邏輯代數(shù)在設(shè)計三相異步電動機控制線路中的應(yīng)用

盧明星

摘 要： 電力拖動自動控制設(shè)備的控制對象為各類電動機或其他執(zhí)行電器，控制原理為通過對控制對象的起動、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動等的運行方式采用電氣控制的方法實現(xiàn)控制，進而在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)自動化控制。為了更好地控制電動機的運行，需要設(shè)計相應(yīng)的控制線路。從邏輯代數(shù)的基本概念入手，探討邏輯代數(shù)在設(shè)計三相異步電動機控制線路中的應(yīng)用，針對三相異步電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)和正反轉(zhuǎn)控制線路設(shè)計進行詳細介紹。

關(guān)鍵詞： 邏輯代數(shù) 三相異步電動機 連續(xù)控制 電氣聯(lián)鎖

中圖分類號： TM92文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）05-0082-03

Application of Logic Algebra in the Design of Control Circuits for Three-Phase Asynchronous Motors

LU Mingxing

Yuncheng Mechanical and Electrical Engineering School， Yuncheng， Shanxi Province， 044000 China

Abstract： The control objects of electric drive automation control equipment are all kinds of motors or other executive electrical appliances， and its control principle is to use electrical control methods to control the operation modes of control objects， such as starting， stopping， positive and negative rotation， speed regulation and braking， and then realize automatic control in the production process. In order to better control the operation of the motor， it is necessary to design corresponding control circuits. This paper starts with the basic concept of logic algebra， discusses its application in the design of control circuits for three-phase asynchronous motors， and introduces the design of the continuous operation and forward-reverse control circuits of three-phase asynchronous motors in detail.

Key Words： Logical algebra； Three-phase asynchronous motor； Continuous control； Electrical interlock

邏輯設(shè)計法利用邏輯代數(shù)來進行控制線路設(shè)計，根據(jù)實際生產(chǎn)工藝的要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號和主令電器的接通與斷開狀態(tài)看成邏輯變量，然后根據(jù)實際的控制要求，將邏輯變量之間的邏輯關(guān)系用邏輯關(guān)系式來表達，并根據(jù)基本公式和運算規(guī)律進行簡化，根據(jù)最簡式設(shè)計出需要的控制線路[1]。該方法優(yōu)點是各控制元件的關(guān)系一目了然，不會讀錯和遺漏，用這種方法設(shè)計的控制線路往往比較合理，適合于生產(chǎn)工藝要求比較復(fù)雜的控制線路[2]。缺點是邏輯設(shè)計法其難度較大，要有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)，不易掌握。在設(shè)計中，邏輯代數(shù)可用于線路簡化和讀圖分析[3]。

1 控制線路中電器元件、電路的邏輯表示

邏輯與、邏輯或、邏輯非是邏輯代數(shù)中的三種基本邏輯關(guān)系。一般以“1”表示各電器元件的受激狀態(tài)，如接觸器、繼電器線圈得電，按鈕受壓按下等；以“0”表示各電器元件的初始狀態(tài)，如接觸器、繼電器線圈不得電，按鈕不受壓等。與、或、非三種邏輯關(guān)系與電路狀態(tài)見圖1。

下面利用以上三種基本邏輯電路，來設(shè)計三相異步電動機的連續(xù)運轉(zhuǎn)控制線路和正反轉(zhuǎn)控制線路。

2 三相異步電動機的連續(xù)運轉(zhuǎn)控制線路

要實現(xiàn)三相異步電動機的連續(xù)運轉(zhuǎn)控制線路，就必須解決啟動控制按鈕在復(fù)位彈簧作用下常開觸點彈起斷開的問題。在啟動按鈕觸電彈起前，必須建立能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)的線路，這很顯然是一種邏輯或的關(guān)系。對照上面的邏輯或電路，可以在啟動按鈕的兩端并聯(lián)接觸器的常開輔助觸頭KM，這樣就可以實現(xiàn)兩條線路給接觸器線圈供電。松開啟動按鈕時，啟動按鈕這一路斷開，但接觸器線圈仍然可以通過并聯(lián)在啟動按鈕旁邊的KM這一路線路得電，這樣就保持了三相異步電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)。如圖2所示，閉合電源開關(guān)QS，按下SB1啟動按鈕，KM接觸器線圈得電，KM主觸頭閉合，主電路接通，按U、V、W相序，電動機運轉(zhuǎn)，同時KM自鎖常開輔助觸頭閉合，對KM實現(xiàn)自鎖控制，三相異步電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)。

3 三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路

改變?nèi)喈惒诫妱訖C三相電源兩相的相序，就可以改變?nèi)喈惒诫妱訖C的旋轉(zhuǎn)方向。因此，只要在主控制電路中借用兩個接觸器的主觸頭，就可以實現(xiàn)調(diào)換相序。而控制電路只要使用兩個相同的連續(xù)運轉(zhuǎn)控制線路就可以實現(xiàn)，一個控制正轉(zhuǎn)，一個控制反轉(zhuǎn)[4]，就是簡單的邏輯或關(guān)系。簡單的邏輯或關(guān)系存在兩條線路同時為邏輯“1”的這種情況，即正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時接通，但實際中正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)絕對不允許同時接通，否則電動機可能燒壞。因此，正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)之間不是簡單的邏輯或電路，還必須在各自的控制線路中制約著對方，在對方的控制線路接觸器線圈上方，串聯(lián)接觸器常閉輔助觸點，形成邏輯與的關(guān)系，即電氣聯(lián)鎖[5]。這樣才能實現(xiàn)相互制約、安全可靠的三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路。當一個接觸器通電激活時，其常閉觸點會阻止另一個接觸器通電激活，這種相互制約的作用被稱為電氣聯(lián)鎖或互鎖。實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖功能的常閉輔助觸點被稱為聯(lián)鎖或互鎖觸點。電氣聯(lián)鎖控制的設(shè)計方法是將常閉輔助出頭串接到對方接觸器線圈電路中。

當電源開關(guān)QS閉合、按下SB1正轉(zhuǎn)啟動按鈕后，KMI接觸器線圈通電，KMI主觸頭關(guān)閉，主電路得以接通。電動機按照U、V、W的相序開始正轉(zhuǎn)。同時，KMI的自鎖常開輔助觸頭關(guān)閉，KM1的常閉觸頭打開，從而實現(xiàn)了對KM2的聯(lián)鎖（或互鎖）控制。此后，當按下SB3停止按鈕時，KM1接觸器線圈斷電，而與之串聯(lián)的KM1聯(lián)鎖觸頭則關(guān)閉。接著，按下SB2反轉(zhuǎn)啟動按鈕，KM2接觸器線圈通電，KM2接觸器主觸頭關(guān)閉，主電路接通。由于三相異步電動機的三相電源相序已改為W、V、U，電動機開始反向旋轉(zhuǎn)。同時，KM2的自鎖常開觸頭關(guān)閉，KM2的常閉觸頭打開，實現(xiàn)了對KM1的聯(lián)鎖控制（見圖3）。

4 電氣、機械雙重聯(lián)鎖（或互鎖）正反轉(zhuǎn)控制線路

通過借助聯(lián)動按鈕來實現(xiàn)優(yōu)化，得到電氣、機械雙重聯(lián)鎖（或互鎖）正反轉(zhuǎn)控制線路。

4.1 雙重聯(lián)鎖工作原理

在三相異步電動機控制中，接觸器和按鈕的聯(lián)鎖控制構(gòu)成雙重聯(lián)鎖（如圖4所示），當電源開關(guān)QS閉合且SB1按鈕被按下時，KM1線圈得電，電動機正轉(zhuǎn)，同時通過自鎖常開輔助觸頭實現(xiàn)自鎖。SB1按下時，KM2線圈上方的SB1常閉觸點斷開，KM1的常閉輔助觸點也因得電打開，防止反轉(zhuǎn)誤操作。按下SB2反轉(zhuǎn)按鈕時，KM2線圈得電，電動機反轉(zhuǎn)并自鎖。同時，KM1線圈失電，KM2的常閉輔助觸點也使KM1線圈失電，防止正轉(zhuǎn)誤操作。按下SB3停止按鈕時，KM2線圈失電，電動機停轉(zhuǎn)。這種雙重聯(lián)鎖確保了電動機正反轉(zhuǎn)的安全可靠。

4.2 優(yōu)點與缺點

雙重聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制線路設(shè)計的優(yōu)勢在于其正、反轉(zhuǎn)控制之間的無縫切換，為用戶提供了便捷的操作體驗。此外，該線路還具備出色的安全性能，能有效防止電源兩相短路等潛在故障。然而，這種控制方式也存在一些局限性。由于其電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，接線安裝過程可能較為困難，并且有一定的風險出現(xiàn)接線錯誤，導(dǎo)致電路發(fā)生故障。因此，在實際應(yīng)用中，需要特別注意接線的正確性和安裝過程的細致操作，以確保線路的穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

本文從邏輯代數(shù)的基本概念入手，探討了邏輯代數(shù)在設(shè)計三相異步電動機控制線路中的應(yīng)用。通過邏輯設(shè)計法，將執(zhí)行元件的工作信號和主令電器的接通與斷開狀態(tài)視為邏輯變量，利用邏輯關(guān)系式表達這些變量之間的關(guān)系，從而簡化了控制線路的設(shè)計過程。

邏輯設(shè)計法的優(yōu)點在于各控制元件之間的關(guān)系一目了然，不易讀錯和遺漏，適用于生產(chǎn)工藝要求比較復(fù)雜的控制線路。然而，該方法難度較大，需要掌握邏輯代數(shù)基礎(chǔ)。在實際控制線路設(shè)計中，可以結(jié)合其他設(shè)計方法進行互補使用。未來研究可以進一步探討邏輯代數(shù)在其他領(lǐng)域的自動化控制中的應(yīng)用，以推動技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。

參考文獻

[1]劉月.三相異步電動機故障智能檢測與診斷方法研究[D].湘潭：湘潭大學(xué)，2020.

[2]武寧.起重機用變極雙速三相異步電動機的分析與設(shè)計[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2020.

[3]金慧.混合式教學(xué)在中職電力拖動控制線路課程中的應(yīng)用研究[D].天津：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，2020.

[4]計琳琳.“面向人人”中職技能競賽分析及人才培養(yǎng)對策研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2020.

[5]唐國強.游戲化教學(xué)在中職電氣控制線路安裝與維修課程的應(yīng)用研究[D].長春：長春師范大學(xué)，2023.