任何複雜的電氣控製係統都是由一些簡單的、基本的、典型的環節和線路所組成。了解和學習常用的一些典型環節和控製線路,不僅是掌握工業自動化專業知識的需要,而且為今後了解和分析新的、實際的生產機械電氣控製係統打下必要的基礎,還為正確、合理地設計新的電氣控製線路以適應日益發展的生產機械和生產過程全盤自動化創造了解決問題的條件。
第一節組合機床常用典型控製線路分析
組合機床是機械加工中常用的一種比較複雜的機床設備。它的加工特點是:通常用幾個動力頭、幾把不同的刀具,對工件的幾個端麵同時進行車、銑、鑽、鏜等加工。因而對這些動力頭拖動電動機的啟動與停止控製提出了一些特殊要求。
一、多台電動機同時啟動的控製線路分析
當組合機床要求多台拖動電動機同時啟動加工,並且要求這些電動機都能進行單台調整時的控製線路(主電路未畫,下同)。這是一個由三隻接觸器KM1、KM2、KM3分別控製三台電動機的控製線路。當要求啟動時,按下啟動按鈕SB2,三隻接觸器同時通電吸合,三台電動機同時啟動進行加工;同時三隻接觸器的常開輔助觸點閉合實現自鎖。當要求停止時,按下停止按鈕SB1,三隻接觸器同時停止運行。
在需要對某台電動機進行單台調整和控製時,則扳動調整開關SA來實現。要對由KM1控製的電動機及其拖動部件進行調整和控製時,則可先扳動調整開關SA2和SA3,使其常閉觸點打開,常開觸點閉合,然後再按下啟動按鈕SB2,這樣就隻有接觸器KM1線圈能通電吸合並自鎖,使其所控製的電動機達到單獨調整和單獨運行的目的。
二、兩台動力頭電動機同時啟動與停止的控製線路分析
在組合機床中,常常要求兩個動力頭同時啟動、同時停止,並且可以單獨調整和控製。接觸器KM1、KM2分別控製第一和第二動力頭,當動力頭在原位時分別壓下行程開關SQ1、SQ2和SQ3、SQ4,即SQ1~SQ4的常閉觸點均打開。
啟動時,按下啟動按鈕SB2後,接觸器KM1和KM2同時通電吸合並自鎖,主觸點閉合使兩動力頭電動機啟動作進給運動。當兩動力頭離開原位後,行程開關SQ1~SQ4全複位,其常閉觸點閉合,為兩接觸器提供另一條通路。同時繼電器KA吸合,其常閉觸點打開為停止電動機做準備,其常開觸點閉合實現自鎖。
工作結束時,兩動力頭分別靠電磁閥快速退回原位並同時壓下行程開關SQ1~SQ4。其常閉觸點打開,接觸器KM1和KM2同時斷電釋放,兩動力頭電動機同時斷電停下。此時繼電器KA也斷電釋放,為下次循環做好準備。
當需要單台調整和控製時,如調整第一動力頭,先扳動開關SA2,使其常閉觸點打開,常開觸點閉合,再按下啟動按鈕SB2即可。
三、兩台動力頭電動機同時啟動和分別停止的控製線路分析
當組合機床中兩動力頭滑台加工循環工作的時間相差比較懸殊時,就要求控製線路能實現同時啟動而分別停止的控製目的。
啟動時,按下啟動按鈕SB2後,接觸器KM1和KM2同時吸合並自鎖,兩動力頭電動機同時啟動作進給運行。當動力頭移動離開原位後,行程開關SQ1與SQ2全複位,其常閉觸點閉合,為接觸器KM1、KM2分別提供另一條供電通路;同時行程開關SQ1與SQ2也複位,使繼電器KA通電吸合並自鎖。而KA的常閉觸點均打開,為兩動力頭返回原位斷開KM1、KM2電源並停止兩電動機做好準備。
當兩動力頭加工結束時,靠電磁閥使其快速退回原位並且分別壓下行程開關SQ1~SQ4,使其常閉觸點打開,接觸器KM1、KM2斷電釋放使兩電動機停止。但由於返回原位時間不同,壓下行程開關也不同時,則接觸器KM1、KM2斷電釋放時間也不同,這就滿足了兩動力頭同時啟動而分別停止的控製要求。繼電器KA在接觸器KM1、KM2均斷電釋放後也斷電釋放,為下次啟動做準備。
第二節交流電動機降壓啟動控製線路分析
交流鼠籠式電動機具有結構簡單、成本低和維修使用方便等一係列突出優點,所以在工農業生產中得到了最為廣泛的應用。
交流鼠籠式電動機有全電壓直接啟動和降壓間接啟動這兩種啟動方式。在采用直接全壓啟動時,電動機的啟動衝擊電流最大值大約是電動機額定電流的4~7倍。對於容量較大的交流電機,采用全壓直接啟動不僅會引起供電電網電壓降低較大,造成交流電動機本身啟動困難,而且又影響同電網中其它用電設備的正常工作。因此,交流電動機能否采用全壓直接啟動,要根據交流電動機的額定容量大小及其頻繁啟動程度、供電電網(變壓器)的額定容量以及同電網中其它用電設備是否允許來確定。一般規定交流電動機額定容量在10kW以下,其容量不超過變壓器額定容量的30%時可以采用全壓直接啟動;如果需要頻繁全壓直接啟動交流電動機,則其額定容量必須小於供電變壓器額定容量的20%。超過10kW以上的交流電動機一般采用降壓間接啟動方式。
交流電動機全壓直接啟動的電氣控製線路,在前麵已經講述過。下麵隻討論降壓間接啟動的電氣控製線路。
一、交流鼠籠電動機串電阻降壓啟動控製線路分析
交流鼠籠電動機經常采用定子三相繞組串聯啟動電阻或啟動電抗器來降低啟動開始時的定子繞組電壓,以達到限製啟動電流對電網衝擊過大的目的。待電動機啟動到達一定轉速後,再將啟動電阻或啟動電抗器的全部切除或短接,使電動機在全電壓下繼續啟動並正常運行。在啟動過程中,啟動電阻或啟動電抗器的切除或短接,可以采用時間控製原則,利用時間繼電器延時動作來控製其降壓啟動過程的進行。
在啟動時,先合上電源開關QS,再按下啟動按鈕SB2,接觸器KM1通電吸合並自鎖,主觸點閉合,把電動機定子繞組串聯啟動電阻後接到電源上進行降壓啟動。與此同時,時間繼電器KT線圈得電延時,經過整定好的一段時間後,KT延時到而吸合,其常開延時閉合觸點閉合,接觸器KM2通電吸合並自鎖,其主觸點閉合短接全部啟動電阻,電動機全電壓繼續啟動並正常運行。同時,KM2的常閉觸點打開,使KM1和KT斷電釋放,啟動完畢。
這種降壓啟動方式,啟動設備簡單便宜,動作可靠,並提高了啟動時功率因數,對電網質量改善有利,但啟動電阻上功率損耗大。所以,通常在不經常啟、停的中小容量的交流電動機上采用較多。
二、交流鼠籠電動機串自耦變壓器降壓啟動控製線路分析
在交流鼠籠電動機定子三相繞組中串自耦變壓器(補償器)實現降壓啟動過程中,電動機啟動電流限製,是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現的。電動機開始啟動時,電動機定子繞組獲得的是自耦變壓器的二次電壓(可調節其大小),一旦啟動到一定轉速,自耦變壓器被切除,電動機進入全電壓繼續啟動並正常運行。這種降壓啟動的思路與串電阻降壓啟動一樣,也是時間原則控製,采用時間繼電器來完成切換動作。
在啟動時,先合上電源開關QS,再按下啟動按鈕SB2,接觸器KM1和時間繼電器KT同時得電,KT的瞬動常開觸點閉合實現自鎖,KM1吸合後其主觸點閉合,電動機定子繞組經自耦變壓器接通電源進行降壓啟動;同時KT開始延時,當KT延時到達整定延時值時動作。一方麵其常閉延開觸點打開,使KM1斷電釋放,將自耦變壓器從電路中切除;同時KT的常開延閉觸點閉合,使接觸器KM2通電吸合。KM2的主觸點閉合,電動機定子繞組接全電壓繼續啟動並正常運行。
和串電阻降壓啟動相比,在同樣的啟動轉矩條件下,串自耦變壓器降壓啟動的啟動電流峰值小,啟動電流對電網的衝擊小,功率損耗小,但其結構複雜,價格昂貴。一般用於啟動較大容量的交流電動機,以減小啟動電流對電網的影響。
三、交流鼠籠電動機星形-三角形變換降壓啟動控製線路分析
星形-三角形變換俗稱-△變換,這種降壓啟動方式適用於電網電壓為380V、交流電動機額定電壓為220V/380V、/△接法的定子三相繞組。在啟動開始時,將電動機定子繞組接成星形,這時加在電動機每相定子繞組上的電壓為電網電壓380V 的1/3(即220V),從而減少了啟動電流對電網的影響。待啟動後期按時間控製原則,采用時間繼電器進行延時控製,再將定子繞組換接成三角形,即每相繞組上電壓為電網電壓380V,使電動機在全壓下繼續啟動並正常運行。
啟動時,先合上電源開關QS,再按下啟動按鈕SB2,接觸器KM、KM和時間繼電器KT同時得電,KM和KM吸合,KM主觸點將電動機定子繞組接成星形,KM主觸點將接成星形的定子繞組接通電源,電動機以星形接法降壓啟動,同時時間繼電器KT開始延時。當達到設定延時值KT動作,其常閉延開觸點打開,使KM斷電釋放;KT的常開延閉觸點閉合,使KM△通電吸合,KM△的主觸點將電動機定子繞組換接成三角形接法,繼續啟動並正常運行。
—△變換降壓啟動方式的啟動電流特性好,結構簡單,價格最便宜。但其啟動轉矩也相應下降為原來三角形接法的1/3,故轉矩特性較差。它通常適用於交流電動機額定電壓為220V/380V、/△接法,且為輕載啟動的場合。
四、延邊三角形降壓啟動控製線路分析
(一)延邊三角形降壓啟動工作原理
這種降壓啟動方法是在電動機開始啟動過程中將定子繞組接成延邊三角形,這樣可以降低啟動電流。啟動到一定轉速後,將定子繞組換接成三角形全壓運行。
延邊三角形是由一個內部小三角形和其外邊三條延長邊(大星形)所組成。這樣它就既具有星形接法啟動電流小的特點,又具有三角形接法啟動轉矩大的特點。在啟動後期,再換接成大三角形接法。
(二)延邊三角形降壓啟動控製線路
啟動時,先合上電源開關QS,再按下啟動按鈕SB2,接觸器KM、KM和時間繼電器KT得電。KM吸合,其主觸點閉合將定子繞組接點4與8、5與9、6與7接通;KM吸合,其主觸點閉合將繞組1、2、3端分別接到三相電源上;這時電動機被接成延邊三角形降壓啟動。當時間繼電器KT延時達到設定值時動作,其常閉延開觸點打開使KM△斷電釋放,其常開延閉觸點閉合使KM△通電吸合,KM△主觸點將定子繞組的1與6、2與4、3與5端相連而接成三角形,並通過KM主觸點按至三相電源,電動機繼續啟動並正常運行。