方 園

（廣東省茂名市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東茂名，525000）

電力拖動的應(yīng)用在生活領(lǐng)域以及生產(chǎn)領(lǐng)域都有著充分的發(fā)展和應(yīng)用，它是指讓電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以致于拖動生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作的一種應(yīng)用方法。

電力拖動系統(tǒng)不是單一結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，它是由四個子系統(tǒng)組合而成，子系統(tǒng)間的聯(lián)系可以如下圖1所示簡單的表達(dá)出來：

圖1 電力拖動系統(tǒng)

電源，一般常見的有兩種形式，直流與交流電源，它是為控制設(shè)備和電動機(jī)提供連續(xù)能源的裝置。控制設(shè)備是由多種形式的控制電動機(jī)、電器、自動性質(zhì)的元件和工業(yè)控制計算機(jī)這幾個部分組成的，它的用途主要體現(xiàn)在控制上，控制著電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。電動機(jī)分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種，它是將電能應(yīng)用在生產(chǎn)機(jī)械上，從而推動其運(yùn)轉(zhuǎn)近而轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的原動機(jī)。傳動機(jī)構(gòu)是傳送電動機(jī)與工作機(jī)構(gòu)之間的動力的一種機(jī)構(gòu)。

1 常見的控制電路

圖2 點(diǎn)動控制電路

1.1 點(diǎn)動控制電路

電動，就是通過電能的作用來進(jìn)行推動機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)，在按動啟動按鈕后進(jìn)行通電即轉(zhuǎn)動，松開按鈕處在斷電情況下則停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2工作原理為：在L1、L2、L3電源均處在通電的情況下，按動SB啟動按鈕連接電源，此時的交流接觸器KM線圈就會處在通電的狀態(tài)，與此同時交流接觸器KM的主觸頭就會閉合，電動機(jī)M就會得到電流從而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)SB按鈕被操作人員松開時，就會導(dǎo)致 KM線圈失電，KM常開觸點(diǎn)就會隨之?dāng)嚅_，電動機(jī)M也會隨之?dāng)嚯姴⑼Ｖ惯\(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 常規(guī)控制電路

目前，世界上的生產(chǎn)過程比較繁忙，許多機(jī)械都要周而復(fù)始的完成相應(yīng)的機(jī)械運(yùn)動，維持的時間較長的工作，采取點(diǎn)動式控制這種方式，它需要人在一邊一直按住按鈕不能松開，這樣的工作不僅浪費(fèi)人力而且造成許多實(shí)際操作的麻煩。

圖3 常規(guī)控制電路

工作原理為：在L1、L2、L3電源均處在通電的情況下，按動SB2啟動電鈕，此時交流接觸器KM線圈就會有電流通過，其主觸點(diǎn)閉合，而其常開觸頭（自鎖）則會自動的進(jìn)行閉合，電動機(jī)M得電得意運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)松開SB2啟動電鈕使其還原到原始狀態(tài)時，而接觸器KM線圈的動合輔助觸頭仍在閉合，M繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這是因?yàn)镵M的動合輔助觸頭是同時閉合的，它讓KM的線圈由接通后的SB2啟動電鈕與動合輔助觸頭相并聯(lián)，然后繼續(xù)通電而繼續(xù)工作。讓接觸器本身的動合輔助觸頭來吸引線圈從而使整個電路繼續(xù)通電的狀態(tài)的這種方式，被我們稱為自鎖現(xiàn)象，動合輔助觸頭則是自鎖觸頭。

2 改進(jìn)后的正反轉(zhuǎn)控制電路

在當(dāng)今的社會生產(chǎn)中，根據(jù)社會的需求，生產(chǎn)往往需要具備兩個方向的運(yùn)動部件。面臨這樣需求，用兩個或兩個以上的交流接觸器控制電路來控制一臺電動機(jī)去實(shí)現(xiàn)。

圖4 常規(guī)控制電路

工作原理為：

（1）正向控制

在L1、L2、L3電源處在通電的情況下，按動正向SB2啟動按鈕，這是交流接觸器KM1的線圈則會通過電流，與此同時，KM1的主觸頭也會閉合，這兩者條件下，接觸器的自鎖觸頭會發(fā)生自動閉合，電動機(jī)M則得到電能得意運(yùn)轉(zhuǎn)，這個工作流程的順序是按照L1、L2、L3的順序進(jìn)行的，這樣就是正向運(yùn)動。

（2）停止控制

操作人員摁下停止按鈕SB1，這會導(dǎo)致KM1線圈出現(xiàn)斷電的狀態(tài)，而與此同時情況下，KM1的主觸頭和自鎖觸頭也會斷開，這時的電動機(jī)M由于斷電而停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）反向控制

在L1、L2、L3電源處在通電的情況下，按動SB3反向按鈕，這時交流接觸器KM2線圈則會通過電流吸引合并輔助觸電進(jìn)行自鎖，這時常開主觸頭就會連接閉合電動機(jī)M的連動電源相序，使得其相序改變?yōu)長3、L2、L1，我們稱之為反向運(yùn)動。

（4）互鎖控制

互鎖控制的主要作用是讓其具有禁止的功能，也就是讓線路的安全運(yùn)行起到保護(hù)性的作用。將KM2的常閉輔助觸點(diǎn)串聯(lián)到交流接觸器KM1線圈回路中，就交流接觸KM1的常閉輔助觸點(diǎn)串聯(lián)流接觸器KM2線圈回路中。換而言之就是當(dāng)KM1線圈得電后，KM1的常閉觸點(diǎn)斷開， KM2線圈失電，KM2常開觸點(diǎn)不會吸合，反之同理，這樣的處理方式就有效的防止KM1、KM2常開觸點(diǎn)同時吸合，不會造成短路情況，這一線路環(huán)節(jié)也被稱之為交流接觸器的互鎖環(huán)節(jié)。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 Y-△起動控制電路原理

圖5所示的是Y型接法轉(zhuǎn)換到△型接法的起動控制電路常規(guī)控制電路，電路正常工作時，可忽略觸點(diǎn)動作時間，那么控制電路的的動作順序如下：

起動按鈕SB2被按下，KM1、KM3、KT線圈得電，這時KM1常開觸點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖，主電路中KM1常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)在Y型電路中起動，時間繼電器KT完成計時后，KT常開觸頭閉合常閉觸點(diǎn)斷開，KM3線圈失電，KM3常閉觸點(diǎn)閉合，KM2線圈得電，KM2常開觸頭閉合完成自鎖，KM2常閉觸頭斷開KM3線圈和KT線圈都斷電，KM3常開觸頭閉合，這時的電機(jī)已經(jīng)轉(zhuǎn)入△接法運(yùn)轉(zhuǎn)。

該電路的工作不太可靠，不穩(wěn)定，時而能工作正常，時而工作不能正常。具體情況如下：

當(dāng)KT線圈得電后，當(dāng)設(shè)定的時間到達(dá)是KT常開觸頭閉合，致使KM2線圈得電，同時KM2常閉觸頭會斷開，導(dǎo)致KM3和KT線圈失電，這時的 KT KT常開觸頭就會瞬時斷開，但是KM2常開觸頭還沒來得及閉合，使KM2線圈斷電，導(dǎo)致自鎖失敗。

圖5 常規(guī)控制電路

當(dāng)這種發(fā)生時，電動機(jī)無法轉(zhuǎn)換到△起動控制電路，一直處在Y接法的低壓電路中運(yùn)行，一定要及時處理，不然電機(jī)繞組被燒毀的可能性很大的。

3.2 典型的“競爭”控制電路

圖6 典型的“競爭”控制電路

圖6是典型的“競爭”控制電路，在電路的工作時候可以忽略觸點(diǎn)閉合或斷開需要的時間，圖6中的控制電路的動作原理如下：

當(dāng)起動按鈕SB2被按壓后，首先KM1線圈、 KT線圈得電。KM1常開觸點(diǎn)閉合，形成自鎖， KT延時完成后，常開觸點(diǎn)閉合，使KM2線圈得電，然后KM2常開觸點(diǎn)閉合，形成自鎖，常閉觸點(diǎn)斷開，使KM1線圈、KT線圈失電；，KT常開觸點(diǎn)在延時完成后也斷開，KM2得電正常工作不會被影響。

然而實(shí)際情況卻不是這樣，我們在對上圖示中的控制電路在實(shí)驗(yàn)室通電進(jìn)行試驗(yàn)時，就可能會發(fā)現(xiàn)一種情況：在對KM2線圈通電后，KM2的觸點(diǎn)工作不一定正常，有時候會只吸合一下就立即釋放下來，就不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的自鎖情況。

經(jīng)過調(diào)查和實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，這種情況的發(fā)生是因?yàn)殡娐飞洗嬖诟偁巻栴}，換而言之就是對KM2線圈通電的同時，KM2常閉觸點(diǎn)與常開觸點(diǎn)的動作不是同時完成，分先后順序，KM2常閉觸點(diǎn)先斷開，此時的KT線圈失電，致使KT常開觸點(diǎn)會瞬時斷開，而此時的KM2常開觸點(diǎn)會發(fā)生剛接觸就斷開或者直接來不急閉合的情況，都會導(dǎo)致KM2線圈失電，使KM2自鎖失敗。那么在對控制電路進(jìn)行設(shè)計時就不得不考慮電路中存在的競爭問題，一定要對設(shè)計的電路認(rèn)真分析，將所以影響因素都考慮在內(nèi)，避免出現(xiàn)競爭問題或現(xiàn)象。

圖7 典型的“競爭”控制電路

3.3 解決“競爭”采取的措施

可以如圖（2）中電路進(jìn)行改進(jìn)，最終升級為如圖（3）所示的電路，即在電路的右邊并聯(lián)一個中間繼電器KA。電路被改進(jìn)之后，在設(shè)定的時間達(dá)到后控制電路中的KT延時開關(guān)閉合，這時KM2線圈得電的同時 KM2的常開觸點(diǎn)會閉合，中間繼電器KA的線路被接通，然后 KA的常閉觸點(diǎn)就會斷開，這時KM1線圈、KT線圈都失電。根據(jù)這個原理，KM2的常開觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)KA得電和KM2的自鎖這項功能，KA得電是有KM2得電并自鎖來實(shí)現(xiàn)的，只有KA得電，KA的常閉觸點(diǎn)就會斷開，才會導(dǎo)致KT失電，那么，就會避免電路開關(guān)之間額競爭，保證在KM2自鎖之后，KT線圈才失電。

圖8 典型的“競爭”控制電路

4 改進(jìn)后的Y-△電路

在Y-△起動控制電路中，對線路的設(shè)計一定要合理，一定要考慮全面，這樣，控制電路的工作才會可靠，更加準(zhǔn)確。如圖（1）電動機(jī)如果接在Y接法的控制電路中，這種情況一定要及時處理，電機(jī)就有被燒毀的可能性。

為了使控制電路更加準(zhǔn)確和可靠，我們通常采用一些方法，例如將控制線路中的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整；改變觸點(diǎn)性能使觸點(diǎn)的工作更加可靠；增加一些延時觸頭去改變各個觸頭之間存在的聯(lián)系。同時，在設(shè)計時，一定有重視控制原理，設(shè)計思路一定要科學(xué)，結(jié)合實(shí)際情況，消除電路隱患，確保得到一個正常工作的電路。為了提高電路的可靠性，我們特意找到一個合適的時機(jī)將圖示電路在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在前文介紹過的接觸器和繼電器，適當(dāng)選擇一些進(jìn)行試驗(yàn)。找到一個方法去解決競爭問題，將圖（7）的接法改為如圖（8）所示的接法，去掉KM2常閉觸頭，KT線圈通電，讓KT常開觸頭閉合，將KM2線圈接通后，其中一個KM2常開觸頭閉合，完成自鎖，讓另外一個KM2常開觸頭的中間繼電器的線圈閉合，之后中間繼電器的觸點(diǎn)才斷開，從而斷開KM3和KT的并聯(lián)的支路。那么就解決了自鎖失敗而帶來的苦惱。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電路中電器元件工作正常卻不接中間繼電器的情況下，自鎖成功率的極限是80%；但是接入中間繼電器，KM2自鎖成功率卻高達(dá)98%。當(dāng)然材料成本相對以增大了一點(diǎn)，但提高了電路工作的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性，生產(chǎn)更安全效率更高。

5 PLC控制Y-△電路

隨著可編程控制技術(shù)的應(yīng)用，采用該技術(shù)來控制也能達(dá)到預(yù)期效果。PLC控制有著優(yōu)越于繼電器操作盤控制的特點(diǎn)，并能夠很好的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、更改、擴(kuò)展。但是通過PLC控制實(shí)驗(yàn)，同樣要考慮“競爭”問題，并加以改進(jìn)后“競爭”才消除，可以得到預(yù)期控制效果。

結(jié)合本學(xué)校的實(shí)際情況，所采用的可編程控制（PLC）型號為三菱FX2N系列，根據(jù)Y-△啟動圖（1）控制原理圖采用PLC控制，列出相應(yīng)的地址表如下：

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轉(zhuǎn)換梯形圖如下圖：

圖（5）所示梯形圖盡管完全是由電氣控制原理圖轉(zhuǎn)換而成，但是電子設(shè)備的反映速度比實(shí)際低壓電器要快得多，在實(shí)際的通電操作過程中，采用此種設(shè)計，依然存在著“競爭”。解決此類問題，由于PLC有著優(yōu)越于繼電器配電盤的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展和修改，通常我們在設(shè)計PLC控制流程中，都習(xí)慣性的添加一個短暫延時，在硬件上不需要添加設(shè)備，只在軟件編程方面添加定時器和輔助繼電器的應(yīng)用。諸如改進(jìn)后梯形圖見圖（6）：

轉(zhuǎn)換后梯形圖如下圖：

在圖（6）PLC梯形圖控制中，實(shí)際接線主電路和控制元件接口都與圖（5）所示相同，僅僅只是在PLC的輸出口多添加了一個輔助繼電器M1的輸出，它的控制效果，通過實(shí)驗(yàn)我們可以得到預(yù)期的控制目的。

總之，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中，對繼電力拖動控制系統(tǒng)進(jìn)行分析或設(shè)計的時候，一定不能忽略了“競爭”現(xiàn)象的存在，系統(tǒng)中的“競爭”隱患一定要被排除，增加系統(tǒng)的可靠性、安全性和生產(chǎn)效率。

[1]機(jī)及電力拖動[M]，北京中國農(nóng)業(yè)出版社，2004

[2]李瑞光，電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)[M]，杭州浙江大學(xué)出版社。2002

[3]候恩奎，電機(jī)與電力拖動[M]，北京機(jī)械工業(yè)出版社1991

[4]張曉江，電機(jī)及電力拖動基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M]，北京機(jī)械工業(yè)出版社2006