盧明星

摘 要： 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制設(shè)備的控制對(duì)象為各類電動(dòng)機(jī)或其他執(zhí)行電器，控制原理為通過(guò)對(duì)控制對(duì)象的起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動(dòng)等的運(yùn)行方式采用電氣控制的方法實(shí)現(xiàn)控制，進(jìn)而在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。為了更好地控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制線路。從邏輯代數(shù)的基本概念入手，探討邏輯代數(shù)在設(shè)計(jì)三相異步電動(dòng)機(jī)控制線路中的應(yīng)用，針對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和正反轉(zhuǎn)控制線路設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞： 邏輯代數(shù) 三相異步電動(dòng)機(jī) 連續(xù)控制 電氣聯(lián)鎖

中圖分類號(hào)： TM92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）05-0082-03

Application of Logic Algebra in the Design of Control Circuits for Three-Phase Asynchronous Motors

LU Mingxing

Yuncheng Mechanical and Electrical Engineering School， Yuncheng， Shanxi Province， 044000 China

Abstract： The control objects of electric drive automation control equipment are all kinds of motors or other executive electrical appliances， and its control principle is to use electrical control methods to control the operation modes of control objects， such as starting， stopping， positive and negative rotation， speed regulation and braking， and then realize automatic control in the production process. In order to better control the operation of the motor， it is necessary to design corresponding control circuits. This paper starts with the basic concept of logic algebra， discusses its application in the design of control circuits for three-phase asynchronous motors， and introduces the design of the continuous operation and forward-reverse control circuits of three-phase asynchronous motors in detail.

Key Words： Logical algebra； Three-phase asynchronous motor； Continuous control； Electrical interlock

邏輯設(shè)計(jì)法利用邏輯代數(shù)來(lái)進(jìn)行控制線路設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝的要求，將執(zhí)行元件需要的工作信號(hào)和主令電器的接通與斷開(kāi)狀態(tài)看成邏輯變量，然后根據(jù)實(shí)際的控制要求，將邏輯變量之間的邏輯關(guān)系用邏輯關(guān)系式來(lái)表達(dá)，并根據(jù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行簡(jiǎn)化，根據(jù)最簡(jiǎn)式設(shè)計(jì)出需要的控制線路[1]。該方法優(yōu)點(diǎn)是各控制元件的關(guān)系一目了然，不會(huì)讀錯(cuò)和遺漏，用這種方法設(shè)計(jì)的控制線路往往比較合理，適合于生產(chǎn)工藝要求比較復(fù)雜的控制線路[2]。缺點(diǎn)是邏輯設(shè)計(jì)法其難度較大，要有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)，不易掌握。在設(shè)計(jì)中，邏輯代數(shù)可用于線路簡(jiǎn)化和讀圖分析[3]。

1 控制線路中電器元件、電路的邏輯表示

邏輯與、邏輯或、邏輯非是邏輯代數(shù)中的三種基本邏輯關(guān)系。一般以“1”表示各電器元件的受激狀態(tài)，如接觸器、繼電器線圈得電，按鈕受壓按下等；以“0”表示各電器元件的初始狀態(tài)，如接觸器、繼電器線圈不得電，按鈕不受壓等。與、或、非三種邏輯關(guān)系與電路狀態(tài)見(jiàn)圖1。

下面利用以上三種基本邏輯電路，來(lái)設(shè)計(jì)三相異步電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路和正反轉(zhuǎn)控制線路。

2 三相異步電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路

要實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路，就必須解決啟動(dòng)控制按鈕在復(fù)位彈簧作用下常開(kāi)觸點(diǎn)彈起斷開(kāi)的問(wèn)題。在啟動(dòng)按鈕觸電彈起前，必須建立能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的線路，這很顯然是一種邏輯或的關(guān)系。對(duì)照上面的邏輯或電路，可以在啟動(dòng)按鈕的兩端并聯(lián)接觸器的常開(kāi)輔助觸頭KM，這樣就可以實(shí)現(xiàn)兩條線路給接觸器線圈供電。松開(kāi)啟動(dòng)按鈕時(shí)，啟動(dòng)按鈕這一路斷開(kāi)，但接觸器線圈仍然可以通過(guò)并聯(lián)在啟動(dòng)按鈕旁邊的KM這一路線路得電，這樣就保持了三相異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖2所示，閉合電源開(kāi)關(guān)QS，按下SB1啟動(dòng)按鈕，KM接觸器線圈得電，KM主觸頭閉合，主電路接通，按U、V、W相序，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)KM自鎖常開(kāi)輔助觸頭閉合，對(duì)KM實(shí)現(xiàn)自鎖控制，三相異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路

改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)三相電源兩相的相序，就可以改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。因此，只要在主控制電路中借用兩個(gè)接觸器的主觸頭，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)換相序。而控制電路只要使用兩個(gè)相同的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路就可以實(shí)現(xiàn)，一個(gè)控制正轉(zhuǎn)，一個(gè)控制反轉(zhuǎn)[4]，就是簡(jiǎn)單的邏輯或關(guān)系。簡(jiǎn)單的邏輯或關(guān)系存在兩條線路同時(shí)為邏輯“1”的這種情況，即正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時(shí)接通，但實(shí)際中正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)絕對(duì)不允許同時(shí)接通，否則電動(dòng)機(jī)可能燒壞。因此，正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)之間不是簡(jiǎn)單的邏輯或電路，還必須在各自的控制線路中制約著對(duì)方，在對(duì)方的控制線路接觸器線圈上方，串聯(lián)接觸器常閉輔助觸點(diǎn)，形成邏輯與的關(guān)系，即電氣聯(lián)鎖[5]。這樣才能實(shí)現(xiàn)相互制約、安全可靠的三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路。當(dāng)一個(gè)接觸器通電激活時(shí)，其常閉觸點(diǎn)會(huì)阻止另一個(gè)接觸器通電激活，這種相互制約的作用被稱為電氣聯(lián)鎖或互鎖。實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖功能的常閉輔助觸點(diǎn)被稱為聯(lián)鎖或互鎖觸點(diǎn)。電氣聯(lián)鎖控制的設(shè)計(jì)方法是將常閉輔助出頭串接到對(duì)方接觸器線圈電路中。

當(dāng)電源開(kāi)關(guān)QS閉合、按下SB1正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕后，KMI接觸器線圈通電，KMI主觸頭關(guān)閉，主電路得以接通。電動(dòng)機(jī)按照U、V、W的相序開(kāi)始正轉(zhuǎn)。同時(shí)，KMI的自鎖常開(kāi)輔助觸頭關(guān)閉，KM1的常閉觸頭打開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)KM2的聯(lián)鎖（或互鎖）控制。此后，當(dāng)按下SB3停止按鈕時(shí)，KM1接觸器線圈斷電，而與之串聯(lián)的KM1聯(lián)鎖觸頭則關(guān)閉。接著，按下SB2反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，KM2接觸器線圈通電，KM2接觸器主觸頭關(guān)閉，主電路接通。由于三相異步電動(dòng)機(jī)的三相電源相序已改為W、V、U，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，KM2的自鎖常開(kāi)觸頭關(guān)閉，KM2的常閉觸頭打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)KM1的聯(lián)鎖控制（見(jiàn)圖3）。

4 電氣、機(jī)械雙重聯(lián)鎖（或互鎖）正反轉(zhuǎn)控制線路

通過(guò)借助聯(lián)動(dòng)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，得到電氣、機(jī)械雙重聯(lián)鎖（或互鎖）正反轉(zhuǎn)控制線路。

4.1 雙重聯(lián)鎖工作原理

在三相異步電動(dòng)機(jī)控制中，接觸器和按鈕的聯(lián)鎖控制構(gòu)成雙重聯(lián)鎖（如圖4所示），當(dāng)電源開(kāi)關(guān)QS閉合且SB1按鈕被按下時(shí)，KM1線圈得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)自鎖常開(kāi)輔助觸頭實(shí)現(xiàn)自鎖。SB1按下時(shí)，KM2線圈上方的SB1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM1的常閉輔助觸點(diǎn)也因得電打開(kāi)，防止反轉(zhuǎn)誤操作。按下SB2反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，KM2線圈得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)并自鎖。同時(shí)，KM1線圈失電，KM2的常閉輔助觸點(diǎn)也使KM1線圈失電，防止正轉(zhuǎn)誤操作。按下SB3停止按鈕時(shí)，KM2線圈失電，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。這種雙重聯(lián)鎖確保了電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的安全可靠。

4.2 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

雙重聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制線路設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于其正、反轉(zhuǎn)控制之間的無(wú)縫切換，為用戶提供了便捷的操作體驗(yàn)。此外，該線路還具備出色的安全性能，能有效防止電源兩相短路等潛在故障。然而，這種控制方式也存在一些局限性。由于其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，接線安裝過(guò)程可能較為困難，并且有一定的風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致電路發(fā)生故障。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要特別注意接線的正確性和安裝過(guò)程的細(xì)致操作，以確保線路的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從邏輯代數(shù)的基本概念入手，探討了邏輯代數(shù)在設(shè)計(jì)三相異步電動(dòng)機(jī)控制線路中的應(yīng)用。通過(guò)邏輯設(shè)計(jì)法，將執(zhí)行元件的工作信號(hào)和主令電器的接通與斷開(kāi)狀態(tài)視為邏輯變量，利用邏輯關(guān)系式表達(dá)這些變量之間的關(guān)系，從而簡(jiǎn)化了控制線路的設(shè)計(jì)過(guò)程。

邏輯設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)在于各控制元件之間的關(guān)系一目了然，不易讀錯(cuò)和遺漏，適用于生產(chǎn)工藝要求比較復(fù)雜的控制線路。然而，該方法難度較大，需要掌握邏輯代數(shù)基礎(chǔ)。在實(shí)際控制線路設(shè)計(jì)中，可以結(jié)合其他設(shè)計(jì)方法進(jìn)行互補(bǔ)使用。未來(lái)研究可以進(jìn)一步探討邏輯代數(shù)在其他領(lǐng)域的自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，以推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。

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