1.4 常用电气控制线路
三相鼠笼式异步电动机由于结构简单、价格便宜、坚固耐用等优点获得了广泛的应用。在生产实际中,它的应用占到了使用电动机的80%以上。所以本章主要讲解三相鼠笼式异步电动机的控制线路。三相鼠笼式异步电动机的控制线路通常由继电器、接触器和按钮等有触点的电器组成。下面将介绍三相鼠笼式异步电动机的启动控制线路、正反转控制线路、调速控制线路、制动控制线路及其他常用的典型控制线路。
1.4.1 三相鼠笼式异步电动机的启动控制线路
1.全压启动控制线路
如图1-34所示的为三相鼠笼式异步电动机单向全压启动控制线路。主电路由自动开关QA0、接触器QA1的主触点,热继电器BB的热元件和电动机MA构成。控制线路由热继电器BB的常闭触点、停止按钮SF1、启动按钮SF2、接触器QA1常开触点以及它的线圈组成。这是最基本的电动机控制线路。
图1-34 单向全压启动控制线路
1)控制线路工作原理
启动时,合上自动开关QA0,主电路引入三相电源。按下启动按钮SF2,接触器QA1线圈通电,其常开主触点闭合,电动机接通电源开始全压启动,同时接触器QA1的辅助常开触点闭合,使接触器线圈有两条通电路径。这样当松开启动按钮SF2后,接触器线圈仍能通过其辅助触点通电并保持吸合状态。这种依靠接触器本身辅助触点使其线圈保持通电的现象称为“自锁”。起自锁作用的触点称为自锁触点。
要使电动机停止运转,按停止按钮SF1,接触器线圈失电,其主触点断开,从而切断电动机三相电源,电动机自动停车;同时接触器自锁触点也断开,控制回路解除自锁。松开停止按钮SF1,控制电路又回到启动前的状态。
2)控制线路的保护环节
(1)短路保护。当控制线路发生短路故障时,应能迅速切除电源。自动开关可以完成主电路的短路保护任务,熔断器FA则完成控制线路的短路保护任务。
(2)过载保护。电动机长期超载运行,会造成电动机绕组温升超过其允许值而损坏,通常要采取过载保护。过载保护的特点是:过载电流越大,保护动作时间越快;但不能受电动机启动电流影响而动作。
过载保护由热继电器BB完成。通常热继电器发热元件的额定电流按电动机额定电流来选取。由于热继电器惯性很大,即使热元件流过几倍的额定电流,热继电器也不会立即动作。因此在电动机启动时间不长的情况下,热继电器是不会动作的。只有过载时间比较长时,热继电器才动作,常闭触点BB断开,接触器QA1线圈失电,其主触点QA1断开主电路,电动机停止运转,即实现了电动机的过载保护。
(3)欠压和失压保护。在电动机正常运行时,如果因为电源电压的消失而使电动机停转,那么在电源电压恢复时,电动机就可能自动启动,电动机的自启动可能会造成人身事故或设备事故。防止电源电压恢复时电动机自启动的保护称为失压保护或零电压保护。
在电动机正常运行时,电源电压过分降低会引起电动机转速下降和转矩降低。若负载转矩不变,则电动机电流会过大,造成电动机停转或损坏。电源电压过分降低还可能会引起一些电器释放,造成电路工作不正常甚至产生事故。因此,需要在电源电压下降达到最小允许的电压值时将电动机电源切除,这样的保护称为欠电压保护。
在图1-34所示电路中,依靠接触器本身实现欠压和失压保护。当电源电压低到一定程度或失电时,接触器QA1的电磁吸力小于反力,电磁机构会释放,主触点把主电源断开,电动机停止运转。这时如果电源恢复,由于控制电路失去自锁,电动机不会自行启动。只有操作人员再次按下启动按钮SF2,电动机才会重新启动。该电路有时也称为启保停电路,即可完成电动机的启动、保持(自锁)和停止的功能。
以上这三种保护是三相鼠笼式异步电动机常用的保护环节,它对保证三相鼠笼式异步电动机安全运行非常重要。
2.降压启动控制线路
当较大容量的鼠笼式异步电动机(大于10kW)直接启动时,启动电流为其标称额定电流的4~8倍。如果启动电流较大,则会对电网产生冲击,所以一般都采用降压方式来启动。也就是启动时降低加在电动机定子绕组上的电压,启动后再将电压恢复到额定值,使之在正常电压下运行。
降压启动方式有定子电路串电阻(或电抗)、Y形-△形、自耦变压器、延边△形和使用软启动器等多种。其中,定子电路串电阻和延边△形方法已基本不用,常用的方法有Y形-△形降压启动和使用软启动器。
1)Y形-△形降压启动控制线路
对于正常运行时定子绕组接成△形的鼠笼式异步电动机,控制线路可采用Y形-△形降压启动方式来限制启动电流。
启动时将电动机定子绕组接成Y形,加到电动机的每相绕组上的电压为额定值的,从而减小了启动电流对电网的影响。当转速接近额定转速时,定子绕组改接成△形,使电动机在额定电压下正常运转,图1-35(a)所示为Y形-△形转换绕组连接示意图,Y形-△形降压启动线路如图1-35(b)所示。这一线路的设计思想是按时间原则控制启动过程,待启动结束后,按预先整定的时间换接成△形接法。
当启动电动机时,合上自动开关QA0,按下启动按钮SF2,接触器QA1、QAY与时间继电器KF的线圈同时得电,接触器QAY的主触点将电动机接成Y形并经过QA1的主触点接至电源,电动机降压启动。当KF的延时时间到,其常闭触点断开,常开触点闭合,QAY线圈失电,QA△线圈得电,电动机主回路转换接成△形接法,电动机投入正常运转。
图1-35 Y形-△形启动控制线路
Y形-△形启动的优点是Y形启动电流降为原来△形接法直接启动时的1/3,启动电流约为电动机额定电流的2倍左右,启动电流特性好、结构简单、价格低。缺点是启动转矩也相应下降为原来△形直接启动时的1/3,转矩特性差。因而本线路适用于电动机空载或轻载启动的场合。
工程上通常还可采用Y形-△形启动器来替代上述电路,其启动原理与上述相同。
2)软启动器及其使用
前述的三相异步电动机的启动线路比较简单,不需要增加额外启动设备,但其启动电流冲击一般都较大,启动转矩较小而且固定不可调。电动机停机时,控制接触器触点断开,切掉电动机电源,电动机自由停车,这样也会造成剧烈的电网波动和机械冲击。在直接启动方式下,启动电流为额定值的4~8倍,启动转矩为额定值的0.5~1.5倍;在Y形-△形启动方式下,启动电流为额定值的1.8~2.6倍,在Y形-△形切换时也会出现电流冲击,且启动转矩为额定值的0.5倍。因而上述方法经常用于对启动特性要求不高的场合。
在对启动特性要求较高的场合,可选用软启动装置。它采用电子启动方法,其主要特点是具有软启动和软停车功能,启动电流、启动转矩可调节,另外还具有电动机过载保护等功能。
(1)软启动器的工作原理。
如图1-36所示的为软启动器内部原理示意图。它主要由三相交流调压电路和控制电路构成,其基本原理是利用晶闸管的移相控制原理,通过控制晶闸管的导通角,改变其输出电压,通过调压方式达到控制启动电流和启动转矩的目的。控制电路按预定的不同启动方式,通过检测主电路的反馈电流,控制其输出电压,以实现不同的启动特性,最终软启动器输出全压,电动机全压运行。由于软启动器为电子调压并对电流实时检测,因此,还具有对电动机和软启动器本身的热保护、限制转矩和电流冲击以及三相电源不平衡、缺相、断相等故障的保护功能,并可实时检测和显示电流、电压、功率因素等参数。
图1-36 软启动原理示意图
(2)软启动器的控制功能。
异步电动机在软启动过程中,软启动器通过控制加到电动机上的电压来控制电动机的启动电流和转矩;启动转矩逐渐增加,转速也逐渐增加。通常软启动器可以通过改变参数设定而得到不同的启动特性,以满足不同的负载特性要求。
①斜坡升压启动方式。
斜坡升压启动特性曲线如图1-37所示,此种启动方式一般可设定启动初始电压Uqo和启动时间t1。这种启动方式断开电流反馈,属开环控制方式。在电动机启动过程中,电压线性增加,在设定的时间内达到额定电压。这种启动方式主要用于一台软启动器并接多台电动机,或电动机功率远低于软启动器额定值的应用场合。
②转矩控制及启动电流限制启动方式。
转矩控制及启动电流限制特性曲线如图1-38所示。此种启动方式一般可设定启动初始力矩Tqo、启动阶段力矩限幅TLI、力矩斜坡上升时间t1和启动电流限幅ILI。这种启动方式引入电流反馈,通过计算间接得到负载转矩,属闭环控制方式。由于控制目标为转矩,故软启动器输出电压为非线性上升的。图1-38同时给出了启动过程中转矩T、电压U、电流I和电动机转速n的曲线,其中转速曲线为恒加速度上升的。
图1-37 斜坡升压启动特性曲线
图1-38 转矩控制及启动电流限制启动特性曲线
在电动机启动过程中,保持恒定的转矩使电动机转速以恒定加速度上升,实现平稳启动。在电动机启动的初始阶段,启动转矩逐渐增加,在转矩达到预先所设定的限幅值后,保持恒定,直至启动完毕为止。在启动过程中,转矩上升的速率可以根据电动机负载情况调整设定。如果负载较重,则转矩上升速率大,斜坡陡,即加速度上升速率大则启动时间短。如果负载较轻或空载启动,则所需启动转矩较低,可使斜坡缓和一些。
由于在启动过程中,控制目标为电动机转矩,即电动机的加速度,即使电网电压发生波动或负载发生波动,经控制电路可以自动增大或减小启动器的输出电压,也可以维持转矩设定值不变,保持启动的恒加速度。这种控制方式能使电动机以最佳的启动加速度、以最快的时间完成平稳的启动,因此,是应用最多的启动方式。
随着软启动控制技术的发展,目前大多采用转矩控制方式,也有的采用电流控制方式,即电流斜坡控制及恒流升压启动方式。这种方式通过间接控制电动机电流来达到控制转矩目的,它与转矩控制方式相比启动效果略差,但控制相对简单。
③电压提升脉冲启动方式。
电压提升脉冲启动特性曲线如图1-39所示。这种启动方式一般可设定电压提升脉冲限幅ULI。升压脉冲宽度一般为5个电源周波,即100ms。在启动开始阶段,晶闸管在极短时间内按设定升压幅值启动,可得到较大的启动转矩,此阶段结束后,转入转矩控制及启动电流限制启动。该启动方法适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。
④转矩控制软停车方式。
当电动机需要停车时,立即切断电动机电源,属自由停车方式,传统的控制方式大都采用这种方法。但许多应用场合,不允许电动机瞬间停机,如高层建筑、楼宇的水泵系统等要求电动机逐渐停机,那么采用软启动器可满足这一要求。
软停车方式通过调节软启动器的输出电压使之逐渐降低而切断电源,这一过程时间较长且通常大于自由停车时间。在停车过程中,转矩控制软停车方式是匀速调整电动机转矩的下降速率,来实现平滑减速的。如图1-40所示的为转矩控制软停车特性曲线。减速时间t1一般是可设定的。
图1-39 电压提升脉冲启动特性曲线
图1-40 转矩控制软停车特性曲线
⑤制动停车方式。
当电动机需要快速停机时,软启动器具有能耗制动功能。在实施能耗制动时,软启动器向电动机定子绕组通入直流电,由于软启动器是通过晶闸管对电动机供电的,因此很容易通过改变晶闸管的控制方式而得到直流电。如图1-41所示的为制动停车方式特性曲线,通常可设定制动电流加入的幅值ILI和时间t1,但从制动开始到停车的时间不能设定,其时间长短与制动电流有关,应根据实际应用情况,调节加入的制动电流幅值和时间来调节制动时间。
图1-41 制动停车特性曲线
1.4.2 三相鼠笼式异步电动机的正反转控制线路
各种生产机械常常要求具有上下、左右、前后等相反方向的运动,如机床工作台的往复运动,就要求电动机能可逆运行。由电动机原理可知,三相异步电动机的三相电源进线中任意两相相对调,电动机即可反向运转。因此,可借助接触器改变定子绕组相序来实现正反转。其线路如图1-42所示。
当出现误操作,即同时按下正、反向启动按钮SF2和SF3时,若采用图1-42(a)所示线路,将造成短路故障,因此,正、反向之间需要有一种连锁关系。实际应用中,通常采用图1-42(b)所示的电路,将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器线圈电路中,则任一接触器线圈先带电后,即使按下相反方向按钮,另一接触器也无法得电。这种连锁关系通常称为“互锁”,即两者存在相互制约的关系。工程上通常还使用带有机械互锁的可逆接触器,进一步保证两者不能同时得电,提高可靠性。
图1-42(b)所示的电路要实现反向运行时,必须先停止正转运行,再按反向启动按钮才行,反之亦然。所以这个电路称为“正—停—反”控制。图1-42(c)所示的电路可以实现不按停止按钮,直接按反向按钮就能使电动机反向工作。所以这个电路称为“正—反—停”控制。
其工作原理如下。
图1-42 正反向工作的控制线路
图1-42(a)所示线路中,按下SF2,QA1得电吸合,电动机正转。按下SF1,QA1断电释放,电动机停转。按下SF3,QA2得电吸合,电动机反转。按下SF1,QA2断电释放,电动机停转。其缺点是不能同时按下SF2、SF3按钮,否则电源将短路,电动机无法工作。
图1-42(b)所示线路,其原理同图1-42(a)所示线路的原理,但在QA1线圈电路中串接了QA2的一个常闭触点。同样,在QA2线圈电路中串接了QA1的一个常闭触点,这两个常闭触点称为互锁触点。保证了任何时候只有一个接触器吸合,避免了电源短路。缺点是必须先按停止按钮SF1,在电动机停转后,才能启动电动机向另一方向旋转。
图1-42(c)所示线路是在图1-42(b)所示线路的基础上增加了由启动按钮的常闭触点构成的机械互锁。如按下SF2,串接在QA2线圈电路中的SF2常闭触点断开了QA2线路。这样就保证了两个接触器不会同时吸合,又能不按停止按钮而直接启动电动机向另一方向旋转。
1.4.3 三相鼠笼式异步电动机的调速控制线路
三相异步电动机的转速公式:
式中:f为电源频率;s为转差率;p为定子绕组的磁极对数。
三相异步电动机的调速方法主要有:改变定子绕组连接方式的变极调速、改变转子电路电阻调速、电磁转差调速、变频调速和串级调速等。本节只对变极调速方法进行介绍。
在一些机床中,为了获得较宽的调速范围,采用了双速电动机。也有的机床采用三速、四速电动机,以获取更宽的调速范围,其原理和控制方法基本相同。下面以双速异步电动机为例进行分析。
1.双速异步电动机定子绕组的连接方式
双速异步电动机三相定子绕组△/YY连接如图1-43所示。其中,图1-43(a)所示的为△形连接,图1-43(b)所示的为YY形(双星形)连接。转速的改变是通过改变定子绕组的连接方式,从而改变磁极对数p来实现的,故称为变极调速。
图1-43 双速异步电动机三相定子绕组△/YY连接图
在图1-43(a)所示线路中,出线端U2、V2、W2端子悬空,绕组为△形接法,每相绕组中两个线圈串联,成四个极,磁极对数p=2,电动机为低速;在图1-43(b)所示线路中,出线端U1、V1、W1短接,而U2、V2、W2接电源,绕组为Y形连接,每相绕组中两个线圈并联,成两个极,磁极对数p=1,电动机转速为高速。可见,双速电动机高速运转时的转速是低速运转时的2倍。
2.双速电动机高、低速控制线路
双速电动机调速控制线路如图1-44所示。图中接触器QA1工作时,电动机为低速运行;接触器QA2,QA3工作时,电动机为高速运行,注意变换后相序已改变。SF2、SF3分别为低速和高速启动按钮。按低速按钮SF2,接触器QA1通电并自锁,电动机接成△形,低速运转;若按高速启动按钮SF3则直接启动,接触器首先使QA1通电自锁,时间继电器KF线圈通电自锁,电动机则先低速运转;当KF延时时间到,其常闭触点打开,切断接触器QA1线圈电源,其常开触点闭合,接触器QA2、QA3线圈通电自锁,QA3的通电使时间继电器KF线圈断电,故自动切换使QA2、QA3工作,电动机高速运转,这样实现了先低速后高速的控制,目的是限制启动电流。
图1-44 双速电动机调速控制线路
双速电动机调速的优点是,线路简单、维修方便并可适应不同负载性质的要求。如需要恒功率,则可采用△形-YY形接法;如需要恒转矩调速,则用Y形-YY形接法。缺点是,其调速方式为有级调速。变极调速通常要与机械变速配合使用,以扩大其调速范围。
1.4.4 三相鼠笼式异步电动机的制动控制线路
三相异步电动机从切除电源到完全停止旋转,由于惯性的作用,总要经过一段时间,这往往不能适应某些机械工艺的要求,如万能铣床、卧式镗床和组合机床等,无论是从提高生产效率,还是从安全及准确定位等方面考虑,都要求能迅速停车,因此,需要对电动机进行制动控制。制动控制方法一般有机械制动和电气制动两大类,机械制动是用机械装置来强迫电动机迅速停车;电气制动是当电动机停车时,给电动机加上一个与原来旋转方向相反的制动转矩,迫使电动机转速迅速下降。由于机械制动比较简单,下面着重介绍电气制动控制线路,它包括反接制动和能耗制动两类。除此之外,如果在系统中已经使用了软启动器或者变频器,则这两种智能化的控制设备可以很容易地实现软制动,完成电动机的制动控制任务。
1.反接制动控制线路
反接制动是通过改变电动机电源的相序,使定子绕组产生相反方向的旋转磁场,从而产生制动转矩的一种制动方法。
由于反接制动时,转子与旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速,所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时电流的2倍。因此,反接制动特点之一是制动迅速,效果好,但冲击大,一般适用于10kW以下的小容量电动机。
为了减小冲击电流,通常要求串接一定的电阻以限制反接制动电流,这个电阻称为反接制动电阻。反接制动的另一要求是,在电动机转速接近于零时,要及时切断反相序的电源,以防止电动机反向再启动。
1)电动机单向运行反接制动控制线路
反接制动的关键在于电动机电源相序的改变,且当转速下降到接近于零时,能自动将电源切除,为此采用了速度继电器来检测电动机的速度变化。在120~3000 r/min范围内速度继电器触点动作,常开触点闭合;当转速低于100r/min时,其触点断开恢复原位。
图1-45所示的为带制动电阻的单向反接制动的控制线路。启动时,按下启动按钮SF2,接触器QA1线圈通电并自锁,电动机MA通电旋转。在电动机正常运转时,速度继电器BS的常开触点闭合,为反接制动做好了准备。停车时,按下停止按钮SF1,其常闭触点断开,接触器QA1线圈断电,电动机MA脱离电源。由于此时电动机的惯性转速还很高,BS的常开触点仍然处于闭合状态,所以,当SF1常开触点闭合时,反接制动接触器QA2线圈通电并自锁,其主触点闭合,使电动机定子绕组得到与正常运转相序相反的三相交流电源,电动机进入反接制动状态,电动机转速迅速下降。
图1-45 单向反接制动的控制线路
当电动机转速低于速度继电器动作值时,速度继电器常开触点复位,接触器QA2线圈电路被切断,反接制动结束。
2)具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制线路
图1-46所示的为具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制线路。图中电阻RA是反接制动电阻,同时也具有限制启动电流的作用。BS1和BS2分别为速度继电器BS的正转和反转常开触点。
图1-46 具有反接制动电阻的可逆运行反接制动的控制线路
该电路工作原理如下。
按下正转启动按钮SF2,中间继电器KF3线圈通电并自锁,其常闭触点打开互锁中间继电器KF4线圈电路;KF3常开触点闭合,使接触器QA1线圈通电;QA1主触点闭合使定子绕组经3个电阻RA接通正相序三相电源,电动机MA开始降压启动。当电动机转速上升到一定值时,速度继电器的正转常开触点BS1闭合,使中间继电器KF1通电并自锁,这时由于KF1、KF3的常开触点闭合,接触器QA3线圈通电,于是3个电阻RA被短接,定子绕组直接加以额定电压,电动机转速上升到稳定工作转速。
在电动机正常运转过程中,若按下停止按钮SF1,则KF3、QA1、QA3三只线圈相继断电。由于此时电动机转子的惯性转速仍然很高,速度继电器的正转常开触点BS1尚未复原,中间继电器KF1仍处于工作状态。所以,在接触器QA1常闭触点复位后,接触器QA2线圈便通电,其常开主触点闭合,使定子绕组经3个电阻RA获取反相序三相交流电源,对电动机进行反接制动,电动机转速迅速下降。当电动机转速低于速度继电器动作值时,速度继电器常开触点复位,KF1线圈断电,接触器QA2释放,反接制动过程结束。
电动机反向启动和制动停车过程与正转时的相同,此处不再赘述。
2.能耗制动控制线路
能耗制动就是电动机脱离三相交流电源之后,在定子绕组上加一个直流电压,即通入直流电流,利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动的目的。根据能耗制动时间控制原则,可用时间继电器进行控制;也可以根据能耗制动速度原则,用速度继电器进行控制。下面分别用单向能耗制动和正反向能耗制动控制线路为例来说明。
1)电动机单向运行能耗制动控制线路
图1-47所示的是以时间为控制原则的单向能耗制动控制线路。在电动机正常运行时,若按下停止按钮SF1,电动机由于QA1断电释放而脱离三相交流电源,直流电源则由于接触器QA2线圈通电使其主触点闭合而加入定子绕组,时间继电器KF线圈与QA2线圈同时通电并自锁,于是电动机进入能耗制动状态。当其转子的惯性速度接近于零时,时间继电器延时打开的常闭触点断开接触器QA2的线圈电路。由于QA2常开辅助触点的复位,时间继电器KF线圈的电源被断开,电动机能耗制动结束。
图1-47 以时间为控制原则的单向能耗制动线路
图中KF的瞬时常开触点的作用是为了当出现KF线圈断线或机械卡住故障时,在按下停止按钮SF1后仍能迅速制动,使两相的定子绕组不至于长期接入能耗制动的直流电流。在KF发生故障后,该线路还具有手动控制能耗制动的能力,即只要停止按钮处于按下的状态,电动机就能实现能耗制动。
图1-48所示的为以速度为控制原则的单向能耗制动控制线路。该线路与图1-47所示的控制线路基本相同,这里仅是在控制电路中取消了时间继电器KF的线圈及其触点电路,而在电动机轴端安装了速度继电器BS,并且用BS的常开触点取代了KF延时打开的常闭触点。这样一来,该线路中的电动机在刚刚脱离三相交流电源时,由于电动机转子的惯性速度仍然很高,速度继电器BS的常开触点仍然处于闭合状态,所以接触器QA2线圈能够依靠SF1按钮的按下通电自锁,于是,两相定子绕组获得直流电源,电动机进入能耗制动。当电动机转子的惯性速度低于速度继电器BS动作值时,BS常开触点复位,接触器QA2线圈断电释放,能耗制动结束。
图1-48 以速度为控制原则的单向能耗制动控制线路
2)电动机可逆运行能耗制动控制线路
图1-49所示的为电动机按时间原则控制的可逆运行的能耗制动控制线路。在其正常的正向运转过程中,需要停止时,可按下停止按钮SF1,使QA1断电,QA3和KF线圈通电并自锁。QA3常闭触点断开,起锁住电动机启动电路的作用;QA3常开触点闭合,使直流电压加至定子绕组,电动机进行正向能耗制动。电动机正向转速迅速下降,当其接近于零时,时间继电器延时打开的常闭触点KF断开接触器QA3线圈的电源。由于QA3常开辅助触点的复位,时间继电器KF线圈也随之失电,电动机正向能耗制动结束。
反向启动和反向能耗制动其过程与上述正向情况相同,此处不再说明。
电动机可逆运行能耗制动也可以以速度为控制原则,用速度继电器取代时间继电器,同样能达到制动的目的。该线路读者可自行分析,这里不再详细介绍。
按时间原则控制的能耗制动,一般适用于负载转速比较稳定的生产机械上。对于那些能够通过传动系统来实现负载速度变换或者加工零件经常变动的生产机械来说,采用以速度为控制原则的能耗制动则较为合适。
能耗制动比反接制动消耗的能量少,其制动电流也比反接制动电流小得多;但能耗制动的制动效果不及反接制动的明显。同时还需要一个直流电源,控制线路相对比较复杂,一般适用于电动机容量较大及启动、制动频繁的场合。
图1-49 电动机可逆运行的能耗制动控制线路
1.4.5 其他常用的典型控制线路
1.点动控制线路
在生产实践中,有的生产机械需要点动控制,有的生产机械既需要常规控制,又需要点动控制。图1-50所示的为实现点动的几种控制线路。
图1-50 几种点动控制线路
图1-50(a)所示的是最基本的点动控制。按钮SF1没有与接触器QA1的自锁触点并联,按下SF1,QA1线圈通电,电动机启动运行;松开SF1,QA1线圈断电释放,电动机停止运转。
图1-50(b)所示的是带转换开关SF3的点动控制线路。当需要点动控制时,只要把开关SF3断开,由按钮SF2来进行点动控制即可。当需要正常运行时,只要把开关SF3合上,将QA1的自锁触点接入,即可实现连续运转控制。
图1-50(c)所示线路中增加了一个复合按钮SF3来实现点动控制。需要点动控制时,按下点动按钮SF3,其常闭触点先断开自锁电路,常开触点后闭合,接通启动控制电路,QA1线圈通电,衔铁被吸合,主触点闭合接通三相电源,电动机启动运转;当松开点动按钮SF3时,其常开触点先断开,常闭触点后闭合,QA1线圈断电释放,主触点断开电源,电动机停止运转。图中由按钮SF2和SF1来实现连续运转控制。
在读电气控制原理图时,大家一定要注意复合按钮常开触点和常闭触点的动作顺序。
2.多点控制系统
有些机械和生产设备,由于种种原因,常要在两地或两个以上的地点进行操作。例如,重型龙门刨床,有时在固定的操作台上控制,有时需要站在机床四周用悬挂按钮控制;有些场合,为了便于集中管理,由中央控制台进行控制,但每台设备调整检修时,又需要就地进行机旁控制等。
要在两地进行控制,就应该有两组按钮,而且这两组按钮的连接原则必须是:接通电路使用的常开按钮要并联,即处于逻辑“或”的关系;断开电路使用的常闭按钮应串联,即处于逻辑“与非”的关系。图1-51所示的就是实现两地控制的控制电路。这一原则也适用于三地或更多地点的控制。
图1-51 实现多地点控制线路
3.顺序控制线路
生产实践中常要求各种运动部件之间能够按顺序工作。例如,车床主轴转动时要求油泵先给齿轮箱提供润滑油,即要求保证润滑泵电动机启动后主拖动电动机才允许启动,也就是控制对象对控制线路提出了按顺序工作的连锁要求。如图1-52所示,MA1为油泵电动机,MA2为主拖动电动机。在图1-52(a)所示线路中,将控制油泵电动机的接触器QA1的常开辅助触点串入控制主拖动电动机的接触器QA2的线圈电路中,可以实现按顺序工作的连锁要求。
图1-52(b)所示的是采用时间继电器,按时间顺序启动的控制线路。线路要求电动机MA1启动t秒后,电动机MA2自动启动,这可利用时间继电器的延时闭合的常开触点来实现。
图1-52 顺序控制线路
按启动按钮SF2,接触器QA1线圈通电并自锁,电动机MA1启动,同时时间继电器KF线圈也通电。定时t秒到,时间继电器延时闭合的常开触点KF闭合,接触器QA2线圈通电并自锁,电动机MA2启动,同时接触器QA2的常闭触点切断了时间继电器KF的线圈电源。
4.自动循环控制线路
在生产实践中,有些生产机械的工作台需要自动往复运动,如龙门刨床、导轨磨床等,图1-53所示的为最基本的自动往复循环控制线路,它是利用行程开关实现往复运动控制的,这通常称为行程控制。
限位开关BG1放在左端需要反向的位置,而BG2放在右端需要反向的位置,机械挡铁装在运动部件上。启动时,利用正向或反向启动按钮,如按正转按钮SF2,接触器QA1通电吸合并自锁,电动机作正向旋转并带动工作台左移。当工作台移至左端并碰到BG1时,将BG1压下,其常闭触点断开,切断QA1接触器线圈电路;同时,使其常开触点闭合,接通反转接触器QA2线圈电路。此时电动机由正向旋转变为反向旋转,带动工作台向右移动,直到压下BG2限位开关,电动机由反转变为正转,工作台又向左移动。因此,工作台实现了自动的往复循环运动。
由上述控制情况可以看出,运动部件每经过一个自动往复循环,电动机要进行两次反接制动,会出现较大的反接制动电流和机械冲击。因此,这种电路只适用于电动机容量较小,循环周期较长、电动机转轴具有足够刚性的拖动系统中。另外,在选择接触器容量时应比一般情况下选择的容量大一些。
除了利用限位开关实现往复循环外,还可以做限位保护,如图1-53所示线路中的BG3、BG4分别为左、右超限限位保护用的行程开关。
图1-53 自动往复循环控制线路
机械式的行程开关容易损坏,现在多用接近开关或光电开关来取代机械行程开关实现行程控制。
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