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机床电气自动控制
第二章 机床继电接触器基本控制电路及逻辑表示 金属切削机床和机械设备一般均由电动机拖动，尤其以采用三相异步电动机拖动较为普遍 。对电动机的控制有多种方式，而在普遍机床中大多采用几点接触器控制方式。 继电接触器控制电路继电器、接触器、按钮、开关等元件组成这些电器元件均属于开关元件，它们一般只有两种工作状态，即触头的通和断，电磁线圈的得电与失电，这与逻辑代数中的“1”和“0”相对应，因而可以完全采用逻辑代数这一数学工具描述、分析和设计机床电气控制电路。逻辑代数在20世纪20年代就被用来研究电路设计，随着科学技术的发展，逻辑代数现已是数字技术和计算技术的一个强有力的工具。 对三相异步电动机的控制主要有启动、正反转、制动及变速控制等，这些控制电路是组成机床电气控制电路的基本环节。本章在对常用电器元件简述的基础上，介绍一些电气控制电路的基本环节，并用逻辑代数来描述这些电路。
2—1 常用低压电器
低压电器是指工作电压在1000V一下或1200V以下的各种电器，这种电器种类繁多，功能多样，应用十分广泛。下面介绍一些常用低压电器的功能、工作原理即在电路图中的图形符号和文字符号。
一、开关电器
开关电器是指低压电器中作为不频繁的手动接触和分段电路的开关，或作为机床电路中电源的引入开关。它包括刀开关，组合开关及自动开关等。刀开关结构简单，手动操作，在低压控制柜中作为电源的引入开关。在机床种组合开关和自动开关应用也很广泛。
1、 组合开关
组合开关又称转换开关。它由动触头1、静触头2、方形转轴3、手柄4、定位机构及外壳等组成。动、静触头叠装在数层绝缘壳内，其结构示意如图2—1所示。
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当手柄由位置1转到位置2时，方轴带动各层动触片一起转动，使相应的静触头插入动触头中，便接通电路。动触头有180°分布，也有90°分布的。若各层动静触头选用不同的形式与分布、在转动手柄时，电路就有不同的通、断状态。
组合开关有单极，双极及多级之分，图2—1所示为三相（三级）开关。组合开关在机床电气设备中主要作为电源引入开关，也可以来直接控制小容量异步电动机的非频繁地启动和停止。刀开关和组合开关在电路中的图形符号与文字符号如图2—2所示。
2、 自动开关
自动开关又称自动空气开关。当电路发生严重过载、短路以及施压故障时，能自动切断故障电路，有效的保护串联在它后面的电气设备。在正常情况下，自动开关也可以不频繁的接通和断开电路及控制电动机直接起动，因此，自动开关是低压电路常用的具有保护环节的断合电器。
图2—3时自动开关的工作原理图，图中手动合闸操作机构未画出，自动开关处于合闸位置。当过电流（短路）时，衔铁11吸合；欠电压时，衔铁7释放；过载时双金属片10向上弯曲；三者都通过杠杆5使搭钩3脱开。由主触头1切断电路。由于主
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触头系统要断开电路的短路电流，因此主触头由耐弧合金制成并带有栅片灭弧装置。自动开关的图形符号及文字符号如图2—4所示。 二．熔断器
熔断器是一种最简单有效的而价廉的保护电器。使用时，它串联在所保护的电器中，作为电路及用电设备的短路及严重过载的保护元件，主要用作短路保护。
熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管（或熔座）两部分组成。熔体是由易熔的金属铅，锡、铜、银以及其合金制成，通常制成丝状或片状，熔管是装溶体的外壳，由陶瓷，绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。 熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过1、2倍额定电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，溶体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到溶体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而达到保护目的。电流通过熔体时产生的热量与电流的平方及电流通过时间成正比，即电流过大，熔体熔断时间越短，这一特性称为熔断器的保护特性（熔断器的安秒特性），如图2—5所示。
熔断器的图形符号及文字符号见图2—6所示。 三、主令电器
主令电器是自动控制系统中用于发送控制指令的非自动切换电器。主要有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、十字开关、主合控制器及其他控制器。下面介绍应用较多的按钮开关和行程开关。 1、 按钮
按钮是一种结构简单，应用广泛的主令电器。在低压控制电路中，用于手动发出控制信号。
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按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头、和外壳组成，通常做成复合式，即具有常闭（动断）触头和常开（动合）触头，其结构示意图如图2—7所示。 按钮的图形符号及文字符号见图2—8。 2、 行程开关
行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械的某运动部件对开关操作系统的碰撞而使触头动作发出控制信号的主令电器。主要用来控制生产机械的运动方向、行程及位置保护。
行程开关按其结构可分为直动式（如LX1系列等）、滚轮式（如LX2系列等）和微动式（如LWX-11等）三种。直动式行程开关的结构与按钮相似，缺点是触头的分合速度取决于挡板的移动速度，当仿版移动速度低于0.4m/min时，因触头断开太慢，易受电弧烧坏，这时应选用有顺势机构的滚轮式或微动行程开关。图2—9～1—11所示是行程开关原理图及图形符号。 四、交流接触器
接触器是利用电磁吸力的作用来使触头闭合或断开大电流电路（主电路及大容量控制电路）的自动切换电器。其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载如电热器、电照明、电烙铁及电容器组等。它具有低电压（欠电压或失压）释放保护功能，并能实现远距离控制。接触器按其主触头通过的电流种类，分为直流接触器和交流接触器。
交流接触器多用于远距离控制电压至380V，电流至600A的交流电路，频繁起动和控制交流电流电动机，它主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等部分组成，图2—12为常用的CJ10系列交流接触器结构原理图，它有3对主触头，2对动合辅助触头，2对东段辅助触头。 1. 电磁结构
电磁结构是接触器的动力元件，由铁心、衔铁（动铁心）、电磁线圈和释放弹簧组成。当电磁线圈接上交流电时，产生吸引力，是衔铁带动触头系统动作。为渐少涡流及磁滞损耗，铁心与衔铁皆采用薄硅钢片叠制而成，再铁心柱端面上装上短路环，以减少衔铁交流震动噪声，其电磁线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上。 3、 触头系统与灭弧装置
触头系统是接触器的执行元件，起分段与闭合电路作用。
因此，要求出头接触电阻小，导电性能好，工作可靠。触头分主触头与辅助触头，主触头与辅助触头，主触头用以通断主电路，辅助触头用以通断控制电路。触头结构采用双断点桥式触头（如图2—12所示），触头用纯银或者银基粉末冶金材料制成，在