电动发动机翻转架驱动电机的选型及控制

叶世群

摘要：对电动发动机翻转架驱动电机的选用型号进行严谨计算，并对电机运转控制进行合理设计，使设备自如起停、翻转，达到提升设备自动化的目的。

关键词：翻转架;电机;选型;控制

0  引言

发动机翻转台架是发动机维修过程中很重要的一种辅助设备，主要用于各高等院校的发动机实训室和各汽车维修厂，以便于拆装维修汽车发动机。目前市场上使用的发动机翻转架，基本都是手摇输入动力，再通过蜗轮蜗杆减速器来进行控制，其借助的是蜗轮蜗杆的自锁特性，从而使得发动机在任意角度能够实现自锁稳定。这种驱动方式简单，但费时费劲，对操作人员的体力要求高。现设计一款发动机翻转架，驱动方式采用电动机，能大大减轻工作人员的劳动强度，提高翻转架的实用效能。发动机翻转架采用电动机输入动力，需对电动机的选型进行严谨计算，以及对电动机的旋转进行精确控制。

1  驱动电机的选型

电机驱动系统能否既经济又可靠地运行，正确选用拖动电机至关重要。而选择电机是一项很复杂的工作，主要内容包括：电动机的种类、结构形式、额定电压、额定转速、额定功率（容量）的选择等。

在以上选择项目中，功率的选择是最重要的。一般情况下，为了安全起见，往往容易选择功率偏大的电动机，造成大马拉小车的现象，这样虽然电动机不会过热损坏，但也得不到充分利用，电机效率低，使设备的投资和运行费用偏高，经济性能低。反之，若电机的功率选择过小，则可能不能拖动负载，不能翻动发动机，或经常使电机在过载下运行，导致电机过热和绝缘材料提前老化，缩短电机的使用寿命，这样也不能充分发挥发动机翻转架的生产能力。因此，合理选择驱动电机，对翻转架具有十分重要的意义。

综上所述，正确选择电动机容量的原则是：满足生产机械负载对电动机提出的功率、转矩、转速、调速、制动和过载等要求的前提下，使电动机既充分利用，又不超过允许温升。

1.1 选择驱动电机类型

选择电动机种类的原则是在满足生产机械的技术性能的前提下，优先选用结构简单、工作可靠、价格便宜、维修方便、运行经济的电动机。从这个意义上讲，交流电动机优于直流电动机，异步电动机优于同步电动机。当生产机械运行平稳，对启动、制动及调速性能要求不高时，应优先选用异步电动机。

在本设计中，选用三相交流减速电机。它是由拖动电机与齿轮减速装置耦合而成，具有结构紧凑、体积小、重量轻、振动小、效率高等特点，是理想的低速动力源。

1.2 选择驱动电机的电压等级

交流电动机额定电压的选择主要按使用场所的供电电网等级选择。一般低压电网为380V，因此，中小型三相异步电动机的额定电压大多选择380V（Y或D接法），220V/380V（Y/D接法）。本案中，选择380V电网电压，Y型接法。

1.3 选择驱动电机的额定转速

电动机的额定转速是根据生产机械传动系统来选择的。在一定功率时，电动机的额定转速越高，其体积越小，重量越轻、价格越低、运行效率越高。在本设计中，虽然翻转架的输出转速低，但因选用了减速电机，其减速比大，故选用高速电动机。选择同步转速为1500r/min的电动机。

1.4 选择驱动电机的功率（容量）

减速电机的功率应根据发动机翻转架所需要的功率来选择，尽量使电机在额定负载下运行，需要通过严谨的计算来选择，以免出现电机与负载不匹配的情况。

在发动机翻转架的驱动电机的功率选择过程中，已知以下参数：四缸发动机重量，本案中按500Kg计算;四缸发动机的总宽度小于0.6米，本设计中按0.6米计算;发动机翻转速度，按1r/min计算，电机同步转速为1500r/min，考虑蜗轮蜗杆传动比，减速电机的输出转速为60r/min，减速电机的减速比i为25。

计算电机功率时，由翻转发动机所需的扭矩倒推而得。在本设计中，发动机翻转的速度很低，每分钟只翻1转，故可按静功率计算，过程如下：

查电机手册，选择GV-22-400-25-S的减速电机，为立式电机，输出轴22mm，输出功率0.4kW，减速比i=25，380V三相交流。該减速电动机能满足翻转架对电动机功率、转矩、转速、等要求，又能使电动机充分利用，不浪费资源。

2  驱动电机的控制

在本设计中，发动机翻转架需要正反向翻转，经常起停，在设计驱动电机的控制电路时，要考虑到电机的正反转，且翻转过程能自保持。图1为发动机翻转架驱动电机控制电路图。

电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可，即换相。为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于将两相相序对调，故须确保二个接触器线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁控制。为安全起见，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路;使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其常闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护了电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。

在实际电路中，需要五个熔断器，两个三相交流接触器，一个热继电器，两个启动按钮，一个停止按钮。该设计能实现电机的自锁和互锁，在松开启动按钮时，减速电机能持续运转。

当按下正转启动按钮SB2时，正转交流接触器的电磁线圈KM1通电吸合，使主回路的三个主触头KM1接通，电机正转，同时使与SB2并联的一对常开触点KM1闭合，此时松开正转启动按钮SB1，因KM1的常开触点通电闭合，正转控制电路仍然接通，电机继续正转，实现自锁，翻转架持续顺时针旋转。因为正转交流接触器的一个常闭触头KM1接于反转电路中，在电机正转运行时，常闭触点KM1断开，从而使反转控制线路断开，实现互锁。这样可以避免误操作而使电源短路。

当需要翻转架逆时针旋转时，可直接按下反转启动按钮SB3，反转交流接触器的电磁线圈KM2通电吸合，接通主回路中的反转交流接触器的主触点KM2，输入电机的三相交流电中的L1和L3两根线互换，实现电机反转，而KM2闭合，电机反转电路进行自锁，松开反转启动按钮SB3，电机仍然反转，驱动翻转架仍然逆时针旋转。同正转互锁电路原理一样，电机反转时，由于接于正转电路中的KM2断开，使正转控制线路断开，实现互锁。

当翻转架旋转到想要的位置时，按下停止按钮SB1时，所有控制电路断开，电机脱离电源而停转，翻转架停止于想要的位置。

在本案的驱动电机控制电路中，除了对电机实现正反转和起停控制外，还能实现过载保护。将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，热元件与电动机的定子绕组串联。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热继电器的常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。当电机出现过载时，绕组中电流增大，通过热元件的电流增大，热继电器的双金属片受热过大，超过正常值弯曲，推动导板移动，使接在控制电路中的常闭触头断开，从而断开电机电源，避免电机长时间过热工作而损坏，直到保护电机的作用。待双金属片冷却后，按下复位按钮，热继电器的常闭触头闭合，电路又可以正常工作，翻转架正常翻转。

3  结束语

通过对发动机翻转架驱动电机的选型计算和控制设计，能很好的实现发动机翻转架的驱动和控制，提高翻转架的自动化能力，使维修人员从繁重的体力劳动中解放出来，是一次不小的技术革新。

参考文献：

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