電動發動機翻轉架驅動電機的選型及控制

葉世群

摘要：對電動發動機翻轉架驅動電機的選用型號進行嚴謹計算，并對電機運轉控制進行合理設計，使設備自如起停、翻轉，達到提升設備自動化的目的。

關鍵詞：翻轉架;電機;選型;控制

0? 引言

發動機翻轉臺架是發動機維修過程中很重要的一種輔助設備，主要用于各高等院校的發動機實訓室和各汽車維修廠，以便于拆裝維修汽車發動機。目前市場上使用的發動機翻轉架，基本都是手搖輸入動力，再通過蝸輪蝸桿減速器來進行控制，其借助的是蝸輪蝸桿的自鎖特性，從而使得發動機在任意角度能夠實現自鎖穩定。這種驅動方式簡單，但費時費勁，對操作人員的體力要求高。現設計一款發動機翻轉架，驅動方式采用電動機，能大大減輕工作人員的勞動強度，提高翻轉架的實用效能。發動機翻轉架采用電動機輸入動力，需對電動機的選型進行嚴謹計算，以及對電動機的旋轉進行精確控制。

1? 驅動電機的選型

電機驅動系統能否既經濟又可靠地運行，正確選用拖動電機至關重要。而選擇電機是一項很復雜的工作，主要內容包括：電動機的種類、結構形式、額定電壓、額定轉速、額定功率（容量）的選擇等。

在以上選擇項目中，功率的選擇是最重要的。一般情況下，為了安全起見，往往容易選擇功率偏大的電動機，造成大馬拉小車的現象，這樣雖然電動機不會過熱損壞，但也得不到充分利用，電機效率低，使設備的投資和運行費用偏高，經濟性能低。反之，若電機的功率選擇過小，則可能不能拖動負載，不能翻動發動機，或經常使電機在過載下運行，導致電機過熱和絕緣材料提前老化，縮短電機的使用壽命，這樣也不能充分發揮發動機翻轉架的生產能力。因此，合理選擇驅動電機，對翻轉架具有十分重要的意義。

綜上所述，正確選擇電動機容量的原則是：滿足生產機械負載對電動機提出的功率、轉矩、轉速、調速、制動和過載等要求的前提下，使電動機既充分利用，又不超過允許溫升。

1.1 選擇驅動電機類型

選擇電動機種類的原則是在滿足生產機械的技術性能的前提下，優先選用結構簡單、工作可靠、價格便宜、維修方便、運行經濟的電動機。從這個意義上講，交流電動機優于直流電動機，異步電動機優于同步電動機。當生產機械運行平穩，對啟動、制動及調速性能要求不高時，應優先選用異步電動機。

在本設計中，選用三相交流減速電機。它是由拖動電機與齒輪減速裝置耦合而成，具有結構緊湊、體積小、重量輕、振動小、效率高等特點，是理想的低速動力源。

1.2 選擇驅動電機的電壓等級

交流電動機額定電壓的選擇主要按使用場所的供電電網等級選擇。一般低壓電網為380V，因此，中小型三相異步電動機的額定電壓大多選擇380V（Y或D接法），220V/380V（Y/D接法）。本案中，選擇380V電網電壓，Y型接法。

1.3 選擇驅動電機的額定轉速

電動機的額定轉速是根據生產機械傳動系統來選擇的。在一定功率時，電動機的額定轉速越高，其體積越小，重量越輕、價格越低、運行效率越高。在本設計中，雖然翻轉架的輸出轉速低，但因選用了減速電機，其減速比大，故選用高速電動機。選擇同步轉速為1500r/min的電動機。

1.4 選擇驅動電機的功率（容量）

減速電機的功率應根據發動機翻轉架所需要的功率來選擇，盡量使電機在額定負載下運行，需要通過嚴謹的計算來選擇，以免出現電機與負載不匹配的情況。

在發動機翻轉架的驅動電機的功率選擇過程中，已知以下參數：四缸發動機重量，本案中按500Kg計算;四缸發動機的總寬度小于0.6米，本設計中按0.6米計算;發動機翻轉速度，按1r/min計算，電機同步轉速為1500r/min，考慮蝸輪蝸桿傳動比，減速電機的輸出轉速為60r/min，減速電機的減速比i為25。

計算電機功率時，由翻轉發動機所需的扭矩倒推而得。在本設計中，發動機翻轉的速度很低，每分鐘只翻1轉，故可按靜功率計算，過程如下：

查電機手冊，選擇GV-22-400-25-S的減速電機，為立式電機，輸出軸22mm，輸出功率0.4kW，減速比i=25，380V三相交流。該減速電動機能滿足翻轉架對電動機功率、轉矩、轉速、等要求，又能使電動機充分利用，不浪費資源。

2? 驅動電機的控制

在本設計中，發動機翻轉架需要正反向翻轉，經常起停，在設計驅動電機的控制電路時，要考慮到電機的正反轉，且翻轉過程能自保持。圖1為發動機翻轉架驅動電機控制電路圖。

電機要實現正反轉控制，將其電源的相序中任意兩相對調即可，即換相。為了保證兩個接觸器動作時能夠可靠調換電動機的相序，接線時應使接觸器的上口接線保持一致，在接觸器的下口調相。由于將兩相相序對調，故須確保二個接觸器線圈不能同時得電，否則會發生嚴重的相間短路故障，因此必須采取聯鎖控制。為安全起見，常采用按鈕聯鎖（機械）與接觸器聯鎖（電氣）的雙重聯鎖正反轉控制線路;使用了按鈕聯鎖，即使同時按下正反轉按鈕，調相用的兩接觸器也不可能同時得電，機械上避免了相間短路。另外，由于應用的接觸器聯鎖，所以只要其中一個接觸器得電，其常閉觸點就不會閉合，這樣在機械、電氣雙重聯鎖的應用下，電機的供電系統不可能相間短路，有效地保護了電機，同時也避免在調相時相間短路造成事故，燒壞接觸器。

在實際電路中，需要五個熔斷器，兩個三相交流接觸器，一個熱繼電器，兩個啟動按鈕，一個停止按鈕。該設計能實現電機的自鎖和互鎖，在松開啟動按鈕時，減速電機能持續運轉。

當按下正轉啟動按鈕SB2時，正轉交流接觸器的電磁線圈KM1通電吸合，使主回路的三個主觸頭KM1接通，電機正轉，同時使與SB2并聯的一對常開觸點KM1閉合，此時松開正轉啟動按鈕SB1，因KM1的常開觸點通電閉合，正轉控制電路仍然接通，電機繼續正轉，實現自鎖，翻轉架持續順時針旋轉。因為正轉交流接觸器的一個常閉觸頭KM1接于反轉電路中，在電機正轉運行時，常閉觸點KM1斷開，從而使反轉控制線路斷開，實現互鎖。這樣可以避免誤操作而使電源短路。

當需要翻轉架逆時針旋轉時，可直接按下反轉啟動按鈕SB3，反轉交流接觸器的電磁線圈KM2通電吸合，接通主回路中的反轉交流接觸器的主觸點KM2，輸入電機的三相交流電中的L1和L3兩根線互換，實現電機反轉，而KM2閉合，電機反轉電路進行自鎖，松開反轉啟動按鈕SB3，電機仍然反轉，驅動翻轉架仍然逆時針旋轉。同正轉互鎖電路原理一樣，電機反轉時，由于接于正轉電路中的KM2斷開，使正轉控制線路斷開，實現互鎖。

當翻轉架旋轉到想要的位置時，按下停止按鈕SB1時，所有控制電路斷開，電機脫離電源而停轉，翻轉架停止于想要的位置。

在本案的驅動電機控制電路中，除了對電機實現正反轉和起停控制外，還能實現過載保護。將熱繼電器的常閉觸頭串聯在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，熱元件與電動機的定子繞組串聯。當電動機正常工作時，通過熱元件的電流即為電動機的額定電流，熱繼電器的常閉觸頭處于閉合狀態，交流接觸器保持吸合，電動機正常運行。當電機出現過載時，繞組中電流增大，通過熱元件的電流增大，熱繼電器的雙金屬片受熱過大，超過正常值彎曲，推動導板移動，使接在控制電路中的常閉觸頭斷開，從而斷開電機電源，避免電機長時間過熱工作而損壞，直到保護電機的作用。待雙金屬片冷卻后，按下復位按鈕，熱繼電器的常閉觸頭閉合，電路又可以正常工作，翻轉架正常翻轉。

3? 結束語

通過對發動機翻轉架驅動電機的選型計算和控制設計，能很好的實現發動機翻轉架的驅動和控制，提高翻轉架的自動化能力，使維修人員從繁重的體力勞動中解放出來，是一次不小的技術革新。

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