朱延楓 陳艷麗

摘 ?要 電動機的正反轉控制是電工學理論及實驗教學中的重要內容。Multisim 10是應用十分廣泛的電工電子電路仿真軟件?；贛ultisim 10的電動機正反轉控制電路的仿真分析可以避免實驗受時間、空間的限制，同時減少對元件、人身的傷害，使學生熟悉實驗過程，提高實驗效率，開闊設計思路。仿真結果證明，該設計方法是正確的和可行的。

關鍵詞 Multisim 10;電動機正反轉控制電路;仿真電路;實驗

中圖分類號：TP391.9 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）14-0034-03

Abstract The control of electromotor positive-negative rotating is an?important content in electrics and its experiment. Multisim 10 is a useful simulation soft in electrics and electronic circuits. Simulation of electromotor positive-negative rotating control circuit based on Multisim 10 can not be limited by time and space. It can reduce the elements and personal injury. It can make the students be familiar with the experimental process， improve the effect of experiment and open the design ideas. The results of simulation proving this method are correct and feasible.

Key words Multisim 10; electromotor positive-negative rotating control circuit; simulation circuit; experiment

1 引言

就現代機床或其他生產機械而言，它們的運動部件大多是由電動機來帶動的。因此，在生產過程中要對電動機進行自動控制，使生產機械各部件的動作按順序進行，保證生產過程和加工工藝合乎預定要求[1]。

電動機的控制通常是各高校電工學理論與實驗教學的一項重要內容。當前國內還較多地采用繼電器、接觸器及按鈕等控制電器的繼電接觸控制系統來實現電動機的起動、停止、正反轉、調速、制動及順序控制。在理論課結束后會進行相關的實驗或實訓，并且在學生進入實驗室進行實際操作之前，教師都會要求學生寫預習報告以熟悉相關內容。但從多年的教學效果看，學生由于對接觸器、繼電器等控制器件接觸很少，只是簡單地寫出實驗目的、意義和原理，不能完全熟悉器件的連線及電路的運行過程，更不能清楚電路出現故障的原因及改正方法，因此達不到課前預習的目的。再有三相交流電的電壓較高，因此，針對三相電動機正反轉控制電路的相關實驗和實訓過程都存在一定的風險。此外，有些故障性實驗，如負載短路、自鎖現象等，都難以進行[2]。

隨著社會的發(fā)展，計算機得到普及，各高校也可以為學生提供足夠的計算機，并且各種能用于電路仿真的軟件也不斷地完善和更新，這些都為學生能更好、更直觀地對電動機繼電控制系統進行了解、設計提供了可能的方法。

2 Multisim 10簡介

Multisim 10是知名的EDA軟件EWB 5.0的升級版。Multisim 10繼承了EWB軟件界面形象直觀、易學易用等突出優(yōu)點，同時在功能和操作方面做了較大規(guī)模改動。Multi-sim 10具有如下基本功能：

1）為用戶提供數量眾多的現實器件和虛擬器件，分門別類地存放在18個元器件庫中;

2）為用戶提供了23種虛擬儀器儀表，包括電壓表、電流表、數字萬用表、函數信號發(fā)生器、功率表、雙通道示波器、失真分析儀、泰克示波器等，完成仿真電路的參數及波形測試;

3）具有完備的性能分析手段，既可對模擬電路或數字電路分別進行仿真，也可進行數?；旌戏抡婧蜕漕l電路的仿真;

4）具有完美的兼容能力，既可以打開先前版本的EWB和Multisim文件，也能打開Spice網絡表文件、Orcard文件、Ulticap文件等[3]。

3 基于Multisim 10的電動機正反轉控制電路的仿真

教學實踐表明，Multisim在提高理論和實驗教學質量、激發(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)學生工程實踐和創(chuàng)新能力等方面有很大的促進作用。當前有許多關于Multisim的書籍，但其在電機控制電路中的應用幾乎沒有。這方面的文獻也很少，文獻[4-6]分別基于Multisim 10仿真軟件對電動機正反轉控制電路進行了仿真。

電動機正反轉控制電路的核心元件為交流接觸器，而Multisim 10中沒有現成的交流接觸器，但可以利用Multi-sim 10中的Coil_Relays、Timed_Contacts元件箱來實現交流接觸器的功能。

文獻[4]利用多觸點繼電器作為交流接觸器，完成可以實現電動機“自鎖”和“聯鎖”作用的仿真電路的設計，但控制電路的電源采用的是直流電源。

文獻[5]利用復合按鈕實現了“聯鎖”作用。

文獻[6]利用延時繼電器實現交流接觸器的功能。

本文綜合文獻[4-6]中的仿真電路，采用多觸點繼電器實現交流接觸器的功能，利用繼電器本身的觸點完成電路的“自鎖”和“聯鎖”作用，整個電路中的所有元件均采用交流電源供電，具體設計如下。

1）仿真電路的元器件介紹。圖1為電動機正反轉控制的原理圖。電路分為主電路和控制電路兩部分。下面介紹圖1中的元器件所對應的Multisim 10的仿真元件。

三相交流電源取自Multisim 10的電源器件（Source）中的電源系列（Power_Sources）的Three_Phase_WYE，并將頻率設置為50 Hz，相電壓為220 V。

組合開關Q取自Multisim 10的機電類元件庫（Elec-tro_Mechanical）中的附加觸點開關（Supplementary_con-tacts）的3pst_SB。

Multisim 10中的保險絲規(guī)格不滿足本次仿真電路的要求，因此未選。

交流接觸器取自Multisim 10的機電類元件庫（Electro_Mechanical）中的線圈與繼電器（Coil_Relays）系列中的Motor_4c。此繼電器的結構如圖2所示，包括一個線圈、四個常開觸點、四個常閉觸點。而從圖1可以看出，每個交流接觸器在主電路中需要三個常開觸點。在控制電路中需要一個常開觸點與起動按鈕并聯，實現電路的“自鎖”功能;一個常閉觸點與另一個交流接觸器的線圈串聯，實現電路的“聯鎖”功能。因此，圖2所示的繼電器的觸點數滿足電路的要求。由于它的輸入/輸出端子較多，因此可以利用Multisim 10的創(chuàng)建子電路的方法簡化仿真電路，增加設計電路的可讀性，如圖3所示。

本電路通過熱繼電器（FR）實現對電路的過載保護。FR可以在Multisim 10的機電類元件庫（Electro_Mecha-nical）中的線圈與繼電器（Coil_Relays）系列中的熱繼電器（Thermal_ol_Relay）得到。根據電動機的額定電流約為108 A，確定FR的整定電流I=108×1.05×≈160 A[5]。

下面分析控制電路?？刂齐娐窞閱蜗嘟涣麟娐?，因此，電源可以取自三相電源中的任意一相。正轉起動按鈕SBF、反轉起動按鈕SBR和停止按鈕SB1可以取自Multi-sim 10的機電類元件庫（Electro_Mechanical）中的附加觸點開關（Supplementary_contacts）的SBST_NO__SB。正、反轉交流接觸器的線圈和常開、常閉觸點前面已介紹。

將所選的仿真元器件按照圖1所示原理圖連接好，便得到如圖4所示電動機正反轉控制仿真電路模型。

2）仿真電路的工作過程。先將組合開關QF閉合，然后按下正轉起動按鈕SBF，此時正轉線圈得電，則其在主電路中的三個觸點（Io1-Io2，Io3-I04，Io5-Io6）閉合，電動機正轉。同時，其在控制電路中的與SBF并聯的常開觸點（Io9-Io10）閉合，實現電路的“自鎖”功能;常閉觸點（Io11-Io12）斷開，保證在電動機正轉的時候，即使誤按反轉起動按鈕SBR，反轉接觸器線圈也不得電，也即反轉接觸器不能工作，這就是電路的“聯鎖”功能。

如果此時要求電動機反轉，則按下停止按鈕SB1，由于正轉線圈KMF斷電，與反轉線圈并聯的聯鎖觸點KMF閉合。然后按下反轉起動按鈕SBR，則反轉接觸器的線圈得電，反轉交流接觸器主觸點（主電路中）閉合，即將接到三相電源的兩根進線（1，3）對調，電動機反轉。同時，與反轉起動按鈕SBR并聯的常開觸點閉合，實現“自鎖”;與正轉線圈串聯的常閉觸點斷開，實現“聯鎖”（反轉交流接觸器的線圈、觸點均在KMR子電路模塊中，編號同正轉交流接觸器子電路模塊）。

3）仿真結果分析。如圖4所示，仿真電路中在電動機的每一相上都串聯了一個交流電流表。按下正轉起動按鈕SBF，電動機正轉，此時三個電流表的示數分別為108.676 A，108.676 A和104.951 A。如果斷開SBF，由于“自鎖”作用，此時三塊電流表的示數并未發(fā)生變化，也即電動機仍然維持正轉狀態(tài)。按下停止按鈕SB1，三塊電流表的示數逐漸減少，接近零，說明電動機停止運行。按下反轉起動按鈕SBR，電動機反轉，此時三塊電流表的示數分別為108.676 A，108.676 A和104.951 A。

從仿真數據可知仿真結果與理論課的相關結論完全一致，因此，基于Multisim 10的電動機正反轉控制電路的仿真分析方法是正確的、可行的。

4 結語

應用Multisim 10進行電動機正反轉控制電路仿真，克服了由于學時、實驗場地不足的缺點，使學生的實驗、實訓不受時間、空間的限制，在實際操作前充分了解器件的性能、電路的工作原理、常見的錯誤，這樣可以在實際操作中大大減少對元器件和人身傷害事故的發(fā)生。最后，從創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面考慮，應用Multisim 10可以讓學生自行完成一些實際電路的設計任務，從而使學生加深對所學知識的理解，開闊思路，為學生參加各類電子大賽打下良好基礎。

參考文獻

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[2]黃培根，任清褒.Multisim10計算機虛擬仿真實驗室[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008：1-2.

[3]王廷才，陳昊.電工電子技術Multisim10仿真實驗[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011：1-2.

[4]賀利.基于Multisim10的電動機控制電路仿真設計與分析[J].實驗室研究與探索，2015，34（5）：79-82.

[5]萬琰，謝海良.基于Multisim10的電機正反轉控制電路的設計與仿真[J].漯河職業(yè)技術學院學報，2009，8（5）：45-46.

[6]王晗.基于Multisim10的接觸器仿真設計與實現[J].實驗技術與管理，2010，27（3）：82-84.