能耗制動裝置在三輥卷板機上設計應用

王洪江

（中石化管道儲運公司徐州管道技術作業分公司，江蘇徐州 221008）

1 原設備的主要用途及自身的問題

三輥卷板機是20世紀70年代生產的一種非液壓傳動設備，是管道技術作業分公司制造容器的關鍵性生產設備，主要進行容器的鋼制板材卷制等工作。其工作原理:通過控制上輥電動機來調整上輥與下輥之間的間距;通過下輥電動機帶動齒輪傳動機構來實現下輥的轉動;通過電磁鐵剎車架來控制下輥的剎車速度。其電氣工作原理圖見圖1。

在工作中，為了使所卷的制品圓度好、成形好，以達到容器制作的工藝、技術、品質要求，這就需要在操作卷板機時，下輥多次正、反向運行，帶動下輥運行的電動機在某個方向說停就要停，以便于在最短的時間內向反方向卷板。而該卷板機在卷板時，往往是向某一個方向運行時，由于慣性作用下輥停止運行時間較長（達到1 min左右），使加工工件的時間長、周期長，工作效率相對低下且影響制造工藝。

分析上述原因，歸根結底是由于下輥剎車架本身的缺陷造成的。這種制動方法不夠科學:1）剎車架調得過緊，則對機械沖擊太大，容易造成齒輪損壞;2）剎車架調得過松，則下輥停止運行時間太長，想在某一個位置停下，反復地輥壓就不可能，必須反復點動運行，設備也容易損傷，且造成工作效率嚴重低下;3）剎車架調得適中，也會由于慣性作用使下輥停止運行時間較長（1 min左右），工作效率無法得到提高;4）下輥電動機與電磁鐵剎車架均在設備基礎的深坑內，上蓋有厚鐵板，如需調整剎車，則必須先把鐵板吊走，維護極不方便。

圖1 電氣原理圖

2 能耗制動設計原理

卷板機使用原來的電氣控制系統時，接到停止指令后，由于慣性作用無法立即停止輥子的繼續轉動。整個系統的停止，要靠減速器、輥子等滾動摩擦來實現，所以造成卷板機停下來的時間長且不能按照要求停在所需位置，影響了產品加工工藝，使工作效率不能滿足生產的需求。

針對上述情況，加裝了一套“能耗制動裝置”（圖2），其原理是把直流加入到異步電動機定子繞組中，直流電流通過定子繞組在空間產生一個固定不動的磁場，電動機轉子由于慣性繼續轉動時，會在轉子導體中產生感應電勢和電流。轉子中導體電流與固定磁場產生電磁力矩，其方向與電動機旋轉的方向相反，起到制動作用。這種方法是把轉子的動能變為電能，讓其消耗在轉子回路的電阻上，稱之為能耗制動。該裝置所用的主要電氣原件有:

1）整流變壓器 TC，型號:BK－1500VA，380V/24V，1個，用途:將380V交流電壓轉變為整流電路所要求的電壓值。

2）控制電路用電源的整流器VC（硅整流二極管V，型號:2CZ100A/C，4個），用途:構成橋式整流回路，輸出直流，用以加到三相異步電動機（主機）的二相定子繞組上產生靜磁極。

3）熔斷器 FU，型號:RSO－500，額定電流 100 A，2個，用途:作過負荷保護，和短路保護。

4）接觸器 KM5，型號:CJ20－160，1個，用途:通過接觸器主觸頭的常開點來控制直流電源加入到二相定子繞組上，也就是制動接觸器。

5）時間繼電器KT，型號:JS14P，1個，用途:通過時間繼電器的設定，來控制能耗制動時間的長短，以達到下輥電動機處于比較理想的停止狀態，為反方向運行創造良好條件。

整個能耗制動裝置的控制原理:在加工工件過程中，需要下輥子停止運行時，按下停止按鈕SB1，通過SB1的常閉接點1-3，令下輥電動機斷電，通過SB1的常開接點1-37，令制動接觸器KM5通電吸合，并通過輔助常開點1-37自保，接觸器KM5主觸頭中常開點103-102閉合，接通整流變壓器，將380 V交流電壓轉變為整流電路所需的24 V電壓，KM5接觸器主觸頭中的另兩對常開點109-110的閉合使橋式整流電路輸出的直流電加到電動機定子繞組的B，C兩相上產生靜止磁極，能耗制動開始運行，SB1常開接點1-37的閉合，令制動接觸器KM5通電吸合的同時時間繼電器KT得電，時間繼電器的延時常閉點37-39開始整定延時，到其整定時間，延時常閉點打開，制動接觸器KM5斷電，切斷制動電源，至此能耗制動結束。

3 設計效果以及所達到的功效

設計效果:當接受到停止指令后，可以使卷板機在整定時間內（延時8 s），令下輥電動機迅速停止運行，為反方向運行創造良好的條件:

使用加裝后的“能耗制動裝置”的卷板機具有以下功效:

圖2 增加能耗制動后電氣控制原理圖

1）具有操作簡單，電氣制動反應速度快，運行安全可靠，維護方便等優點;

2）可以大幅度提高該卷板機的加工能力，縮短加工周期，以前一個班次卷制9件制品，現在可以卷制16件，使分公司制造容器的能力得到極大地提高。

4 注意事項

由于下輥電動機處在設備基礎的深坑內，散熱條件本身就不好。在炎熱夏季氣溫高的時候，電動機的風葉散熱，可能已不能滿足熱平衡的要求。在能耗制動過程中，制動電流是要產生熱量的，所以為了控制電動機溫升，在設計中制動電流選擇得比較小，是空載電流的3倍，即60 A。制動時間在征求了操作人員對設備的工藝要求（6-12 s）以及考慮溫升對電動機的影響，最后將整定時間定值為8 s。設備原有的電磁鐵剎車架也予以輕微調整，使其在制動過程當中起到緩沖輔助的作用（利用電磁鐵剎車架的輕微機械制動，給能耗制動以輔助，以此來降低制動時間，控制電動機的溫升）。開配備常用的小型排風扇。現這一臺改造后的老設備運轉正常，電動機始終運行在允許的工作溫度之內。

5 結論

經過安裝、調試和使用，車間操作人員感到滿意，達到了預想的應用設計效果。實踐證明能耗制動方式較反接制動等其他制動方式而言，其優點是:制動沖擊小，制動平穩且停車準確。因此，建議在一些電動機功率大、制動頻繁和停車要求準確的生產機械中，應采用這種制動方式。

［1］實用電路手冊［M］.北京:北京機械工業出版社.

［2］電子工程師必備—九大系統電路主圖寶庫［M］.北京:北京人民郵電出版社.