兩地雙重聯(lián)鎖控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)

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摘要：針對(duì)聯(lián)鎖控制下，常規(guī)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路極易產(chǎn)生零偏或微弱反偏狀態(tài)，導(dǎo)致電路中多個(gè)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(yùn)行的問(wèn)題。提出了兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路。采用次級(jí)繞組方式，利用單個(gè)電感控制多路輸出，設(shè)定電動(dòng)機(jī)耦合方式，根據(jù)雙重聯(lián)鎖控制機(jī)柜工作方式，控制電動(dòng)機(jī)電路接口，設(shè)定電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路保護(hù)，實(shí)現(xiàn)兩地雙重聯(lián)鎖控制下電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：論文設(shè)計(jì)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(yùn)行。

關(guān)鍵詞：雙重；聯(lián)鎖控制；電動(dòng)機(jī)；正反轉(zhuǎn)電路

一、前言

聯(lián)鎖是將電氣設(shè)備之間形成相互制約關(guān)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(dāng)聯(lián)鎖在兩個(gè)接觸器中作用時(shí)，一旦一個(gè)接觸器切斷另一個(gè)接觸器的線圈，那么在該線路中只會(huì)有一個(gè)接觸器工作，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器形成互鎖狀態(tài)，為電動(dòng)機(jī)形成一個(gè)雙重保護(hù)[1]。電機(jī)正反轉(zhuǎn)指的是電機(jī)采用順時(shí)針或是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向，在采用順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)，變換電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)方式能夠?yàn)殡妱?dòng)機(jī)所在的電路提供一定的保護(hù)作用[2]。目前已形成多種成熟的正反轉(zhuǎn)電路及聯(lián)鎖設(shè)備，但在使用經(jīng)驗(yàn)不斷增加，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)逐漸積累，在優(yōu)化電動(dòng)機(jī)正反電路上還需不斷研究改進(jìn)。為此設(shè)計(jì)一種兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路。

二、兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)

（一）設(shè)定電動(dòng)機(jī)耦合方式在設(shè)定電動(dòng)機(jī)耦合方式時(shí)，采用次級(jí)繞組方式，利用單個(gè)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(jī)產(chǎn)生漏感或其他寄生參數(shù)，避免兩個(gè)正反轉(zhuǎn)元件發(fā)生完全耦合，控制正反轉(zhuǎn)電機(jī)的工作模式為DCM，控制主要輸出回路的精度，輔助電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生精準(zhǔn)的耦合場(chǎng)景。采樣主輸出電壓，輔助輸出電壓控制D1回路。采用加權(quán)電壓反饋的方式，將輸出誤差按照加權(quán)因子的配比分配到各個(gè)輸出回路中[3]。利用耦合調(diào)節(jié)技術(shù)，控制正反回路上的負(fù)載，按照歷史經(jīng)驗(yàn)設(shè)定負(fù)載電流數(shù)值，控制輸出電壓數(shù)值小于設(shè)定的理想數(shù)值，在電動(dòng)機(jī)外部設(shè)置一個(gè)環(huán)路，并在該環(huán)路上設(shè)置一個(gè)大電感的電抗器，增加電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的閉環(huán)增益[4]，控制電動(dòng)機(jī)其他支路的電壓大小。在電動(dòng)機(jī)磁芯上設(shè)置濾波電感線，使用PWM控制技術(shù)，調(diào)節(jié)濾波電感線上的電壓數(shù)值，間接控制電動(dòng)機(jī)輸出電壓。設(shè)定耦合電路反饋方式為正反饋，控制電路在大負(fù)荷的控制下，提高電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度。在該電動(dòng)機(jī)耦合的方式下，采用兩地雙重聯(lián)鎖控制電動(dòng)機(jī)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(shí)，首先設(shè)定兩地雙重聯(lián)鎖控制的聯(lián)鎖機(jī)柜，將聯(lián)鎖機(jī)柜連接信號(hào)柜與綜合柜，控制各個(gè)柜間的接口平整光潔，采用正方平直形狀的柜接口，在實(shí)際連接時(shí)，接口與地面形成垂直的狀態(tài)。在每個(gè)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(yùn)行。信號(hào)柜內(nèi)設(shè)置三層不同的動(dòng)態(tài)板，第一層道岔層設(shè)置反位操縱板[5]，操縱板內(nèi)采用一個(gè)繼電器大小的電阻。中間層道岔層設(shè)置為表示板，表示板內(nèi)安置一個(gè)單板插座，控制電動(dòng)機(jī)的線路走向，導(dǎo)線采用絕緣層完好的接線頭。最后一層設(shè)置為阻容板，阻容板內(nèi)放置一個(gè)阻容，阻容上設(shè)置四個(gè)焊點(diǎn)，控制每個(gè)焊點(diǎn)的連接線數(shù)量為4。各個(gè)板內(nèi)采用分線端子板連接，兩個(gè)相鄰的板之間，打出與焊點(diǎn)位置相近的孔，用于安置焊點(diǎn)連接的電路走線。將電動(dòng)機(jī)的主干線連接微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的承載服務(wù)器上，服務(wù)器模擬電動(dòng)機(jī)進(jìn)路排列[6]，接口線路采用道岔單槽形式，控制電動(dòng)機(jī)采用的單鎖或是封閉形式。當(dāng)信號(hào)股道產(chǎn)生鎖閉時(shí)，整個(gè)線路會(huì)產(chǎn)生區(qū)段性的聯(lián)鎖狀態(tài)，為了滿(mǎn)足站間與場(chǎng)間的聯(lián)鎖控制電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生調(diào)節(jié)需求，取消接口的模擬進(jìn)路，采用濾波處理接口電路處的電壓，穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的輸出電壓。電動(dòng)機(jī)內(nèi)置一個(gè)電源屏，電源屏連接電動(dòng)機(jī)的接口，外電網(wǎng)采用調(diào)壓的方式輸送電量到電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部。電源屏內(nèi)部供電采用兩路供電形式，設(shè)置電源屏的自動(dòng)倒換的時(shí)間為0.20s，防止電源屏發(fā)生故障。設(shè)置電源屏的接口連接形式為兩路三相形式。設(shè)置電源的主備狀態(tài)為轉(zhuǎn)換模式，實(shí)現(xiàn)接口電路的獨(dú)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(hù)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路保護(hù)。

（三）正反轉(zhuǎn)電路保護(hù)在聯(lián)鎖控制下，常規(guī)的電動(dòng)機(jī)極易發(fā)生零偏或是微弱反偏的狀態(tài)[8]，電動(dòng)機(jī)內(nèi)的放大器在發(fā)生過(guò)飽和后電動(dòng)機(jī)輸出電壓發(fā)生微弱降低，產(chǎn)生微弱的光電流信號(hào)，所以在保護(hù)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)內(nèi)部放大器的電壓值為1.5V，反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線路的偏置電壓設(shè)置為12V，控制前端放大器光電流信號(hào)積分，電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的讀出線路保持正常運(yùn)行狀態(tài)[9]。所以在設(shè)計(jì)正反轉(zhuǎn)的電路保護(hù)時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)前端發(fā)電機(jī)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(gè)平衡的定值區(qū)間內(nèi)。在電動(dòng)機(jī)外部線路上設(shè)置一個(gè)過(guò)飽和控制電路CTIA結(jié)構(gòu)，選用型號(hào)為NM2的比較器與放大器串聯(lián)，比較器內(nèi)設(shè)置一個(gè)差分放大器，消除電動(dòng)機(jī)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(dòng)功能。電動(dòng)機(jī)輸入端放置一個(gè)10K的電阻，翻轉(zhuǎn)控制比較器接口導(dǎo)通，控制電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電容放電[10]，防止電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路發(fā)生飽和，保證正反轉(zhuǎn)電路正常運(yùn)行。綜合上述處理，最終完成對(duì)兩地雙重聯(lián)鎖控制下的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路的設(shè)計(jì)。

二、實(shí)驗(yàn)分析

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備選用一個(gè)穩(wěn)定的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，設(shè)定服務(wù)器參數(shù)如表1所示：表1所示的服務(wù)器參數(shù)中，在服務(wù)器的CPU功能支持下，配合專(zhuān)用的軟件，控制CPU形成主從式熱備冗余，實(shí)現(xiàn)在高速通道中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，保證兩臺(tái)CPU可同步運(yùn)行且保持不間斷切換。采用多機(jī)分布式結(jié)構(gòu)，連接電動(dòng)機(jī)正反電路于控制臺(tái)上，控制上位機(jī)采用雙機(jī)冷備的方式，將聯(lián)鎖機(jī)1與聯(lián)鎖機(jī)2連接成為雙機(jī)控制系統(tǒng)，采用單機(jī)維修機(jī)作為監(jiān)測(cè)分機(jī)，輸入輸出接口采用光電耦合連接方式，隔離電動(dòng)機(jī)與外電路間的電氣隔離。實(shí)驗(yàn)環(huán)境采用局域網(wǎng)通信方式，實(shí)現(xiàn)正反電路與計(jì)算機(jī)間的通信，為了提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，采用雙重冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在每個(gè)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)處安置兩塊網(wǎng)卡，產(chǎn)生兩個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，實(shí)現(xiàn)兩地雙重連鎖控制。選用相同參數(shù)的電動(dòng)機(jī)，實(shí)驗(yàn)采用電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表2所示：在表2所示的電動(dòng)機(jī)參數(shù)控制下，分別采用兩種傳統(tǒng)正反電路與文中設(shè)計(jì)的正反電路與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的電動(dòng)機(jī)相連，對(duì)比三種電動(dòng)機(jī)正反電路的性能。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析基于上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，使用三種不同正反電路連接相同參數(shù)的電動(dòng)機(jī)，在相同元件處設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)電路結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置8個(gè)的測(cè)試點(diǎn)，采用電流表測(cè)量不同電路結(jié)構(gòu)中的測(cè)試點(diǎn)，三種正反轉(zhuǎn)電路結(jié)構(gòu)中，測(cè)試點(diǎn)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(shè)置數(shù)量相同的測(cè)試點(diǎn)，由電流表的數(shù)值可知，兩種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路內(nèi)流經(jīng)的電流數(shù)值較大，而文中設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)環(huán)境下，以上述實(shí)驗(yàn)電流數(shù)值為計(jì)算指標(biāo)，計(jì)算電路結(jié)構(gòu)中各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電功率數(shù)值，以各個(gè)測(cè)試點(diǎn)元件的額定功率為對(duì)比對(duì)象，當(dāng)電路測(cè)試點(diǎn)的電功率數(shù)值超過(guò)測(cè)試點(diǎn)內(nèi)元件的額定功率，則表示電路出現(xiàn)故障，計(jì)算匯總各個(gè)測(cè)試點(diǎn)元件額定功率值，得到三種電路結(jié)構(gòu)下，各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的元件是否正常工作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示： 由表4所示的各個(gè)元件的工作情況可知，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路1出現(xiàn)故障的元件有四個(gè)，電路穩(wěn)定性不強(qiáng)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路2出現(xiàn)異常的元件個(gè)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(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路2出故障的元件數(shù)量少，花費(fèi)的維修費(fèi)用少。而文中設(shè)計(jì)的正反轉(zhuǎn)電路元件均可正常工作，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，能夠有效保障電路的正常運(yùn)行。綜合上述所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，文中設(shè)計(jì)的正反轉(zhuǎn)電路穩(wěn)定，符合電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求。

三、結(jié)語(yǔ)

機(jī)械制造業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)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(diǎn)。因此，采用兩地雙重聯(lián)鎖的控制方法設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路。在該種電路承載下，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更加地穩(wěn)定，能夠改善傳統(tǒng)式電動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)方法在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)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