董孔庆

(浙江外国语学院理工学院,浙江杭州 310012)

多台三相电机协同继电控制电路设计与优化

董孔庆

(浙江外国语学院理工学院,浙江杭州 310012)

根据三相电机自制简易加工机器实例,采用单键控制的自动化操作,对三台三相电机协同继电控制整体电路和故障提示电路进行了优化设计,加快了机械加工的生产进度,提高了机械加工的稳定性和成品率.

三相电机;协同;继电控制;电路设计

在江浙地区的小型机械加工企业,经常因机械构件加工而需要自制简易加工机器.绝大部分加工机器采用以单台电机的人工目测控制和多工序的手工控制,这种加工方式受到工人的操作经验和体力的制约,加工的精度和成品率较低,制约了小型机械加工企业的发展.

用多台三相电机协同控制代替复杂的工序流程人工操作一般有两种方法:可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称 PLC)改进和多电机继电协同控制改进.虽然 PLC在多电机数字化控制方面有其独到的优势和运用潜力,但由于 PLC改进需要专门的开发人员,这对于小型加工企业来说,存在开发成本高、维修难、安装调试复杂等问题,难于普遍使用.因此,采用多电机协同继电控制改进较为适合.

1 设计任务

现有一自制加工机器用来加工打包机的零部件——打包带圆盘,其作用是将待加工的铁片圆盘边缘卷曲成光滑圆边.图 1为机器的加工流程示意图.

图 1 加工流程示意图

加工工序如下:将待加工的铁皮圆盘固定在机器部件 a上;启动机器,使机器部件 a及固定在其之上的铁皮圆盘转动;使机器部件 b移动,抵压转动的铁皮圆盘使其向上卷曲;当卷曲一定的值以后,使机器部件 c以卷曲的边缘,使其向下卷曲;卷曲完毕后,使机器部件 b,c回到原来的位置;将三相电机停转;取下已加工完毕的铁片圆盘.

本设计任务是将这三个机器部件 a,b,c的机械运动采用三台三相电机A,B,C协同继电控制,采取单键控制自动化操作,保证机械加工的稳定性和成品率,加快了机械加工的生产进度.

2 单个三相电机操控设计

对于机械部件 a的机械运动为普通转动,只要一台三相电机继电控制即可.另两个机器部件 b,c的机械运动为往返运动,从电工角度来看,只需引进三相电机正反转,将三相电机B,C与运动的机器部件 b,c相结合就能实现动力操控,如图 2所示.而与普通三相电机正反转按钮互锁电路图不同的是采用行程开关替代复位按钮 (图中YB1,YB2为行程开关,SB为按钮),以机械碰撞实现两个开关的开闭状态的改变[1].

按动 SB按钮,三相电机起动,机械部件向前运动,开始加工.机械部件向前运动碰触行程开关 YB1,使 YB1的常开开关处于闭合状态,常闭开关处于断开状态,三相电机反转,机械部件就会离开 YB1.当机械部件返程运动碰触行程开关 YB2时,三相电机停转[2].在 YB2上并联一个 K M2常闭开关.当三相电机停转时,YB2常闭开关处于断开状态,而 K M2的常闭开关处于闭合状态,主电路处于闭合状态;而当三相电机反转时,K M2常闭开关处于断开状态,YB2常闭开关处于闭合状态,此时机械部件碰触 YB2则整个控制电路被切断,三相电机停止运转.

图 2 三相电机正反转互锁改进图

3 3台三相电机协同整体电路优化设计

整体电路不是简单的 3台三相电机的继电控制的相加,而是从功能出发将 3台三相电机协同继电控制.

3.1 各行程开关与机器部件的工序进程

图 3 三个三相电机功能整合电路

从图 1加工流程上来看 3台三相电机的运行次序应该是:A→AB→ABC→AB→A.对 3台三相电机进行功能整合,如图 3所示.以 SB1和 SB2复位按钮控制三相电机 A的开和停;以SB3复位按钮控制三相电机B的开启,当附有三相电机B的机器部件 b碰触 (或者远离)行程开关 YB4时,则带动三相电机 C运转 (或者停转);而行程开关 YB1,YB3分别控制三相电机B,C的反转;行程开关 YB2控制三相电机B的停转.从而构成一个对 3台三相电机的半自动控制.各行程开关、三相电机和机器部件的大致位置示意图及其在工序中的变化如图 4所示.

图 4 各行程开关、三相电机和机器部件的大致位置示意图及其在工序中的变化示意图

仅从功能出发设计存在许多问题:(1)操作复杂,易出错,在三相电机 A没有启动的情况下,三相电机B可以启动,这样会使在加工的铁皮圆盘损坏;(2)保护措施只对三相电机起保护作用,未对在加工的铁皮保护,在三相电机运转的情况下,当任意一个三相电机中途停转时,在加工的铁皮将损坏;(3)电路较复杂,成本较高.因此,应该考虑三相电机协同继电控制.

3.2 3台三相电机协同继电控制

在机械加工运转过程中,3台三相电机应相互关联,当某一台三相电机不能正常运转时,其他三相电机也不能运转.从机器运转情况来看,三相电机 C跟随三相电机B运转,即三相电机B反转时,三相电机 C同时反转,只是在正转和停转时与三相电机B存在一个时间差,那么只需两个交流接触器控制两台三相电机的正反转,再在三相电机 C上再加一个交流接触器,以这个交流接触器实现三相电机控制的时间差,以达到效果.

从图 1加工流程上来看 3台三相电机的运行次序:A→AB→ABC→AB→A.但是,从功能设计要求角度看,3台三相电机的运行次序若为:AB→ABC→AB,与前者实现的效果是一样的.那么设计上,只要有个复位按钮来实现三相电机A,B同时运转,而运用一个行程开关来实现这两台三相电机的同时停转,这样就在操作上简化很多,也不会出现按钮操作出错的可能性.

整个电路人工操作就一个复位按钮SB.3台三相电机的优先级关系为:A,B,C.当各三相电机在工作时出故障,热继电器行使保护功能时,都会使交流接触器 K MA的线圈电路断开,使该交流接触器的主触头断开,继而使整个电路处在断路状态,机器处在紧急停止状态,继而保护在加工的部件.图 5为整体协同继电控制电路图.

由图5可知,按下复位按钮 SB,三相电机A,B同时运转,机械部件 b前进;当机械部件 b碰压行程开关 YB2三相电机 C运转,由于机械部件 b一直抵压行程开关YB2,所以三相电机 C一直运转,从而带动机械部件 c前进;当机械部件 b碰触行程开关 YB1时,三相电机B,C同时反转,机械部件 b,c同时退出;当机械部件 b退到不能抵压行程开关 Y B2时,三相电机C停转;当机械部接 b退到碰触行程开关 Y B3时,三相电机A,B同时停转.

图 5 3台三相电机协同继电控制电路图

4 故障提示优化电路

尽管图 5中电路对多电机协同继电控制过程进行了优化设计,但是却给故障排除带来了麻烦.首先,由于多个故障都会引起机器的紧急停止,那么对于故障查找带来很大麻烦.(1)三相电缺相会引起热继电器断路,使机器运转紧急停转;(2)三相电机电流过大或者三相电机过热都会引起热继电器断路,同样使机器紧急停转;(3)交流接触器触头接触不良或者交流接触器漏电,也都会使机器紧急停转.另外,3台热继电器任意一个或者两个或者全部出现跳闸都会引起机器的紧急停止.那么,查找故障必定消耗大量时间,不利于生产正常进行.其次,就是行程开关 YB1的故障.当使用的行程开关的寿命到达临界点时,会出现行程开关常闭开关开启时,常开开关没有闭合的情况,使三相电机B,C出现停转的现象.此时若去手动拨动行程开关会带来危险.再者,还有其他一些问题.比如,在机器运行时,需要一个急停按钮停止机器运转来处理紧急情况.由于自制加工仪器都是以生铁为架构,所以对于三相电需要有漏电保护措施.

因此,对于上图电路还要加入故障提示电路,反转修正电路,紧急停转电路和漏电保护电路.从故障提示电路来看,由于机器是在车间工作,噪音较大,故采用灯光提示,以三相三色指示灯为提示.整体电路如图 6所示.

图 6 3台三相电机协同继电控制优化电路图

L1作用是提示输入主电路的三相电是否存在缺相;L2作用是提示三个热继电器是否跳闸;L3,L4,L5作用是提示其相应的交流接触器的主触头是否有异常;SB2是作为整个电路的紧急断路按钮;SB3则是用来修正三相电机 B,C不能正常反转;在这个输入电路中加入漏电保护空气开关以实现对这个电路过流和漏电的保护.

5 结 论

对于小型机械加工企业实际生产来说,采用多台三相电机协同继电控制电路改进加工机器,无论是从电路的安装上,还是在维修上更为方便,是最为有效的改进方法.在实际改进机器设备时,一定要考虑机器运作的环境、使用安全和后期维修等问题,使设计的电路能真正实现提高机器的生产效率.

[1]刘法治,马孝琴,田泽正.新编电工实用电路集萃[M].北京:机械工业出版社,2009:83-85.

[2]伍爱莲,李皓瑜.电工技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2009:166-171.

[3]王成元,夏加宽,杨俊友,等.电机现代控制技术[M].北京:机械工业出版社,2006:96-98.

[4]金续曾.三相异步电动机使用与维修[M].北京:中国电力出版社,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

董孔庆(1984-),浙江乐清人,浙江外国语学院理工学院实验中心助理实验师,杭州电子科技大学电子信息学院电子与通信工程专业 2008级在职硕士研究生.