第七章 典型设备的电气控制
7-1 阅读分析电气原理图的基本原则是什么？
答：阅读分析电气原理图的基本原则是“先机后电、先主后辅、化整为零、集零为整、统观全局、总结特点”。
7-2 试述CA6140型普通卧式车床电气控制电路设有哪些保护环节？它们是如何实现的？ 答：CA6140型卧式车床为保证电路安全可靠地工作，设有完善的保护环节，其主要有
1）电路电源总开关采用开关锁SA2的低压断路器QF0。当要合上电源开关时，先将钥匙插入锁眼，并将SA2右旋，再扳动QF0将其合上，三相交流电源送入，再拔出钥匙。当要断开三相交流电源时，再插入钥匙，并将开关锁左旋，触头SA2（13-1）闭合，QF0分励脱扣器线圈通电吸合，QF0主触头断开，切断三相交流电源。由于开关锁SA2的钥匙由机床操作者掌管，增加了安全性。
2）在机床控制板的壁龛门处装有开门断电安全开关ST2，当打开壁龛门时，ST2不再受压，其常闭触头ST2（13-1）闭合，QF0分励脱扣器线圈通电吸合，QF0主触头断开三相交流电源，实现开门断电保护。 3）在车床挂轮保护罩内设有安全开关ST1，当打开挂轮保护罩时压下ST1，其常闭触头ST1（2-3）断开，控制电源断电，KM1、KM2、KM3接触器线圈断电释放，电动机M1、M2、M3全部停转，确保人身安全。 4）电路由低压断路器QF0、QF1、QF2、QF5、QF6、QF7对所接电路实现短路与过载保护。 7-3 CA6140型普通卧式车床电气控制具有哪些特点？ 答：CA6140型卧式车床电气控制特点是： 1）三台电动机M1、M2、M3均为单向旋转。
2）具有完善的人身安全保护环节：带开关锁的电源低压断路器QF0、挂轮保护罩安全开关ST1，壁龛门开门断电开关ST2等。
7-4 在Z3040型摇臂钻床电气控制电路中，行程开关ST1～ST3的作用各是什么？
答：行程开关ST1为摇臂松开开关，当ST1压下时发出摇臂松开信号；行程开关ST2为摇臂夹紧开关，当ST2压下时发出摇臂已夹紧信号；行程开关ST3为立柱与主轴箱夹紧开关，当ST3压下时表明立柱与主轴箱均已夹紧。
7-5 在Z3040型摇臂钻床电气控制电路中，KT与YV各在什么时候通电动作，KT各触头的作用是什么？ 答：按下摇臂上升或下降点动按钮SB3或SB4时，时间继电器KT线圈通电吸合。瞬动常开触头KT（13-14）闭合，使KM4线圈通电吸合，液压泵电动机M3正转起动旋转；KT的延时断开的动合触头KT（1-17）闭合，使电磁阀YV线圈通电。液压泵送出压力油，经2位六通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，使摇臂松开。
当KT线圈通电吸合时，另一对延时闭合的动开触头kT（17-18）断开切断液压泵电动机M3反向接触器KM5线圈电路，并为KT断电延时闭合作准备，KT延时闭合确保了横梁升降电动机M2在断开电源仍依惯性旋转完全停下后，即横梁确实停下后才开始横梁的夹紧动作。
7-6 试述Z3040型摇臂钻床欲使摇臂向下移动时的操作及电路工作情况。
答：合上电源开关Q，此时欲使摇臂向下移动，按下摇臂向下移动点动按钮SB4，时间继电器KT线圈通电吸合，触头KT（13-14）、KT（1-17）闭合，前者使接触器KM4线圈通电吸合，后者使电磁阀YV线圈通电。于是液压泵电动机M3正转起动旋转送出压力油，经二位六通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，使摇臂松开。松开到位时，活塞杆通过弹簧片去压动行程开关ST1，使ST1常闭触头ST1（6-13）断开，使KM4线圈断电释放，液压泵电动机M3停转，摇臂处于松开状态。同时ST1常开触头ST1（6-7）闭合，使KM3线圈通电吸合，摇臂升降电动机M2反向起动旋转，拖动摇臂下降。
当摇臂下降到预定位置，松开向下点动按钮SB4，KM3、KT线圈断电释放，M2停止旋转，摇臂停止下移。KT的延时闭合触头KT（17-18）当KT断电延时时间到而闭合，它的闭合使KM5线圈通电吸合，液压泵
电动机M3反转，同时KT的延时断开触头KT（1-17）断开，使YV线圈断电，液压泵送出的压力油经另一条油路流入二位六通阀，再进入摇臂夹紧油腔，反向推动活塞和菱形块，使摇臂夹紧。
当摇臂夹紧后，活塞杆通过弹簧片压动行动开关ST2，使触头ST2（1-17）断开，KM5线圈断电释放，M3停止旋转，摇臂夹紧结束。
7-7 在Z3040型摇臂钻床电气控制电路中，设置了那些联锁与保护环节，它们是如何实现的？ 答：该机床设置了如下联锁与保护环节：
1）行程开关ST1实现摇臂确已松开，才开始升降的联锁；
2）行程开关ST2实现摇臂确已夹紧，液压泵电动机M3才停止旋转的联锁；
3）时间继电器KT来实现，升降结束，升降电动机M2断开了电源，按其惯性旋转，待完全停下后，也就是当摇臂确已停止移动后才开始夹紧的联锁；
4）升降电动机M2正反向具有双重互锁，液压泵电动机M3正反转具有电气互锁；
5）立柱与主轴箱的松开、夹紧按钮SB5、SB6的常闭触头串接在电磁阀线圈YV电路中，实现在进行立柱与主轴箱松开、夹紧操作时，确保压力油只进入立柱与主轴箱夹紧松开油腔而不进入摇臂松开夹紧油腔的联锁。
6）组合开关SCB实联摇臂上升与下降的限位保护。 7）熔断器FU1～FU3作短路保护；
8）热继电器FR1、FR2作电动机M1、M3的过载保护。 7-8 Z3040型摇臂钻床电气控制具有哪些特点？ 答：电气控制特点有：
1）Z3040型摇臂钻床采电机、电液联合控制。主轴电动机M1只作单向旋转，而对主轴正转、反转、变速、停止、空档的控制则由操纵机构液压系统来完成；另外还有一套摇臂、立柱和主轴箱的夹紧放松机构液压系统。
2）摇臂升降与摇臂夹紧放松之间有严格的程序要求，由电气控制、液压、机械协调配合来自动实现先松开摇臂、再移动，移动到位后再自动夹紧的全过程。
3）电路有完善的联锁与保护，有明显的信号指示，便于操作机床。
7-9 在XA6132型卧式万能铣床电气控制电路中，电磁离合器YC1、YC2、YC3各有何作用？
答：在XA6132型卧式铣床电气控制电路中，YC1为主轴制动电磁离合器，实现主轴停车制动。YC2为进给电磁离合器、YC3为快速移动电磁离合器，它们都是用来负责长工作的移动。YC2、YC3通电吸合来改变进给传动链，当YC2通电吸合时，长工作台为工作进给，当YC3通电吸合时，长工作台获得快速移动。 7-10 在XA6132型卧式万能铣床电气控制电路中，行程开关ST1～ST8的作用各是什么？
答：在XA6132卧式铣床中，行程开关ST1为长工作台向“右”移动行程开关；ST2为长工作台向“左”移动行程开关；ST3为工作台“向前”及“向下”移动行程开关；ST4为工作台“向后”及“向上”行程开关；ST5为主轴变速冲动行程开关；ST6为进给变速冲动行程开关；ST7为右壁门防护联锁行程开关；ST8为工作台机动进给安全互锁行程开关。
7-11 XA6132卧式万能铣床主轴变速能否在主轴停止或主轴旋转情况下进行，为什么？
答：XA6132卧式铣床主轴变速能在主轴停止或主轴旋转情况下进行。这是因为主轴变速时，先将变速手柄拉出，此时将瞬时压合主轴变速开关ST5，触头ST5（9-13）短时闭合、ST5（9-10）短时断开，使主轴电动机正转或反转接触器KM1或KM2线圈断电释放，主轴电动机M1自然停车。下一步转动主轴变速数字盘，选好所需转速，最后将主轴变速手柄推回原位，在推回原位过程中，再次瞬时压下ST5，使KM1或KM2线圈瞬时通电吸合，主轴电动M1瞬时通电总动旋转，利于主轴变速箱齿轮的啮合，完成主轴变速。
7-12 XA6132型卧式万能铣床进给变速能否在进给运行中进行，为什么？ 答：XA6132卧式铣床进给变速是在下述三个条件下再进行的：
1）按下主轴起动按钮SB3或SB4，主轴起动中间继电器KA1线圈通电吸合并自锁； 2）工作台选择开关SA3处于“断开”圆工作台位置；
3）工作台纵向进给手柄与垂直与横向进给操作手柄都置于“中间”位置。单凭第三个条件，就可知进给变速不能在进给运行中进行，因为此时两个操作手柄必有一个不在“中间”位置，就不能进行进给变速了。
7-13 XA6132卧式万能铣床电气控制具有那些联锁与保护？为何设置这些联锁与保护？他们是如何实现的？
答：XA6132型卧式万能铣床电气控制具有完善的联锁与保护，具体有：
1）机床主运动与进给运动的顺序联锁。进给控制电路接在主轴起动中间继电器KA1常开触头KA1（12-13）之后，这就保证了只有在按下主轴起动按钮SB3或SB4，KA1线圈通电吸合并自锁后才可起动进给电动机。停车时，当按下停止按钮SB1或SB2时，主轴电动机M1与进给电动机M2同时断电。
2）长工作台与圆工作台的联锁。由工作台选择开关SA3来实现其联锁，SA3有“接通”与“断开”两位置，当选用圆工作台时，SA3置于“接通”位置，而选用长工作台时，SA3置于“断开”位置，除选择开关选择外，在控制电路中还保证当选择圆工作台，已将SA3置于“接通”位置，此时又误操作扳动了长工作台纵向或横向（垂直）操作手柄，将压下ST1～ST4中的某一个，将使进给电动机M2停转，圆工作台也停转。而若SA3已扳在“断开”位置，即选择长工作台工作且进给，此时若误操作，又将SA3从“断开”位扳向“接通”位置，也将使进给电动机M2停转，长工作台也停止了进给运动。
3）长工作台6个运动方向的联锁。由工作台纵向操作手柄来选择左、右方向，由于两者只可取一，实现了左与右的联锁，而垂直与横向进给操作手柄实现上、下、前、后4个方向只可取一的联锁。而两个操作手柄之间的联锁是由串接在进给电动机控制电路中，由两条支路并联，其中一条为ST1、ST2的常闭触头ST1-2与ST2-2串联，另一条支路为由ST3、ST4的常闭触头ST3-2与ST4-2串联。当两个进给操作手柄都扳动时，则两条支路均切断，进给电动机M2停止旋转。由于上述措施，实现了长工作台6个运动方向的联锁。
4）长工作台工作进给与快速移动之间的联锁。长工作台工作进给由电磁离合器YC2控制，工作台快速移动由YC3控制，而YC2、YC3分别由中间继电器KA2的常闭触头与常开触头控制，这样就实现了长工作台工作进给与快速移动只可取一的联锁。
5）工作台机动运行的安全联锁。在工作台垂直手动操纵手柄联动机构中装有工作台机动安全行程开关，当工作台要进行机动工作时，先将工作台垂直手动操纵手柄往外拉出至极限位置，通过联动机构将使ST8不再受压，使其常闭触头ST8（21-22）闭合，为进给电动机控制电路通电作好准备。所以操作者选择工作台机动运行时，是要先操作手动操纵手柄，对操作者来说是有准备的，这也保证了操作者的安全。 6）XA6132卧式铣床电气控制具有完善的保护，这些保护有： ①低压断路器QF1～QF4，QF6～QF12作相应电流的过载与短路保护。 ②长工作上、下、左、右、前、后6个方向的限位保护。 ③打开左、右壁龛门的开门断电保护。
④当机床出现紧急故障时，有紧急停止按钮SB7或SB8实现紧急故障保护。 7-14 XA6132卧式铣床电气控制具有哪些特点？ 答：XA6132卧式铣床电气控制的特点是：
1）采用电磁离合器的传动装置，实现主轴电动机的停车制动和主轴上刀制动控制，以及实现长工作台工作进给和快速移动的控制。
2）主轴变速和进给变速时，为利于变速齿轮的顺利啮合，均设有变速冲动环节。 3）进给电动机M2采用机械与电气开关联动的手柄操作。 4）电气控制采用两地控制，操作方便灵活。 5）具有完善的联锁与保护，工作安全可靠。
7-15 桥式起重机的提升机构对电力拖动自动控制提出了哪些要求？ 答：桥式起重机提升机构对电力拖动自动控制的主要要求是：
1）具有合理的提升速度。空钩能实现快速下降，轻载提升速度大于重载时的提升速度。 2）具有一定的调速范围。
3）提升的第1档作为预备档，用来消除传动系统中的齿轮间隙，将钢丝绳张紧避免过大的机械冲击，该级起动转矩小于倍额定转矩。
4）下放重物时，依据负载大小，提升电动机可运行在电动状态、倒拉反接制动状态，再生发电制动状态，以满足不同下降速度的要求。
5）为确保安全，提升电动机设有机械抢闸外还必须备有电气制动。
7-16 桥式起重机提升机构电动机在提升重物时与下放重物时其工作状态如何？它们是如何实现的？ 答：起重机提升机构电动机在提升重物时，电动机工作在正向电动状态。这时电动机定子接入正向相序三相交流电源，转子串入电阻来实现的。 提升机构电动机在下放重物时的工作状态有：
1）反转电动状态。此时重物较轻或空钩下放，因重力转矩小于提升机构摩擦转矩，依靠自身重量不能下降。电动机反相序接线，在反向电磁转矩作用下强迫下放。
2）再生发电制动状态。在中载或重载长距离下放重物时，提升电动机反相序接通电源，产生下降方向的电磁转矩与重力转矩共同作用下，电动机加速反转且超过电动机同步转速，此时电动机转子电势、转子电流均改变方向，产生阻止重物下降的电磁转矩。最后稳定工作在高于同步转速的转速下运行，电动机工作在再生发电制动状态，以高于同步转速的速度下放重物。
3）倒拉反接制动状态。在下放重载时，为获得低速下放，常采用倒拉反接制动。此时电动机按提升正相序接通三相电源，但在电动机转子中串入较大电阻，这时电动机起动转矩小于负载转矩，电动机在重力负荷作用下迫使电动机反转。反转后以较低转速下放重物。
在图6-26电路中凸轮控制器各触头的作用是什么？为什么转子采用不对称接法？
答图6-26电路中凸轮控制器共有9对常开主触头，3对常闭触头。其中4对常开主触头接于电动机定子电路进行换相控制，实现电动机的正、反转；另5对常开主触头接于电动机转子电路，实现转子电阻的接入和切除，以获得不同的转速。由于改变转子电阻的常开主触头只有5对，只有将转子电阻采用不对称接法，每次用一个常开主触头来接入或切除一段转子电阻，即用有限的触头获得尽可能多的转速而采用转子电阻不对称接法。
常闭触头3对，其中1对用以实现零位保护，另2对常闭触头与限位开关串联，实现限位保护。 7-18 图7-19提升机构PQR10B主令控制器电路有何特点？操作时应注意什么？ 答：图7-19提升机构PQR10B主令控制器电路特点：
1）可逆不对称电路：控制器手柄在“提升”、“下放”对于档位时，电动机工作情况不同。
“提升1”为准备起动级；“提升2”～“提升6”为电动机正转电动状态； “下放1”～“下放3”为倒拉反接制动下放；“下放4”～“下放6”为强力下放； 2）电动机转子接入三相对称电阻。
3）具有更为完善的联锁与保护：①由强力下放过渡到反接制动下放，避免重载时高速下放的保护；②确保反接制动电阻串入情况下进行制动下放的环节；③制动下放档位与强力下放档位互相转换时切断机械制动的保护环节；④顺序联锁保护环节：由过电流继电器KOC实现过电流保护；电压继电器KV与主令控制器QM实现零压保护与零位保护；行程开关ST1实现上升的限位保护等。 操作时应注意以下事项：
1）提升重物时“提升1”只作张进钢丝绳与消除齿轮间隙的起动预备级。 2）“提升2”～“提升6”可根据负载大小选择适当档位进行提升操作。
3）“下放1”档位预备级，制动器未打开，电动机定子接通三相电源处于堵转，此档不可停留，应迅速通过该档扳向下放其它档位，以防电机堵转过长而烧毁电动机。
4）“下放2”档是为重载低速下放而设，“下放3”档为中载低速下放而设，应适当判断载荷情况选择。对于轻载在这两档会出现不但不下放反而提升。
5）“下放4”～“下放6”为轻载或空钩强力下放档位。根据要求下放速度选择。 7-19 图7-19电路设置了哪些联锁环节？它们是如何实现的？ 答：电路的联锁保护有：
1）由强力下放过渡到反接制动下放，避免重载时高速下放的保护。对于轻型载荷，控制器可置于下放“4”、“5”、“6”档位进行强力下放。若此时重物并非轻载，而判断错误，将控制器手柄板在下放“6”位，此时电动机在重物重力转矩和电动机下放电磁转矩共同作用下，将运行在再生发电制动状态，如图3-16所示，当TL=时，电动机工作在a点。这时应将控制器手柄从下放“6”位扳回下放“3”位。在这过程中势必要经过下放“5”档位与下放“4”档位，在这过程中，工作点将由a→b→c→d→e→f，最终在B点以低速稳定下放。为避免这中间的高速，控制器手柄在由下放“6”档位扳回至下放“3”位时，应避开下放“5”与下放“4”档位对应的下放5、下放4两条机械特性。为此，在控制电路中的触头KM2（16-24）、KM9（24-23）串联后接在控制器QM8与接触器KM9线圈之间。这样，当控制器手柄由下放“6”位扳回至下放“3”或“2”档位时，在途经下放“5”或“4”档位时，接触器KM9仍保持通电吸合状态，转子始终串入R7常串电阻，使电动机仍运行在下放6机械特性上，由a点经b?点平稳过渡到B点，不致发生高速下放。
在该环节中串入触头KM2（16-24）是为了当提升电动机正转接线时，该触头断开，使KM9不能构成自锁电路，从而使该保护环节在提升重物时不起作用。
2）确保反接制动电阻串入情况下进行制动下放的环节。当控制器手柄由下放“4”扳到下放“3”时，控制器触头QM5断开，QM6闭合。接触器KM2断电释放，而KM1通电吸合，电动机处于反接制动状态。为避免反接时产生过大的冲击电流，应使接触器KM9断电释放，接入反接电阻，且只有在KM9断电释放后才允许KM1通电吸合。为此，一方面在控制器触头闭合顺序上保证在QM8断开后，QM6才闭合；另一方面增设了KM1（11-12）与KM9（11-12）常闭触头相并联的联锁触头。这就保证了在KM9断电释放后，KM1才能通电并自锁。此环节还可防止由于KM9主触头因电流过大而发生熔焊使触头分不开，将转子电阻R1～R6短接，只剩下常串电阻R7，此时若将控制器手柄扳于提升档位将造成转子只串入R7发生直接起动事故。
3）制动下放档位与强力下放档位相互转换时切断机械制动的保护环节。在控制器手柄下放“3”位与下放“4”位转换时，接触器KM1、KM2之间设有电气互锁，这样，在换接过程中必有一瞬间这两个接触器均处于断电状态，这将使制动接触KM3断电释放，造成电动机在高速下进行机械制动引起强烈振动而损坏设备和发生人身事故。为此，在KM3线圈电路中设有KM1、KM2、KM3三对常开触头并联电路。这样，由KM3实现自锁，确保KM1、KM2换接过程中KM3线圈始终通电吸合，避免上述情况发生。
4）顺序联锁保护环节在加速接触器KM6、KM7、KM8、KM9线圈电路中串接了前一级加速接触器的常开辅助触头，确保转子电阻R3～R6接顺序依次短接，实现机械特性平滑过渡，电动机转速逐级提高。 7-20 桥式起重机具有哪些保护环节？
答：桥式起重机常用的保护环节有：电动机过电流保护；短路保护；零压保护；控制器的零位保护；各运动方向的行程限位保护；舱盖、栏杆安全开关及紧急断电保护。此外还有缓冲器、提升高度限位器、负荷限制器、超速开关等。
7-21 M7120平面磨床电力拖动具有哪些特点？ 答：M7120平面磨床电力拖动的特点是：
1）采用多电动机拖动。共有4台电动机：砂轮电动机、液压电动机、冷却泵电动机、砂轮升降电动机。 2）平面磨床为精密加工机床，为保证加工精度，工作台往复运动运行平稳，换向惯性小、无冲击，采用液压传动。
3）为保证磨削加工精度，要求砂轮有较高转速，采用两极笼型异步电动机拖动，为提高砂轮主轴的刚度，采用装入式电动机直接拖动，电动机与砂轮轴直接相连。
4）为减小工件在磨削加工中的热变形，并在磨削加工时及时冲走磨屑和砂粒保证磨削精度，需使用冷却液。
5）平面磨床采用电磁吸盘来吸持工件，一方面便于吸持小工件，另一方面工件在磨削加工中因受热变形可以自由伸展从而也保证加工精度。
7-22 M7120平面磨床电磁吸盘电路设有哪些保护环节？
答：M7120平面磨床电磁吸盘电路设有电磁吸盘线圈的过电压保护与电磁吸盘的欠电压保护即吸力保护。前者采用RC放电电路，后者采用直流欠电压继电器来实现。
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电机与电气控制技术第七章习题解答
