廣西機電職業(yè)技術學院 覃勇崎 張 聯(lián)
開關類控制元件觸點的分析
廣西機電職業(yè)技術學院 覃勇崎 張 聯(lián)
分析開關類電器元件觸點的工作特性,分析控制電路中觸點工作形式對電路的影響,提出問題的解決方法,有現(xiàn)實意義。
觸點工作特性;觸點時間競爭
工程應用當中,金屬切削設備的車銑刨磨機床、建筑工程設備、熱處理電阻爐等眾多設備的電氣控制電路常常用到電磁繼電器、按鈕、行程開關等有觸點的低壓電器,按一定的要求組成設備的電氣控制系統(tǒng)。這些器件常直接針對設備的負載被控對象進行開關操作。根據(jù)多年的實際工作應用,感到觸點的工作特性對電路有直接的影響,如不予以關注,有時電路系統(tǒng)并不能按預定的要求實現(xiàn)其功能。本文擬用幾個實例對觸點的影響進行分析。
常用的帶觸點的低壓電器有幾大類:(1)是通過電磁力使得觸點狀態(tài)發(fā)生改變的電器(接觸器、電磁繼電器等);(2)是通過物理信號產(chǎn)生機械力使得觸點狀態(tài)發(fā)生改變的電器(熱繼電器、壓力繼電器、速度繼電器、時間繼電器等);(3)是通過碰壓使得觸點狀態(tài)發(fā)生改變的電器(按鈕、行程開關等)。
1.1 電磁類繼電器的工作原理
我們知道電磁類繼電器主要由線圈鐵芯構成的電磁系統(tǒng)和觸點組成(圖1);只要線圈通入足夠的電流,就會使靜鐵芯吸引動鐵芯(銜鐵)克服彈簧的作用力吸合;帶動動觸點運動,使得原來閉合狀態(tài)的常閉觸點斷開,使得原來斷開狀態(tài)的常開觸點閉合。常閉、常開觸點在狀態(tài)的轉換過程中,由于動觸點行程的客觀因素存在,常閉、常開觸點轉換時,觸點的狀態(tài)并不是同時發(fā)生的,總有一定的時間差,無論是電磁繼電器的線圈通電吸合過程,還是已經(jīng)通電的電磁繼電器斷電的釋放過程,常閉、常開觸點的轉換都遵循“先斷后合”這樣的規(guī)律。
1.2 主令電器觸點特性
圖1 電磁式繼電器工作原理示意圖
對于主令電器-按鈕來說,是通過人的操作而使得其常閉、常開觸點狀態(tài)發(fā)生改變的。但市場上的按鈕有兩種,一種是瞬動型,常閉、常開觸點狀態(tài)轉換很快;另一種是緩動型,常閉、常開觸點狀態(tài)轉換用時較長,明顯緩慢。
圖2 按鈕開關原理示意圖
由開關類電器元器件構成電氣控制電路時,有時會發(fā)生觸點的時間競爭現(xiàn)象,嚴重時,電路不能實現(xiàn)控制功能。元件多的電路系統(tǒng),并且元件之間的關聯(lián)緊密時尤其容易發(fā)生觸點的時間競爭現(xiàn)象,使用時一定要設法消除影響。
【例1】圖3所示為三相電動機點動與連續(xù)控制電路。
圖4 自動循環(huán)工作控制電路
圖3 三相電動機點動與連續(xù)控制電路
該電路中,SB1為停止按鈕,SB2為連續(xù)工作按鈕,SB3為點動調(diào)整按鈕。KM接觸器在控制電路中有一對輔助常開觸點與SB3的常閉觸點串聯(lián)后與按鈕SB2、SB3的常開觸點并聯(lián),這是一對自鎖觸點,自鎖觸點的兩端至按鈕常開兩端之間的線路稱為自鎖線,自鎖線任意一端斷開,自鎖都將不能維持。
當按下SB2按鈕時,KM線圈得電,輔助常開觸點閉合-自鎖,KM線圈持續(xù)得電,主觸點持續(xù)閉合,所以三相電動機連續(xù)運轉。
當按下SB3時,根據(jù)觸點轉換的“先斷后合”原則,可以看出,SB3的常閉觸點首先斷開,切斷了自鎖線,然后SB3的常開觸點才閉合,KM線圈得電,三相電動機得電運轉;松開SB3時,同樣根據(jù)觸點轉換的“先斷后合”原則,SB3的常開觸點先由被壓閉合的狀態(tài)轉為斷開的狀態(tài),SB3的常閉觸點才由被壓斷開的狀態(tài)轉為接通的狀態(tài),只要時間充分,能保證KM線圈失電后,KM自鎖觸點在SB3的常閉觸點恢復前斷開,就可以用SB3實現(xiàn)點動控制功能。在這里,SB3觸點和KM觸點存在時間競爭,如果爭不過,電路無法實現(xiàn)預定功能。
因此,瞬動型的按鈕由于觸點狀態(tài)轉換太快,沒有足夠的時間讓KM完全斷開,所以不能用作SB3按鈕,圖1電路SB3按鈕必須是是緩動型的按鈕才能實現(xiàn),否則就要改進電路,增加繼電器來消除觸點的時間競爭。
【例2】圖4為自動循環(huán)工作控制電路,用繼電器邏輯電路設計實現(xiàn)。圖中,KA5實現(xiàn)整個電路的失壓欠壓保護功能,KT、KA0構成脈沖信號源;KA1~KA3構成循環(huán)邏輯陣列;EL1~EL3為由KA1~KA3控制的組合邏輯負載電路。
可以分析出KT、KA0構成的脈沖信號源,由KA0輸出,KA0的工作時間很短,只有KT、KA0兩個電器的釋放時間:按下SB2,KA5自鎖,3號線得電,KT得電---延時---KA0得電---KT釋放---KA0失電……不斷循環(huán)。
因為KT兩對觸點分別為通電延時斷開的常閉觸點、通電延時閉合的常開觸點,也同樣遵循觸點轉換的“先斷后合”原則,如果KT線圈工作時間很短,KT時間到達時常閉觸點瞬間斷開KT線圈,KT線圈將很快恢復到下一次的計時狀態(tài),KA0還來不及充分吸合,電源又斷了,KA0將無法輸出脈沖,系統(tǒng)也就無法正常工作。為此選用工作時間較長的空氣阻尼式時間繼電器,電路可以工作,但也并不可靠。
對圖4電路進行改進,選用兩個時間繼電器相互協(xié)調(diào)工作,調(diào)試出穩(wěn)定的工作脈沖。改進后的電路如圖3所示。
圖5中,KT1、KT2、KA0構成的脈沖信號源,可以分析出,3號線通電后,KT1先計時---時間到---KA0得電---KT2得電---KT2延時---時間到---KT1釋放---KA0釋放---KT2釋放---KT1計時……進入循環(huán),KA0得到穩(wěn)定的脈沖信號。
由于加入了KT2,消除了僅有KT1、KA0構成電路時產(chǎn)生的時間競爭,所以電路的工作是穩(wěn)定的。
圖6為KT1、KT2、KA0構成的脈沖信號源時序圖
圖5 消除了時間競爭的自動循環(huán)控制電路
圖6 KT1、KT2、KA0構成的脈沖信號源時序圖
改進后的圖5自動循環(huán)工作控制電路,對選用何種時間繼電器的類型沒有要求,并且脈沖寬度可調(diào),電路設計合理可靠。
由這些例子可以看出,電器元件的觸點工作狀態(tài)對電路有很大的影響,決不可忽視。有的控制電路,由于工作年限長了,電器元件的彈簧,觸點等發(fā)生了金屬疲勞,軟化或雜質(zhì)污染等現(xiàn)象,使得電器元件觸點的狀態(tài)發(fā)生了改變,改變了電器元件響應的時間差,就有可能造成觸點時間競爭,使得系統(tǒng)無法正常工作。故,電氣控制系統(tǒng)在設計時一定要注意該問題,另外在運行久的設備,也要時常檢查元器件的運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)有缺陷的元件,予以修整或更換,保證系統(tǒng)的正常運行。
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