2.選用長期工作製電動機
由於專用短時工作製電動機生產較少,所以也可選用長期工作製電動機用於短時工作方式。顯然,如果把長期工作製電動機用於短時工作,而輸出功率不變,則電動機的實際溫升將達不到允許溫升。因此為了充分利用電動機的發熱能力,應按照電動機的過載能力來確定電動機的容量,即電動機額定功率PRT應選得比實際負載功率PL要小。
電動機的工作時間越短,其相對允許輸出功率越大。然而當工作時間小於某一限度時,雖然從發熱的角度看電動機還可以拖動更大的負載,但是電動機的最大轉矩可能低於實際的負載轉矩,此時過載能力就成為選擇電動機的主要依據。實際上,當電動機的工作時間tp<(0.3~0.4)Tw(Tw為電動機的發熱時間常數) 時,隻要過載能力和啟動能力能夠滿足要求,電動機的發熱情況都能滿足要求,即可以不考慮發熱問題。
對於短時工作方式,如果負載是變動的,可用前麵已介紹過的“等效法”,先計算出其等效功率(等效轉矩或等效電流),再按上述兩種方法選擇電動機。
(三)重複短時工作製電動機容量的選擇
這類工作製電動機的特點是:電動機的工作時間tp和停車(或空載)時間to時間相互交替,二者都很短。工作時間內電動機的溫升達不到穩定溫升,停車時間內溫升尚未下降到零時,下一個周期又已經開始。這樣每經過一個周期(tp+to),溫升便有所上升,經過若幹個周期後,電動機溫升將在一穩定的小範圍內波動。如橋式起重機、電梯、組合機床與自動生產線中的主傳動電動機等均屬此類。
重複短時工作製電動機的選擇可以選用重複短時工作製電動機,也可以選用長期工作製電動機。
1.選用重複短時工作製電動機
我國生產的專用重複短時工作製電動機的標準負載持續率εs規定為15%、25%、40%和60%四種,並以25%為額定負載持續率εsRT,同時規定一個周期的總時間不得超過10min。在不同的εs下,電動機有不同的額定功率。電動機的εs越大,即一周期內的工作時間越長,電動機所允許輸出的功率(即額定功率)越小。
選用重複短時工作製電動機的容量可按下述步驟進行:
(1)根據生產機械的負載圖算出電動機的實際負載持續率ε,如果算出的ε值與電動機的額定負載持續率εsRT(25%)相等,即可從產品目錄中查得額定功率PRT,使電動機的PRT等於或略大於生產機械所需功率P。
(2)如果實際負載持續率ε不等於εsRT,再根據εsRT從產品目錄中查得PRT,選取PRT等於或略大於Ps的電動機即可。
2.選用長期工作製電動機
若沒有合適的重複短時工作製電動機,也可選用長期工作製電動機,此時將εs視為100%,然後再按上述方法選擇電動機。
同樣,對於重複短時工作方式,如果負載是變動的,仍用已介紹過的“等效法”先算出其等效功率Peq(等效轉矩或等效電流),再按上述方法選取電動機。選好電動機容量後,還需進行過載能力的校驗。
此外,對於重複短時工作方式,如果實際負載持續率ε<10%,可按短時工作製選擇電動機;而當ε>70%時,則按長期工作製選擇電動機。
另外,以上介紹的各種電動機容量選擇方法均基於一些假設條件和一定工況下,在實際應用中可根據具體情況進行適當的修正。
三、電動機容量選擇的統計法和類比法
選擇電動機容量的方法除了上麵介紹的計算法,還有統計分析法和類比法。
我國機床製造廠對機床電動機容量的選擇,通常采用統計法。對於不同類型機床所需的主拖動電動機容量的統計分析經驗公式如下:
(1)車床P=36.5D1.54(kW),D為工件的最大直徑(m)。
(2)立式車床P=20D0.88(kW),D為工件的最大直徑(m)。
(3)搖臂鑽床P=0.0646D1.19(kW),D為最大的鑽孔直徑(mm)。
(4)臥式鏜床P=0.004D1.7(kW),D為鏜杆直徑(mm)。
(5)龍門銑床P=B1.15/166(kW),B為工作台寬度(mm)。
選出的電動機容量尚需進行機械過載能力的校驗。如果所選用電動機能夠產生的最大轉矩不小於負載的最大力矩,則所選的電動機即為合格。對於交流電動機,在校驗過載能力時,應考慮電網電壓波動的影響。
另外一種實用方法為類比法,它是對經過長期運行考驗的同類型生產機械的電動機容量進行調查研究,並對其主要參數和工作條件進行對比,從而確定新設計生產機械所需電動機的容量。
第三節電氣控製線路的設計
電氣控製線路的設計是在傳動形式及控製方案選擇的基礎上進行的,是傳動形式及控製方案的具體化。
電氣控製線路的設計所要遵循的具體原則是:
(1)應最大限度地滿足機械設備對電氣控製線路的要求因為控製線路是為整個設備和工藝過程服務的,所以在設計前應深入現場收集資料,進行必要的調查研究。
(2)在滿足生產要求的前提下,應力求使控製線路簡單、經濟。
(3)保證控製線路的安全、可靠。
(4)盡量便於操作和維修。
電氣控製線路的設計包括主回路設計和控製電路的設計,控製電路又分為經驗設計法和邏輯設計法。下麵分別進行介紹。
一、主回路設計
對於三相鼠籠式異步電動機,要考慮的主要問題是:根據工藝要求,如何選擇主回路電動機的啟動方式、正反轉控製及主回路的保護環節。在設計時應注意以下幾方麵的問題:
(1)確定電動機是全壓啟動還是降壓啟動全壓啟動必須要滿足電源電壓器容量足夠大,或用經驗公式來確定若條件滿足時,才能全壓啟動,反之必須采用降壓啟動。
(2)對於正反轉控製方式,應防止誤操作而引起的電源相間短路,必須在控製電路中考慮互鎖保護。
(3)必須注意主回路中的熔斷保護、過載保護及其它安全保護元件的選擇與設置。
(4)主回路與控製電路應保持嚴格的對應關係。
二、控製電路的經驗設計法
經驗設計法是根據生產工藝要求,憑借設計人員的實際經驗,將各種典型的基本控製環節加以合理綜合,並適當配置聯鎖和保護等環節,從而形成滿足控製要求的控製線路。
(一)經驗設計法的基本步驟
(1)收集分析現有國內外同類型設備的電氣控製電路,使控製係統滿足設計原則。
(2)根據設備對電氣控製電路的要求,首先設計各個獨立環節的控製電路,然後由各個控製環節之間的關係進一步擬定聯鎖控製電路及輔助電路的設計。一般的電氣控製電路設計包括主回路、控製電路和輔助電路等設計。
① 主回路設計主要考慮電動機的啟動、正反轉、製動、點動及多速電動機的調速等。
② 控製電路設計主要考慮如何滿足電動機的各種運轉功能及生產工藝要求,包括實現加工過程自動化或半自動化的控製等。
③ 輔助電路設計主要考慮如何完善整個控製電路的設計,包括短路、過載、超程、欠壓、聯鎖、光電測試、信號、照明等各種保護環節。
(3)合理選擇各種電器元件,符合人機關係,便於使用和維修。
(4)全麵檢查所設計的電路,在條件允許的情況下,進行模擬試驗,克服在工作過程中因誤操作而產生的事故因素,逐步完善整個電氣控製電路的設計。
(二)經驗設計法的基本特點
(1)由於此方法的設計過程是逐步完善的,所以一般不易獲得最佳設計方案。但該方法簡單易行,使用很廣。
(2)此方法需要反複修改草圖,因而可能會影響設計速度。
(3)此方法要求設計人員需要具有一定的設計經驗,否則在設計中會因考慮問題不全麵而影響電路的可靠性。
(4)此方法一般需要進行模擬試驗。
(三)用經驗設計法設計電路時應注意的問題
1.盡量減少控製電路中電器元件及觸點數量
在滿足功能要求的前提下,減少電器元件和觸點數量,不但可以簡化線路,而且可以減少發生故障的機會,從而提高可靠性。但是應注意合並後的觸頭容量是否夠用。
2.根據實際情況合理安排電器元件及觸點位置
設計控製線路時,各個電器元件之間的接線應合理布局,否則不但會造成導線的浪費,甚至還會影響線路工作的安全。啟動按鈕SB2和停止按鈕SB1安裝在操作台上,接觸器安裝在控製櫃中。需要4根由控製櫃引向操作台的連線;隻需要3根由控製櫃引向操作台的連線,這樣既可以減少一次引出線,又可以避免因按鈕連線相碰而造成的電源短路。在控製線路中,同一電器的不同觸點應盡可能具有更多的公共連接線。
3.盡量減少電器不必要的通電時間
控製線路正常工作時,長時間不工作的電器,應盡量減少其不必要的通電時間。這樣不僅可以節省電能,還可以延長電器元件的使用壽命。在電動機啟動後,接觸器KM1和時間繼電器KT雖然已經失去作用,但是仍保持通電,這顯然不合理。則在電動機啟動後可以及時切除KM1和KT線圈電源。
4.正確連接電器的線圈
不能將兩個交流電器的線圈串聯使用以達到讓它們同時動作的目的。這是因為每個線圈上所分配到的電壓與線圈阻抗成正比,不同電器的動靜鐵芯間的氣隙總會略有差異,所以不可能同時吸合。先吸合的電器,磁路先閉合,線圈阻抗顯著增加,該線圈兩端的電壓也相應增大,從而使尚未吸合的另一個電器的線圈電壓降低,甚至達不到額定電壓而無法吸合。此時,兩個線圈的等效阻抗減小,電路電流增大,時間長了有可能燒毀線圈。因此,當需要兩個電器同時動作時,其線圈應並聯連接。
但是對於直流電磁線圈,最好不要直接並聯連接,尤其是兩者電感量相差懸殊時。直流電磁鐵YA線圈與直流中間繼電器KA線圈並聯,當接觸器KM動合觸頭斷開時,繼電器KA很快釋放,但是由於電磁鐵YA線圈的電感量較大,產生的感應電勢加在KA上,使流經中間繼電器的感應電流有可能大於其工作電流而使KA重新吸合,導致誤動作。將電磁鐵線圈和繼電器線圈分別由接觸器KM的動合觸頭控製。
5.減少被控製的電器在接通時所經過的觸頭數
繼電器KA3線圈要經過KA、KA1、KA2三對動合觸頭相繼動作後才接通,如果其中一對觸頭接線不牢,都會造成KA3無法正常工作。每個繼電器線圈的接通都隻需經過一對觸頭,工作的可靠性大大提高了,而且在出現故障時也容易檢查。