董孔慶

(浙江外國語學院理工學院,浙江杭州 310012)

多臺三相電機協(xié)同繼電控制電路設計與優(yōu)化

董孔慶

(浙江外國語學院理工學院,浙江杭州 310012)

根據三相電機自制簡易加工機器實例,采用單鍵控制的自動化操作,對三臺三相電機協(xié)同繼電控制整體電路和故障提示電路進行了優(yōu)化設計,加快了機械加工的生產進度,提高了機械加工的穩(wěn)定性和成品率.

三相電機;協(xié)同;繼電控制;電路設計

在江浙地區(qū)的小型機械加工企業(yè),經常因機械構件加工而需要自制簡易加工機器.絕大部分加工機器采用以單臺電機的人工目測控制和多工序的手工控制,這種加工方式受到工人的操作經驗和體力的制約,加工的精度和成品率較低,制約了小型機械加工企業(yè)的發(fā)展.

用多臺三相電機協(xié)同控制代替復雜的工序流程人工操作一般有兩種方法:可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱 PLC)改進和多電機繼電協(xié)同控制改進.雖然 PLC在多電機數字化控制方面有其獨到的優(yōu)勢和運用潛力,但由于 PLC改進需要專門的開發(fā)人員,這對于小型加工企業(yè)來說,存在開發(fā)成本高、維修難、安裝調試復雜等問題,難于普遍使用.因此,采用多電機協(xié)同繼電控制改進較為適合.

1 設計任務

現(xiàn)有一自制加工機器用來加工打包機的零部件——打包帶圓盤,其作用是將待加工的鐵片圓盤邊緣卷曲成光滑圓邊.圖 1為機器的加工流程示意圖.

圖 1 加工流程示意圖

加工工序如下:將待加工的鐵皮圓盤固定在機器部件 a上;啟動機器,使機器部件 a及固定在其之上的鐵皮圓盤轉動;使機器部件 b移動,抵壓轉動的鐵皮圓盤使其向上卷曲;當卷曲一定的值以后,使機器部件 c以卷曲的邊緣,使其向下卷曲;卷曲完畢后,使機器部件 b,c回到原來的位置;將三相電機停轉;取下已加工完畢的鐵片圓盤.

本設計任務是將這三個機器部件 a,b,c的機械運動采用三臺三相電機A,B,C協(xié)同繼電控制,采取單鍵控制自動化操作,保證機械加工的穩(wěn)定性和成品率,加快了機械加工的生產進度.

2 單個三相電機操控設計

對于機械部件 a的機械運動為普通轉動,只要一臺三相電機繼電控制即可.另兩個機器部件 b,c的機械運動為往返運動,從電工角度來看,只需引進三相電機正反轉,將三相電機B,C與運動的機器部件 b,c相結合就能實現(xiàn)動力操控,如圖 2所示.而與普通三相電機正反轉按鈕互鎖電路圖不同的是采用行程開關替代復位按鈕 (圖中YB1,YB2為行程開關,SB為按鈕),以機械碰撞實現(xiàn)兩個開關的開閉狀態(tài)的改變[1].

按動 SB按鈕,三相電機起動,機械部件向前運動,開始加工.機械部件向前運動碰觸行程開關 YB1,使 YB1的常開開關處于閉合狀態(tài),常閉開關處于斷開狀態(tài),三相電機反轉,機械部件就會離開 YB1.當機械部件返程運動碰觸行程開關 YB2時,三相電機停轉[2].在 YB2上并聯(lián)一個 K M2常閉開關.當三相電機停轉時,YB2常閉開關處于斷開狀態(tài),而 K M2的常閉開關處于閉合狀態(tài),主電路處于閉合狀態(tài);而當三相電機反轉時,K M2常閉開關處于斷開狀態(tài),YB2常閉開關處于閉合狀態(tài),此時機械部件碰觸 YB2則整個控制電路被切斷,三相電機停止運轉.

圖 2 三相電機正反轉互鎖改進圖

3 3臺三相電機協(xié)同整體電路優(yōu)化設計

整體電路不是簡單的 3臺三相電機的繼電控制的相加,而是從功能出發(fā)將 3臺三相電機協(xié)同繼電控制.

3.1 各行程開關與機器部件的工序進程

圖 3 三個三相電機功能整合電路

從圖 1加工流程上來看 3臺三相電機的運行次序應該是:A→AB→ABC→AB→A.對 3臺三相電機進行功能整合,如圖 3所示.以 SB1和 SB2復位按鈕控制三相電機 A的開和停;以SB3復位按鈕控制三相電機B的開啟,當附有三相電機B的機器部件 b碰觸 (或者遠離)行程開關 YB4時,則帶動三相電機 C運轉 (或者停轉);而行程開關 YB1,YB3分別控制三相電機B,C的反轉;行程開關 YB2控制三相電機B的停轉.從而構成一個對 3臺三相電機的半自動控制.各行程開關、三相電機和機器部件的大致位置示意圖及其在工序中的變化如圖 4所示.

圖 4 各行程開關、三相電機和機器部件的大致位置示意圖及其在工序中的變化示意圖

僅從功能出發(fā)設計存在許多問題:(1)操作復雜,易出錯,在三相電機 A沒有啟動的情況下,三相電機B可以啟動,這樣會使在加工的鐵皮圓盤損壞;(2)保護措施只對三相電機起保護作用,未對在加工的鐵皮保護,在三相電機運轉的情況下,當任意一個三相電機中途停轉時,在加工的鐵皮將損壞;(3)電路較復雜,成本較高.因此,應該考慮三相電機協(xié)同繼電控制.

3.2 3臺三相電機協(xié)同繼電控制

在機械加工運轉過程中,3臺三相電機應相互關聯(lián),當某一臺三相電機不能正常運轉時,其他三相電機也不能運轉.從機器運轉情況來看,三相電機 C跟隨三相電機B運轉,即三相電機B反轉時,三相電機 C同時反轉,只是在正轉和停轉時與三相電機B存在一個時間差,那么只需兩個交流接觸器控制兩臺三相電機的正反轉,再在三相電機 C上再加一個交流接觸器,以這個交流接觸器實現(xiàn)三相電機控制的時間差,以達到效果.

從圖 1加工流程上來看 3臺三相電機的運行次序:A→AB→ABC→AB→A.但是,從功能設計要求角度看,3臺三相電機的運行次序若為:AB→ABC→AB,與前者實現(xiàn)的效果是一樣的.那么設計上,只要有個復位按鈕來實現(xiàn)三相電機A,B同時運轉,而運用一個行程開關來實現(xiàn)這兩臺三相電機的同時停轉,這樣就在操作上簡化很多,也不會出現(xiàn)按鈕操作出錯的可能性.

整個電路人工操作就一個復位按鈕SB.3臺三相電機的優(yōu)先級關系為:A,B,C.當各三相電機在工作時出故障,熱繼電器行使保護功能時,都會使交流接觸器 K MA的線圈電路斷開,使該交流接觸器的主觸頭斷開,繼而使整個電路處在斷路狀態(tài),機器處在緊急停止狀態(tài),繼而保護在加工的部件.圖 5為整體協(xié)同繼電控制電路圖.

由圖5可知,按下復位按鈕 SB,三相電機A,B同時運轉,機械部件 b前進;當機械部件 b碰壓行程開關 YB2三相電機 C運轉,由于機械部件 b一直抵壓行程開關YB2,所以三相電機 C一直運轉,從而帶動機械部件 c前進;當機械部件 b碰觸行程開關 YB1時,三相電機B,C同時反轉,機械部件 b,c同時退出;當機械部件 b退到不能抵壓行程開關 Y B2時,三相電機C停轉;當機械部接 b退到碰觸行程開關 Y B3時,三相電機A,B同時停轉.

圖 5 3臺三相電機協(xié)同繼電控制電路圖

4 故障提示優(yōu)化電路

盡管圖 5中電路對多電機協(xié)同繼電控制過程進行了優(yōu)化設計,但是卻給故障排除帶來了麻煩.首先,由于多個故障都會引起機器的緊急停止,那么對于故障查找?guī)砗艽舐闊?(1)三相電缺相會引起熱繼電器斷路,使機器運轉緊急停轉;(2)三相電機電流過大或者三相電機過熱都會引起熱繼電器斷路,同樣使機器緊急停轉;(3)交流接觸器觸頭接觸不良或者交流接觸器漏電,也都會使機器緊急停轉.另外,3臺熱繼電器任意一個或者兩個或者全部出現(xiàn)跳閘都會引起機器的緊急停止.那么,查找故障必定消耗大量時間,不利于生產正常進行.其次,就是行程開關 YB1的故障.當使用的行程開關的壽命到達臨界點時,會出現(xiàn)行程開關常閉開關開啟時,常開開關沒有閉合的情況,使三相電機B,C出現(xiàn)停轉的現(xiàn)象.此時若去手動撥動行程開關會帶來危險.再者,還有其他一些問題.比如,在機器運行時,需要一個急停按鈕停止機器運轉來處理緊急情況.由于自制加工儀器都是以生鐵為架構,所以對于三相電需要有漏電保護措施.

因此,對于上圖電路還要加入故障提示電路,反轉修正電路,緊急停轉電路和漏電保護電路.從故障提示電路來看,由于機器是在車間工作,噪音較大,故采用燈光提示,以三相三色指示燈為提示.整體電路如圖 6所示.

圖 6 3臺三相電機協(xié)同繼電控制優(yōu)化電路圖

L1作用是提示輸入主電路的三相電是否存在缺相;L2作用是提示三個熱繼電器是否跳閘;L3,L4,L5作用是提示其相應的交流接觸器的主觸頭是否有異常;SB2是作為整個電路的緊急斷路按鈕;SB3則是用來修正三相電機 B,C不能正常反轉;在這個輸入電路中加入漏電保護空氣開關以實現(xiàn)對這個電路過流和漏電的保護.

5 結 論

對于小型機械加工企業(yè)實際生產來說,采用多臺三相電機協(xié)同繼電控制電路改進加工機器,無論是從電路的安裝上,還是在維修上更為方便,是最為有效的改進方法.在實際改進機器設備時,一定要考慮機器運作的環(huán)境、使用安全和后期維修等問題,使設計的電路能真正實現(xiàn)提高機器的生產效率.

[1]劉法治,馬孝琴,田澤正.新編電工實用電路集萃[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009:83-85.

[2]伍愛蓮,李皓瑜.電工技術[M].武漢:華中科技大學出版社,2009:166-171.

[3]王成元,夏加寬,楊俊友,等.電機現(xiàn)代控制技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:96-98.

[4]金續(xù)曾.三相異步電動機使用與維修[M].北京:中國電力出版社,2003:54-55.

Design and Optim ization of Relay Cooperative Control Circuit forMultiple Three-phaseM otors

DONG Kongqing
(Department of Science and Technology,Zhejiang International StudiesUniversity,Hangzhou 310012,China)

It is a simplified machining sample based on three-phase motor,utilizing single key auto control.It provides optimizations for two circuits—3 three-phase motors based cooperative relay control overall circuit and circuit for fault indication. It speeds up the progress of the mechanical process of production and improvesmechanical process stability and yield.

three-phase motor;cooperative control;relay control;circuit design

TP273

A

1671-6574(2010)04-0108-05

2010-06-04

董孔慶(1984-),浙江樂清人,浙江外國語學院理工學院實驗中心助理實驗師,杭州電子科技大學電子信息學院電子與通信工程專業(yè) 2008級在職碩士研究生.