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机床主轴反接制动线路的安装与检修,任务2,知识目标,掌握机床主轴反接制动控制线路的构成及各主要元件的作用。理解机床主轴反接制动控制线路的工作原理。,能力目标,能独立完成机床主轴反接制动线路的安装。能按规定进行通电试车，并能够对线路出现的故障进行检修。,任务导入,在电动机的制动方式中，机械制动虽然制动迅速且制动力强劲，定位准确，制动效果较好，但是，在制动的过程中会产生较大的制动冲击，对设备、结构等损伤较大，特别是在需要制动后能调整工件位置的机床设备中不适合使用。本任务通过电气制动中的反接制动控制电路实现对机床主轴电动机实现精确制动控制，并学习本线路的安装与检修。,知识准备：反接制动的基础知识,反接制动是电动机电气制动的一种制动方式，按其制动原理的不同可以分为两种：电源反接制动和倒拉反接制动。电源反接制动常用在运行机构上，倒拉反接制动常用在起升机构上。,电源反接制动：,一般的电动机在停机后，因转子的机械惯性仍会继续旋转，若此时和控制电动机反转一样改变电动机定子绕组的电源相序，电动机的旋转磁场随即方向，在转子上产生的电磁转矩亦随之变为反向，成为制动转矩，使电动机快速停转的方法，这就是电源反接制动，如图5.2.1所示。,知识准备：反接制动的基础知识,知识准备：反接制动的基础知识,知识准备：反接制动的基础知识,电源反接制动注意事项：,1）由于电源反接制动在开始制动的瞬间，转差率S1，电动机的转子电流比起动时还要大，为了限制电流的冲击，在主电路中需串入限流电阻R。10kW以上电动机的定子电路中串入对称电阻或不对称电阻，称为制动电阻。以限制制动电流和减少制动冲击力。2）反接制动时，当电动机的转速接近于零时应及时切断电源，否则电机将反转，此控制要求在实际中可由速度继电器实现。,设备简单，制动力矩较大，冲击强烈，制动迅速，准确度不高。主要适用场合：要求制动迅速，制动不频繁（如各种机床的主轴制动）的场合。,知识准备：反接制动的基础知识,特点：,当电动机被过重的负载倒拉；或把正在正向运行的电动机换接成逆向运行时，电动机的电磁力矩成为制动转矩，此时，电动机也会工作在反接制动的状态，这就是倒拉反接制动。在实际当中，倒拉反接制动常出现于起重机的重载慢速、中速下降的过程中。,知识准备：反接制动的基础知识,倒拉反接制动：,速度继电器（转速继电器）是一种转速达到规定值时其触点会动作的继电器，主要应用在电动机反接制动的控制线路中，当电动机反接制动的转速下降到接近于零时，可以起到自动切断电源的作用，有效避免电动机反转，故又称反接制动继电器。它的主要结构是由转子、定子及触点系统三部分组成，如图5.2.2所示，（a）为实物外观图，（b）为内部结构图。,知识准备：速度继电器,速度继电器的转子是一个永久磁铁，与电动机或机械轴连接，可以随着电动机旋转而旋转。转子与鼠笼转子相似，内有短路条，它也能围绕着转轴转动。当转子随电动机转动时，它的磁场与定子短路条相切割，产生感应电动势及感应电流，这与电动机的工作原理相同，故定子会随着转子的转动而转动起来。定子转动时带动杠杆，杠杆推动触点，使之闭合与分断。当电动机旋转方向改变时，继电器的转子与定子的转向也改变，这时定子就可以触动另外一组触点，使之分断与闭合。当电动机停止时，继电器的触点即恢复原来的静止状态。,工作原理：,知识准备：速度继电器,知识准备：速度继电器,速度继电器（转速继电器）是一种转速达到规定值时其触点会动作的继电器，主要应用在电动机反接制动的控制线路中，当电动机反接制动的转速下降到接近于零时，可以起到自动切断电源的作用，有效避免电动机反转，故又称反接制动继电器。它的主要结构是由转子、定子及触点系统三部分组成，如图5.2.2所示，（a）为实物外观图，（b）为内部结构图。,知识准备：速度继电器,一般当速度继电器转轴的转速达到高于120r/min时，其触点就会动作，而当其转速低于100r/min时，其触点就会复位。,知识准备：速度继电器,常见类型：,常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。其中，JY1型可在7003600r/min范围内可靠地工作。,JFZ01型使用于3001000r/min；JFZ0-2型适用于10003600r/min。他们具有两个常开触点、两个常闭触点，触电额定电压为380V，额定电流为2A。一般速度继电器的转轴在130r/min左右即能动作，在100r/min时触头即能恢复到正常位置。可以通过螺钉的调节来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。在X62W万能铣床中选用的是JY1型的速度继电器。,知识准备：速度继电器,知识准备：速度继电器,电路符号：,知识准备：机床主轴反接制动控制线路的工作原理分析,电路原理图：,知识准备：速度继电器,工作过程：,合上开关QS，接通电源。1单向起动运行按下起动按钮SB2接触器KMl通电电动机M起动运行至电动机M转速上升到一定值（150r/min）时速度继电器KS常开触头闭合，为制动做准备。,知识准备：机床主轴反接制动控制线路的工作原理分析,2反接制动控制按下按钮SB1 SB1常闭触点先断开 KM1 断电 KM2通电(SB1常开触点闭合，KS常开触头尚未打开)接触器KM2主触头闭合，定子绕组串入限流电阻R进行反接制动 至电动机M转速下降到一定值（100r/min）时，KS常开触头断开 KM2断电，电动机制动结束。,知识准备：机床主轴反接制动控制线路的工作原理分析,特点：,优点制动能力强、制动迅速。缺点制动准确性差；制动过程中冲击力强，易损坏传动零件；制动能量消耗大，不宜经常制动。,反接制动一般适用于制动要求迅速、系统惯性较大、不经常起动与制动的场合，如铣床、镗床、中型车床。,使用场合：,任务实施：机床主轴反接制动线路的安装与检修,线路安装,1）工具：测电笔、螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳等。2）仪表：MF47型万用表3）器材：实训用面板一块。4）导线规格：动力电路采用BV1.5mm和BVR1.5mm（黑色）塑铜线；控制线路采用BVR1 mm塑铜线（红色），接地线采用BVR（黄绿双色）塑铜线（截面至少1.5mm）。紧固体及编码套管等，其数量按需要而定。,1.工具、仪表及器材,任务实施：线路安装,2.元件明细表,任务实施：线路安装,工作步骤：,1.画出元件布置图,任务实施：线路安装,2.按电路原理图接线,按电气接线图进行板前布线和套编码管套。做到布线横平竖直、整齐、分布均匀、紧贴安装面、走线合理；套编码管套要正确；严禁损伤线芯和导线绝缘层；结点牢靠，不得松动，不得压绝缘层，不反圈及不露铜过长等。按电气接线图确定走线方向并进行布线、连接。接线时，必须先接负载端，后接电源端；先接接地端，后接三相电源。,任务实施：线路检测,线路检测,接线完成后，首先对照原理图逐线检查，以排除虚接情况，具体方法是：核对线号，用手拨动导线，检查所有有接线的接线端子的接触情况。接着用万用表检查，将万用表置于欧姆挡R1K挡。,任务实施：线路检测,线路检测,合上电源开关QS，用手按下主轴电动机起动接触器KM1的触点架，用万用表的电阻档分别检测电源开关QS三个进线端的通断情况，判断电路是否正常；松开KM1的触点架，按下接触器KM2的触点架，检查电路的通断情况。,1.主电路检测,任务实施：线路检测,线路检测,用万用表的电阻档，检测控制电路的两端，指针显示应为“”；按下主轴电动机起动按钮SB1或SB2，指针显示的电阻值应与接触器线圈电阻相一致。如果指针显示不正确，说明控制回路有短接或断点存在，此时，可将一支表棒沿控制线路逐点移动，检查各段导线，直到找出短接点或断点为止。,2.控制电路检测,任务实施：通电试车,1空操作试车,具体做法：合上刀开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1立即动作；轻按按钮SB1，接触器KM1复位；再迅速将按钮SB1按到底，此时，接触器KM2得电。监听KM1及KM2主触点及辅助常开触点分合的动作声音和接触器线圈运行的声音是否正常。反复试验多次，检查控制线路的可靠性。,任务实施：通电试车,2带负荷试车,切断电源，接好电动机接线，并将速度继电器和电动机进行可靠的连接，重新通电试车，方法同上。1）按下起动按钮SB2后，轻按按钮SB1，电动机应该缓慢停止转动。2）按下起动按钮SB2后，重按按钮SB1，电动机应该立即停止转动。,任务实施：常见故障诊断与处理,扩展提升：再生制动,概念：,再生制动亦称反馈制动，指由于外部或内部原因，当 电动机的转速n高于同步转速n1，即nn1时，电动机产生的电磁转矩与转子转动方向相反，成为制动转矩，使电动机的转速降低，这种工作状态称为再生制动。由于再生制动时，电动机已转变为发电机状态，向电网倒送电，所以称为回馈制动。再生制动在电力机车、有轨电车、无轨电车及起重机等起重机械经常出现。,扩展提升：能耗制动,制动原理：,再生制动的过程以起重机为例如图5.2.6所示。起重机在正常上提重物时，电动机转速nn1，这时电动机处于“发电”运行状态，其转子绕组切割磁力线的方向、转子绕组中的感应电流方向及电磁转矩的方向都自动发生变换，如图5.2.6（b）所示，使电磁转矩成为制动转矩，从而阻止了电动机转速的升高，起到了减速的作用。,扩展提升：能耗制动,扩展提升：能耗制动,再生制动举例电动车辆再生制动系统：,再生制动在电力机车、有轨电车、无轨电车及纯电动或混合动力汽车上常见。其本质是电机转子的转动频率超过电机的电源频率，电机工作于发电状态，将机械能转化为电能通过逆变器的反向续流二极管给电池充电。电力机车、有轨电车、无轨电车通常是把产生的电能输回接触网，而汽车则可能把电能储在飞轮、电池或电容器之内。传统的的动力制动则会把电能在电阻转成热能后逸散。,扩展提升：能耗制动,（1）紧急制动：对应于制动减速度大于2m/s2的过程，出于安全性方面的考虑应以机械摩擦制动为主，电气制动仅起辅助作用。在急刹车时，可根据初始速度的不同，由车上ABS控制提供相应的机械摩擦制动力。（2）中轻度制动：对应于汽车在正常工况下的制动过程，如遇红灯或者靠站停车等，可分为减速过程与停止过程。电气制动负责减速过程，停止过程由机械摩擦制动完成。,扩展提升：能耗制动,（3）汽车长下坡时的制动：电动车辆长下坡一般发生在盘山公路下缓坡时，在制动力要求不大时，可完全工作于纯再生制动模式。由以上三种制动模式可知，除了紧急制动外，其他两种模式都可以应用再生制动，将刹车产生的能量回馈到直流母线，给电池充电。,扩展提升：能耗制动,2）影响电动车辆再生制动能量回收的主要因素在制动过程中，除去空气阻力和行驶阻力消耗掉的能量，一般希望能最大限度的回收所有能量。然而，并不是所有的制动能量都可以回收。在电动车辆上，只有驱动轮的制动能量可以沿着与之相连接的驱动轴传送到能量存储系统，另一部分的制动能量将由车轮上的摩擦制动以热的形式散失掉同时，在制动能量回收过程中，能量传递环节和能量存储系统的各部件也将会造成能量损失。,扩展提升：能耗制动,另外一个影响制动能量回收的因素是，在再生制动时，制动能量通过电动机转化为电能，而电动机吸收制动能量的能力依赖于电动机的速度，在其额定转速范围内制动时，可再生的能量与车速基本上成正比。当所需要的制动能量超出能量回收系统的范围时，电动机可以吸收的能量保持不变，超出的这部分能量就要被摩擦制动系统所吸收。从另一个角度，该点还表明，在驱动电机额定转速内再生制动可以提供较大的制动转矩，而当转速进一步上升，则电动车辆再生制动所能提供的制动力则受电机弱磁恒功率工作区特点限制而减小。,扩展提升：能耗制动,电动车辆再生制动示意图：,