由簡入繁逐步添加實現電氣控制線路的設計

鄧紅雷

（華南理工大學電力學院，廣東廣州510640）

0 引言

電工學是工科所有非電類專業的專業必修課，繼電器—接觸器控制系統是電氣控制中的主要組成部分[1]，這部分教學內容與實際器件聯系非常緊密，是電工學的難點之一，部分初學者一看到就發憷，其實對于電氣控制電路的設計，只要從基本電路入手，按照功能要求，由簡入繁，循序漸進，逐步添加，逐漸完備，不急躁冒進，就會得到好的設計效果。

1 點動控制電路

電機點動控制主電路和控制電路如圖1所示，是繼電器—接觸器控制系統中最簡單的控制電路，本文以此為基礎，按照功能要求，逐步添加，逐步完善，最終完成所有的功能設計。為了便于抓住要點，假定電路中已經包含短路保護（熔斷器FU）、過載保護（熱繼電器FR）以及零壓、欠壓保護（交流接觸器線圈KM）等環節。

圖1 帶短路過載欠壓保護的點動控制電路圖

工作原理：合上開關Q，按下啟動按鈕SB2，交流接觸器KM線圈通電，KM主觸點閉合，電機運轉；松開SB2，KM線圈斷電，KM主觸點斷開，電機停轉。

2 可以連續運行的控制電路

圖1只能實現點動，不能實現電機的連續運行。為了讓電機能夠連續運行，可以在啟動按鈕SB2上并聯交流接觸器KM自身的輔助觸點，實現電機的自鎖。另外，為了實現停機，必須添加停止按鈕SB1。所以完整的可以連續運行的基本控制電路如圖2所示。

圖2 可以連續運行的基本控制電路

工作原理：合上開關Q，按下啟動按鈕SB2，KM線圈通電，KM主觸點閉合，電機運轉，KM輔助觸點閉合自鎖；松開啟動按鈕SB2，由于KM輔助觸點的自鎖，電機繼續運轉；按下停止按鈕SB1，KM線圈斷電，KM主觸點斷開，電機停轉，KM輔助觸點斷開，取消自鎖。

3 異地啟停控制

有時電機需要多點啟停，比如水泵電機的就地和異地控制，則可在圖2所示的基本控制電路的基礎上添加部分電路來實現。由于啟動按鈕是常開按鈕，各多點啟動按鈕彼此之間是并聯關系，所以可在原啟動按鈕SB2上并聯添加異地啟動按鈕SB3；由于各停止按鈕是常閉按鈕，彼此之間的電氣連接是串聯關系，所以可在控制電路中串聯添加異地停機按鈕SB4，實現異地啟停，如圖3所示。

圖3 異地啟停控制電路

異地啟停控制系統的工作原理和第2節連續運行電路相似，不再贅述。

4 既能點動又能連續運行的電路

在需要試車、檢修以及調整車床主軸等場合，需要電機既能點動又能連續運行，則可在圖2的基礎上添加一對復合按鈕SB3，如圖4所示。

圖4 既能長期工作又能點動的控制電路

工作原理：按下啟動按鈕SB2，電機連續運行，工作原理和圖2相同；按下點動復合按鈕SB3時，SB3常開閉合，SB3常閉斷開，KM線圈通電，KM主觸點閉合，電機運轉，雖然KM輔助觸點會閉合自鎖，但此時由于SB3常閉斷開，自鎖不起作用，松開SB3后，電機停轉，因此實現了電機的點動控制。

5 正反轉控制

正反轉控制在現實生產生活中用途廣泛，比如工廠抓煤行車前后、左右運動，抓斗的張開、閉合，其實就是通過多臺電機的正反轉控制來實現的。由于要分別實現正轉和反轉控制，所以必須要有兩套基本控制系統。首先，在圖2的控制電路的基礎上添加一套基本控制電路，主電路增加一套交流接觸器的3個主觸頭，并且主電路交流接觸器的主觸頭要注意換向，得到的初步正反轉控制電路如圖5所示。

圖5 正反轉初步控制電路（正—停—反）

工作原理：合上開關Q，按下正轉按鈕SBF，交流接觸器KMF線圈通電，KMF主觸點閉合，KMF輔助觸點閉合自鎖，電機連續正轉；按下停止按鈕SB，KMF線圈斷電，KMF主觸點斷開，電機停止正轉，KMF輔助觸點斷開，取消自鎖。同理，按下SBR，電機反轉，按下SB，電機停止反轉。

圖5能實現電機的正反轉，但存在明顯不足，這其實是正—停—反控制，改變轉向時必須先按停止按鈕，即SBF和SBR不允許同時按下，否則正轉、反轉接觸器線圈會同時帶電，相應主觸頭會同時閉合，造成電源兩相短路。

為了避免相間短路，可以在圖5控制電路的基礎上添加電氣聯鎖和機械聯鎖，讓控制電路在同一時間內兩個接觸器只允許一個通電工作。

圖6避免了正轉和反轉啟動按鈕同時按下時電源發生兩相短路的不足，但其實仍然是正—停—反控制，也非常不便。為了實現正—反控制，可以利用復合按鈕的觸點實現機械聯鎖，如圖7所示。

圖6 帶電氣互鎖的異步電機正反轉控制電路（正—停—反）

圖7 包含電氣和機械聯鎖的異步電機正反轉控制電路（正—反）

工作原理：合上開關Q，按下SBF，SBF按鈕常閉斷開，實現反向機械聯鎖，KMF線圈通電，KMF主觸點閉合，KMF常閉輔助觸點閉合自鎖，KMF常閉輔助觸頭斷開，實現反向電氣聯鎖，電機連續正轉；按下SBR，SBR按鈕常閉斷開，實現正向機械聯鎖，KMR線圈通電，KMR主觸點閉合，KMR常閉輔助觸點閉合自鎖，KMR常閉輔助觸頭斷開，實現正向電氣聯鎖，電機連續反轉；按下停止按鈕SB，正轉和反轉交流接觸器線圈均斷電，電機停轉。

6 行程控制

需要控制某些機械的行程時，當運動部件到達一定行程位置時利用行程開關來控制即可，只需要將行程開關的常閉觸頭串聯加入對方的控制電路。如果要實現自動返回，只需采用復合行程控制按鈕，將常開觸頭并聯加入對方的啟動按鈕即可。主電路如圖1所示，控制電路如圖8所示。

圖8 電機自動往返控制電路

工作原理：按下SBF時，KMF線圈帶電，電機正轉，工作臺前進，達到預定位置后，擋塊撞擊行程開關STb，STb常閉斷開、常開閉合，KMF斷電，電機停止正轉，同時，KMR線圈通電，電機反轉，工作臺后退；達到另一個預定位置后，擋塊撞擊行程開關STa，STa常閉斷開、常開閉合，KMR斷電，電機停止反轉，同時，KMF線圈通電，電機正轉，工作臺前進；按下SB，電機停轉。

7 順序控制

某些生產機械的運動部件在工作時有先后順序要求，需要對拖動電機進行順序控制[2]。

順序控制1：兩臺電機，要求M1啟動后，M2才能啟動。M2既不能單獨啟動，也不能單獨停車。

因為是控制兩臺電機，且都需要連續運行，所以控制電路和主電路需要兩套基本的交流接觸器系統，由于M2不能單獨停車，只需要一個停止按鈕。因為M1啟動后，M2才能啟動，所以將M2的控制電路串入M1的啟動電路中，如圖9所示。

圖9 順序控制1電路

順序控制2：兩條皮帶運輸機分別由兩臺鼠籠異步電機拖動，為避免物體堆積在運輸機上，要求電機按下述順序啟動和停止：啟動時，M1啟動后M2才能啟動；停車時，M2停車后M1才能停車。

設計說明：因為是兩臺電機的啟停控制，所以需要兩個基本控制回路，如圖10（a）所示，因為要求電機M1啟動后M2才能啟動，所以將電機M1的交流接觸器的常開輔助觸頭KM1串入M2的控制電路中；因為M2停機后M1才能停機，所以將電機M2的交流接觸器的常開輔助觸頭KM2并入M1的停機按鈕SB1，如圖10（b）所示。

圖10 順序控制2電路

8 結語

電機控制是電工學的重要內容之一，本文從基本的點動控制電路出發，逐步添加完善，完成了三相異步電機的連續控制、點動加連續控制、正反轉控制、行程控制及順序控制電路的設計，從中可以看出，只要把握基本電路，從設計目標出發，循序漸進，逐步完善功能，就能取得好的設計效果。