兩地雙重聯(lián)鎖控制電動機正反轉(zhuǎn)電路設計

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摘要：針對聯(lián)鎖控制下，常規(guī)電動機正反轉(zhuǎn)電路極易產(chǎn)生零偏或微弱反偏狀態(tài)，導致電路中多個元件發(fā)生故障，造成電路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，破壞電路的正常運行的問題。提出了兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動機正反轉(zhuǎn)電路。采用次級繞組方式，利用單個電感控制多路輸出，設定電動機耦合方式，根據(jù)雙重聯(lián)鎖控制機柜工作方式，控制電動機電路接口，設定電動機內(nèi)的內(nèi)部放大器的電壓值，控制線路內(nèi)像元飽和，完成電動機正反轉(zhuǎn)電路保護，實現(xiàn)兩地雙重聯(lián)鎖控制下電動機正反轉(zhuǎn)電路的設計。實驗結(jié)果表明：論文設計的正反轉(zhuǎn)電路內(nèi)電流數(shù)值較小，電路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，發(fā)生故障元件數(shù)量較少，能夠有效保障電路的正常運行。

關鍵詞：雙重；聯(lián)鎖控制；電動機；正反轉(zhuǎn)電路

一、前言

聯(lián)鎖是將電氣設備之間形成相互制約關系，聯(lián)鎖操作的方式主要分為集中聯(lián)鎖與非集中聯(lián)鎖，當聯(lián)鎖在兩個接觸器中作用時，一旦一個接觸器切斷另一個接觸器的線圈，那么在該線路中只會有一個接觸器工作，控制電機正反轉(zhuǎn)的接觸器形成互鎖狀態(tài)，為電動機形成一個雙重保護[1]。電機正反轉(zhuǎn)指的是電機采用順時針或是逆時針轉(zhuǎn)動方向，在采用順時針轉(zhuǎn)動時，電動機處于正轉(zhuǎn)，變換電動機的正反轉(zhuǎn)方式能夠為電動機所在的電路提供一定的保護作用[2]。目前已形成多種成熟的正反轉(zhuǎn)電路及聯(lián)鎖設備，但在使用經(jīng)驗不斷增加，實踐經(jīng)驗逐漸積累，在優(yōu)化電動機正反電路上還需不斷研究改進。為此設計一種兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動機正反轉(zhuǎn)電路。

二、兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動機正反轉(zhuǎn)電路設計

（一）設定電動機耦合方式在設定電動機耦合方式時，采用次級繞組方式，利用單個電感控制多路輸出，形成的雙路輸出耦合方式如圖1所示。由圖1所示的輸出耦合方式可知，控制電機產(chǎn)生漏感或其他寄生參數(shù)，避免兩個正反轉(zhuǎn)元件發(fā)生完全耦合，控制正反轉(zhuǎn)電機的工作模式為DCM，控制主要輸出回路的精度，輔助電動機內(nèi)部產(chǎn)生精準的耦合場景。采樣主輸出電壓，輔助輸出電壓控制D1回路。采用加權電壓反饋的方式，將輸出誤差按照加權因子的配比分配到各個輸出回路中[3]。利用耦合調(diào)節(jié)技術，控制正反回路上的負載，按照歷史經(jīng)驗設定負載電流數(shù)值，控制輸出電壓數(shù)值小于設定的理想數(shù)值，在電動機外部設置一個環(huán)路，并在該環(huán)路上設置一個大電感的電抗器，增加電動機產(chǎn)生的閉環(huán)增益[4]，控制電動機其他支路的電壓大小。在電動機磁芯上設置濾波電感線，使用PWM控制技術，調(diào)節(jié)濾波電感線上的電壓數(shù)值，間接控制電動機輸出電壓。設定耦合電路反饋方式為正反饋，控制電路在大負荷的控制下，提高電動機的響應速度。在該電動機耦合的方式下，采用兩地雙重聯(lián)鎖控制電動機的電路接口。

（二）兩地雙重聯(lián)鎖控制電路接口在控制電路接口時，首先設定兩地雙重聯(lián)鎖控制的聯(lián)鎖機柜，將聯(lián)鎖機柜連接信號柜與綜合柜，控制各個柜間的接口平整光潔，采用正方平直形狀的柜接口，在實際連接時，接口與地面形成垂直的狀態(tài)。在每個接口處采用固定元件，固定柜間的元件連接，保證電路的正常運行。信號柜內(nèi)設置三層不同的動態(tài)板，第一層道岔層設置反位操縱板[5]，操縱板內(nèi)采用一個繼電器大小的電阻。中間層道岔層設置為表示板，表示板內(nèi)安置一個單板插座，控制電動機的線路走向，導線采用絕緣層完好的接線頭。最后一層設置為阻容板，阻容板內(nèi)放置一個阻容，阻容上設置四個焊點，控制每個焊點的連接線數(shù)量為4。各個板內(nèi)采用分線端子板連接，兩個相鄰的板之間，打出與焊點位置相近的孔，用于安置焊點連接的電路走線。將電動機的主干線連接微機聯(lián)鎖系統(tǒng)的承載服務器上，服務器模擬電動機進路排列[6]，接口線路采用道岔單槽形式，控制電動機采用的單鎖或是封閉形式。當信號股道產(chǎn)生鎖閉時，整個線路會產(chǎn)生區(qū)段性的聯(lián)鎖狀態(tài)，為了滿足站間與場間的聯(lián)鎖控制電動機內(nèi)部產(chǎn)生調(diào)節(jié)需求，取消接口的模擬進路，采用濾波處理接口電路處的電壓，穩(wěn)定電動機的輸出電壓。電動機內(nèi)置一個電源屏，電源屏連接電動機的接口，外電網(wǎng)采用調(diào)壓的方式輸送電量到電動機的內(nèi)部。電源屏內(nèi)部供電采用兩路供電形式，設置電源屏的自動倒換的時間為0.20s，防止電源屏發(fā)生故障。設置電源屏的接口連接形式為兩路三相形式。設置電源的主備狀態(tài)為轉(zhuǎn)換模式，實現(xiàn)接口電路的獨立可靠的供電[7]。在控制兩地雙重聯(lián)鎖控制電路接口后，控制保護電動機正反轉(zhuǎn)過程，實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)電路保護。

（三）正反轉(zhuǎn)電路保護在聯(lián)鎖控制下，常規(guī)的電動機極易發(fā)生零偏或是微弱反偏的狀態(tài)[8]，電動機內(nèi)的放大器在發(fā)生過飽和后電動機輸出電壓發(fā)生微弱降低，產(chǎn)生微弱的光電流信號，所以在保護電動機正反轉(zhuǎn)電路時，控制電動機內(nèi)部放大器的電壓值為1.5V，反向轉(zhuǎn)動時線路的偏置電壓設置為12V，控制前端放大器光電流信號積分，電動機反向輸出電壓發(fā)生接近12V，線路內(nèi)所有的像元不發(fā)生飽和，電動機的讀出線路保持正常運行狀態(tài)[9]。所以在設計正反轉(zhuǎn)的電路保護時，控制電動機前端發(fā)電機在發(fā)生飽和后，線路電容中的電荷放電，為輸出電壓維持在一個平衡的定值區(qū)間內(nèi)。在電動機外部線路上設置一個過飽和控制電路CTIA結(jié)構(gòu)，選用型號為NM2的比較器與放大器串聯(lián)，比較器內(nèi)設置一個差分放大器，消除電動機產(chǎn)生的共模噪聲和偶次諧波，差分放大器與推挽放大器并聯(lián)，推挽放大器支持差分放大器的驅(qū)動功能。電動機輸入端放置一個10K的電阻，翻轉(zhuǎn)控制比較器接口導通，控制電動機內(nèi)部電容放電[10]，防止電動機正反轉(zhuǎn)電路發(fā)生飽和，保證正反轉(zhuǎn)電路正常運行。綜合上述處理，最終完成對兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動機正反轉(zhuǎn)電路的設計。

二、實驗分析

（一）實驗準備選用一個穩(wěn)定的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)作為實驗環(huán)境，設定服務器參數(shù)如表1所示：表1所示的服務器參數(shù)中，在服務器的CPU功能支持下，配合專用的軟件，控制CPU形成主從式熱備冗余，實現(xiàn)在高速通道中實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，保證兩臺CPU可同步運行且保持不間斷切換。采用多機分布式結(jié)構(gòu)，連接電動機正反電路于控制臺上，控制上位機采用雙機冷備的方式，將聯(lián)鎖機1與聯(lián)鎖機2連接成為雙機控制系統(tǒng)，采用單機維修機作為監(jiān)測分機，輸入輸出接口采用光電耦合連接方式，隔離電動機與外電路間的電氣隔離。實驗環(huán)境采用局域網(wǎng)通信方式，實現(xiàn)正反電路與計算機間的通信，為了提高實驗結(jié)果的可靠性，采用雙重冗余網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，在每個監(jiān)測計算機處安置兩塊網(wǎng)卡，產(chǎn)生兩個節(jié)點地址，實現(xiàn)兩地雙重連鎖控制。選用相同參數(shù)的電動機，實驗采用電動機參數(shù)如表2所示：在表2所示的電動機參數(shù)控制下，分別采用兩種傳統(tǒng)正反電路與文中設計的正反電路與實驗準備的電動機相連，對比三種電動機正反電路的性能。

（二）實驗結(jié)果分析基于上述實驗準備，使用三種不同正反電路連接相同參數(shù)的電動機，在相同元件處設置測試點，每個電路結(jié)構(gòu)內(nèi)設置8個的測試點，采用電流表測量不同電路結(jié)構(gòu)中的測試點，三種正反轉(zhuǎn)電路結(jié)構(gòu)中，測試點上形成的電流數(shù)值如表3所示：由表3所示的電流數(shù)值可知，在電路結(jié)構(gòu)中相同的元件處，設置數(shù)量相同的測試點，由電流表的數(shù)值可知，兩種傳統(tǒng)電動機正反轉(zhuǎn)電路內(nèi)流經(jīng)的電流數(shù)值較大，而文中設計的正反轉(zhuǎn)電路結(jié)構(gòu)流經(jīng)的電流數(shù)值較小，電路流經(jīng)的電流數(shù)值較小，該電路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。在上述實驗環(huán)境下，以上述實驗電流數(shù)值為計算指標，計算電路結(jié)構(gòu)中各個測試點的電功率數(shù)值，以各個測試點元件的額定功率為對比對象，當電路測試點的電功率數(shù)值超過測試點內(nèi)元件的額定功率，則表示電路出現(xiàn)故障，計算匯總各個測試點元件額定功率值，得到三種電路結(jié)構(gòu)下，各個測試點的元件是否正常工作，實驗結(jié)果如表4所示： 由表4所示的各個元件的工作情況可知，傳統(tǒng)電動機正反轉(zhuǎn)電路1出現(xiàn)故障的元件有四個，電路穩(wěn)定性不強。傳統(tǒng)電動機正反轉(zhuǎn)電路2出現(xiàn)異常的元件個數(shù)為2，雖然兩種傳統(tǒng)正反轉(zhuǎn)電路均不能正常工作，但傳統(tǒng)電動機正反轉(zhuǎn)電路2出故障的元件數(shù)量少，花費的維修費用少。而文中設計的正反轉(zhuǎn)電路元件均可正常工作，電路結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，能夠有效保障電路的正常運行。綜合上述所有實驗結(jié)果可知，文中設計的正反轉(zhuǎn)電路穩(wěn)定，符合電動機的運行要求。

三、結(jié)語

機械制造業(yè)不斷發(fā)展，對電動機正反轉(zhuǎn)電路的要求不斷升高，兩地雙重聯(lián)鎖控制有著智能化控制的優(yōu)點。因此，采用兩地雙重聯(lián)鎖的控制方法設計電動機正反轉(zhuǎn)電路。在該種電路承載下，電動機的運行狀態(tài)更加地穩(wěn)定，能夠改善傳統(tǒng)式電動機正反轉(zhuǎn)電路的不足，為研究新式的正反轉(zhuǎn)電路提供新的理論依據(jù)。但該種電路設計方法在實驗室內(nèi)搭建，在實際運用時存在一定的不足。

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作者：趙啟純 單位：深圳市通恒科技有限公司