張 濤，黃大剛，包秀娟

電工電子實驗裝置加裝急停斷電保護電路

張 濤，黃大剛，包秀娟

（南開大學(xué) 人工智能學(xué)院，天津 300350）

電工電子實驗中380 V電壓等級的強電類實驗占相當(dāng)大的比例，必須要考慮實驗的安全性，防患于未然。為電工電子實驗裝置加裝急停斷電保護電路是非常有效而且必要的一種方式。設(shè)計方案選用急停按鈕、交流接觸器和帶漏電保護的空氣開關(guān)，用戶按下急停開關(guān)給交流接觸器電磁線圈通電，電磁線圈產(chǎn)生的機械動作帶動觸頭接通，相線L1通過電阻接地產(chǎn)生漏電，漏電保護器切斷電源。該裝置實際使用安全穩(wěn)定，效果良好。

電工電子實驗；交流接觸器；急停斷電保護

SBL系列電工電子實驗裝置是上海寶徠科技開發(fā)有限公司依托德國LD Didactic（萊寶）教具公司的教育理念和設(shè)計思路，生產(chǎn)加工的一類實驗系統(tǒng)，能滿足高等院校對于開設(shè)電工電子、電氣類實驗課程的需要[1]。由于SBL系列實驗裝置具有開放的形式，操作安全、測量精準(zhǔn)、穩(wěn)定可靠，非常適合開展實驗教學(xué)，清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京理工大學(xué)還有我校等一大批國內(nèi)一流著名院校先后引進了該實驗裝置，現(xiàn)在在高等院校中已具有相當(dāng)高的普及率。我校計算機與控制工程實驗教學(xué)中心是國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心和天津市普通高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心，引進的是該系列SBL-123D5型電工電子實驗裝置，由SBL-1型電工電路實驗?zāi)K、SBL-2型模擬電路實驗?zāi)K、SBL-3D數(shù)字電路實驗?zāi)K和SBL-5電機拖動實驗?zāi)K所組成，用于開設(shè)“電路基礎(chǔ)實驗”“模擬電子技術(shù)實驗”“數(shù)字電子技術(shù)實驗”“信號與系統(tǒng)實驗”等實驗課程。

由于電路類實驗對于計算機類和自動化類專業(yè)本科學(xué)生是必修課程，上課學(xué)生人數(shù)眾多，電工電子實驗裝置的使用頻率高，而且這類電路類實驗課程會涉及一些強電實驗（380 V），如三相交流電路實驗、三相異步電動機的連接和起動實驗等。考慮到強電實驗的危險性，必須高度重視安全問題[2]，一方面要對學(xué)生進行安全用電教育，培養(yǎng)學(xué)生的安全用電意識，掌握用電基本規(guī)律，規(guī)范學(xué)生的實驗操作，另一方面增強實驗裝置安全性[3]，保障教學(xué)順利進行，在實驗裝置上加裝急停斷電保護電路是必不可少的[4]。

1 設(shè)計方案

在SBL-123D5型實驗裝置到貨后，發(fā)現(xiàn)實驗裝置雖配有紅色急停按鈕，但是實驗裝置結(jié)構(gòu)中并沒有附帶急停斷電保護電路，因此必須在加裝急停斷電保護電路之后，才能安全地開展實驗[5]。

設(shè)計的急停斷電保護電路的主體由空氣開關(guān)、交流接觸器和急停按鈕構(gòu)成，采用通過漏電保護的方式使電路斷電[6]?？諝忾_關(guān)選用ABB公司生產(chǎn)的帶漏電保護的空氣開關(guān)，型號是GSH204 AC C32/0.03，級數(shù)是4P，額定電流為32 A，額定電壓為230/400 V，可對終端配電線路的過載和短路提供保護，并具隔離功能[7]；交流接觸器采用德力西電氣公司生產(chǎn)的通用型交流接觸器，型號為CJX1-922，電流規(guī)格為9 A，線圈電壓為DC24V-220V，具有3個常開主觸頭，2個常開輔助觸頭和2個常閉輔助觸頭，通過電磁線圈產(chǎn)生的機械動作帶動觸頭接通或斷開[8]；急停按鈕采用旋轉(zhuǎn)式釋放，常開觸頭配有與外部電路相連的接插孔[9]。交流接觸器的接線圖如圖1所示。整體電路設(shè)計如圖2所示。

圖1 交流接觸器的接線圖

本實驗室共有25套電工電子實驗裝置，通過配電箱中的5組空氣開關(guān)進行控制，每組空氣開關(guān)控制5套實驗裝置。只要有1個急停按鈕按下，急停按鈕的常開觸頭閉合[10]，交流接觸器的電磁線圈通電，動、靜鐵芯之間產(chǎn)生電磁吸力，動鐵芯帶動觸頭動作，使所有的常開觸頭閉合[11]，此時與空氣開關(guān)相連的相線L1均通過電阻（阻值選用2 K）接地，產(chǎn)生漏電[12]，漏電保護器立即切斷實驗臺電源[13]；同時，急停按鈕的常閉觸頭斷開，切斷實驗裝置的電源，以達到保護師生的目的。待實驗指導(dǎo)教師及時排除故障后，旋轉(zhuǎn)按下急停開關(guān)按鈕，觸頭恢復(fù)初始狀態(tài)，合上空氣開關(guān)，實驗可以繼續(xù)進行[14]。

圖2 急停斷電保護電路原理圖

2 測試

按照所設(shè)計的電路圖，選用1.5 mm2單股銅芯電線與交流接觸器進行接線，確保銅芯電線載流量與實驗裝置電流范圍匹配，導(dǎo)線與接線端子連接時不壓絕緣層、不露銅過長、不反圈，導(dǎo)線焊接牢固，并在連接處用絕緣膠帶包扎[15]。待布線完成后，用一周的時間反復(fù)進行檢測，按下急停按鈕斷電成功率100%，證明設(shè)計方案切實可行，效果很好。

3 結(jié)語

急停斷電保護電路作為實驗裝置的一個重要組成部分，在保障師生安全和保護實驗裝置方面發(fā)揮著重要作用。本文通過應(yīng)用交流接觸器和漏電保護器設(shè)計了急停斷電保護電路，已在教學(xué)實驗中使用2年多，安全穩(wěn)定，效果良好。本文給出的設(shè)計方案，對于急停斷電保護電路的研發(fā)具有參考意義和推廣應(yīng)用價值，同時，也可作為繼電-接觸控制的一個典型應(yīng)用教學(xué)案例。

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Installation of emergency power-off protection circuit in electrical and electronic experimental device

ZHANG Tao, HUANG Dagang, BAO Xiujuan

(College of Artificial Intelligence, Nankai University, Tianjin 300350, China)

In electrical and electronic experiments, 380 V voltage level of high-voltage experiments account for a considerable proportion, and the safety of experiments must be taken into account to prevent accidents before they occur. It is an effective and necessary way to install the emergency power-off protection circuit for electrical and electronic experimental device. The design scheme chooses emergency stop button, AC contactor and air switch with leakage protection. Users press the emergency stop switch to energize the electromagnetic coil of AC contactor. The mechanical action produced by the electromagnetic coil drives the contact to be connected, the phase line L1 generates the leakage through resistance grounding, and the leakage protector cuts off the power supply. The actual utilization is safe and stable, and the effect is good.

electric and electronic experiment; AC contactor; emergency stop power-off protection

TN7

A

1002-4956(2019)11-0245-03

10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.060

2019-03-01

國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心和天津市普通高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心資助項目；南開大學(xué)2018年教學(xué)改革與教學(xué)建設(shè)項目“基于NI平臺的模電、數(shù)電實驗課程改革”階段性成果

張濤（1986—），男，山東新泰，碩士，實驗師，研究方向為模擬電路設(shè)計，數(shù)字電路設(shè)計。E-mail: zhangt@nankai.edu.cn

黃大剛（1962—），男，湖南邵東，博士，高級工程師，研究方向為控制科學(xué)與工程（檢測技術(shù)與自動化裝置）、光學(xué)工程、儀器科學(xué)與技術(shù)（測試計量技術(shù)及儀器）。