流侧电路通断时，都会在整流变压器T₂的二次侧产生浪涌电压，该浪涌电压对整流装置UR有害。为此，应在T₂的二次侧接上RC阻容吸收网络，吸收尖峰电压，同时通过电阻R₂以防止振荡。

（3）照明电路

照明电路由照明变压器T₁，将380V电压降为24V，并由开关SA₂控制照明灯EL，照明变压器二次侧装有熔断器FU₃作为短路保护。其一次侧短路可由熔断器FU₂实现保护。

【例3-2-3】Z3040型摇臂钻床电气控制电路

钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床可分为立式钻床、台式钻床、多轴钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。

1.电路组成

控制电路如图3-2-6所示。

（1）电动机配置情况及其控制(www.xing528.com)

Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动：主轴电动机M₁、摇臂升降电动机M₂、液压泵电动机M₃和冷却泵电动机M₄。

图3-2-6 Z3040型摇臂钻床电气控制电路

a）主电路

图3-2-6 Z3040型摇臂钻床电气控制电路（续）

b）控制电路

1）主轴电动机M₁担负主轴的旋转运动和进给运动。受接触器KM₁控制，只能单方向旋转。主轴的正、反转、制动停车、空档、主轴变速和变速系统的润滑，都是通过操纵机构液压系统实现的。这个系统的压力油由主轴电动机拖动齿轮泵获得，通过操作手柄改变操纵阀内的相互位置，使压力油作不同的分配来得到不同的动作。热继电器FR₁作M₁过载保护。

2）摇臂升降电动机M₂由接触器KM₂、KM₃实现正反转控制。摇臂的升降由M₂拖动，摇臂的松开和夹紧则通过夹紧机构液压系统来实现。由于M₂为短时工作，因此不设过载保护。

3）液压泵电动机M₃受接触器KM₄和KM₅控制，M₃的主要作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂的松开与夹紧以及立柱和主轴箱的松开与夹紧。热继电器FR₂为M₃的过载保护。

4）冷却泵电动机M₄功率很小，由组合开关QS₁直接控制其起停，不设过载保护。

主电路、控制电路、信号（指示）灯电路、照明电路的电源引入开关分别采用断路器，断路器中的电磁脱扣器作为短路保护电器取代了熔断器，并有零压保护和欠电压保护。

（2）控制电路、信号及照明电路

控制电路的电源由控制变压器TC二次侧输出的110V交流电提供，中间抽头101对地为信号灯电源6V，变压器TC的二次侧输出24V电压即200#线对地为照明电路电源。

（3）行程开关SQ₁～SQ₃及时间继电器KT₁的作用

1）行程开关SQ₁是摇臂上升或下降至极限位置的保护开关，有两副动断触点SQ₁（7-9）[10]、SQ₁（21-9）[11]，分别串联在摇臂上升或下降控制电路中。SQ₁与一般限位开关不同，其两副动断触点不同时动作。当摇臂升至上极限位置时，SQ₁的动断触点SQ₁（7-9）[10]断开，使接触器KM₂失电，升降电动机M₂停转，上升运动停止。但SQ₁另一副动断触点SQ₁（21-9）[11]仍保持闭合，因此可按下降按钮SB₄，使接触器KM₃得电吸合，控制摇臂升降电动机M₂反向旋转，摇臂下降。反之当摇臂在下极限位置时，控制过程类似。

2）在摇臂升降电路中，行程开关SQ₂为摇臂放松到位的信号开关，行程开关SQ₃为摇臂夹紧到位的信号开关。因此行程开关SQ₂及SQ₃，用来检查摇臂是否松开或夹紧，以实现限位联锁。

SQ₂的动合触点SQ₂（9-11）[10]串联在KM₂、KM₃线圈电路中，它在摇臂完全放松到位后才动作闭合，以确保摇臂的升降在其放松后进行。如果摇臂没有放开，SQ₂（9-11）就不能闭合，因而控制摇臂升降的KM₂或KM₃就不能闭合，摇臂就不会上升或下降。

行程开关SQ₃的动断触点SQ₃（1-29）[13]串联在接触器KM₅线圈电路中，在摇臂完全夹紧时动作。如果摇臂未夹紧，则行程开关SQ₃的动断触点闭合保持原状，使接触器KM₅、电磁阀YV得电吸合，对摇臂进行夹紧，直到完全夹紧为止，行程开关SQ₃的动断触点才断开，使接触器KM₅失电释放，确保钻削加工精度。SQ₃应调整到保证夹紧后能够动作，否则会使液压泵电动机M₃长时间处于过载运行状态。

3）时间继电器KT的作用。通过KT延时断开的动合触点KT（1-29）和延时闭合的动断触点KT（29-31），它能保证在摇臂升降电动机M₂完全停止运行后，才能进行摇臂的夹紧动作，KT的延时长短由摇臂升降电动机M₂从切断电源的停止的惯性大小来决定，一般为1～3s。这就是时间联锁。

2.电路工作过程

（1）主轴的旋转控制

主轴电动机M₁由起动按钮SB₂、停止按钮SB₁、接触器KM₁实现单方向起动、停止控制。主轴旋转指示灯亮表示主轴电动机旋转。

主轴电动机起动时，按下SB₂，KM₁得吸合电并自锁，同时KM₁的主触点和辅助触点闭合，使主电动机M₁旋转，指示灯亮。

主轴的正、反转用操作手柄通过机械变换的方法实现。操作手柄有5个位置，分别对应空档、变速、正转、反转和停车。手柄至空挡时，可轻便地用手转动主轴。当主轴需要变速及进给变速时，先把转速或进给量调到所需数值再将手柄扳到变速位，直到主轴开始转动才松手。停车时将操作手柄扳到停车位，由液压系统控制使主轴制动停车。

（2）摇臂升降的控制

当由摇臂上升或下降点动按钮SB₃、SB₄发出摇臂升降指令时，先使摇臂松开，然后由正、反转接触器KM₂、KM₃使电动机M₂的正、反转来拖动摇臂上升或下降，待摇臂上升或下降到位时，又自行重新夹紧。由于摇臂的松开与夹紧是由夹紧机构液压系统实现的，因此摇臂升降需与夹紧机构液压系统紧密配合。

液压泵电动机M₃由正、反转接触器KM₄、KM₅控制，实现电动机正、反转，拖动双向液压泵，送出压力油，经二位六通阀YV送至摇臂夹紧机构，实现摇臂夹紧与放松。

摇臂升降起动的初始条件：摇臂钻床在平常或加工工件时，其摇臂始终处于夹紧状态，摇臂夹紧信号开关SQ₃被压合，其动断触点SQ₃（1-29）[13]处于断开状态；摇臂放松信号开关SQ₂未受压，其动合触点SQ₂（9-11）[10]处于断开状态，而动断触点SQ₂（9-23）[12]处于闭合状态。

下面以摇臂上升为例分析摇臂升降的控制过程。

1）摇臂上升起动过程：

按住上升点动起动按钮SB₃，其动断触点SB₃（11-17）[11]先断开，使KM₃[11]不能得电，其动合触点SB₃（1-7）[10]后闭合，使断电延时时间继电器KT得电吸合，其瞬动动合触点KT（23-25）[12]闭合，使接触器KM₄得电吸合，其通路为SB₃（1-7）→SQ₁（7-9）→SQ₂（9-23）→KT（23-25）→KM₄（25-27）→KM₄线圈→FR₂（4-0），液压泵电动机正转起动旋转，拖动液压泵送出正向压力油。与此同时，KT断电延时闭合的动断触点KT（29-31）[13]立即断开，使接触器KM₅不能得电，实现互锁；而KT的断电延时断开的动合触点KT（1-29）立即闭合，使电磁铁YV得电，其通路为KT（1-29）→SB₅（29_-35）→SB₆（35-37）→YA线圈。电磁铁YA得电动作，于是压力泵送出的压力油经二位六通电磁阀YA进入液压系统的摇臂夹紧机构的松开油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂松开，并使摇臂夹紧信号开关SQ₃复位，其动断触点SQ₃（1-29）复位闭合。当摇臂完全松开时，活塞杆通过弹簧片压下行程开关SQ₂，发出摇臂已放松信号，即SQ₂的动断触点SQ₂（9-23）断开、动合触点SQ₂（9-11）闭合，使接触器KM₂得电吸合，其通路为SB₃（1-7）→SQ₁（7-9）→SQ₂（9-11）→SB₄（11-13）→KM₃（13-15）→KM₂线圈，摇臂升降电动机M₂起动旋转，拖动摇臂上升；同时KM₂的辅助动断触点KM₂（17-19）断开，确保KM₃不能得电，实现互锁。因此，行程开关SQ₂是用来反映摇臂是否松开且发出松开信号的元件。

摇臂上升过程电器动作顺序：

预备状态（摇臂钻床平常或加工件时）：SQ₃被压、SQ₂未受压。

②摇臂上升：通过液压机构将摇臂松开，当摇臂完全松开时，压下位置行程开关SQ2，发出摇臂上升信号。

因此SQ₂是用来反映摇臂是否完全放松并发出摇臂松开信号的电器元件。

2）摇臂上升停止工作过程：

当摇臂上升到所需位置时，松开摇臂上升点动按钮SB₃，KM₂和KT同时失电释放。KM₂失电释放，使摇臂上升电动机M₃停止转动，摇臂停止上升。KT失电释放，瞬动的动合触点KT（23-25）立刻复位断开，确保KM₄不能得电；其延时断开的动合触点KT（1-29）立即复位断开，但由于摇臂松开后，SQ₃复位，即SQ₃（1-29）复位闭合，电磁铁YA仍处于得电状态。确保摇臂升降电动机M₂在断开电源后到完全停止运转才开始摇臂的夹紧动作，因此KT断电延时的1～3s内，KM₅仍处于失电状态，电磁铁YA仍处于得电状态，KT延时长短依M₃电动机切断电源至完全停止旋转的惯性大小来调整。

KT断电延时时间到，延时闭合的动断触点KT（29-31）闭合，使KM₅得电吸合，其通路为SQ₃（1-29）→KT（29-31）→KM₄（31-33）→KM₅线圈→FR₂（4-0），液压泵电动机M₃反向起动，拖动液压泵，供出反向压力油。这时压力油经二位六通电磁阀YA进入摇臂夹紧油腔，反方向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。同时，活塞杆通过弹簧片压下行程开关SQ₃，松开行程开关SQ₂。触点SQ₃（1-29）断开，电磁铁YA、KM₅失电，液压泵电动机M₃停止旋转，摇臂夹紧完成。因此SQ₃为摇臂夹紧信号开关。

在摇臂上升电路中，除了采用按钮SB₃和SB₄的机械联锁外，还采用了接触器KM₂和KM₃的电气联锁，即对摇臂升降电动机M₂实现了正反转复合联锁。在液压泵电动机M₃的正反转控制电路中，接触器KM₄和KM₅采用了电气联锁，在主轴箱和立柱的夹紧、放松电路中，为保证压力油不供给摇臂夹紧油路，将按钮SB₅和SB₆的动断触点串联在电磁阀YV线圈的电路中，以达到联锁目的。

摇臂夹紧：当摇臂上升到所需位置时，松开上升点动按钮SB₃，即SB₃复位。

因此SQ₃是用来反映摇臂是否夹紧并发摇臂夹紧信号的电器元件。

3.主轴箱和立柱松开与夹紧的控制

主轴箱和立柱松开与夹紧是同时进行的，进行夹紧或松开时，要求电磁铁YA处于释放状态，于是压力泵送出的压力油经二位六通电磁阀YA进入液压系统的主轴箱和立柱松开与夹紧油腔。按钮SB₅、SB₆分别为放松与夹紧控制按钮，由它们点动控制KM₄、KM₅→控制M₃的正、反转，由于SB₅、SB₆的动断触点SB₅（29-35）、SB₆（35-37）串联在YA线圈支路中，因此在操作SB₅、SB₆使M₃点动动作过程中，电磁铁YV线圈不吸合，液压泵送出压力油不会打入摇臂松开、夹紧油腔，而进入主轴箱和立柱放松与夹紧油腔，推动松、紧机构实现主轴箱和立柱松开、夹紧。同时由行程开关SQ₄控制指示灯发出信号：主轴箱和立柱夹紧时，行程开关SQ₄动作，其动断触点SQ₄（101-107）断开，指示灯HL₁熄灭，同时，动合触点SQ₄（101-109）闭合，指示灯HL₂点亮，表示它们确已夹紧，可以进行钻削加工；反之，在松开时，SQ₄复位，HL₁亮而HL₂灭。HL₃为主轴旋转指示灯。

松开时的电器元件动作顺序：

夹紧时的电器元件动作顺序：

4.冷却泵电动机M₄的控制

该机床的冷却泵电动机M₄容量较小（0.125kW），未设长期过载保护，只由三极主令开关SA₁控制其单方向旋转。

5.照明、指示电路

通过控制变压器T降压，分别得到照明电路安全电压36V、指示灯电路电压6.3V和控制电路电压220V。照明电路中的照明灯由主令控制开关SA₂控制。在指示灯电路中，指示灯HL₁灯亮表示主轴箱和立柱同时处于放松状态，可以调节它们的位置，指示灯灯亮表示主轴箱和立柱同时处于夹紧状态，这两只指示灯分别由行程开关SQ₄的动断、动合触点控制。指示灯灯亮表示主轴电动机带动主轴旋转工作，由接触器KM₁的辅助动合触点控制。