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1、第八章天车的电气线路及原理第二节主电路主电路（动力电路）是用来驱动电动机工作的电路，它包括电动机绕组和电动机外接电路两部分。外接电路有外接定子和外接转子电路，简称定子电路和转子电路。定、转子电路根据控制电动机功率的不同，又分为接触器控制和凸轮控制器控制。定子电路由接触器控制，转子电路由凸轮控制器控制。一、定子电路定子电路是由三相交流电源、隔离开关QS、过电流继电器的线圈KOC1,KOC2 ，正反向接触器的主触头KMF, KMR及电动机定子绕组等组成。转子电路是由转子绕组、外接电阻器及凸轮控制器的主触头等组成，如图8-2 所示。图 8-2 主回路电路图隔离开关QS 是主电路与电源接通和断开的总开
2、关；过电流继电器KOC1, KOC2作电动机过流保护用；正反向接触器的主触头、KMF, KMR均为动合（常开）触头，两者之间具有电器联锁。当正转接触器主触头KMF 闭合时，电动机正转；当反转接触器主触头KMR 闭合时，则电动机反转。转子电路用凸轮控制器主触头控制转子电路的外接电阻，来实现限制起动电流和调节转速的目的。要改变电动机运转方向就必须将三相电源中的任意两相对调。表 8-1 为凸轮控制器控制电动机转向的情况。当凸轮控制器的手柄置于零位时，其触头断开，电动机不工作；当凸轮控制器手柄逆时针方向转动时，触头1, 3 闭合，电动机正转。当凸轮控制器手柄顺时针方向转动时，触头2, 4 闭合，电动机
3、反转。从表8-1 也可以看出，当接触器KMF 的主触头闭合时， 接到电动机定子绕组Ul, V1, W1 的电源相序为L1,L2,L3 ，电动机正转。1当接触器 KMR 的主触头闭合时， 电动机定子绕组 U1, V1, Wl 的电源相序为 I3, L2, Ll ，电动机反转。表 8-1 凸轮控制器控制电动机转向的情况二、转子电路转子电路是指通过凸轮控制器主触头的分合来改变转子电路外接电阻的大小而实现限制起动电流及调速的电路。如图 8-2 所示， 转子电路的外接电阻是由三相电阻器组成的，三相电阻的出线端U2, V2, W2 连接在一起，另外三个出线端 U1, vi , Wl 用三根导线经电刷一集电
4、环分别与转子绕组 u、 v, w 相连接。(1) 转子电路的接线方式转子电路的外接电阻有不平衡（不对称）和平衡（对称）两种接线方式。不平衡接线方式用凸轮控制器控制，电动机的功率较小。平衡接线方式用接触器控制，电动机的功率较大。平衡接线方式的三相电流是平衡（对称）的，采用这种方式，接触器的主触头可接成开口三角形和闭口三角形两种电路，如图8-3 所示。两种接线方式相比， 开口三角形的接线简单，流过触头的电流为闭口三角形的,'3-倍；闭口三角形的接线较复杂，流过触头的电流为前者的37%,工作可靠。(2）转子电路串接不对称电阻的调速过程及调速原理转子电路串接不对称电阻起动，能以较少数量的换接元
5、件来得到较多的加速级。而当电动机功率较大时，由于转子绕组电阻较小，起动级数也随之增加。不然起动时的电流和转矩将过大，影响起动的平稳性，还会引起机械特性的变化，在半速时转矩下降，致使不能顺利地起动。开始工作前，先将凸轮控制器手柄置于零位，这时电动机处于静止状态。1)电动机在额定负载下TL = T h，当凸轮控制器手柄置于第一档时，电动机的定子电路与电源接通，转子电路串接全部电阻，电动机转矩小于负载转矩T < T L，电动机并不转动，只消除传动装置间隙，以减小机械冲击（见图7-20b)2）当凸轮控制器手柄置于第二档时，其触头 1 闭合，转子电路u 相电阻 U3 U22（阴影部分）被短接（见图
6、 7-20c),电阻减小，电机转矩大于负载转矩，电动机的起动转速上升。3)当凸轮控制器手柄置于第三档时，其触头1,2 闭合，除转子电路u 相电阻 U3U2 短接外， v 相 V3V2 也被短接（见图7-20d) ，电阻进一步减小，转矩增大，电动机转速继续上升。4）当控制器手柄置于第四档时， 其触头 1, 2, 3 闭合，除 u 相 U3 U2 、v 相 V3V2 短接外， w 相 W1W2 电阻也被短接（见图 7-20e)，电动机转速继续上升。图 8-3平衡接线方式a）开口三角形b）闭口三角形5)当控制器手柄置于第五档时， 其触头 1 一 5 闭合，转子各相电阻 U1U2, V1V2, WlW
7、2 全部被短接（见图 7-20f) ，电动机在固有特性曲线上工作，此时电动机的转速最高，且等于额定转速。可见，凸轮控制器手柄从一档至五档，由于其触头顺序闭合。转子电路外接电阻逐级短接 （切除），电动机的转速从低速到高速。 同理， 控制器手柄从五档至一档，由于其触头顺序断开，转子电路外接电阻逐级接人，电动机的转速从高速到低速，以至停止。第三节控制电路天车电路中控制电路（也叫做联锁保护电路）的作用是：(1) 过电流保护当电路短路或电动机严重过载时，主电路自动脱离电源。实现过电流保护作用的电器有熔断器、过电流继电器和热继电器等。(2）零压保护在停电（电压为零）或电路电压过低的情况下，主电路自动脱离电
8、源。零电压继电器（或接触器）起零压保护作用。(3）零位保护防止控制器不在零位， 电动机定子电路接通， 使转子电路在电阻较小的情况下送电。(4) 行程保护限制大、 小车或起升机构在所规定的行程范围内工作， 行程开关（或终端开关）起行程保护作用。3(5) 舱口开关和安全栏杆开关当舱口盖（或栏杆）打开时，主电路不能送电；已送电的主电路当舱口盖（或栏杆）打开时，能自动切断电源，防止天车工或检修人员上车触电。紧急开关供在紧急情况下迅速切断电源用。第四节 PQY, PQS, PQZ 交流控制屏的主令控制回路交流控制屏与主令控制器相配合，可以用来控制天车上较大容量电动机的起动、制动、调速和换向。我国目前生产
9、的交流控制屏有PQY, PQS, PQZ 系列，它们是在PQD 和 PQR 系列交流控制屏的基础上改进而来的，虽然后者还在应用，但已停止生产。一、交流控制屏的分类交流控制屏按其作用可分为：用于平移机构的PQY; 用于起升机构的卿S;用于抓斗开和闭的升降机构的卿Z 三种。其型号、控制形式及工作性能等见表8-20表 8-2 各种型号控制屏的工作参数二、交流控制屏的型号其中：结构形式：P 表示控制屏； X 表示控制箱。应用代号： Q 表示在天车上使用。控制对象： Y 表示平移机构； S 表示升降机构； Z 表示带抓斗开和闭的升降机构。设计序号：表示不同的线路特征。制动电磁铁代号： T 表示普通制动电
10、磁铁；Y 表示液压制动电磁铁。主要特征：表示主接触器的电源性质，Z 表示直流； J 表示交流。基本规格：表示主接触器的额定容量，以额定电流的安培数表示。三、交流控制屏的工作原理1平移机构的工作原理4图 8-6 为 PQY1 平移控制屏的电气原理图。卿Y1 一口平移控制屏的工作过程如下：图 8-6PQYI 一口平移控制屏的电气原理图设隔离开关QSl, QS2 闭合，主令控制器QM 的手柄置于“ 0”位时，零电压继电器KHV 线圈得电，其KHV 辅助触头闭合，实现自锁，为下一步的控制工作做好准备；与此同时，时间继电器 KTl, KT2 的线圈得电而吸合， 其常闭延时闭合的触头 KTl, KT2 瞬
11、时断开。当主令控制器QM 手柄扳至“正向 1”位置时，正转接触器KMF线圈得电，其主触头（常开） KMF 闭合，使电动机 M 与制动器的操纵元件接通电源，制动器松闸，转子回路中的电阻全部串人，电动机起动，起动转矩T 较小，消除传动装置间隙，轻载可以起动。当主令控制器QM 手柄扳至“正向 2"位置时，反接接触器 KM3 线圈得电而吸合。其主触头（常开）闭合，将转子电路U6-U2, V6-V2, W6-W2的部分电阻短接，电动机起动，转速上升；KM3 的辅助触头闭合，为加速接触器KMA1, KMA2,KMA3的接通准备条件。当主令控制器QM 手柄扳至“正向 3”位置时，反接接触器KM3
12、仍处于吸合状态，其辅助触头闭合使加速接触器KMA1线圈得电而吸合，KMAI 主触头闭合将转子电路 U5-U6, V5-V6,W5-W6 的部分电阻短接，使电动机的转速上升。由于 KMA1辅助触头断开，时间继电器KTl断电释放，经过暂短延时后，KTl触头延时闭合。KTl 触头闭合使加速接触器KMA2线圈得电，其主触头KMA2闭合5将转子电路U4-U5,V4-V5,W4-W5部分电阻短接，电动机的转速继续上升。由于KMA2辅助触头断开，时间继电器KT2 断电释放，经过暂短延时后，KU 触头延时闭合。KT2 触头闭合使加速接触器 KMA3 线圈得电，其主触头闭合， 将转子电路 U3-U4, V3-V
13、4, W3-W4 部分电阻短接， 电动机转速继续上升， 最后的稳定转速略低于额定转速。此时转子电路 Ul-U3, Vl-V3, Wl-W3 中仍留下部分电阻，这部分电阻称为软化级电阻（常接电阻） ，使电动机的机械特性软化。主令控制器 QM 手柄扳至反向各位置时，其工作原理与正向各位置相同，这里不再赘述。从以上分析可以看出：1) PQ、平移机构控制屏为对称线路。2)主令控制器的档数为3-0-3, 6 个回路。3）电动机转子回路串接4（或 5)级起动电阻，第一、二级电阻为手动切除，其余由时间继电器控制自动切除。4）制动器操纵元件与电动机同时通电或断电。5)允许直接打反向第一档，实现反接制动停车。P
14、QY 平移机构控制屏控制的电动机机械特性曲线如图8-7 所示。2起升机构的工作原理图 8-8 为 PQS1 起升机构控制屏的电气原理图。PQS1 起升机构控制屏的工作过程如下：设隔离开关 QS1, QS2 闭合，主令控制器 QM 的手柄置于“ 0”位时，其触头 K1 闭合，零电压继电器 KHV 线圈得电吸合，其辅助触头闭合，实现自锁，为下一步的控制工作做好准备；与此同时，经SQH1（上升限位开关） 、SQH2（下降限位开关），时间继电器KT2,KU, KT4线圈得电而吸合。(1) 吊钩上升当主令控制器 QM 手柄扳至上升第一档， QM 的触头 K3, K4, K5, K8,K11 闭合，回路接
15、通，正转（上升）接触器KMF 线圈得电吸合，其主触头闭合，电动机定子绕组接至电源；回路KMF辅助（常开）触头闭合，制动接触器KMB线圈得电，制动器松闸。由于KMF, KMB 辅助（常开）触头闭合，时间继电器KTl得电吸合，回路、中的触头KTl瞬时闭合。回路的作用是当停车（主令控制器 QM 手柄回零）时，触头 Kll 断开，制动接触器 KMB 断电释放，制动器制动，由于触头 K5 闭合经 KT1 给接触器 KMF 供电，电动机仍正向运转。 0.6s 后时间继电器触头断开， KMF 断电释放，主触头断开，电动机停止，从而实现了电动机先制动、后断电的程序，避免了重物下滑（溜钩）的现象。回路的作用是防
16、止产生重物自6由下降的事故。图 8-8PQS1 起升机构控制屏的电气原理图接触器 KMF 吸合，转子电路Ul U2, Vl V2, WI W2 的电阻全部接人电路，电动机的起动转矩Tst 很小，消除了传动装置的间隙，避免产生较大的机械与电冲击。回路中的KMF 常闭触头断开，时间继电器KT2 断电释放。回路中KT2 的常闭触头延时0.3s 闭合，反接接触器KM3 得电吸合，其主触头KM3 闭合，切除转子电路 U6 U2, V6 V2, W6 W6 的部分电阻（反接电阻） ，电动机的起动转矩 Tst 大于负载转矩 T L ，电动机起动。若手柄停留在此位置，电动机的运转速度极低。当主令控制器 QM
17、手柄置于上升第二档时， 正转接触器 KMF 、制动接触器 KMB 、反接接触器 KM3 仍处于吸合状态， 电动机正转、 制动器松闸、 转子电阻切除一部分。由于 QM 的触头 K9 闭合， KM3 触头闭合，加速接触器 KMAI 得电吸合， KMA1 主触头闭合，将转子电路 U5 U6, V5 V6, W5 W6 部分电阻切除，使电动机的转速提高，当主令控制器手柄停留在此档时，电动机的转速高于上升第一档，但也较低。当主令控制器QM 手柄置于上升第三档时，由于KMF, KMB, KM3, KMAl仍处于吸合状态，主令控制器QM 的触头 K9 闭合及KAC1 在回路中的触头断开，时间继电器 KT3
18、断电释放，其触头KT3 延时闭合使加速接触器KMA2得电吸合， KMA2的主触头闭合，将转子电路U4 U5, V4 V5, W4 W5 部分电阻切除；KMA2 辅助触头断开， 时间继电器KT4 断电释放， KT4 延时闭合的常闭触头，加速接触器KMA37得电吸合，其触头KMA3闭合，将转子电路U3 U4, V3 V4, W3 W4 部分电阻切除，此时电动机在转子电路Ul U3, V1 V3, WI W3串人少量电阻下运转， 电动机的转速最高（略低于额定转速）。(2）吊钩下降当主令控制器QM 手柄从零位扳到下降第一档时，QM 的触头 K5,K11 闭合，由于 KT1 是断开的， KMF 不得电，
19、 KMB也不得电，此时电动机不转、制动器也不松闸，这一档为反接制动档。只有从下降第二档或下降第三档扳回下降第一档时，才能动作，以避免因轻载而出现提升现象。下降第二档为单相制动，下降第三档为再生制动，在这两个档位，由于单相接触器KMS 与反转接触器KMR 均处于吸合状态； 回路中的触头KMS 与 KMR 闭合，时间继电器 KT1 也处于吸合状态；回路中的 KTI 闭合，制动接触器 KMB也处于吸合状态， 制动器松开。 当主令控制器 QM 手柄从下降二档（或下降三档）扳至下降一档时，K7 （或 K6 ）断开，KMS （或 KMR ）断电释放，时间继电器 KT1 也断电释放。 QM 的触头 K5,
20、K11延时动作，在、回路延时断开，在未断开时正转接触器KMF 通电吸合，回路中的KMF 闭合，使制动接触器KMB 仍保持吸合状态，制动器松开；回路中的KMF与 KMS 辅助（常开）触头闭合，使时间继电器KTI 再次得电吸合，K5 与 KTI 为正转接触器 KMF 获电吸合提供条件。因此，在下降第一档时，正转接触器KMF 、制动接触器 KMB 处于吸合状态， 反接接触器 KM3 及加速接触器 KMA1,KMA2, KMA3均处于释放状态，这相当于上升第一档反接接触器KM3 未吸合前的情况；电动机正向接通、制动器已松开，转子电路电阻最大。不同的是在负载作用下电动机低速反转，以实现重载低速下降。当主
21、令控制器QM 手柄扳至下降第二档时， 其触头 K2 闭合，使各控制回路电流经过下降限位开关SQH2 ; K7 闭合，使换相继电器KIL 线圈得电，其常开触头KIL延时 0.11 0.16s 闭合，回路接通，单相接触器KMS 线圈得电，其主触头KMS 闭合，电动机定子绕组Ul 和 V1并接于 L1, Wl接于 L3，使电动机形成单相接电状态；在回路中 KMS 触头闭合， 时间继电器 KTI 线圈得电而吸合。 可见， K7 闭合， KTI闭合，制动接触器KMB 得电吸合，制动器松开，K8 闭合、 KMS 闭合，反接接触器KM3 得电吸合，其触头KM3闭合，将转子电路U6 U2, V6 V2,W6
22、W2 部分电阻切除。此时电动机在接成单相，制动器松开，转子电路切除反接电阻情况下，在负载作用下往下降方向转动。单相制动适用于轻载短距离下降。当采用单相制动下放重物时，如发现下降速度很快，应将主令控制器QM 手柄扳至下降第一档，采用反接制动，以实现重载低速下降。当主令控制器QM 手柄置于下降第三档时，其触点K2, K6,K8, K9, K10, K11闭合。 K2 闭合，各控制回路电流经过下降限位开关SQH2; K6 闭合，回路接通，反转（下降）接触器KMR 得电吸合，电动机与电源接通，回路KMR 的触点闭合，时间继电器KTl 得电吸合；回路的KT1 触头瞬时闭合， K11 闭合，制动接触器KM
23、B得电吸合，制动器松开； KMR触点闭合，K8 闭合，使反接接触器KM3 得电吸合，KM3 的主触头闭合，将转子电路U6 U2, V6 V2, W6 W2 部分电阻切除；回路中的 KM3触头闭合，K9 闭合，加速接触器KMAI 得电吸合，其主触头K1 闭合将转子电路U5 U6, V5 V6, W5 W6 部分电阻切除，回路中的KMAI常闭触头断开，时间继电器 KT3断电释放；回路中的K10 闭合， KT3 延时闭合，使 KMA2加速接触器得电吸合；KMA2主触头闭合，将转子电路U4 U5,V4 V5,W4 W58部分电阻切除；KMA2 在回路中的常闭触头断开，时间继电器KT4 断电释放；回路中
24、的KT4 常闭触头延时闭合， 加速接触器KMA3 得电吸合； KMA3 主触头闭合，将转子电路U3 U4, V3 V4, W3 W4 部分电阻切除。从反转接触器KMR KTl KMB 及 KMR KM3 KMA1 KT3 KMA2 KT4 KMA3 的顺序动作过程就是电动机反向起动、制动器松开、反接电阻及各级加速电阻逐级切除的过程，当此过程结束后，电动机转子电路 U1 U3, V1 V3, W1 W3 只保留部分软化电阻。电动机在负载作用下，其转速超过同步转速稳定运行，这种状态称为再生（回馈）制动状态。下降第三档适用于任何负载的快速下降，对长距离下降是非常适用的，这样可以提高生产率。在再生制动
25、状态，转子电路电阻越小，电动机转速越低（大于同步转速）；转子电路电阻越大，电动机转速越高，当反接接触器 KM3 不吸合，电动机将会产生危险的高速。PQSI 起升机构控制屏电路的特点是：1) 可逆不对称线路。2）主令控制器的档数为3-0-3, 12 个回路。3) 电动机转子回路串接 4（或 5)级起动电阻，上升第一、二级电阻为手动切除，其余由时间继电器控制，自动切除。4）下降第一档为反接制动，可实现重载（半载以上）慢速下降。5）下降第二档为单相制动，可实现轻载（半载以下）慢速下降。6) 下降第三档为再生制动下降，可使任何负载以略高额定速度下降。7) 停车时，由于时间继电器KT1的作用，使制动器操
26、纵元件比电动机先停电0.6s，以防止溜钩。8) 利用换相继电器 KIL （动合延时0.11 一 0.16s，动断延时 0.15 一 20s）来延长可逆转换时间，防止正转接触器KMF 、单相接触器KMS 、反转接触器 KMR 在可逆转换时造成相间短路，同时利用KIL的短暂延时，使主令控制器快速由零位打到下降第三档或由下降第三档打到零位。此时单相接触器KMS 不动作。9) 回路 KT1 线圈中正转接触器 KMF 与制动接触器 KMB 常开辅助触头串联，防止工作在某一档或换档时， 因主接触器 (KMF, KMS, KMR ）不能可靠地吸上而产生重物自由下降的事故。因为若不加KMF 常开辅助触头，此时
27、 KMB 和 KTl 常开辅助触头相互自保，使 KMB 线圈得电，制动器松开，而电动机不接电源，产生重物自由下降的事故。10）下降行程开关SQH2 如不用，可短接。11）回路、中的正转接触器KMF 、反转接触器KMR 、单相接触器KMS 之间有电气联锁，防止发生相间短路事故。12）上升行程开关SQHI 、下降行程开关SQH2 分别作上升、下降行程保护。PQSl 起升机构控制屏控制电动机的机械特性如图8-9 所示。图8-9 中第一象限的 1, 2, 3 曲线分别为上升第一、二、三档时的机械特性曲线。第四象限的1 曲线为下降第一档反接制动时的机械特性曲线；2 曲线为下降第二档单相制动时的机械特性曲线， 3 曲线为下降第三档再生制动时的机械特性曲线。9图 8-9 PQSI 起升机构控制屏控制电动机的机械特性10