星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)控制線路綜述

李冰濤

（江蘇省徐州技師學(xué)院，江蘇 徐州 221151）

1 常用的控制線路

時(shí)間繼電器自動(dòng)控制星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)線路主線路如圖1所示。該線路主要由三個(gè)接觸器，一個(gè)熱繼電器組成。接觸器KM作引入電源用，接觸器KMY和KMΔ分別作星形降壓?jiǎn)?dòng)用和三角形運(yùn)行用，QS為電源開關(guān)，F(xiàn)U1作主線路的短路保護(hù)，F(xiàn)R作過載保護(hù)。

圖1 星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)主線路圖

圖2則為一種最常見的星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)控制線路。該控制線路主要有一個(gè)時(shí)間繼電器、兩個(gè)按鈕、三個(gè)接觸器線圈、一個(gè)時(shí)間繼電器線圈以及若干個(gè)觸點(diǎn)組成。SB1是啟動(dòng)按鈕，SB2是停止按鈕，時(shí)間繼電器KT用作控制星型降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)間和完成星形-三角形自動(dòng)切換。FU2作控制線路的短路保護(hù)，F(xiàn)R為過載保護(hù)觸點(diǎn)。

圖2 星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)控制線路1

此控制線路的設(shè)計(jì)思想是：

（1）接觸器KM作引入電源用。按下SB1，KM線圈得電，由于KM常開觸點(diǎn)的自鎖作用，使得控制線路處于得電導(dǎo)通狀態(tài)。

（2）通電時(shí)，KMY線圈與KT線圈支路先得電，處導(dǎo)通狀態(tài)；KMΔ線圈支路處于斷開狀態(tài)，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)為星形接法啟動(dòng)運(yùn)行。

（3）時(shí)間繼電器KT的延時(shí)時(shí)間到。此時(shí)，時(shí)間繼電器的延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)與延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)開始動(dòng)作，完成KMY線圈得電與KMΔ線圈斷電的轉(zhuǎn)換，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為三角形接法運(yùn)行。

在控制線路中，我們用“字母”代表線圈，線圈后加“+”代表線圈得電，線圈后加“－”代表線圈失電。如KM+代表接觸器線圈KM得電，KT－代表時(shí)間繼電器線圈KT失電。我們用“字母+數(shù)字”代表該線圈控制的觸點(diǎn)，其中“數(shù)字”表示該觸點(diǎn)的接線線號(hào)。觸點(diǎn)閉合用“√”表示，觸點(diǎn)斷開用“×”表示。 如 KMΔ（7-8）√代表 KMΔ 常開觸點(diǎn)閉合，KT（5-6）×代表KT常閉觸點(diǎn)斷開。由此，我們可以將圖2控制線路的動(dòng)作過程敘述如下：

合上電源開關(guān)QS：

停止時(shí)，按下SB2即可。

由于此控制線路非常成熟，市面上有系列的定型產(chǎn)品，稱之為YΔ自動(dòng)啟動(dòng)器。我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)Y-Δ自動(dòng)啟動(dòng)器的技術(shù)參數(shù)選擇使用。

2 巧妙的改進(jìn)

然而上面這種控制線路接法用到的觸點(diǎn)較多，線路裝接較復(fù)雜，尤其是時(shí)間繼電器要使用兩個(gè)獨(dú)立的延時(shí)觸點(diǎn)，在有些實(shí)訓(xùn)場(chǎng)合操作起來也不太方便。那么有沒有一種簡(jiǎn)潔一些的控制線路，使實(shí)訓(xùn)操作更加方便呢？有，請(qǐng)看下面的控制線路：

圖3 星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)控制線路2

此控制線路的設(shè)計(jì)思想是：

（1）首先讓KMY線圈和KT線圈的支路先得電導(dǎo)通。

（2）用KMY的常開觸點(diǎn)接通KM線圈和KMΔ線圈的支路，但此時(shí)KMΔ線圈由于KMY常閉觸點(diǎn)的互鎖作用而斷開，因此電動(dòng)機(jī)處于星形接法啟動(dòng)運(yùn)行。

（3）時(shí)間繼電器KT的延時(shí)時(shí)間到，此時(shí)時(shí)間繼電器的延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)斷開，KMY線圈失電，使得KMΔ線圈得電，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為三角形接法運(yùn)行。

我們可以將圖3控制線路的動(dòng)作過程敘述如下：

合上電源開關(guān)QS：

停止時(shí)，按下SB2即可。

從圖3的控制線路圖我們可以看到，此控制線路只使用了時(shí)間繼電器的一個(gè)延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)，裝接起來自然比圖2控制線路簡(jiǎn)單方便。

但此控制線路的好處還不僅于此。該線路中，接觸器KMY得電以后，通過KMY的輔助常開觸點(diǎn)使KM得電動(dòng)作，這樣KMY的主觸點(diǎn)是在無負(fù)載的條件下進(jìn)行閉合的，所以可延長(zhǎng)接觸器KMY主觸點(diǎn)的使用壽命，這也是該控制線路設(shè)計(jì)的巧妙之處。

3 根本的改變

除此之外，圖2的控制線路還有沒有再改進(jìn)的可能呢？回答是肯定的。我們仔細(xì)觀察圖1的主線路可以看到，接觸器KM在主線路中并沒有什么作用。如果沒有KM，并不影響主線路的功能，況且主線路中還有電源開關(guān)QS起保護(hù)作用。我們仔細(xì)觀察圖2的控制線路可以看到，接觸器KM在控制線路中只是起到接通電源的作用，如果只是接通電源，我們完全沒有必要使用一個(gè)接觸器，只需要在控制線路中用一個(gè)中間繼電器就可以。此線路的主線路與控制線路的改造線路如圖4、圖5所示。

圖4 星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)主線路圖2

圖5 星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)控制線路圖3

比較起來，此改進(jìn)線路的主線路里是少了一個(gè)接觸器KM，線路確實(shí)簡(jiǎn)單了，但控制線路中我們看到并沒有按圖3的線路進(jìn)行改造，而是看起來更加復(fù)雜了，其實(shí)這是一種新的思路。我們且看圖5的控制線路圖，從左至右大致有4條支路，而且這4條支路的功能依次為：

（1）繼電器R支路起接通電源的作用，我們稱作啟動(dòng)線路。

（2）時(shí)間繼電器KT支路起延時(shí)作用，我們稱作延時(shí)線路。

（3）接觸器KMY和KMΔ兩條支路可實(shí)現(xiàn)星三角控制線路的轉(zhuǎn)換，我們稱作星三角切換線路。

從上面的分析我們可以看到，此控制線路雖然沒有簡(jiǎn)化，但每條支路功能表達(dá)簡(jiǎn)潔、清楚，整個(gè)控制線路的邏輯表達(dá)清晰、明了。特別是中間繼電器R的運(yùn)用，使整個(gè)控制線路顯得輕靈、流暢。

如果只是就繼電器控制技術(shù)的實(shí)訓(xùn)操作內(nèi)容來看，此控制線路確實(shí)沒有什么特別優(yōu)越之處。但是我們知道，當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，這種傳統(tǒng)的繼電-接觸控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被先進(jìn)的PLC控制系統(tǒng)所取代，而且《數(shù)控機(jī)床電氣控制》的課程學(xué)完以后，緊接著就是PLC課程的學(xué)習(xí)。

PLC（Programmable logic Controller），也叫可編程控制器，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC所下的定義是這樣的：

“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可以編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?/p>

PLC是由繼電器控制技術(shù)的繼承和演變而來的，它不僅充分利用微機(jī)處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。PLC采用和繼電器線路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名，我們可以說PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。

PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。

梯形圖編程語言是一種圖形化的編程語言，形式上與繼電-接觸控制系統(tǒng)的控制線路部分相類似。繼電-接觸控制系統(tǒng)的工程技術(shù)人員只需做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。PLC用戶程序的編寫清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。梯形圖編程語言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性，與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。

如果從PLC的角度來看圖5的控制線路，我們立刻就可以發(fā)現(xiàn)此控制線路的優(yōu)越性。因?yàn)樵赑LC控制電路里，中間繼電器、時(shí)間繼電器以及各類常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)都可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)，而不需要這些硬件資源的。所以控制線路只要邏輯表達(dá)清楚，我們很容易就可以用PLC編程實(shí)現(xiàn)。圖6為三菱PLC FX系列的星三角啟動(dòng)的梯形圖，我們與圖5的繼電器控制線路圖比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的思路是相同的，只是PLC的表達(dá)更加簡(jiǎn)潔而已。

梯形圖中，X0為啟動(dòng)按鈕，X1為停止按鈕，Y1為KMY線圈，Y2為KMΔ線圈。

圖6 三菱PLC FX系列的星三角啟動(dòng)的梯形圖

如果我們把圖5的星三角降壓?jiǎn)?dòng)控制線路圖也畫成橫向的形式，如下面的圖7，我們就更能體會(huì)到它們的相同之處。

圖7 星形-三角形降壓?jiǎn)?dòng)控制線路3的橫向畫法

從圖5的星三角降壓?jiǎn)?dòng)控制線路到圖6的PLC星三角啟動(dòng)的梯形圖，這里面包含了一個(gè)重要的教育學(xué)、心理學(xué)的思想——正遷移。心理學(xué)知識(shí)告訴我們，遷移是指?jìng)€(gè)體已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)新知識(shí)學(xué)習(xí)的影響，它包含助益性和妨礙性兩個(gè)完全相反的方面，故有正遷移和負(fù)遷移之分。正遷移也叫“助長(zhǎng)性遷移”，是指一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)起到積極的促進(jìn)作用。PLC系統(tǒng)是在繼電-接觸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以它們的控制思想有許多相通之處。如果教師能夠在教學(xué)中常把這些相似的知識(shí)拿出來有意識(shí)地一起進(jìn)行比較、探討，相信對(duì)學(xué)生們的學(xué)習(xí)一定會(huì)起到很好的“正遷移”的作用，使他們對(duì)所學(xué)的知識(shí)能夠有更深更廣的理解和把握。

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