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實習(xí)用車床的節(jié)能安全性改造

文檔作者：王韜許克維文檔來源：淮南職工大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月02日
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[摘要】針對學(xué)員實習(xí)對車床的節(jié)能、安全性要求，對現(xiàn)有車床進行了電氣系統(tǒng)的改造。改造結(jié)果
既不影響原有功能的發(fā)揮。又滿足了實習(xí)需要，還能保證對刀、調(diào)整操作對機床的特殊要求。
．
一
、僦跡
我校有專用實習(xí)的620—1型車床7臺，多
年來，雖對實習(xí)安全強調(diào)再三，但還是發(fā)生了若
干起傷人、損害車床的事件，至于一般的“打刀”
和“悶車”情況就更為常見。分析事故原因主要
有以下幾點：一是現(xiàn)有車床都是考慮熟練工人
使用，以提高生產(chǎn)率為主要依據(jù)進行設(shè)計的。
二是學(xué)生遇事時往往驚慌失措，又加上人多手
雜，難以及時排除險情。三是車床自身機械方
式的安全保護措施動作欠靈敏，維護和更換也
較麻煩。針對以上特點，再考慮到實習(xí)時車床
大多處于空載或超輕載狀態(tài)(例如：車削術(shù)手柄
的練習(xí)就占了很大成份)，功率因數(shù)很低。我
們對這幾臺車床的電氣系統(tǒng)做了一定的安全、
節(jié)能方面的改造，使之能更好地擔負實習(xí)任務(wù)
的同時又完全保留了原有功能。這種改造適合
于各層次機械類專業(yè)和青工培訓(xùn)，改造思路也
適合于其它類型的機床。另外，由于機床工作
的特殊性．對刀和調(diào)整工作要占用很多工時，按
本倒改造后，正常使用機床時，把改造結(jié)果用于
這些工時也非常合適。
二、原理分析
1．總體思路
改造的總體思路是在保留原主電機△ 接
法供常規(guī)使用的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)可控性Y接法供
實習(xí)使用。為進一步“軟化”電機的機械特性，
降低最大轉(zhuǎn)矩，以及提高節(jié)能效果，降低干擾，
在Y接法時加^品閘管控制的電流過零訶功
裝置。并加人可實現(xiàn)多重控制的能耗制動電路
和靈敏的過載保護電路，這樣，無論是對刀調(diào)整
所需要的準確定位、及時停車，還是實習(xí)意外發(fā)
生時的迅速停車，以及操作不當造成的“打刀”
德力西集團欣曼繼電器廠經(jīng)銷單位
經(jīng)銷點 電話 經(jīng)銷點 電話 經(jīng)銷點 電話 經(jīng)銷點 電話
鄭州市6973050 廣州市81849614 太原市41360421 貴陽市 6859274
北京市67028968 沈陽市4117118 煙臺市6261198 寶雞市 321B765
廣州市818764-56 天津市27289968 哈爾濱4502854 西安市 7312180
天津市27260490 庸山市2846430 牡7,xj- 江6231145 南京市 2216878
重慶市63822554 石家莊市 69"71210 大慶市5884943 蘇州市 5627636
沈陽市3858691 十堰市88~．9788 浪陽市4819130 揚州市 7313451
泉州市2206145 武漢市5822447 吉林市2432108 連云港 5457：2(~
- k．海市63232159 齊齊哈爾2427094 自山市 322佻 海安縣8632116
成都市7745608 黃石市6232785 鞍山市5551042 無鋸市 6766465
西安市7443278 威海市4．427619 錦州市2147279 張隸港8234034
蘭州市2315700 濟南市8967533 營口市38401l9 長沙市4438155
昆明市3312860 聊城市8226089 銀JlI市3069588 臺肥市 5547078
杭州市5164-247 青島市3721924 柳州市3625332 大連市 3633223
溫州市哪8l2 贛州市8245531 南寧市281O156 鹽城市 8365( 90
廈門市2024116 鳥魯木齊 5859366 張液市8217888 馬鞍山 2491578
福州市3326426 包頭市3126899 天水市8381588 南昌市 6225405
深 ll市7750089 呼和浩特6955670 西寧市823754．8 ?？谑?6224521
長春市4636064 成都市7741679
‘機床電器'1998年第4期 33
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及對機床的其它損害均能得到很好的避免。
2．主電路分析
圈1
圖2
主電路及其控制單元見圖l和圖2 由圖
l可見，KM1完成主電機M的失壓保護等供電
控制。在KMl得電的基礎(chǔ)上，若KM2得電，其
常閉觸頭切斷Y接法，電機M在△接法的全壓
下運行，車床完全保留了原有的工作方式；若
KM2不得電，則靠晶閘管去控制Y接法的中點
連通與否，需要連通時，按u、V、w各120~相位
差的相位順序依次在每相電流過零時觸發(fā)對應(yīng)
的晶閘管，控制連通與斷開的比例可對電機調(diào)
功。圖l中的KM3及晶閘管vT等元件用于電
機M在Y接法時的能耗制動，引人、丌的目的
主要一是為區(qū)分△ 和Y兩種接法，△接法是常
規(guī)使用，不制動，二是為了方便過載制動的控
制，三是為了更方便地調(diào)整鑭動力大小。圖中
TA是一個電流互感器，用于檢測Y接法時的電
流大小，控制過載保護?！鹘臃〞r，呲切斷了
觸發(fā)電路和過載保護電路的供電 過載保護仍
靠車床原有的機械機構(gòu)來完成。 一
由圖2可見，KM1、KILL2各有其白保觸頭，
因而該電機M的△、Y接法是相互獨立的，同
時，為保障常規(guī)使用的操作習(xí)慣，KM2還分出
一個常開觸頭用于同時接通KMI、KM2。為保
證電氣安全，各接觸器之間設(shè)有完善的互鎖關(guān)
系?？紤]到實習(xí)時打開電氣柜門和床頭箱的需
要，在此電路上設(shè)置了行程開關(guān)sTl和SI2，以
便打開二者時切斷電源，實現(xiàn)安全保護。圖1、
2中的觸點K是后續(xù)的制動和過載控制電路的
輸出結(jié)果在本電路中的作用點
3．觸發(fā)和制動單元分析
該兩單元的控制流程框圖見圖3所示，具
體電路見圖4。
電 過零授~q]c2
=二]=二
禁止觸發(fā) 一
t調(diào)蒂IC3，lc4一A
過載撿；j!I插南特
觸發(fā){}!}IC5
=二]二==
=I}I動延時單穩(wěn)]C6 世 望
閏3
由以上可見，本單元的關(guān)鍵器件是過零觸
發(fā)調(diào)功集成電路KJ008。采用這種系統(tǒng)可有效
避免晶閘管在正弦非零區(qū)的通斷產(chǎn)生的大量諧
波，降低電機的發(fā)熱和電機繞組被擊穿的幾率，
提高晶閘管本身的使用安全性。KJ008的詳細
情況參見文獻① 。它內(nèi)部主要由電壓、電流過
零檢測環(huán)節(jié)、基準和差分比較電路、電流犀饋環(huán)
節(jié)、觸發(fā)脈沖形成和輸出環(huán)節(jié)、自生直流電源籌
環(huán)節(jié)構(gòu)成。用它構(gòu)成電流過零觸發(fā)電路時，同
步電壓取自晶閘管陽極，負載電流為零時，晶閘
管關(guān)斷。同步電源通過負載和RI5加到它的
電流檢測端(9、l4腳)，電路準確檢測出電流過
零點。但更重要的是：這一信號是否驅(qū)動5腳
‘機床電器)1998年第4期
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輸出觸發(fā)脈沖還要受2、4兩腳電位比較結(jié)果的
控制。4腳內(nèi)接一個固定電平，當2腳的可變
電位低于4腳時，才允許輸出觸發(fā)脈沖，晶閘管
在電流過零附近被觸發(fā)導(dǎo)通，反之無輸出，晶閘
管截止。具體到本電路就是：光電耦臺器發(fā)光
端接到低電平而熄滅時，若電流過零，5腳就輸
出觸發(fā)脈沖，品閘管導(dǎo)通，反之則關(guān)斷。據(jù)此，
后續(xù)電路只要適時輸出高、低兩種電平值就可
以控制幻D08電流過零肘觸發(fā)脈沖的輸出與
否，從而很方便地對單位時間內(nèi)流過負載的交
流電的周波數(shù)進行控制，達到調(diào)功目的。實際
電路按三相依次觸發(fā)，因此，在圖4中共有三個
同樣的單元．為保證觸發(fā)電路與其它電路的隔
離，這三個單元均采用光電耦合器與后續(xù)電路
溝通。
那么，后續(xù)電路又是怎樣適時地給出臺適
電平來控制三相晶閘管的通斷呢?我們知道，
‘機床電器)I998年第4期
圖4
感性負載電路的電壓相位超前于電流，圖4電
路實質(zhì)上是先利用IC2檢測出u相電壓過零的
時間點(頻率100IJ,z，見圖5中Ida波形)，再利
用IC3、ICA的計數(shù)與合成原理，在電流過零點
之前就完成電平高低的確定。IC3是一塊七級
二進制脈沖計數(shù)器。本電路只取其Ql—Q2端
使用，Q3端用于循環(huán)結(jié)束時的復(fù)位再循環(huán)。Ql
和O2的輸出由脈寬臺成電路Ic4一A的臺成并
經(jīng)過反相后，送給檔位轉(zhuǎn)換開關(guān)SA選擇，最后
進入控制閘門ICA—B。SA置d檔的恒定高電
平，電機繞組將得到連續(xù)的電流波型，這是書通
U．
Uh
U
T u1
I 2
圈5 圖6
35
一一維普資訊 http://www.cqvip.com
的Y接法，電機將獲得Y接法下的滿壓運行；
SA置b、c兩檔，繞組得到的電流波形分別如圖
5中的 和 所示。電機獲得兩種調(diào)功效果，
b檔特性更軟。
分析了u相的情況后，剩下的事情就是把
u相的控制關(guān)系依次傳給v相和w相。由三
相供電嚴格的120~相位差關(guān)系，這里選用的是
RC微分環(huán)節(jié)和有回差的非門IC7構(gòu)成的脈沖
平移電路，來完成對u相起控制作用的固定寬
度高電平脈沖的120~相位延遲(見圖6中Ue、
Uf．og和tt時段)。延遲后，利用同樣的電路模
式，把該脈沖展寬，展寬后的寬度與圖5中ub
和Uc的高電平段等寬( )時。這樣就保證在
每個控制時段內(nèi)，u、v、w三相的工作情況都完
全一致。
停車和過載制動的控制電路見圖4所示．
IC5被接成為施密特觸發(fā)器的形式配合輸入端
的RC積分單元可有效抑制干擾。該電路在輸
入端2,6腳的電位超過2／3Vee時，輸出端3腳
電位將由高變低。IC6被接成為單穩(wěn)延時電
路，用于控制能耗制動的時問，它可接受兩處控
制信號，一是由IC5和3腳送人的用于過載制
動的脈沖下降沿；二是停止按鈕SB2的停車控
制信號。需制動時，由IC4一B、C封閉觸發(fā)信
號，再由繼電器K在主電路完成一系列的制動
動作。
三、關(guān)鍵參數(shù)的確定
1．輸出電壓和最太轉(zhuǎn)矩
見圖5，電機繞組的每個完整通斷周期都
是被切除了一個正弦周波的電流，通過繞組電
流的周波串分別是1和3。當然，此電路尚有
較大的調(diào)功檔位擴充余地。
若設(shè)輸入電壓有效值為v，受控后一個完
整的通斷周期總共有K個正弦周渡，其中被觸
發(fā)導(dǎo)通的電流周渡數(shù)目是n個。則輸出電壓的
有效值為：
= 、／(1／2K~t)f (1．414VsimJt) d(tot)
： v
36
代人可得Vo=155V和190V，最低電壓
155V足以滿足要求。
同時，由三相鼠籠式異步電動機的最大轉(zhuǎn)
矩的表達式Mmax=KV2／2x可見：Mmax將大幅
度降低，另外，電機的機械特性也會變軟。
2．制動力強弱的調(diào)整
主電路中用于制動的晶閘管Ⅵ ’采用了最
簡單的觸發(fā)電路，制動力強弱可通過改變IlR
的值來實現(xiàn)，移相范圍小于90~。本電路所需的
觸發(fā)條件是：
(U—Up)／R丑P≥IG
式中：u是電網(wǎng)電壓的瞬時值，u。是二極
管vc正向壓降和晶閘管門極壓降之和，Ic是
所選晶閘管的觸發(fā)電流。
電路中各晶閘管及其保護網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)確定
較為簡單，參考有關(guān)教材即可。
3．過載保護閥值的確定
三相鼠籠式異步電動機的起動電流一般是
額定電流的5—7倍，Y接法的電流是△接法的
1／3。綜合安全、起動和控制靈敏的需要，可把
過載保護的閥值點大致確定在3倍額定電流
上，具體可在調(diào)式電路時變換RP2摸索出最佳
值。
4．幾個時間參數(shù)的確定
能耗制動的延時長短通過RP3來調(diào)定，
RP3太小將難以準確制動，太大將導(dǎo)致電機發(fā)
熱。圖6電路所提供的制動延時值約為：1．1
Rm C
觸發(fā)脈沖平移電路有兩組，各有兩個延時
環(huán)節(jié)，時序關(guān)系見圖6，前一環(huán)節(jié)的脈寬t。務(wù)必
調(diào)整為(12o／36o)x(1／50)=6．667毫秒，具體
可由R6和R8來滿足。后一環(huán)節(jié)的脈寬b務(wù)
必調(diào)整為1／50秒，具體可由R7和船來滿足。
參考文獻
①航空航天部六九一廠，(r,loo8可控硅過零觸發(fā)
器)使用手冊 {
②‘機床設(shè)計手冊)編寫組．‘機床設(shè)計手冊)5分
冊，機械工業(yè)出版社，1979年
③施濤昌．ⅪO嘴過零觸發(fā)器在晶閘管調(diào)功器中的
應(yīng)用．‘電力電子技術(shù))lggo，3
(收稿13期：1998—02—23)
‘機床電器)t998年第4期

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