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

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 人工智能學院，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，用戶按下急停開關給交流接觸器電磁線圈通電，電磁線圈產生的機械動作帶動觸頭接通，相線L1通過電阻接地產生漏電，漏電保護器切斷電源。該裝置實際使用安全穩定，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有限公司依托德國LD Didactic（萊寶）教具公司的教育理念和設計思路，生產加工的一類實驗系統，能滿足高等院校對于開設電工電子、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、穩定可靠，非常適合開展實驗教學，清華大學、上海交通大學、北京理工大學還有我校等一大批國內一流著名院校先后引進了該實驗裝置，現在在高等院校中已具有相當高的普及率。我校計算機與控制工程實驗教學中心是國家級虛擬仿真實驗教學中心和天津市普通高等學校實驗教學示范中心，引進的是該系列SBL-123D5型電工電子實驗裝置，由SBL-1型電工電路實驗模塊、SBL-2型模擬電路實驗模塊、SBL-3D數字電路實驗模塊和SBL-5電機拖動實驗模塊所組成，用于開設“電路基礎實驗”“模擬電子技術實驗”“數字電子技術實驗”“信號與系統實驗”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本科學生是必修課程，上課學生人數眾多，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]，一方面要對學生進行安全用電教育，培養學生的安全用電意識，掌握用電基本規律，規范學生的實驗操作，另一方面增強實驗裝置安全性[3]，保障教學順利進行，在實驗裝置上加裝急停斷電保護電路是必不可少的[4]。

1 設計方案

在SBL-123D5型實驗裝置到貨后，發現實驗裝置雖配有紅色急停按鈕，但是實驗裝置結構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]。

設計的急停斷電保護電路的主體由空氣開關、交流接觸器和急停按鈕構成，采用通過漏電保護的方式使電路斷電[6]。空氣開關選用ABB公司生產的帶漏電保護的空氣開關，型號是GSH204 AC C32/0.03，級數是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的通用型交流接觸器，型號為CJX1-922，電流規格為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，通過電磁線圈產生的機械動作帶動觸頭接通或斷開[8]；急停按鈕采用旋轉式釋放，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組空氣開關進行控制，每組空氣開關控制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]，此時與空氣開關相連的相線L1均通過電阻（阻值選用2 K）接地，產生漏電[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。待實驗指導教師及時排除故障后，旋轉按下急停開關按鈕，觸頭恢復初始狀態，合上空氣開關，實驗可以繼續進行[14]。

圖2 急停斷電保護電路原理圖

2 測試

按照所設計的電路圖，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，導線與接線端子連接時不壓絕緣層、不露銅過長、不反圈，導線焊接牢固，并在連接處用絕緣膠帶包扎[15]。待布線完成后，用一周的時間反復進行檢測，按下急停按鈕斷電成功率100%，證明設計方案切實可行，效果很好。

3 結語

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揮著重要作用。本文通過應用交流接觸器和漏電保護器設計了急停斷電保護電路，已在教學實驗中使用2年多，安全穩定，效果良好。本文給出的設計方案，對于急停斷電保護電路的研發具有參考意義和推廣應用價值，同時，也可作為繼電-接觸控制的一個典型應用教學案例。

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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中心和天津市普通高等學校實驗教學示范中心資助項目；南開大學2018年教學改革與教學建設項目“基于NI平臺的模電、數電實驗課程改革”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計，數字電路設計。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與工程（檢測技術與自動化裝置）、光學工程、儀器科學與技術（測試計量技術及儀器）。