逻辑代数在设计三相异步电动机控制线路中的应用

卢明星

摘 要： 电力拖动自动控制设备的控制对象为各类电动机或其他执行电器，控制原理为通过对控制对象的起动、停止、正反转、调速、制动等的运行方式采用电气控制的方法实现控制，进而在生产过程中实现自动化控制。为了更好地控制电动机的运行，需要设计相应的控制线路。从逻辑代数的基本概念入手，探讨逻辑代数在设计三相异步电动机控制线路中的应用，针对三相异步电动机连续运转和正反转控制线路设计进行详细介绍。

关键词： 逻辑代数 三相异步电动机 连续控制 电气联锁

中图分类号： TM92文献标识码： A文章编号： 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

逻辑设计法利用逻辑代数来进行控制线路设计，根据实际生产工艺的要求，将执行元件需要的工作信号和主令电器的接通与断开状态看成逻辑变量，然后根据实际的控制要求，将逻辑变量之间的逻辑关系用逻辑关系式来表达，并根据基本公式和运算规律进行简化，根据最简式设计出需要的控制线路[1]。该方法优点是各控制元件的关系一目了然，不会读错和遗漏，用这种方法设计的控制线路往往比较合理，适合于生产工艺要求比较复杂的控制线路[2]。缺点是逻辑设计法其难度较大，要有逻辑代数基础，不易掌握。在设计中，逻辑代数可用于线路简化和读图分析[3]。

1 控制线路中电器元件、电路的逻辑表示

逻辑与、逻辑或、逻辑非是逻辑代数中的三种基本逻辑关系。一般以“1”表示各电器元件的受激状态，如接触器、继电器线圈得电，按钮受压按下等；以“0”表示各电器元件的初始状态，如接触器、继电器线圈不得电，按钮不受压等。与、或、非三种逻辑关系与电路状态见图1。

下面利用以上三种基本逻辑电路，来设计三相异步电动机的连续运转控制线路和正反转控制线路。

2 三相异步电动机的连续运转控制线路

要实现三相异步电动机的连续运转控制线路，就必须解决启动控制按钮在复位弹簧作用下常开触点弹起断开的问题。在启动按钮触电弹起前，必须建立能够实现连续运转的线路，这很显然是一种逻辑或的关系。对照上面的逻辑或电路，可以在启动按钮的两端并联接触器的常开辅助触头KM，这样就可以实现两条线路给接触器线圈供电。松开启动按钮时，启动按钮这一路断开，但接触器线圈仍然可以通过并联在启动按钮旁边的KM这一路线路得电，这样就保持了三相异步电动机连续运转。如图2所示，闭合电源开关QS，按下SB1启动按钮，KM接触器线圈得电，KM主触头闭合，主电路接通，按U、V、W相序，电动机运转，同时KM自锁常开辅助触头闭合，对KM实现自锁控制，三相异步电动机连续运转。

3 三相异步电动机的正反转控制线路

改变三相异步电动机三相电源两相的相序，就可以改变三相异步电动机的旋转方向。因此，只要在主控制电路中借用两个接触器的主触头，就可以实现调换相序。而控制电路只要使用两个相同的连续运转控制线路就可以实现，一个控制正转，一个控制反转[4]，就是简单的逻辑或关系。简单的逻辑或关系存在两条线路同时为逻辑“1”的这种情况，即正转与反转同时接通，但实际中正转与反转绝对不允许同时接通，否则电动机可能烧坏。因此，正转与反转之间不是简单的逻辑或电路，还必须在各自的控制线路中制约着对方，在对方的控制线路接触器线圈上方，串联接触器常闭辅助触点，形成逻辑与的关系，即电气联锁[5]。这样才能实现相互制约、安全可靠的三相异步电动机的正反转控制线路。当一个接触器通电激活时，其常闭触点会阻止另一个接触器通电激活，这种相互制约的作用被称为电气联锁或互锁。实现电气联锁功能的常闭辅助触点被称为联锁或互锁触点。电气联锁控制的设计方法是将常闭辅助出头串接到对方接触器线圈电路中。

当电源开关QS闭合、按下SB1正转启动按钮后，KMI接触器线圈通电，KMI主触头关闭，主电路得以接通。电动机按照U、V、W的相序开始正转。同时，KMI的自锁常开辅助触头关闭，KM1的常闭触头打开，从而实现了对KM2的联锁（或互锁）控制。此后，当按下SB3停止按钮时，KM1接触器线圈断电，而与之串联的KM1联锁触头则关闭。接着，按下SB2反转启动按钮，KM2接触器线圈通电，KM2接触器主触头关闭，主电路接通。由于三相异步电动机的三相电源相序已改为W、V、U，电动机开始反向旋转。同时，KM2的自锁常开触头关闭，KM2的常闭触头打开，实现了对KM1的联锁控制（见图3）。

4 电气、机械双重联锁（或互锁）正反转控制线路

通过借助联动按钮来实现优化，得到电气、机械双重联锁（或互锁）正反转控制线路。

4.1 双重联锁工作原理

在三相异步电动机控制中，接触器和按钮的联锁控制构成双重联锁（如图4所示），当电源开关QS闭合且SB1按钮被按下时，KM1线圈得电，电动机正转，同时通过自锁常开辅助触头实现自锁。SB1按下时，KM2线圈上方的SB1常闭触点断开，KM1的常闭辅助触点也因得电打开，防止反转误操作。按下SB2反转按钮时，KM2线圈得电，电动机反转并自锁。同时，KM1线圈失电，KM2的常闭辅助触点也使KM1线圈失电，防止正转误操作。按下SB3停止按钮时，KM2线圈失电，电动机停转。这种双重联锁确保了电动机正反转的安全可靠。

4.2 优点与缺点

双重联锁正反转控制线路设计的优势在于其正、反转控制之间的无缝切换，为用户提供了便捷的操作体验。此外，该线路还具备出色的安全性能，能有效防止电源两相短路等潜在故障。然而，这种控制方式也存在一些局限性。由于其电路结构相对复杂，接线安装过程可能较为困难，并且有一定的风险出现接线错误，导致电路发生故障。因此，在实际应用中，需要特别注意接线的正确性和安装过程的细致操作，以确保线路的稳定运行。

5 结语

本文从逻辑代数的基本概念入手，探讨了逻辑代数在设计三相异步电动机控制线路中的应用。通过逻辑设计法，将执行元件的工作信号和主令电器的接通与断开状态视为逻辑变量，利用逻辑关系式表达这些变量之间的关系，从而简化了控制线路的设计过程。

逻辑设计法的优点在于各控制元件之间的关系一目了然，不易读错和遗漏，适用于生产工艺要求比较复杂的控制线路。然而，该方法难度较大，需要掌握逻辑代数基础。在实际控制线路设计中，可以结合其他设计方法进行互补使用。未来研究可以进一步探讨逻辑代数在其他领域的自动化控制中的应用，以推动技术的发展和创新。

参考文献

[1]刘月.三相异步电动机故障智能检测与诊断方法研究[D].湘潭：湘潭大学，2020.

[2]武宁.起重机用变极双速三相异步电动机的分析与设计[D].广州：广东工业大学，2020.

[3]金慧.混合式教学在中职电力拖动控制线路课程中的应用研究[D].天津：天津职业技术师范大学，2020.

[4]计琳琳.“面向人人”中职技能竞赛分析及人才培养对策研究[D].杭州：浙江工业大学，2020.

[5]唐国强.游戏化教学在中职电气控制线路安装与维修课程的应用研究[D].长春：长春师范大学，2023.