賀 利

(中國石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院，山東 青島 266580)

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基于Multisim10的電動機控制電路仿真設(shè)計與分析

賀 利

(中國石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院，山東 青島 266580)

Multisim在電子電路的仿真中應(yīng)用很廣泛，但對電動機控制電路的仿真相關(guān)的文獻卻很少。文章通過設(shè)計實例給出了Multisim在電動機控制電路中的應(yīng)用。仿真結(jié)果表明，用multisim來仿真電動機控制電路，可以提高學(xué)生實驗前預(yù)習(xí)的效果，幫助學(xué)生了解常用低壓控制電器的工作原理和使用方法，掌握電動機控制電路的設(shè)計思路，熟悉實驗過程，提高實驗效果。

Multisim10； 仿真； 電動機控制電路

0 引 言

Multisim是美國國家儀器公司推出的電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。包含了數(shù)千種虛擬電路元器件以及二十多種虛擬儀器、儀表，軟件界面形象直觀、操作方便、易學(xué)易用、學(xué)生可以在較短的時間里掌握，使得Multisim廣泛應(yīng)用于電工電子電路相關(guān)課程的理論和實驗教學(xué)中。實踐證明，Multisim在提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力等方面起了很大的作用[1-9]。然而在眾多的Multisim仿真書籍[10-14]和文獻中，有關(guān)電動機控制電路的仿真涉及很少，僅在文獻[15-16]中仿真了電動機正反轉(zhuǎn)電路。電動機控制是“電工電子學(xué)”的重要章節(jié)，學(xué)生通過此章的學(xué)習(xí)，不僅要掌握電動機的基本控制電路，更要掌握控制電路的設(shè)計原則、設(shè)計思路，為后續(xù)PLC控制打下基礎(chǔ)。如何使學(xué)生更好地掌握控制電路的設(shè)計原則、設(shè)計思路，僅靠兩三個實驗是很難實現(xiàn)的。由于學(xué)時有限，實驗資金、場地有限，不可能增加更多的實驗來加強學(xué)生的訓(xùn)練。用Multisim10仿真電動機控制電路，利用其提供的實驗平臺，加強學(xué)生設(shè)計思維訓(xùn)練，再與實驗室動手實驗相配合，達到相輔相成、事半功倍的目的。

1 Multisim10機電類元件庫簡介

電動機控制電路所用的主要控制電器位于multisim10機電類元件庫“Electro_Mechanical”的元件箱中。各種按鈕、閘刀開關(guān)在sensing_switches、momentary_ switches、supplementary_contacts等元件箱中，仿真器件同實際器件操作動作一致。接觸器、時間繼電器、熱繼電器在coil_relays、timed_contacts元件箱中，線圈所用電源均為直流電，與實驗室所用電源不同，但其工作原理和實驗室所用的接觸器一樣，線圈得電，各觸點動作，線圈失電，各觸點恢復(fù)常態(tài)，因此可以用來仿真實際接觸器。圖1中的仿真電路驗證接觸器功能和使用電源的情況。三相電動機在output_devices元件箱中。Multisim10提供的仿真電器的類型比實驗室提供的多得多，且使用起來無數(shù)量限制，無損害賠償?shù)膿?dān)憂，無觸電傷及身體的危險，這些也是使用仿真軟件的優(yōu)點。

圖1 接觸器功能與所用電源驗證

2 Multisim10設(shè)計電動機控制電路的原則

由于學(xué)生成長經(jīng)歷所限，對接觸器、時間繼電器等控制電器感性認識很少，上課時通常采用圖片、動畫等手段向?qū)W生講授電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制電路的組成、工作過程等。在實驗室，學(xué)生通過接線、操作控制電路，進一步熟悉控制電器的功能，了解控制電路的操作過程。為了更好地利用實驗時間，達到實驗效果，傳統(tǒng)做法是要求學(xué)生寫預(yù)習(xí)報告來熟悉實驗內(nèi)容?？v觀多年的教學(xué)經(jīng)驗來看，預(yù)習(xí)報告基本上沒有達到熟悉實驗過程的目的，這不能完全責(zé)怪學(xué)生沒有認真預(yù)習(xí)，僅在紙上畫出控制電路，其正確與否學(xué)生很難判斷。對于預(yù)習(xí)，學(xué)生有紙上談兵的感覺。現(xiàn)在，隨著計算機的普及，可以保證每個學(xué)生有電腦可用。Multisim本身具有操作簡單、易學(xué)易用的優(yōu)點。因此，在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，可以充分發(fā)揮Multisim強大的仿真能力，讓預(yù)習(xí)不再是紙上談兵的事。用Multisim10設(shè)計電動機控制電路時，我們強調(diào)的是控制功能的實現(xiàn)與控制結(jié)果的展現(xiàn)?？刂乒δ艿膶崿F(xiàn)檢查了設(shè)計思路是否正確，控制結(jié)果的展現(xiàn)便于仿真者觀察、思考。因此，用Multisim10設(shè)計電動機控制電路時，根據(jù)控制要求，將三相負載改成單相負載，用燈泡代替電動機，達到簡化仿真電路的目的。簡而言之一句話，Multisim10設(shè)計電動機控制電路的原則是器件不變、負載簡化、仿真思路、驗證功能。

3 Multisim10仿真電動機控制電路的實例

3.1 實例1 三相異步電動機正-停-反控制電路

圖2是根據(jù)實驗電路設(shè)計的仿真電路，圖3是簡化的仿真電路。兩個仿真電路的操作過程如下：按下SBF(即按下鍵C)，KMF得電，圖2電流表的讀數(shù)分別為108.649、108.645和104.927 A，表示電動機正轉(zhuǎn)，圖3正轉(zhuǎn)燈亮表示電動機正轉(zhuǎn)。在電動機正轉(zhuǎn)期間，按下SBR，KMR不得電，電動機不能反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)燈不亮。按下SB1(即按下鍵A)，KMF斷電，圖2電流表的讀數(shù)幾乎為0，表示電動機停車，圖3正轉(zhuǎn)燈滅表示電動機停車。再按下SBR(即按下鍵C)，KMR得電，圖2電流表的讀數(shù)分別為108.649、108.645和104.927 A，電動機反轉(zhuǎn)，圖3反轉(zhuǎn)燈亮表示電動機反轉(zhuǎn)。從兩個仿真電路的操作過程可以看出圖2、圖3都可驗證互鎖的功能，仿真了電動機正-停-反控制的控制思路，實現(xiàn)了電動機正-停-反控制，對實驗有指導(dǎo)作用。相比較，圖3接線簡單，費時少，實驗現(xiàn)象更明顯，學(xué)生做起來更容易些。

圖2 電動機正-停-反控制電路的仿真電路

3.2 實例2 順序控制

根據(jù)要求，繪出控制電路(M1和M2都是三相異步電動機)。M1啟動后，M2才能啟動，M2并能點動。

學(xué)生預(yù)習(xí)的控制電路很多設(shè)計的如圖4所示。其中的錯誤有二：①不能保證在任何操作過程中都有M1啟動后M2才能啟動。比如，先按下SB4，M1沒有啟動，M2可點動；②在保證了M1啟動后M2才能啟動的順序要求，M2不能實現(xiàn)點動。出現(xiàn)這些錯誤反映了學(xué)生對整個控制電路的動作過程不熟悉，設(shè)計時只是按順序考慮，而忘了考慮整體。對于剛學(xué)習(xí)接觸繼電器控制電路的學(xué)生來說，在頭腦中抽象地運行控制電路來檢查設(shè)計是否正確，遠不如對著仿真電路動手操作來得更具體更有趣些。此控制電路的multisim10簡化仿真電路如圖5所示。根據(jù)圖4設(shè)計的仿真電路需將圖5中橢圓標(biāo)記部分用導(dǎo)線連接。當(dāng)按下SB2，M1亮，再按下點動按鈕SB4時，M2亮，當(dāng)松開按鈕SB4時，M2依舊亮，沒有實現(xiàn)點動，觀察電路，很容易發(fā)現(xiàn)問題出在KM2自鎖觸點支路。錯誤在預(yù)習(xí)時就可以發(fā)現(xiàn)，進而找到解決方案，在KM2自鎖支路串一個開關(guān)(橢圓標(biāo)記部分)，到實驗室做實驗時就不會犯同樣錯誤。對于圖5仿真電路，先按下SB4，M2并不亮，其原因在于，在連接仿真電路時，將圖4中SB4的觸點a接到b的位置，這就從電路結(jié)構(gòu)上保證了M1啟動后M2才能啟動的順序要求，更正了圖4的另一個錯誤。

圖3 電動機正-停-反控制電路的簡化仿真電路

圖4 實例2錯誤的控制電路

圖5 實例2的仿真電路

3.3 實例3 時間控制

根據(jù)要求，繪出控制電路(M1和M2都是三相異步電動機)。M1先啟動，經(jīng)過一定延時后M2能自行啟動，M2啟動后M1立即停車。

該控制電路有多種實現(xiàn)方案，比如時間繼電器的線圈在M2啟動后依舊得電，也可以在M2啟動后斷電，即和KM1同時斷電。本方案選取時間繼電器的線圈在M2啟動后斷電。仿真電路如圖6所示。操作過程如下。按下SB1，KM1得電，M1亮(表示電動機M1啟動)，自鎖觸點閉合，同時時間繼電器KT得電，計時開始。計時時間到(20 ms)，時間繼電器KT的通電延時閉合觸點閉合，KM2得電，M2亮(表示電動機M2啟動)，同時KM2的常閉觸點打開，使得KM1、KT斷電，M1滅(表示電動機M1停車)。按下SB2，M2滅(表示電動機M2停車)。在M2亮期間，按下SB1，KM1不得電，M1不會亮，原因是KM1與KM2的常閉觸點串聯(lián)，KM2得電，其常閉觸點動作，因此KM1不得電。從仿真電路的操作過程可以看出，該電路實現(xiàn)了控制要求，控制思路驗證是正確的，可以依此控制思路到實驗室接實物電路。

圖6 實例3的仿真電路

4 結(jié) 語

從上述3個仿真實例不難看出Mulitisim仿真電動機控制電路的優(yōu)越性。首先它提供了豐富的元器件供仿真使用，且不需要擔(dān)心器件損壞；其次操作直觀，按鈕、開關(guān)、接觸器觸點動作以及時間繼電器計時等都與實際器件操作非常相像，仿真操作過程如同實際操作過程，有利于熟悉實驗步驟；再則，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，只有在充分理解控制要求、熟悉各器件功能的前提下才能設(shè)計出簡單而又能反映設(shè)計思路的仿真電路，這本身也是知識的運用與升華；最后，利用Mulitisim的優(yōu)勢，可以設(shè)計一些綜合的題目來提高學(xué)生的設(shè)計能力，開闊學(xué)生的設(shè)計思路，訓(xùn)練學(xué)生的工程實踐思維。

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Simulation Design and Analysis of Electromotor Control Circuits with Multisim10

HELi

(College of Information and Control Engineering. China University of Petroleum, Qingdao 266580， China)

Multisim is used widely in simulation of electronic circuits, but papers about simulation of electromotor control circuits with Multisim were few. With some design examples the paper presents the application of Multisim simulation in electromotor control circuits. The simulation result has proved that simulation of electromotor control circuits with Multisim can improve students the effect of prep reports, help students understand the working principle and use of low-voltage control electrical devices, understand the design ideas of motor control circuits, be familiar with the experimental processes, improve the effect of experiments.

Multisim 10； simulation； electromotor control circuits

2014-08-11

賀 利(1972-)，女，四川廣安人，講師，研究方向：電氣控制及自動化。E-mail:lilihe2006@sina.com

TP 319

A

1006-7167(2015)05-0079-04