兩地雙重聯(lián)鎖控制電動機正反轉電路設計
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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，造成電路結構穩(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，完成電動機正反轉電路保護，實現(xiàn)兩地雙重聯(lián)鎖控制下電動機正反轉電路的設計。實驗結果表明：論文設計的正反轉電路內(nèi)電流數(shù)值較小，電路結構穩(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]。電機正反轉指的是電機采用順時針或是逆時針轉動方向，在采用順時針轉動時，電動機處于正轉，變換電動機的正反轉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電路。
二、兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動機正反轉電路設計
（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)，避免兩個正反轉元件發(fā)生完全耦合，控制正反轉電機的工作模式為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過程，實現(xiàn)電動機正反轉電路保護。
（三）正反轉電路保護在聯(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電路時，控制電動機內(nèi)部放大器的電壓值為1.5V，反向轉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結構，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]，防止電動機正反轉電路發(fā)生飽和，保證正反轉電路正常運行。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。采用多機分布式結構，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，為了提高實驗結果的可靠性，采用雙重冗余網(wǎng)絡結構，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，每個電路結構內(nèi)設置8個的測試點，采用電流表測量不同電路結構中的測試點，三種正反轉電路結構中，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，在電路結構中相同的元件處，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)電動機正反轉電路內(nèi)流經(jīng)的電流數(shù)值較大，而文中設計的正反轉電路結構流經(jīng)的電流數(shù)值較小，電路流經(jīng)的電流數(shù)值較小，該電路結構穩(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，計算電路結構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，得到三種電路結構下，各個測試點的元件是否正常工作，實驗結果如表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)正反轉電路均不能正常工作，但傳統(tǒng)電動機正反轉電路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電路元件均可正常工作，電路結構相對穩(wěn)定，能夠有效保障電路的正常運行。綜合上述所有實驗結果可知，文中設計的正反轉電路穩(wěn)定，符合電動機的運行要求。
三、結語
機械制造業(yè)不斷發(fā)展，對電動機正反轉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)式電動機正反轉電路的不足，為研究新式的正反轉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