凸轮控制器

一、凸轮控制器的结构 凸轮控制器是一种大型手动控制电器，是起重机上重要的电气操作设备之一，用以直接操作与控制电动机的正反转、调速、起动与停止。应用凸轮控制器控制电动机控制电路简单，维修方便，广泛用于中小型起重机的平移机构和小型起重机提升机构的控制中。 图8－4为凸轮控制器的结构原理图。凸轮控制器从外部看，由机械结构、电气结构、防护结构等三部分组成。其中手轮、转轴、凸轮、杠杆、弹簧、定位棘轮为机械结构。触头、接线柱和联板等为电气结构。而上下盖板、外罩及灭弧罩等为防护结构。 当转轴在手轮扳动下转动时，固定在轴上的凸轮同轴一起转动，当凸轮的凸起部位顶住滚子时，便将动触点与静触点分开；当转轴带动凸轮转动到凸轮凹处与滚子相对时，动触点在弹簧作用下，使动静触点紧密接触，从而实现触点接通与断开的目的。 在方轴上可以叠装不同形状的凸轮块，以使一系列动触点按预先安排的顺序接通与断开。将这些触点接到电动机电路中，便可实现控制电动机的目的。 （a）结构外形图                                      (b)动作原理示意图 图8－4 凸轮控制器结构示意图                      二、凸轮控制器的型号与主要技术参数 常用的国产凸轮控制器有KT10、KT12、KT14、KT16等系列，以及KTJ1-50/1、KTJ1-50/5、KTJ1-80/1等型号。凸轮控制器的型号及意义为： 凸轮控制器按重复短时工作制设计，其JC=25%。KT14系列凸轮控制器的主要技术参数见表，其中KT14-25J/1、KT14-60J/1型可用于同时控制两台绕线转子三相异步电动机，并带有控制定子电路的触点；KT14-25J/3型可用于控制一台笼型三相异步电动机的正反转；KT14-60J/4型可用于同时控制两台绕线转子三相异步电动机，定子电路由接触器控制。 表8-1  KT14系列凸轮控制器的主要技术参数 型号 额定电 压/V 额定电 流/A 工作位置 JC=25%时所控制的电动机最大功率/kW 额定操作 频率/（次/h） 最大工作 周期/min 右旋 左旋 KT14-25J/1 380 25 5 5 11.5 600 10 KT14-25J/2 5 5 26.3 KT14-25J/3 1 1 8 KT14-60J/1 60 5 5 32 KT14-60J/2 5 5 216 KT14-60J/4 5 5 225                 三、凸轮控制器控制的线路 图8－5所示为采用凸轮控制器控制的10t桥式起重机小车控制电路。凸轮控制器控制电路的特点是原理图以其圆柱表面的展开图来表示。由图8－5可见，凸轮控制器有编号为1～12的12对触点，以竖画的细实线表示；而凸轮控制器的操作手轮右旋（控制电动机正转）和左旋（控制电动机反转）各有5个档位，加上一个中间位置（称为“零位”）共有11个档位，用横画的细虚线表示；每对触点在各档位是否接通，则以在横竖线交点处的黑圆点表示。有黑点的表示接通，无黑点的则表示断开。 图中M为小车驱动电动机，采用绕线转子三相异步电动机，在转子电路中串入三相不对称电阻器R2，用作起动及调速控制。YB2为制动电磁铁，其三相电磁线圈与M2（定子绕组）并联。QS为电源引入开关，KM为控制线路电源的接触器。KI0和KI2为过流继电器，其线圈（KI0为单线圈，KI2为双线圈）串联在M2的三相定子电路中，而其动断触点则串联在KM的线圈支路中。 图8－5  凸轮控制器控制的线路图 （一）电动机定子电路 在每次操作之前，应先将凸轮控制器QM2置于零位，由图可见QM2的触点10、11、12在零位接通；然后合上电源开关QS，按下起动按钮SB，接触器KM线圈通过QM2的触点12通电，KM的三对主动合触点闭合，接通电动机M2的电源，然后可以用QM2操纵M2的运行。QM2的触点10、11与KM的动合触点一起构成正转和反转时的自锁电路。 凸轮控制器QM2的触点1～4控制M2的正反转，由图可见触点2、4在QM2右旋的五档均接通，M2正转；而左旋五档则是触点1、3接通，按电源的相序M2为反转；在零位时4对触点均断开。 （二）电动机转子电路 凸轮控制器QM2的触点5～9用以控制M2转子外接电阻器R2，以实现对M2起动和转速的调节。由图可见这五对触点在中间零位均断开，而在左、右旋各五档的通断情况是完全对称的：在（左、右旋）第一档触点5～9均断开，三相不对称电阻R2全部串入M2的转子电路，此时M2的机械特性最软（图8－6中的曲线1）；置第二、三、四档时触点5、6、7依次接通，将R2逐级不对称地切除，对应的机械特性曲线为图8－6中的曲线2、3、4，可见电动机的转速逐渐升高；当置第五档时触点5～9全部接通，R2全部被切除，M2运行在自然特性曲线5上。 由以上可见，用凸轮控制器控制小车及大车的移行，凸轮控制器是用触点1～9控制电动机的正反转起动，在起动过程中逐段切断转子电阻，以调节电动机的起动转矩和转速。从第一档到第五档电阻逐渐减小至全部切除，转速逐渐升高。该电路如果用于控制起重机吊钩的升降，则升、降的控制操作不同。 1．提升重物 此时起重电动机为正转（凸轮控制器右旋），对应为图8－6中第Ⅰ象限的五条曲线。第一档（曲线1）的起动转矩很小，是作为预备级，用于消除传动齿轮的间隙并张紧钢丝绳；在二至五档提升速度逐渐提高（见图8－6第Ⅰ象限中的垂直虚线a）。 2．轻载下放重物 此时起重电动机为反转（凸轮控制器左旋），对应为图中第Ⅲ象限的五条曲线。因为下放的重物较轻，其重力矩TW不足以克服摩擦转矩Tf，则电动机工作在反转电动机状态，电动机的电磁转矩T与TW方向一致迫使重物下降（TW+T>Tf），在不同的档位可获得不同的下降速度（见图中第Ⅲ象限中的垂直虚线b）。 3．重载下放重物 此时起重电动机仍然反转，但由于负载较重，其重力矩TW与电动机电磁转矩T方向一致而使电动机加速，当电动机的转速大于同步转速n0时，电动机进入再生发电制动工作状态，其机械特性曲线为第Ⅲ象限第五条曲线在第Ⅳ象限的延伸，T与TW方向相反而成为制动转矩。由图可见在第Ⅳ象限的曲线1、2、3比较陡直，因此在操作时应将凸轮控制器的手轮从零位迅速扳至第五档，中间不允许停留，在往回操作时也一样，应从第五档快速扳回零位，以免引起重物高速下降而造成事故（见图中第Ⅳ象限中的垂直虚线c）。 由此可见，在下放重物时，不论是重载还是轻载，该电路都难以控制低速下降。因此在下降操作中如需要较准确的定位时，可采用点动操作的方式，即将控制器的手轮在下降（反转）第一档与零位之间来回扳动以点动起重电动机，并配合制动器便能实现较准确的定位。 （三）保护电路 图8－5电路有欠压、零压、零位、过流、行程终端限位保护和安全保护共六种保护功能。 1．欠压保护 接触器KM本身具有欠电压保护的功能，当电源电压不足时（低于额定电压的85%），KM因电磁吸力不足而复位，其动合主触点和自锁触点都断开，从而切断电源。 2．零压保护与零位保护 采用按钮SB起动，SB动合触点与KM的自锁动合触点相并联的电路，都具有零压（失压）保护功能，在操作中一旦断电，必须再次按下SB才能重新接通电源。在此基础上，由图8－5可见，采用凸轮控制器控制的电路在每次重新起动时，还必须将凸轮控制器旋回中间的零位，使触点12接通，才能够按下SB接通电源，这就防止在控制器还置于左右旋的某一档位、电动机转子电路串入的电阻较小的情况下起动电动机，造成较大的起动转矩和电流冲击，甚至造成事故。这一保护作用称为“零位保护”。触点12只有在零位才接通，而其他十个档位均断开，称为零位保护触点。 3．过流保护 如上所述，起重机的控制电路往往采用过流继电器作过流（包括短路、过载）保护，过流继电器KI0、KI2的动断触点串联在KM线圈支路中，一旦出现过电流便切断KM，从而切断电源。此外，KM的线圈支路采用熔断器FU作短路保护。 4．行程终端限位保护 行程开关SQ1、SQ2分别提供M2正、反转（如M2驱动小车，则分别为小车的右行和左行）的行程终端限位保护，其动断触点分别串联在KM的自锁支路中。以小车右行为例分析保护过程：将QM2右旋→M2正转→小车右行→若行至行程终端还不停下→碰SQ1→SQ1动断触点断开→KM线圈支路断电→切断电源；此时只能将QM2旋回零位→重新按下SB→KM线圈支路通电（并通过QM2的触点11及SQ2的动断触点自锁）→重新接通电源→将QM2左旋→M2反转→小车左行，退出右行的行程终端位置。 5．安全保护 在KM的线圈支路中，还串入了舱口安全开关SQ6和事故紧急开关SA1。在平时，应关好驾驶舱门，使SQ6被压下（保证桥架上无人），才能操纵起重机运行；一旦发生事故或出现紧急情况，可断开SA1紧急停车。 图8－6  凸轮控制器控制提升电动机机械特性