由簡(jiǎn)入繁逐步添加實(shí)現(xiàn)電氣控制線路的設(shè)計(jì)

鄧紅雷

（華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東廣州510640）

0 引言

電工學(xué)是工科所有非電類專業(yè)的專業(yè)必修課，繼電器—接觸器控制系統(tǒng)是電氣控制中的主要組成部分[1]，這部分教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際器件聯(lián)系非常緊密，是電工學(xué)的難點(diǎn)之一，部分初學(xué)者一看到就發(fā)憷，其實(shí)對(duì)于電氣控制電路的設(shè)計(jì)，只要從基本電路入手，按照功能要求，由簡(jiǎn)入繁，循序漸進(jìn)，逐步添加，逐漸完備，不急躁冒進(jìn)，就會(huì)得到好的設(shè)計(jì)效果。

1 點(diǎn)動(dòng)控制電路

電機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制主電路和控制電路如圖1所示，是繼電器—接觸器控制系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的控制電路，本文以此為基礎(chǔ)，按照功能要求，逐步添加，逐步完善，最終完成所有的功能設(shè)計(jì)。為了便于抓住要點(diǎn)，假定電路中已經(jīng)包含短路保護(hù)（熔斷器FU）、過(guò)載保護(hù)（熱繼電器FR）以及零壓、欠壓保護(hù)（交流接觸器線圈KM）等環(huán)節(jié)。

圖1 帶短路過(guò)載欠壓保護(hù)的點(diǎn)動(dòng)控制電路圖

工作原理：合上開(kāi)關(guān)Q，按下啟動(dòng)按鈕SB2，交流接觸器KM線圈通電，KM主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；松開(kāi)SB2，KM線圈斷電，KM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

2 可以連續(xù)運(yùn)行的控制電路

圖1只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。為了讓電機(jī)能夠連續(xù)運(yùn)行，可以在啟動(dòng)按鈕SB2上并聯(lián)交流接觸器KM自身的輔助觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自鎖。另外，為了實(shí)現(xiàn)停機(jī)，必須添加停止按鈕SB1。所以完整的可以連續(xù)運(yùn)行的基本控制電路如圖2所示。

圖2 可以連續(xù)運(yùn)行的基本控制電路

工作原理：合上開(kāi)關(guān)Q，按下啟動(dòng)按鈕SB2，KM線圈通電，KM主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，KM輔助觸點(diǎn)閉合自鎖；松開(kāi)啟動(dòng)按鈕SB2，由于KM輔助觸點(diǎn)的自鎖，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB1，KM線圈斷電，KM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，KM輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，取消自鎖。

3 異地啟停控制

有時(shí)電機(jī)需要多點(diǎn)啟停，比如水泵電機(jī)的就地和異地控制，則可在圖2所示的基本控制電路的基礎(chǔ)上添加部分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于啟動(dòng)按鈕是常開(kāi)按鈕，各多點(diǎn)啟動(dòng)按鈕彼此之間是并聯(lián)關(guān)系，所以可在原啟動(dòng)按鈕SB2上并聯(lián)添加異地啟動(dòng)按鈕SB3；由于各停止按鈕是常閉按鈕，彼此之間的電氣連接是串聯(lián)關(guān)系，所以可在控制電路中串聯(lián)添加異地停機(jī)按鈕SB4，實(shí)現(xiàn)異地啟停，如圖3所示。

圖3 異地啟?？刂齐娐?/p>

異地啟?？刂葡到y(tǒng)的工作原理和第2節(jié)連續(xù)運(yùn)行電路相似，不再贅述。

4 既能點(diǎn)動(dòng)又能連續(xù)運(yùn)行的電路

在需要試車、檢修以及調(diào)整車床主軸等場(chǎng)合，需要電機(jī)既能點(diǎn)動(dòng)又能連續(xù)運(yùn)行，則可在圖2的基礎(chǔ)上添加一對(duì)復(fù)合按鈕SB3，如圖4所示。

圖4 既能長(zhǎng)期工作又能點(diǎn)動(dòng)的控制電路

工作原理：按下啟動(dòng)按鈕SB2，電機(jī)連續(xù)運(yùn)行，工作原理和圖2相同；按下點(diǎn)動(dòng)復(fù)合按鈕SB3時(shí)，SB3常開(kāi)閉合，SB3常閉斷開(kāi)，KM線圈通電，KM主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，雖然KM輔助觸點(diǎn)會(huì)閉合自鎖，但此時(shí)由于SB3常閉斷開(kāi)，自鎖不起作用，松開(kāi)SB3后，電機(jī)停轉(zhuǎn)，因此實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制。

5 正反轉(zhuǎn)控制

正反轉(zhuǎn)控制在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中用途廣泛，比如工廠抓煤行車前后、左右運(yùn)動(dòng)，抓斗的張開(kāi)、閉合，其實(shí)就是通過(guò)多臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于要分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制，所以必須要有兩套基本控制系統(tǒng)。首先，在圖2的控制電路的基礎(chǔ)上添加一套基本控制電路，主電路增加一套交流接觸器的3個(gè)主觸頭，并且主電路交流接觸器的主觸頭要注意換向，得到的初步正反轉(zhuǎn)控制電路如圖5所示。

圖5 正反轉(zhuǎn)初步控制電路（正—?！矗?/p>

工作原理：合上開(kāi)關(guān)Q，按下正轉(zhuǎn)按鈕SBF，交流接觸器KMF線圈通電，KMF主觸點(diǎn)閉合，KMF輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，電機(jī)連續(xù)正轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB，KMF線圈斷電，KMF主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，KMF輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，取消自鎖。同理，按下SBR，電機(jī)反轉(zhuǎn)，按下SB，電機(jī)停止反轉(zhuǎn)。

圖5能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，但存在明顯不足，這其實(shí)是正—?！纯刂?，改變轉(zhuǎn)向時(shí)必須先按停止按鈕，即SBF和SBR不允許同時(shí)按下，否則正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)接觸器線圈會(huì)同時(shí)帶電，相應(yīng)主觸頭會(huì)同時(shí)閉合，造成電源兩相短路。

為了避免相間短路，可以在圖5控制電路的基礎(chǔ)上添加電氣聯(lián)鎖和機(jī)械聯(lián)鎖，讓控制電路在同一時(shí)間內(nèi)兩個(gè)接觸器只允許一個(gè)通電工作。

圖6避免了正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕同時(shí)按下時(shí)電源發(fā)生兩相短路的不足，但其實(shí)仍然是正—?！纯刂疲卜浅２槐?。為了實(shí)現(xiàn)正—反控制，可以利用復(fù)合按鈕的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械聯(lián)鎖，如圖7所示。

圖6 帶電氣互鎖的異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（正—停—反）

圖7 包含電氣和機(jī)械聯(lián)鎖的異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（正—反）

工作原理：合上開(kāi)關(guān)Q，按下SBF，SBF按鈕常閉斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)反向機(jī)械聯(lián)鎖，KMF線圈通電，KMF主觸點(diǎn)閉合，KMF常閉輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，KMF常閉輔助觸頭斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)反向電氣聯(lián)鎖，電機(jī)連續(xù)正轉(zhuǎn)；按下SBR，SBR按鈕常閉斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)正向機(jī)械聯(lián)鎖，KMR線圈通電，KMR主觸點(diǎn)閉合，KMR常閉輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，KMR常閉輔助觸頭斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)正向電氣聯(lián)鎖，電機(jī)連續(xù)反轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)交流接觸器線圈均斷電，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

6 行程控制

需要控制某些機(jī)械的行程時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)一定行程位置時(shí)利用行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制即可，只需要將行程開(kāi)關(guān)的常閉觸頭串聯(lián)加入對(duì)方的控制電路。如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)返回，只需采用復(fù)合行程控制按鈕，將常開(kāi)觸頭并聯(lián)加入對(duì)方的啟動(dòng)按鈕即可。主電路如圖1所示，控制電路如圖8所示。

圖8 電機(jī)自動(dòng)往返控制電路

工作原理：按下SBF時(shí)，KMF線圈帶電，電機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)前進(jìn)，達(dá)到預(yù)定位置后，擋塊撞擊行程開(kāi)關(guān)STb，STb常閉斷開(kāi)、常開(kāi)閉合，KMF斷電，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，同時(shí)，KMR線圈通電，電機(jī)反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)后退；達(dá)到另一個(gè)預(yù)定位置后，擋塊撞擊行程開(kāi)關(guān)STa，STa常閉斷開(kāi)、常開(kāi)閉合，KMR斷電，電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，同時(shí)，KMF線圈通電，電機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)前進(jìn)；按下SB，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

7 順序控制

某些生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件在工作時(shí)有先后順序要求，需要對(duì)拖動(dòng)電機(jī)進(jìn)行順序控制[2]。

順序控制1：兩臺(tái)電機(jī)，要求M1啟動(dòng)后，M2才能啟動(dòng)。M2既不能單獨(dú)啟動(dòng)，也不能單獨(dú)停車。

因?yàn)槭强刂苾膳_(tái)電機(jī)，且都需要連續(xù)運(yùn)行，所以控制電路和主電路需要兩套基本的交流接觸器系統(tǒng)，由于M2不能單獨(dú)停車，只需要一個(gè)停止按鈕。因?yàn)镸1啟動(dòng)后，M2才能啟動(dòng)，所以將M2的控制電路串入M1的啟動(dòng)電路中，如圖9所示。

圖9 順序控制1電路

順序控制2：兩條皮帶運(yùn)輸機(jī)分別由兩臺(tái)鼠籠異步電機(jī)拖動(dòng)，為避免物體堆積在運(yùn)輸機(jī)上，要求電機(jī)按下述順序啟動(dòng)和停止：?jiǎn)?dòng)時(shí)，M1啟動(dòng)后M2才能啟動(dòng)；停車時(shí)，M2停車后M1才能停車。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：因?yàn)槭莾膳_(tái)電機(jī)的啟?？刂疲孕枰獌蓚€(gè)基本控制回路，如圖10（a）所示，因?yàn)橐箅姍C(jī)M1啟動(dòng)后M2才能啟動(dòng)，所以將電機(jī)M1的交流接觸器的常開(kāi)輔助觸頭KM1串入M2的控制電路中；因?yàn)镸2停機(jī)后M1才能停機(jī)，所以將電機(jī)M2的交流接觸器的常開(kāi)輔助觸頭KM2并入M1的停機(jī)按鈕SB1，如圖10（b）所示。

圖10 順序控制2電路

8 結(jié)語(yǔ)

電機(jī)控制是電工學(xué)的重要內(nèi)容之一，本文從基本的點(diǎn)動(dòng)控制電路出發(fā)，逐步添加完善，完成了三相異步電機(jī)的連續(xù)控制、點(diǎn)動(dòng)加連續(xù)控制、正反轉(zhuǎn)控制、行程控制及順序控制電路的設(shè)計(jì)，從中可以看出，只要把握基本電路，從設(shè)計(jì)目標(biāo)出發(fā)，循序漸進(jìn)，逐步完善功能，就能取得好的設(shè)計(jì)效果。