一、正反轉(zhuǎn)控制環(huán)節(jié) 需要兩個(gè)相反方向運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合很多,如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)退、升降,刀庫(kù)的正向回轉(zhuǎn)與反向回轉(zhuǎn),主軸的正反轉(zhuǎn)等。通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制就可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相反方向的運(yùn)動(dòng),對(duì)于交流電動(dòng)機(jī),主要通過改變?nèi)喽ㄗ永@組上任兩相之間的電源相序的方法改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。
1. 正-停-反控制 圖1是電動(dòng)機(jī)正-停-反控制電路。主電路中km1主觸頭閉合、km2主觸頭斷開時(shí),三相電源線l1、l2、l3分別接入定子繞組的u、v、w接線端子上,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn);而當(dāng)km1主觸頭斷開、km2主觸頭閉合時(shí),三相電源線中l(wèi)1、l3換接至定子繞組的w、u接線端子上,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。
圖1 正-停-反控制線路
a)主電路 b)控制線路
操作時(shí)按下sb2,km1線圈通電,并通過km1常開輔助觸頭自鎖。主電路中km1主觸頭閉合、km2主觸頭斷開,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。
反轉(zhuǎn)操作時(shí)必須先按sb1使km1線圈斷電,然后才能按下sb3,使km2線圈通電,并通過km2常開輔助觸頭自鎖,主電路中形成km1主觸頭斷開、km2主觸頭閉合的狀態(tài),電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。所以該控制線路稱為正-停-反控制線路。
當(dāng)km1線圈通電,km2線圈因所在支路的km1常閉輔助觸頭斷開而確保斷電;反之,當(dāng)km2線圈通電,km1線圈也為因所在支路的km2常閉輔助觸頭斷開而確保斷電。這種在對(duì)方線圈所在支路中串接一個(gè)本線圈所控制的常閉輔助觸頭,保證兩個(gè)線圈不得同時(shí)通電的電路環(huán)節(jié)稱為互鎖。
2. 正-反-停控制 圖2是電動(dòng)機(jī)正-反-停控制電路。當(dāng)按下復(fù)合按鈕sb2時(shí),km1線圈通電,并通過km1常開輔助觸頭自鎖。同時(shí)km2因所在支路中的聯(lián)動(dòng)按鈕sb2的常閉觸頭斷開而確保斷電,主電路中km1主觸頭閉合、km2主觸頭斷開,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。
圖2 正-停-反控制線路
a)主電路 b)控制線路
當(dāng)按下sb3時(shí),km1線圈因所在支路的sb3常閉觸頭斷開而斷電,km2線圈因所在支路的sb3常開觸頭閉合而通電,同時(shí)通過km2常開輔助觸頭自鎖,主電路中形成km1主觸頭斷開、km2主觸頭閉合的狀態(tài),電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。
當(dāng)按下sb1時(shí)控制線路中各線圈均斷電,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。所以該控制線路稱為正-反-停控制線路。
km1線圈與km2線圈所在支路中既有電氣互鎖,又有機(jī)械互鎖,該控制線路稱為電氣-機(jī)械雙重互鎖線路,比較安全可靠,是機(jī)電設(shè)備中zui常用的電氣控制環(huán)節(jié)。
3. 正-反自循環(huán)控制 圖3是平面磨床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)示意圖,行程開關(guān)sq1、sq2安裝在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件的。左右兩個(gè)極限位置,工作臺(tái)上還安裝左右兩個(gè)擋鐵。
圖3 平面磨床工作臺(tái)的往返自循環(huán)運(yùn)動(dòng)
起動(dòng)后,工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)至右極限位置時(shí),右擋鐵壓下sq2行程開關(guān)按鈕,電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)。
工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)至左極限位置時(shí),左擋鐵壓下sq1行程開關(guān)按鈕,電動(dòng)機(jī)又一次改變轉(zhuǎn)向驅(qū)使工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng),形成左右往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)安裝在行程開關(guān)外側(cè)還有兩個(gè)行程開關(guān)sq3、sq4。 如因某種故障,工作臺(tái)到達(dá)sq1或sq2位置時(shí),未能觸動(dòng)sq1或sq2所控制的觸頭,工作臺(tái)將繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到行程開關(guān)sq3或sq4處壓下sq3或sq4,從而切斷主電路電源迫使電動(dòng)機(jī)停機(jī),避免工作臺(tái)超出允許極限位置而造成事故,因此sq3、sq4是超程保護(hù)開關(guān)。
圖4是能實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)正-反自循環(huán)控制線路。按下sb2,km1線圈通電,并通過km1常開輔助觸頭自鎖,主電路中km1主觸頭閉合、km2主觸頭斷開,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)右移。
圖4 左右往返自循環(huán)運(yùn)動(dòng)控制線路
a)主電路 b)控制線路
工作臺(tái)移至右極限位置時(shí),右擋鐵壓下sq1行程開關(guān),km1線圈因所在支路中的sq1常閉輔助觸頭斷開而斷電,并使km1常開輔助觸頭解除自鎖;km2線圈則通過支路中的sq1常開輔助觸頭閉合形成自鎖并通電,主電路中km1主觸頭斷開、km2主觸頭閉合,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)左移。
當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到左極限位置時(shí),左擋鐵壓下sq2行程開關(guān)時(shí),又使主電路中km1主觸頭閉合、km2主觸頭斷開,電動(dòng)機(jī)再次正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)右移,如此循環(huán)。
按下sb1,km1線圈和km2線圈均斷電,自循環(huán)停止。
二、制動(dòng)控制環(huán)節(jié) 由于機(jī)械慣性,三相異步電動(dòng)機(jī)從切除電源到停止轉(zhuǎn)動(dòng),需經(jīng)過一段降速時(shí)間,不能滿足電動(dòng)機(jī)快速停車的效率要求,因此需要對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。
制動(dòng)方法分為機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩大類。機(jī)械制動(dòng)采用機(jī)械抱閘、液壓制動(dòng)器等機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)。電氣制動(dòng)實(shí)質(zhì)上是在電動(dòng)機(jī)切斷電源時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,迫使電動(dòng)機(jī)迅速降速。電氣制動(dòng)有能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)兩種控制線路。
1. 能耗制動(dòng)控制 所謂能耗制動(dòng),就是在電動(dòng)機(jī)切斷三相交流電源的同時(shí),在定子繞組中通入直流電流,利用電磁感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
圖5是時(shí)間原則控制的單向能耗制動(dòng)控制線路。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),若按下sb1復(fù)合按鈕,km1線圈斷電,主電路中km1主觸頭斷開,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源,電動(dòng)機(jī)開始降速。
圖5 時(shí)間原則控制的單向能耗制動(dòng)線路
a)主電路 b)控制線路
按在sb1的同時(shí),接觸器線圈km2和時(shí)間繼電器線圈kt同時(shí)通電吸合,并通過常開輔助觸頭km2、kt自鎖。主電路中3個(gè)km2主觸頭全部閉合,從l2、l3引入的兩相交流電源通過變壓器tc引入橋式整流電路的輸入端,經(jīng)整流后輸出端的直流電加載到了定子繞組的v、w相,通過感應(yīng)作用在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,抵消電動(dòng)機(jī)定子繞組斷電后的慣性轉(zhuǎn)矩,使電動(dòng)機(jī)快速降速。
按下sb1的同時(shí),kt線圈也通電,經(jīng)過一段延時(shí)后,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至接近零速,km2線圈會(huì)因所在支路中的kt常閉延時(shí)斷開輔助觸頭的斷開而斷電,主電路中km2主觸頭斷開切除能耗制動(dòng)的直流電流,電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
2. 反接制動(dòng)控制 反接制動(dòng)通過改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中三相電源的相序,從而產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
反接制動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度接近兩倍同步轉(zhuǎn)速,所以定子繞組中流過的反接制動(dòng)電流相當(dāng)于全電壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流的兩倍,沖擊電流很大。為了減小沖擊電流,需在電動(dòng)機(jī)主電路中串接電阻限制反接制動(dòng)電流。
圖6是單向反接制動(dòng)控制線路。起動(dòng)時(shí),按下sb2,km1線圈通電,并通過km1常開輔助觸頭自鎖,主電路中km1主觸頭閉合,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)升速,當(dāng)升速至接近速度繼電器ks的額定動(dòng)作速度時(shí),控制線路中的ks輔助觸頭閉合。
圖6 單向反接制動(dòng)控制線路
a)主電路 b)控制線路
之后當(dāng)按下sb1,km1線圈斷電、km2線圈因所在支路中的sb1常開輔助觸頭的閉合而通電。主電路中km1主觸頭斷開、km2主觸頭閉合,導(dǎo)致l1、l3中電流反接至w、u兩相定子繞組中,改變了定子繞組中三相電源的相序,從而產(chǎn)生出一個(gè)與電動(dòng)正向轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使電動(dòng)機(jī)快速降速。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零速時(shí),km2線圈因所在支路中的ks輔助觸頭的斷開而斷電,慣性轉(zhuǎn)矩消失,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。
由以上分析可知,能耗制動(dòng)比反接制動(dòng)消耗的能量少,其制動(dòng)電流也比反接制動(dòng)電流小得多,但能耗制動(dòng)的制動(dòng)效果不及反接制動(dòng)的明顯,同時(shí)需要一個(gè)直流電源,控制線路相對(duì)比較復(fù)雜,通常能耗制動(dòng)適用于電動(dòng)機(jī)容量較大、起動(dòng)、制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。
三、工作任務(wù)
敘述正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)控制環(huán)節(jié)的控制邏輯、完成正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)控制環(huán)節(jié)的接線與調(diào)試(選作)、設(shè)計(jì)正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)控制環(huán)節(jié)接線與調(diào)試實(shí)驗(yàn)方案(選作)
資訊:敘述正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)控制環(huán)節(jié)的控制邏輯
決策:選擇具體的正反轉(zhuǎn)或制動(dòng)控制環(huán)節(jié)線路(選作)
計(jì)劃:設(shè)計(jì)正反轉(zhuǎn)或制動(dòng)控制環(huán)節(jié)接線與調(diào)試實(shí)驗(yàn)方案(選作)
實(shí)施:實(shí)驗(yàn)室完成正反轉(zhuǎn)或制動(dòng)控制環(huán)節(jié)接線與調(diào)試(選作)
檢查:通電前仔細(xì)檢查接線的正確性(選作)
評(píng)估:教師分組評(píng)估(選作)
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