《设备控制基础》课程教案
任 务 5.1电气控制基本环节认识 班 级 机电工程系各班 教学方法 引导文法、演示教学法 学 时 教学设备 教学场地 2 多媒体、典型电器元件 多媒体教室、机电一体化实训中心 学习电动机单向全压直接起动控制线路，电动机Y-△减压起动控制线路电教学目的 动机正反转控制线路，电动机反接制动控制线路，掌握电路的工作原理、电气原理图的绘制原则、识读方法及国家标准。 重点难点 电动机单向全压直接起动控制线路 电动机正反转控制线路 电动机反接制动控制线路 教 学 安 排 步骤 授课 内容 教学过程设计 电动机单向全压直接起动控制线路，电动机Y-△减压起动控制线路，电动机正反转控制线路，电气原理图的绘制原则、识读方法及国家标准，直流电动机的起动、正反转、调速、制动等控制线路及其他典型环节的控制电路。 实施 安排 了解电气原理图的绘制规则，认识机床电气元件的统一文字符号和图形符号，讲授识读电气原理图和电气安装原理图。认识和了解三相笼型异步电动机的起动控制电路，分析直接起动和减压起动及三相笼型异步电动机的制动控制电路。 认真完成本次教学任务后，学生达到以下综合能力： 能力 培养 专业基础知识和动手能力的提高； 具备查阅相关技术资料的能力，探索求解能力； 团队协作能力，分析和表达能力； 组织协调能力的提高，与人交流和沟通的能力。 认真完成本次教学任务后，学生逐渐达到以下良好习惯： 习惯 培养 安全文明操作的良好习惯；遵守纪律的良好习惯； 爱护环境，及时整理的良好习惯; 及时总结和分析的良好习惯； 课后 总结 检查各项学习任务完成情况和实施结果； 对本学习任务的过程和效果及时做出总结。 学习任务5.1 电气控制基本环节认识
授课内容：
1.组建电动机单向全压直接起动控制线路，掌握电路的工作原理。 2.组建电动机Y-△减压起动控制线路，掌握电路的工作原理。 3.组建电动机正反转控制线路，掌握电路的工作原理。 4.组建电动机反接制动控制线路，掌握电路的工作原理。 5.掌握电气原理图的绘制原则、识读方法及国家标准。
6.了解直流电动机的起动、正反转、调速、制动等控制线路及其他典型环节的控制电路。
1 机床电气原理图认识及绘制 引导问题：
1． 学生通过查找相关学习资料和教师讲解，需要弄清以下问题： 2． 机床电气原理图的绘制规则是怎样的？
3． 机床电气元件如何用国家规定的统一文字符号和图形符号表示？ 4． 如何识读机床电气原理图和电气安装接线图？
机床电气控制系统是由许多电器元件按照一定的要求联接而成，从而实现对机床的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、分析、安装调试、使用和维修，需要对电气控制系统中各电器元件及其相互连接用国家规定的统一符号、文字和图形表示出来。这就是电气控制系统图，它包括电气原理图、电器元件布置图、电气安装接线图等三种形式。绘制电气原理图应按GB4728—84《电气图常用图形符号》、GB5226—85《机床电气设备通用技术条件》、GB7159—87《电气技术中的文字符号制定通则》、GB6988—86《电气制图》等规定的标准绘制。
机床电气原理图是为了便于阅读和分析控制电路的各种功能，根据简单清晰的原则，采用电器元件展开的形式绘制成的表示电路各个元件连接关系和控制线路工作原理的图形。在电气原理图中只包括所有电器元件的导电部件和接线端点，但并不按照电器元件的实际位置来绘制，也不反映电器元件的大小。 1.1 绘制原理图的原则与要求 绘制原理图的原则与要求如下:
1．原理图一般分为主电路和辅助电路，辅助电路包括：控制电路、信号电路、照明电路及保护电路等。
主电路是指从电源到电动机绕组的大电流通过的电路，其中电源电路用水平线绘制，动力设备（电动机）及其保护电器支路，应垂直于电源电路画出。
2．辅助电路中的控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，应垂直地绘于两条水平电源线之间。
所有元器件的状态按常态画出，图中所有电器触头，都按没有通电和没有外力作用时的开闭状态画出。对于继电器、接触器的触头，按吸引线圈不通电状态画，控制器按手柄处于零位时的状态画，按钮、行程开关触头按不受外力作用时的状态画。
3．电气原理图中，各电气元件和部件在控制线路中的位置，应根据便于阅读的原则安排。同一电器元件的各个部件可不画在一起。
4．电气原理图中有直接电联系的交叉导线连接点，用实心圆点表示；可拆接或测试点用空心圆点表示；无直接电联系的交叉点则不画圆点。
5．对非电气控制和人工操作的电器，必须在电气原理图上用相应的图形符号表示其操作方式及工作状态。由同一机构操作的所有触头，应用机械连杆符号表示其连动关系，各个触头的运动方向和状态，必须与操作件的动作方向和位置协调一致。 1.2 图幅分区和触头位置索引
为了便于确定图上的内容，补充、更改组成部分的位置，可对在各种幅面的图纸进行分区。分区数应为偶数，每一分区的长度一般不小于25mm，不大于75mm。每个分区的竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字进行编号。编号的顺序应从标题栏相对的左上角开始。
图幅分区后，相当于在图上建立了一个坐标。使用时，对水平布置的电路，一般只需标明行的标记；对垂直布置的电路，一般只需标明列的标记；复杂电路需标明组合标记。
继电器和接触器的触头位置采用附图的方式表示，附图可画在电路图中相应线圈的下方，此时，可只标出触头的位置索引。若画在电路图上其他地方，则必须注明是哪个线圈的附图。
1.3 技术数据的标注
电器元件的数据和型号一般用小号字体标注在电器代号的下面或旁边 .
2 三相笼型异步电动机的起动控制电路
引导问题：
1． 学生通过查找相关学习资料和教师讲解，需要弄清以下问题： 2． 三相笼型异步电动机的起动控制电路是怎样组建的？ 3． 什么是直接起动和减压起动？各有何特点？ 4． 三相笼型异步电动机的起动控制电路是如何工作的？
三相笼型异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、维修方便等优点，在各类机床中得到了广泛应用。它的起动控制方式有直接起动和减压起动两种。
2.1直接起动控制电路
直接起动又称全压起动，它是通过开关和接触器将额定电压直接加在电动机的定子绕组
上，使电动机转动。该起动方法的优点是所需设备少、线路简单，缺点是起动电流大。
1. 单向全电压起动控制电路
电动机容量在10KW以下者，一般采用全电压直接起动方式起动。普通机床上的冷却泵、小型台钻和砂轮机等小容量电动机可直接用开关起动。 电路的工作原理如下：合上电源开关QS，引入电源，按下起动按钮SB2，KM线圈通电，常开主触头闭合，电动机接通电源起动。同时，与起动按钮并联的接触器辅助常开触头也闭合，当松开SB2时，KM线圈通过其本身常开辅助触头继续保持通电，从而保证了电动机连续运转。这种依靠接自身辅助触头保持线圈通电的电路称为自锁或自保电路，辅助常开触头称为自锁触头。
当需要电动机停止时，按下停止按钮SB1，切断KM线圈电路，KM常开主触点与辅助触头均断开，切断电动机电源电路和控制电路，电动机停止转动。
电路的保护环节如下：
（1）短路保护 由熔断器FU1、FU2分别实现主电路和控制电路的短路保护。为扩大保护范围，在电路中熔断器应安装在靠近电源端，通常安装在电源开关下面。
（2）过载保护 由于熔断器一般不宜用作电动机的过载保护，为此采用热继电器FR实现电动机的过载保护。当电动机长期过载时，串接在电动机定子电路中的双金属片因过热变形，致使其串接在控制电路中的热继电器FR常闭触头打开，切断KM线圈电路，电动机停止运转，实现过载保护。
（3）欠压和失压保护 当电源电压由于某种原因严重欠压或失压时，接触器电磁吸力急剧下降或消失，衔铁释放，常开触头与自锁触头断开，电动机停止运转。而当电源电压恢复正常时，电动机不会自行起动运转，避免事故发生。
2. 点动控制
所谓点动即按下按钮时电动机运转工作，手松开按钮时电动机停止工作。点动控制多用于机床刀架，横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合。
3. 多点控制
大型机床为了操作方便，常常要求在两个或两个以上的地点都能进行操作，这就是多点控制。实现多点控制的控制电路如图，即在各操作地点各安装一套按钮，接线时将各按钮的常开触头并联连接，常闭触头串联连接。
多人操作的大型冲压设备，为了保证操作安全，要求几个操作者都发出主令信号，如
按下起动按钮后，设备才能压下。此时应将起动按钮的常开触头串联 。
2.2 减压起动控制电路
减压起动，就是起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，当电动机起动到接近额定转
速时，再将电压恢复到额定值。对容量较大（大于10KW）的笼型异步电动机，一般都采用减压起动的方式起动。机床中最常见的减压起动有定子串电阻减压起动和星—三角减压起动
两种。
1. 定子串电阻减压起动控制电路
? 电动机起动时在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动结
束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在机床控制电路中经常使用。 2. 星形—三角形减压起动控制电路
电动机正常运行时，定子绕组接成三角形，此时每相绕组所承受的电压为电源的线电压。起动时先接成星形，每相绕组所承受的电压为电源的相电压，起动结束时再自动换接成三角形运行。
凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，均可采用星形—三角形的减压起动方法来限制起动电流。我国新设计的Y系列异步电动机，4KW以上均为三角形接法。
3 三相笼型异步电动机的制动控制电路
引导问题：学生通过查找相关学习资料和教师讲解，需要弄清以下问题： 1． 什么是制动控制电路？有何特点？
2． 笼型异步电动机的制动控制电路是怎样组建的？ 3． 三相笼型异步电动机的制动控制电路是如何工作的？
异步电动机从切断电源到停转要有一个过程，需要一段时间。对于要求停车时精确定位或尽可能减少辅助时间的机床，如万能铣床、卧式镗床等，必须采取制动措施。机床上制动停车的方式有机械制动和电气制动两大类。机械制动是用电磁铁操纵机械进行制动，如电磁抱闸制动器，电磁离合制动器等。电气制动是使电动机产生一个与转子原来转动方向相反的力矩来实现制动。机床常用的电气制动方式有能耗制动和反接制动。
3.1 能耗制动控制电路
能耗制动是指在异步电动机刚切除三相电源之际，立即向定子绕组通入直流电源。由于转子切割固定磁场会产生制动力矩，使电动机的动能转变为电能并消耗在转子的制动上，故称为能耗制动。当转子转速为零时，切断直流电源。
能耗制动作用的强弱与通入直流电的大小和电动机转速有关，在同样的转速下，电流越大制动作用越强，一般取直流电流为电动机空载电流的4倍左右，电流过大将使定子绕组过热。
能耗制动比较缓和、平稳、准确、功耗小，但在低速时制动不十分迅速。适用于电动机容量不太大，要求制动平稳和起制动频繁的的场合。但必须配置一套整流设备。
3.2 反接制动控制电路
反接制动是停车时利用改变电动机定子绕组中三相电源的相序，产生与转动方向相反的转矩而起制动作用的。为了防止电动机制动时反转，必须在电动机转速接近零时，及时将反接电源切除，电动机才能真正停下来。
电气控制基本环节认识
