2.2 电动机控制实用电路 |
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QX1-13M/4.5型可逆转换开关适用于交流电压为380V,容量为4.5kW以下的三相异步电动机作直接启动、停止及逆转控制,具有安装方便,功能齐全,成本低等优点,适用于操作正/反转工作不频繁的场所,尤其适用于升降机、电动起重机等场所的电气开关。但它所控制的电动机不具备任何保护装置,开关也不能自动复位,需手动操作。
图2-6 三相绕线式感应电动机转子回路串频敏变阻器的启动电路
QX1-13M/4.5型可逆转换开关的内部接线如图2-7(a)所示。它的内部有6个动触点,分成两组,L 1 、L 2 、L 3 分别接三相电源,D 1 、D 2 、D 3 分别接电动机。可逆开关的手柄有3个位置:当手柄处于“停止”位置时,如图2-7(b)所示(粗线部分),开关的两组动触片都不与静触片接触,所以电路不通,电动机不转;当手柄拨到“正转”位置时,如图2-7(c)所示(粗线部分),A、B、C、F触点闭合,电动机接通电源,正向运转;当电动机需反方向运转时,可把可逆转换开关手柄拨到“反转”位置上,如图2-7(d)所示(粗线部分),这时A、B、D、E触片接通,电动机换向反转。
图2-7 可逆转换开关电路
使用可逆转换开关需注意以下问题。
(1)可逆转换开关正常操作频率为200次/h,如果需提高操作频率,则应根据实际情况降低电动机容量使用。
(2)可逆转换开关一般为水平或垂直安装,也可以倾斜安装,其倾斜度不得大于30°,但不得倒装。
(3)可逆转换开关接线时,要按线路图连接,其连接线需用铜导线,截面积应不小于4mm 2 ,接线螺钉必须拧紧。
(4)可逆转换开关必须装接地线,接地线截面积不应小于4mm 2 ,要用多股铜导线连接在接地螺钉上。
(5)在接线前要用干燥软布将开关上绝缘件的灰尘除去,特别是相邻两线间距的灰尘一定要擦净。接线后,在切断电源的情况下,拨动手柄让其拨到正转或反转位置上,检查触点的接触是否良好时,只有接触良好,才能通电使用。
(6)可逆转换开关用6mm长螺钉穿过外壳底部四个孔在适当位置上加以固定。
(7)在操作可逆转换开关使电动机处于正转状态时,若需反转,则必须先将手柄拨至“停转”位置,然后再把手柄拨至“反转”位置。
(8)开关应串接3个合适的熔断器,以防因负载和开关短路造成事故。
图2-8所示是电动机限位控制电路。图中,1XWK和2XWK为限位开关,安装在预定的位置上。按下SB 1 ,接触器1KM线圈得电动作,电动机正转启动,运动部件向前运行,当运行到终端位置时,装在运动物体上的挡铁碰撞行程开关1XWK,使1XWK的常闭触点断开,接触器1KM线圈断电释放,电动机断电,运动部件停止运行。此时,即使再按SB 1 ,接触器1KM的线圈也不会得电,故保证了运动部件不会越过1XWK所在的位置。当按下SB 2 时,电动机反转,运动部件向后运动至挡铁碰撞行程开关2XWK时,运动部件停止运动。若中间需停车,则可按下停止按钮SB 3 。
在某些情况下,电动机在短暂停电又恢复供电时需快速自动启动。例如,在重要的需连续作业不能停转的场合,当电路断电后又自动投入了备用电源,这时要求电动机能马上自动再启动。
图2-9所示是电动机自动快速再启动电路。当启动电动机后,交流接触器KM闭合,中间继电器K和时间继电器K先后吸合。如果这时发生断电,则中间继电器K释放,时间继电器KT断电,延时断开触点。如果在延时继电器触点KT未断开期间又恢复供电,则交流接触器KM由时间继电器断开触点KT、中间继电器常闭触点K、按钮SB 2 及热继电器FR线路构成回路,使KM再次吸合,电动机立即再启动。
在正常停止时,按下停止按钮SB 2 的时间要超过KT的延时时间,这样电动机就会在按钮SB 2 松开时不再启动。
图2-8 电动机限位控制电路
图2-9 电动机自动快速再启动电路
图2-10所示为一种电动机间歇运行控制电路,可用于机床自动间歇润滑控制等。当合上电源开关QS及控制开关SA后,电动机并不马上启动,而要延时一段规定的时间。待1KT时间继电器动作后,电源接通KM接触器,电动机运转。同时接通2KT,经一段时间后,2KT动作,K得电吸合,断开1KT,使1KT常开触点断开,KM断电,电动机停转。此时,2KT也失电动作,断开K的线圈回路,K断电,从而又接通了1KT时间继电器电源,电动机运行一定时间后,自动停转至设定的时间,然后再启动。就这样周而复始地间歇运行下去。
图2-10 电动机间歇运行控制电路
图2-11所示为多台电动机同时启动控制电路。当按下启动按钮SB 1 时,接触器1KM、2KM、3KM同时吸合并自锁,因此3台电动机可同时启动。按下停止按钮SB 2 时,1KM、2KM和3KM都断电释放,3台电动机同时停转(主回路未画)。图中,SA 1 、SA 2 、SA 3 是双刀双掷钮子开关,作为选择控制元件。若拨动SA 1 ,则使其常开触点闭合,常闭触点断开,这时按下按钮SB 1 ,只能接通2KM、3KM。这样经SA 1 、SA 2 、SA 3 开关的选择可以按要求来控制一台或多台电动机的启停。
有些生产机械,要求工作台在一定距离内能自动循环移动,以便对工件进行连续加工。图2-12所示是工作台自动循环控制电路。按下SB 2 ,接触器1KM线圈得电动作,电动机启动正转,通过机械传动装置拖动工作台向左运动;当工作台上的挡铁碰撞行程开关1XWK(固定在床身上)时,其常闭触点1XWK -1 断开,接触器1KM线圈断电释放,电动机断电;与此同时,1XWK的常开触点1XWK -2 闭合,接触器2KM线圈得电动作并自锁,电动机反转,拖动工作台向右运动,行程开关1XWK复原。当工作台向右运行至一定位置时,挡铁碰撞行程开关2XWK使常闭触点2XWK -1 断开,接触器2KM线圈断电释放,电动机断电,同时2XWK -2 闭合接通1KM线圈电路,电动机又开始正转。这样往复循环直到工作完毕。按下停止按钮SB 1 ,电动机停转,工作台停止运动。
图2-11 多台电动机同时启动控制电路
图2-12 工作台自动循环控制电路
另外,还有两个行程开关3XWK、4XWK安装在工作台循环运动的方向上,它们处于工作台正常的循环行程之外,起终端保护作用,以防因1XWK、2XWK失效而造成事故。
用两个按钮控制一台电动机的启动和停止,需要三根导线来连接按钮。如果用一根导线能够实现远地控制电动机的启动和停止,则可节约大量的导线。图2-13所示是单线远程启停控制电路。本地控制按钮按一般常规控制线路连接,只是在本地停止按钮前串联两只灯泡。当启动电动机时,按下远程控制按钮SB 2 ,远地的KM相电源给交流接触器KM线圈供电,KM吸合,电动机启动运转,松开按钮SB 2 ,
图2-13 单线远程电动机启停控制电路
本地KM相电源通过两只灯泡继续给交流接触器KM供电。远地停止时,按下按钮SB 4 ,KM线圈两端都为B电源,同相时,KM释放,电动机停止运行。
在正常运行时,KM线圈与两只220V的灯泡串联,灯泡功率可根据接触器的规格型号来确定。经过实验:CJ10-40型的交流接触器可用功率分别为60W的两只灯泡串联,即能使40A的交流接触器可靠吸合。如果是大于40A的交流接触器,则应适当增大灯泡功率。在正常工作时,两只灯泡不亮,在远地按下SB 4 停止按钮时,灯泡会瞬间闪亮一下,这也可作为停止指示灯。
此电路应接在同一个三相四线制电力系统中。接线时要注意电源相序。
低压电源远控开关电路如图2-14所示。对图2-14(a)所示电路,合上开关QS与控制开关SA,变压器T得电,为时间继电器KT提供电源。晶闸管VS 1 、VS 2 的控制极通过交流接触器KM的两个常闭触点和电动机M的定子绕组而相互连接,使VS 1 、VS 2 导通,KT得电吸合,其延时常开触点KT 1-2 闭合,使KM得电吸合。KM动作后,其主触点闭合,使电动机M投入运行;同时,其常闭触点断开,防止380V电压串入VS 1 、VS 2 控制极而将其烧坏。M接通后,也使电流继电器在KA得电吸合,其常闭触点闭合,保证VS 1 、VS 2 继续导通。
当需要停机时,只要拉开SA,KA马上释放,KT失电。经一定时间后,KT延时断开的常开触点KT 1-2 断开,使KM失电释放。KM释放后,其两个常闭触点闭合,为下次开机做好准备。
对图2-14(b)所示的电路,合上开关QS,变压器T得电,为时间继电器KT、接触器KM、灵敏继电器K吸合提供了电源。
合上控制开关SA,晶闸管VS 1 、VS 2 控制极通过电动机M的定子绕组、KM的两个常闭触点而导通,使K得电吸合。K吸合后,KT、KM相继得电吸合,电动机M运转。M运转后,电流继电器KA吸合,其触点KA 1-2 吸合,保证KT、KM得电与M的正常运转。KM吸合后,其常闭触点还将VS 1 、VS 2 控制极断开,从而防止了380V电压串入VS 1 、VS 2 控制极而将其烧毁。同时K失电释放。停机时,原理与图2-14(a)相同。
图2-14 低压电源远控开关电路
该电路特点如下。
(1)KA可采用带过流保护的漏电开关,这样对临时线路和移动使用的电器来说更加安全。
(2)采用了晶闸管作通断信号元件,由于电流极小,不受电动机阻抗影响,只要选择合适的电流继电器就能适用于大小不同的电动机和手持电动工具。
电动机远动控制电路如图2-15所示。由于启动、停止及指示部分的电源为直流,电缆的分布电容、电感对其无影响,只需考虑导体的电阻,这对远距离控制尤为重要。
(1)电路的初始状态。电路在初始状态时各继电器均失电。虽然1K的右端通过3K的辅助常闭触点3K 1-2 接N线,左端通过VD 3 、R 2 、3K的常闭辅助触点3K 3-4 、VD 1 、R 1 接电源,但由于VD 1 、VD 3 为反向接法,电流无法通过,因此1K不动作。电源的正向只能通过L、QS、FU、R 1 、VD 1 、3K的常闭触点3K 3-4 、R 2 、VD 5 、HG 2 、3K的常闭触点3K 5-6 、电容C 2 、N形成回路,HG 2 亮。HR 2 却由于VD 6 为反向接法,电流无法通过而处于熄灭状态。表示设备处于停止状态(HG 3 、HR 3 同理)。
(2)电路的启动状态。按下SB 6 ,电源反向通过L、QS、FU、R 1 、VD 2 、3K的常闭触点3K 5-6 、SB 5 的常闭触点、SB 6 的常开触点(已闭合)、VD 5 、VD 3 、1K的线圈和3K的常闭触点3K 1-2 至N线,形成回路,使1K得电吸合,1K的常开触点1K 1-2 闭合,使1KM得电吸合并自锁。同时1KM的触点1KM 3-4 闭合,使3K得电吸合。3K得电后,其所有触点的工作状态均变换。这时就是一直接着SB 6 ,1K也由于3K的常闭触点3K 1-2 的断开而失电,即1K只是瞬间吸合一次,完成启动使命。由于3K接点工作状态的转换,电源的正向通过L、QS、FU、R 1 、VD 1 、3K的常开触点3K 7-8 (已闭合)、HR 2 、VD 6 、R 2 、3K的常开触点3K 9-10 (已闭合)、电容C 2 至N形成回路,HR 2 亮。HG 2 由于VD 5 的反向导电作用而熄灭,表示设备处于工作状态(HG 3 、HR 3 同理)。
(3)电路停止状态。若仅有一处远动控制点,则2K的触点2K 1-2 可去掉。当按下SB 5 时,电源的正向通过L、QS、FU、R 1 、VD 1 、3K的常开触点3K 7-8 (已闭合)、SB 5 的常开触点(已闭合)、SB 6 的常闭触点、VD 6 、VD 4 、2K的线圈、3K的常开触点3K 11-12 (已闭合)至N线,形成回路,使2K得电吸合,其触点2K 3-4 断开;同时使1K失电释放,其触点1K 3-4 断开;3K失电释放,3K所有触点的工作状态转换,2K失电释放,电路回到初始状态,为下一次启动做好准备。
(4)同时按下启动、停止按钮时的电路状态。从图2-15中可以看出,在同一点若同时按下启动和停止按钮,则电路不动作,只有分别按动按钮时,电路才动作,但当远动控制点多于“1”处时,则2K的触点2K 1-2 触点必不可少。如甲按下SB 6 启动设备并未抬起手时,乙随后按下SB 3 ,则相当于M、N接点间短路,会造成1K和2K轮流得电与失电,电路进入振荡状态。1KM主触点的振荡是绝对不允许的,轻则烧坏触点,重则损坏电器设备,应避免。有了触点2K 1-2 则不会出现上述现象。当甲按下SB 6 启动设备时,乙随后按动SB 3 ,此时2K得电。2K的常闭触点2K 3-4 断开使1KM失电的同时2K的常开触点2K 1-2 闭合,使3K继续保持得电状态,设备保持在停止工作状态。这时M、N接点间被短路,因此红绿指示灯均不亮(不包括HR 1 、HG 1 ,它们只有在按动停止按钮时才有此现象)。这是该电路的一点不足,但只要放开停止按钮,灯即刻亮。
上述电路在整个工作过程中,充分地利用了二极管的单向导电特性,使电路达到了所需的要求。只要在M、N接点间并联上虚线框内的相应元件就可扩充控制点,十分方便。
在装有多台电动机的生产机械上,因各电动机所起的作用不同,有时必须按一定的顺序启动,方能保证工作的安全。例如,在车床的主轴工作之前必须先启动油泵电动机,使润滑系统得到足够的润滑油以后,方能启动主轴电动机。
图2-16所示是两台电动机联锁控制电路。1M为油泵电动机,2M为主轴电动机。当按下启动按钮SB 1 时,线圈1KM通电,主触点及自锁触点1KM闭合,电动机1M启动。当1M启动后2M才可启动。
图2-15 电动机远动控制电路
图2-16 两台电动机联锁控制电路
如果在1M启动以前误按下按钮SB 2 ,则2M也不能启动。
一控十电动机启动电路由一组可逆运转的启动电路和十选一的选控电路组成,其主电路、控制电路分别如图2-17(a)和(b)所示。启动电路用于启动电动机运转及控制其转向;选控电路的任务是选择所需要启动的电动机。该电路适用于只允许电动机单台运行的场合。
图2-17 一控十电动机启动电路
在图2-17中,QS为电源开关,同时也是电动机的过载和短路保护元件;1KM和2KM分别为电动机正、反转启动执行元件;1KM~10KM为选择启动对象的执行元件。如选择启动电动机1M,首先按下选择按钮1SB,选择回路L 1 →开关QS→FU→KA的常闭触点→1SB(已闭合)→1KM线圈→KA线圈→N接通,选控电路将发生以下变化:
(1)接触器1KM得电吸合,其主触点闭合,使电动机1M接通电源电路。
(2)1KM的常开辅助触点11KM- 2 闭合,保持回路L 1 →开关QS→FU→SB→1KM常开触点1KM 1-2 (已闭合)→1KM线圈→KA线圈→N接通,使1KM自锁。
(3)指示灯1HL点亮,表示1M已接入启动电路。
(4)电流闭锁继电器KA得电,其常闭触点KA断开,切断选择回路的电源并保持闭锁,保证每次操作只能选择和启动一台电动机。
(5)指示灯HL熄灭,表示选择操作结束。此时,可操作控制开关SA使1M启动。当SA的把手左旋45°时,触点SA 1-3 闭合,接触器1KM得电,其主触点接通正相序电源,1M得电正转,一号闸门开始“开启”,当SA把手右旋45°时,触点SA 2-4 闭合,接触器2KM得电,其主触点接通反相序电源,1M得电反转,一号闸门开始“关闭”。当闸门启闭到预定的位置时,应立即操作SA使1M停转,并及时按下复位按钮SB,使保持回路断开,选控电路又恢复到起始状态。
为防止接触器主触点粘连后引起事故,除了在1KM、2KM的线圈回路中分别串入2KM、1KM常闭辅助触点外,同时还在1KM、2KM衔铁上安装了机械闭锁机构。通过采取电气、机械双重闭锁及在操作程序中规定必须由1KM和2KM接通和切断负荷电流等措施,可有效避免发生事故。
在通用油压系统中,一般采用两台压油泵为一组,一台启动、另一台备用的工作方式。为了防止设备老化,提高设备的运行寿命,运行人员每周需手动切换一次运行方式。采用如图2-18所示的电子自动轮流启动控制电路,除具有自动、手动双泵同时启动及任意一台油泵启动运行功能外,还具有压力不正常时的报警功能。该电路的工作电源由交流220V经电容C 1 减压、电阻R 12 限流降至12V左右,再经二极管VD 1 整流、C 2 滤波及稳压管VZ稳压后供给。
图2-18 电子自动轮流启动控制电路
当供油压力降低时,压力继电器1KP的触点闭合,触发晶闸管VS 3 并使其导通,三极管VT 1 也导通,时基集成电路N 1 (NE555)的②、⑥脚都变为低电平,③脚输出呈高电平,经R 5 限流后使VT 2 导通,为VT 3 、VT 4 提供了工作电源。同时,N 1 的③脚输出信号经R 3 限流后,向双D触发器D(C043)的④脚输入一脉冲,使D的⑨脚输出呈高电位,VT 4 导通,双向晶闸管VS 2 导通,电磁启动器SM 2 励磁,2号压油泵(图中未画出)开始工作。随着供油压力的升高,1KP的触点断开,但流过VS 3 的电流不过零是不会关断的,一直保持到压力继电器2KP接通为止。压力达到额定值,2KP的触点接通,使流过VS 3 的电流为零而自行关断,VT 1 截止,N 1 的②、⑥脚变为高电位,③脚变为低电位,VT 2 截止,停止向VT 4 供电,VS 2 因失去控制信号而关断,2号压油泵即停止运行,完成一个启停工作周期。
当下一次启动信号触发时,由于D的另一半电路组成计数输入式双稳态触发器,使D的⑨脚输出呈低电位,VT 2 、VT 3 导通,双向晶闸管VS 1 导通,SM 1 励磁,1号压油泵(图中未画出)工作。停泵时的工作原理同2号油压泵相同。这样周而复始,从而两台泵实现了自动轮流启动运行工作。
为了满足试验及特殊运行方式的需要,增设了手动启动、停止回路。将选择开关SA 2 置于“M”位置,SA 3 置于1、2及(1-2)号位置就可实现手动启停任意一台油泵及同时两台油泵的运行工作方式。若SA 2 置于“A”位置,SA 3 置于任意位置,则只能自动启停。
若出现压力过高(即压力继电器4KP接通)或过低(即3KP接通)时,则通过VS 4 、VT 5 、N 2 使K得电工作,并发出报警信号(图中只画出引出触点)。按下按钮SB就可以解除报警。
大功率用电设备有很多是需要冷却水降温的,而且冷却水回收后要再循环使用。当需要降温的设备台数较多时,可以只安装一台共用冷却水泵供给多台设备用水。如果将各设备操作点的启动按钮并接、停止按钮串接,则当任一操作点按“停止”按钮时或有故障时,将导致全系统的冷却水泵停止工作,使其他设备的供水中断。采用“一机多地”控制方式,则每个操作点既可以单独开泵、停泵,而且其中任何一点正在用水时,又能防止由于其他点关泵而断了冷却水。
一机多地控制电路如图2-19所示。主回路总控制部分安装在水泵房,其上设有检修试验用的启停按钮。1#控制点、2#控制点……是各使用点所装结构相同的控制板。总控制部分与各控制点之间仅用3根公用控制线连接,当需要增加冷却设备时,只需将公用线延伸至该点的控制板上,无须更改其他点的接线。总开关QS平时在合闸位置。
当1#控制点需要启动水泵时,可先合上本点控制开关SA 1 ,然后按启动按钮SB 11 ,则中间继电器1KA得电吸合并自锁,其触点1KA 3-4 接通,使接触器KM得电吸合,水泵电动机M启动,1KA 5-6 接通,使进水阀YV 1 打开,为设备供水。红色信号灯HL 1 亮,表示该点已投入工作状态,绿灯HL 3 亮,表示水泵电源已接通。而1KA的常开触点1KA 3-4 闭合,使KM锁住,以防止其他控制点关泵而使KM失电释放。
当2#控制点也要用水时,则合上开关SA 2 后灯HL 4 亮,表示水泵已被别人启动。这时,只要按SB 21 ,继电器2KA得电吸合并自锁,其触点2KA 5-6 闭合,使水阀YV 2 开阀供水,同时使2KA的常开触点2KA 3-4 闭合使KM锁住,以防其他控制点关泵造成KM失电。假如1#控制点不用水时,只要按自己的停止按钮SB 12 ,断开SA 1 ,1KA失电释放,则1#控制点的灯熄、阀关、水停。在断开SA 1 前,若HL 3 未熄灭,表示别处尚在用水。这时,由于2#控制点的2KA 3-4 仍处于接通状态,因此1#控制点关掉后并不切断2#控制点的供水。这就实现了每个控制点都可以单独开泵、停泵,而当多台设备都正在用水时,每个控制点都能防止别的控制点关泵,形成“自锁”,只有最后一个控制点关掉时,循环水泵才会停止。
为检修方便,水泵房装有总控制部分。接触器KM线圈通过中间继电器0KA的常开触点控制而不用KM的常开触点自锁,否则各控制点使KM吸合后无法关泵。
图2-19 带“自锁”功能的一机多地控制电路
如图2-20所示为电动机负载力矩控制电路,是用在电动螺丝刀、自动机床的电动轧盘等专用自动化设备上的控制电路。当电动机的负载力矩达到规定值(螺钉被拧紧或轧盘将工件夹紧)时,控制电路即自动切断电动机电源。
按下按钮SB 1 ,接触器KM得电吸合并自锁,其主触点闭合,电动机M转动,电流I 1 在电流互感器TA副边产生电流I Ⅱ ,经桥式整流后得到直流电流I 1 。随着电动机负载力的增大,I 1 增大,I 3 也增大,I 3 在R 3 上的电压U 3 也相应增加。当电动机负荷达到规定值时,U 3 大于所设的基准电压,U 0 比较器N的输出变为高电平,使VT 3 导通,继电器K得电吸合,其常闭触点断开,切断控制电路电源,而使KM失电释放,其主触点断开,电动机停转。通过调节U 0 的大小就可调节电动机的最大负载力矩。
由于电动机的启动电流很大,在启动瞬间会引起误动作,为此设置了VT 1 启动电流吸收电路。在启动瞬间,VZ 1 被击穿,U 2 被限制在VZ 1 的击穿电压以内,I 2 的一部分被VZ 1 吸收;同时,C 3 的充电电流使VT 1 导通,U 3 ≈0,在启动阶段U 3 <U 0 ,这样就防止了电动机的误动作。启动完毕后VT 1 截止。
图2-20 电动机负载力矩控制电路
为了得到较高的控制精度,要求取样电压U 3 随负载变化的灵敏度要高,为此设置了VT 2 空载吸收电路。
在电动机的事故联锁报警电路中,当某台电动机发生故障或过载时,控制电路应使其工艺流程的前路设备停止继续运行,并进行事故报警,控制电路如图2-21所示。
当电动机M 2 堵塞或过载时,引起热继电器FU 2 跳闸,其常闭触点断开,使接触器2KM失电释放,电动机M 2 停转,接触器3KM~NKM相继失电释放,电动机M 3 、M 4 …M n 先后停转。同时FU 2 的常开触点接通,经接触器2KM的常闭触点闭合,使电流继电器2KA得电吸合并自锁,2KA常开触点闭合,信号继电器线圈KS得电吸合,其常开触点闭合,使故障指示灯HL、电铃HA得电发出声响故障信号,指示出电动机M 2 出现故障。当热继电器FU 2 自动复位时,由于2KA自锁,仍然发出事故闪亮指示及事故报警信号。待现场排除故障后,按一下信号复位按钮SB 2 即可解除声光事故报警信号。
图2-21 电动机事故联锁及报警电路