【編者按】車(chē)床是最常用的機(jī)械加工設(shè)備, 雖然現(xiàn)在已經(jīng)大量的使用數(shù)控車(chē)床, 但是老式車(chē)床仍在許多小型的機(jī)械加工企業(yè)中大量的使用。車(chē)床在工作時(shí)經(jīng)常需要電動(dòng)機(jī)換向, 電動(dòng)機(jī)的直接換向控制會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊和電流沖擊, 這樣很容易損壞電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)用的皮帶輪及齒輪組, 從而影響設(shè)備的使用壽命, 而且電流沖擊也容易造成繞組損壞, 進(jìn)而縮短了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

　　1. 2 車(chē)床直接換向控制會(huì)產(chǎn)生的危害
　　
　　首先, 由直接換向控制產(chǎn)生巨大的機(jī)械沖擊, 電動(dòng)機(jī)的皮帶輪上鍵槽直接承受強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊, 經(jīng)常出現(xiàn)皮帶輪鍵槽的損壞現(xiàn)象。由于變速箱中相互齒合的齒輪之間存在一定的工作間隙,直接換向產(chǎn)生的反接制動(dòng)使得變速箱的齒輪變換接觸面時(shí)產(chǎn)生劇烈的撞擊, 常常出現(xiàn)齒輪缺齒焙逝、壞齒現(xiàn)象蚪应。這樣不但增加了設(shè)備的使用成本, 而且造成局部停產(chǎn), 影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　其次, 由直接換向控制產(chǎn)生的反接制動(dòng)會(huì)造成電動(dòng)機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流, 使得定子繞組出現(xiàn)過(guò)熱而影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命, 而且容易造成線(xiàn)路過(guò)流和電源過(guò)載, 造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)年笋。

最后, 采用直接換向控制, 由于反接制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)差率大于1, 不但制動(dòng)電流大, 而且效率和功率因數(shù)很低, 從而造成了能量的浪費(fèi)伍戚。

　　2 軟制動(dòng)方案

　　通過(guò)以上分析, 要克服直接換向出現(xiàn)的反接制動(dòng)造成的電流沖擊和機(jī)械沖擊須采用了特殊的制動(dòng)方法, 這種制動(dòng)方法是在定子繞組通入直流的能耗制動(dòng), 但是不同于一般的能耗制動(dòng), 因?yàn)橐话愕哪芎闹苿?dòng)是"恒流制動(dòng)", 這種能耗制動(dòng)的特點(diǎn)是制動(dòng)電流隨制動(dòng)過(guò)程變化。這種制動(dòng)裝置能夠在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生柔性的制動(dòng)力矩如圖1 所示, 制動(dòng)開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)力矩較小, 以便于減少由齒輪間的間隙造成邊沿接觸面改變?cè)斐傻淖矒舸扑Ｔ趥鲃?dòng)齒輪變換了接觸面后制動(dòng)力矩要迅速增大, 以縮短制動(dòng)時(shí)間透汞。其最大制動(dòng)電流根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率確定, 以避免電動(dòng)機(jī)的繞組受損。這種電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)控制與電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)有許多相似之處, 故謂之曰"軟制動(dòng)"政用。
　　
　　實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟制動(dòng)控制, 也同電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)控制一樣, 需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的控制裝置, 由于采用能耗制動(dòng), 一般采用一組直流電源即可, 因此軟制動(dòng)裝置要比軟啟動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制作比較容易醇电。
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的工作電流較大, 如采用線(xiàn)性放大電路提供電動(dòng)機(jī)繞組的制動(dòng)電流, 晶體管的管耗很大, 因而效率較低, 而且對(duì)散熱條件的要求很高。采用PWM 調(diào)制的方法, 通過(guò)調(diào)節(jié)控制管的占空比, 利用電動(dòng)機(jī)繞組的自感作用配合續(xù)流二極管, 可以獲得平滑變化的制動(dòng)電流翰鲸。
　　
　　采用軟制動(dòng)控制, 必須設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)門(mén)的制動(dòng)裝置, 這個(gè)裝置叫做軟起動(dòng)控制器。該裝置為了適應(yīng)不同車(chē)床的制動(dòng)要求, 應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置相速。該裝置不但可以用到車(chē)床控制電路上, 還可以應(yīng)用到其它需要平滑制動(dòng)的場(chǎng)合碟渺。比如多數(shù)電梯仍采用雙速異步電動(dòng)機(jī), 制動(dòng)時(shí)依靠將高速轉(zhuǎn)換低速實(shí)現(xiàn)減速制動(dòng), 不但增加了電動(dòng)機(jī)的成本,但實(shí)際上人們?nèi)匀桓杏X(jué)到因減速過(guò)快造成的不舒適, 這對(duì)于健康人沒(méi)有多大影響, 但是對(duì)于血壓不正常的人就有很大的影響, 如果采用軟起動(dòng)和軟制動(dòng)相結(jié)合的方法, 則可以解決這個(gè)問(wèn)題。
　　
　　3 制動(dòng)要求
　　
　　3. 1 制動(dòng)力矩的變化曲線(xiàn)合適
　　
　　隨制動(dòng)的進(jìn)行, 其制動(dòng)力矩隨時(shí)間不斷的變化突诬。按照制動(dòng)過(guò)程可分為三個(gè)階段:
　　
　　3. 1. 1 輪齒接觸面更換階段
　　
　　在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)如出現(xiàn)突然斷電, 在沒(méi)有制動(dòng)的情況下, 主動(dòng)輪減速比從動(dòng)輪減速要慢, 相互齒合的兩齒輪將繼續(xù)保持原來(lái)的接觸狀態(tài)苫拍。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn), 電動(dòng)機(jī)的初始制動(dòng)力矩應(yīng)該略大于從動(dòng)齒輪的負(fù)荷力矩, 使得兩齒輪的接觸面分開(kāi)。原來(lái)相互齒合兩齒輪將因轉(zhuǎn)速差而更換接觸面,如果轉(zhuǎn)差很大, 齒輪的重新齒合時(shí)必將造成強(qiáng)烈的撞擊, 因此減弱齒輪撞擊的方法是合理的控制初始制動(dòng)力矩旺隙。
　　
　　由于車(chē)床齒輪間隙的差異, 在換向時(shí)變換接觸面的時(shí)間存在較大的差異, 然而實(shí)際上這段時(shí)間是相當(dāng)短暫的, 而且撞擊強(qiáng)度是轉(zhuǎn)矩與這段時(shí)間的累積效應(yīng), 因而在此之前轉(zhuǎn)矩的變化沒(méi)有什么意義绒极。

 　　齒輪更換接觸面時(shí)的撞擊可以通過(guò)齒輪箱發(fā)出的聲音來(lái)區(qū)分, 初始力矩可以通過(guò)齒輪箱發(fā)出的聲音的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)骏令。

　　3. 1. 2 產(chǎn)生制動(dòng)作用階段

　　當(dāng)主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪變換接觸面出新齒合后, 制動(dòng)力矩應(yīng)該迅速增大, 以縮短制動(dòng)時(shí)間。

　　3. 2 最大制動(dòng)力矩適當(dāng)
　　
　　我們采用能耗制動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)軟制動(dòng), 既要求有較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)距, 又要求定垄提、轉(zhuǎn)子回路中電流不能太大而使繞組過(guò)熱榔袋。制動(dòng)力矩是由直流電流產(chǎn)生的, 而且制動(dòng)電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)的工作繞組, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn), 能耗制動(dòng)要求籠型異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入的直流電流取額定電流為( 2~ 3) Io。由于制動(dòng)時(shí)間較短, 而且制動(dòng)繞組的工作電流是按照制動(dòng)力矩變化曲線(xiàn)變化的, 因此制動(dòng)電流不能大于電動(dòng)機(jī)工作繞組的額定電流3 倍铡俐。
　　
　　3. 3 制動(dòng)時(shí)間控制得當(dāng)

　　軟制動(dòng)的作用時(shí)間不受操作按鈕轉(zhuǎn)換時(shí)間控制, 而是由專(zhuān)門(mén)控制裝置控制凰兑。軟制動(dòng)的制動(dòng)開(kāi)始時(shí)間應(yīng)在電動(dòng)機(jī)的第一種運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束的瞬間立即實(shí)施, 制動(dòng)的結(jié)束時(shí)間最好在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降接近零時(shí), 最遲在第二種運(yùn)行狀態(tài)將要開(kāi)始的瞬間實(shí)施。對(duì)制動(dòng)時(shí)間的控制最好由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路控制, 如速度繼電器, 也可以將轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)直接加到軟制動(dòng)器內(nèi), 在軟制動(dòng)器內(nèi)部增設(shè)相應(yīng)的控制電路實(shí)現(xiàn)审丘。在轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置不易安裝的情況下, 可以使用時(shí)間繼電器進(jìn)行控制吏够。

　　4 采用軟制動(dòng)的車(chē)床控制電路

　　5 軟制動(dòng)裝置內(nèi)部電路的組成及原理
　　
　　5. 1 電壓變換電路產(chǎn)生兩種電壓, 一種是制動(dòng)用的直流高壓, 此電壓作為IGBT 的工作電壓。由于采用PWM 控制的方法控制, 可以適用于不同功率的電動(dòng)機(jī)嵌鳖。另一種是弱電電路的工作電壓,一般取15V , 用于給制動(dòng)力矩形成電路织扰、三角波發(fā)生電路和PWM 脈沖形成電路供電。
　　
　　5. 2 制動(dòng)力矩曲線(xiàn)形成電路
　　
　　在制動(dòng)力矩曲線(xiàn)形成電路中設(shè)有初始制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)裝置, 可以根據(jù)車(chē)床變速箱中齒輪的間隙進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整, 其調(diào)整范圍不能很大; 還設(shè)有最大制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)裝置, 以便于用戶(hù)根據(jù)實(shí)際需要合理的調(diào)節(jié)最大制動(dòng)力矩, 獲得最佳效果及裂。
　　
　　制動(dòng)力矩曲線(xiàn)形成電路用來(lái)提供PWM 脈沖形成電路的控制信號(hào)率肉。在該電路中: 采用直流偏置的方法產(chǎn)生初始制動(dòng)力矩, 其偏置電壓應(yīng)能夠進(jìn)行人為調(diào)節(jié), 以適應(yīng)不同情況的要求。采用二次積分的方法產(chǎn)生近似拋物線(xiàn)的制動(dòng)力矩曲線(xiàn), 并且其時(shí)間常數(shù)可以人為調(diào)節(jié), 以形成理想的制動(dòng)力矩隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)朝财。其最高輸出電壓也能夠進(jìn)行人為的調(diào)節(jié), 以控制最大制動(dòng)力矩屏烂。
　　
　　5. 3 三角波發(fā)生電路
　　
　　該電路主要為PWM 脈沖形成電路提供幅度和頻率合適的三角波脈沖, 作為PWM 脈沖形成電路中的電壓比較器的一路輸入信號(hào)。參照變頻器中PWM 調(diào)制的載波頻率, 根據(jù)IGBT 的參數(shù)合理的選擇三角波脈沖的頻率, 在10KHz 左右龟栗。
　　
　　三角波產(chǎn)生的方法很多, 考慮簡(jiǎn)單實(shí)用采用555 時(shí)基電路構(gòu)成巾割。
　　
　　5. 4 PWM 脈沖形成電路

　　制動(dòng)所需的電源均取自動(dòng)力供電電源的兩根火線(xiàn)L1和L2。其中, 電容C1 焰醇、C2 , 二極管V1 ~ V4組成軟制動(dòng)電路供電電源, C1 是濾波電容, 由于電動(dòng)機(jī)繞組LY 的儲(chǔ)能作用, 所以其容量較小, 二極管V5 是續(xù)流二極管, 由于IGBT 的開(kāi)關(guān)頻率較高,因此應(yīng)該選用快恢復(fù)二極管昧甲。晶體管V7、V8腿扒、V9 昼牛、V10、VZ , 電阻R1康聂、R2 贰健、R3 、R5 , 電感LT 等組成斬波式開(kāi)關(guān)電源, 給小信號(hào)產(chǎn)生電路供電恬汁。電阻R6伶椿、R7 , 電容C4、C5 組成二次積分, 產(chǎn)生拋物波信號(hào)氓侧。時(shí)基集成電路NE555 以及外圍元件組成三角波發(fā)生電路脊另。集成運(yùn)放A 完成PWM 調(diào)制, 其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管V6、V7 進(jìn)行電流放大后激勵(lì)I(lǐng)G-BT 工作。電容C2用于限制最大制動(dòng)電流, 最小制動(dòng)力矩可以通過(guò)可變電阻RP 進(jìn)行調(diào)節(jié)偎痛。

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