開關(guān)類控制元件觸點(diǎn)的分析

廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 覃勇崎 張 聯(lián)

開關(guān)類控制元件觸點(diǎn)的分析

廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 覃勇崎 張 聯(lián)

分析開關(guān)類電器元件觸點(diǎn)的工作特性，分析控制電路中觸點(diǎn)工作形式對(duì)電路的影響，提出問題的解決方法，有現(xiàn)實(shí)意義。

觸點(diǎn)工作特性；觸點(diǎn)時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)

0 前言

工程應(yīng)用當(dāng)中，金屬切削設(shè)備的車銑刨磨機(jī)床、建筑工程設(shè)備、熱處理電阻爐等眾多設(shè)備的電氣控制電路常常用到電磁繼電器、按鈕、行程開關(guān)等有觸點(diǎn)的低壓電器，按一定的要求組成設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)。這些器件常直接針對(duì)設(shè)備的負(fù)載被控對(duì)象進(jìn)行開關(guān)操作。根據(jù)多年的實(shí)際工作應(yīng)用，感到觸點(diǎn)的工作特性對(duì)電路有直接的影響，如不予以關(guān)注，有時(shí)電路系統(tǒng)并不能按預(yù)定的要求實(shí)現(xiàn)其功能。本文擬用幾個(gè)實(shí)例對(duì)觸點(diǎn)的影響進(jìn)行分析。

1 電器元件的類別和觸點(diǎn)工作特性

常用的帶觸點(diǎn)的低壓電器有幾大類：（1）是通過電磁力使得觸點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生改變的電器（接觸器、電磁繼電器等）；（2）是通過物理信號(hào)產(chǎn)生機(jī)械力使得觸點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生改變的電器（熱繼電器、壓力繼電器、速度繼電器、時(shí)間繼電器等）；（3）是通過碰壓使得觸點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生改變的電器（按鈕、行程開關(guān)等）。

1.1 電磁類繼電器的工作原理

我們知道電磁類繼電器主要由線圈鐵芯構(gòu)成的電磁系統(tǒng)和觸點(diǎn)組成（圖1）；只要線圈通入足夠的電流，就會(huì)使靜鐵芯吸引動(dòng)鐵芯（銜鐵）克服彈簧的作用力吸合；帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，使得原來閉合狀態(tài)的常閉觸點(diǎn)斷開，使得原來斷開狀態(tài)的常開觸點(diǎn)閉合。常閉、常開觸點(diǎn)在狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中，由于動(dòng)觸點(diǎn)行程的客觀因素存在，常閉、常開觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)，觸點(diǎn)的狀態(tài)并不是同時(shí)發(fā)生的，總有一定的時(shí)間差，無論是電磁繼電器的線圈通電吸合過程，還是已經(jīng)通電的電磁繼電器斷電的釋放過程，常閉、常開觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)換都遵循“先斷后合”這樣的規(guī)律。

1.2 主令電器觸點(diǎn)特性

圖1 電磁式繼電器工作原理示意圖

對(duì)于主令電器-按鈕來說，是通過人的操作而使得其常閉、常開觸點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生改變的。但市場(chǎng)上的按鈕有兩種，一種是瞬動(dòng)型，常閉、常開觸點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換很快；另一種是緩動(dòng)型，常閉、常開觸點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換用時(shí)較長(zhǎng)，明顯緩慢。

圖2 按鈕開關(guān)原理示意圖

2 電路中觸點(diǎn)應(yīng)用分析

由開關(guān)類電器元器件構(gòu)成電氣控制電路時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，電路不能實(shí)現(xiàn)控制功能。元件多的電路系統(tǒng)，并且元件之間的關(guān)聯(lián)緊密時(shí)尤其容易發(fā)生觸點(diǎn)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，使用時(shí)一定要設(shè)法消除影響。

【例1】圖3所示為三相電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)控制電路。

圖4 自動(dòng)循環(huán)工作控制電路

圖3 三相電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)控制電路

該電路中，SB1為停止按鈕，SB2為連續(xù)工作按鈕，SB3為點(diǎn)動(dòng)調(diào)整按鈕。KM接觸器在控制電路中有一對(duì)輔助常開觸點(diǎn)與SB3的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后與按鈕SB2、SB3的常開觸點(diǎn)并聯(lián)，這是一對(duì)自鎖觸點(diǎn)，自鎖觸點(diǎn)的兩端至按鈕常開兩端之間的線路稱為自鎖線，自鎖線任意一端斷開，自鎖都將不能維持。

當(dāng)按下SB2按鈕時(shí)，KM線圈得電，輔助常開觸點(diǎn)閉合-自鎖，KM線圈持續(xù)得電，主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，所以三相電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)按下SB3時(shí)，根據(jù)觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換的“先斷后合”原則，可以看出，SB3的常閉觸點(diǎn)首先斷開，切斷了自鎖線，然后SB3的常開觸點(diǎn)才閉合，KM線圈得電，三相電動(dòng)機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)；松開SB3時(shí)，同樣根據(jù)觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換的“先斷后合”原則，SB3的常開觸點(diǎn)先由被壓閉合的狀態(tài)轉(zhuǎn)為斷開的狀態(tài)，SB3的常閉觸點(diǎn)才由被壓斷開的狀態(tài)轉(zhuǎn)為接通的狀態(tài)，只要時(shí)間充分，能保證KM線圈失電后，KM自鎖觸點(diǎn)在SB3的常閉觸點(diǎn)恢復(fù)前斷開，就可以用SB3實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制功能。在這里，SB3觸點(diǎn)和KM觸點(diǎn)存在時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)，如果爭(zhēng)不過，電路無法實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。

因此，瞬動(dòng)型的按鈕由于觸點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換太快，沒有足夠的時(shí)間讓KM完全斷開，所以不能用作SB3按鈕，圖1電路SB3按鈕必須是是緩動(dòng)型的按鈕才能實(shí)現(xiàn)，否則就要改進(jìn)電路，增加繼電器來消除觸點(diǎn)的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)。

【例2】圖4為自動(dòng)循環(huán)工作控制電路，用繼電器邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。圖中，KA5實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的失壓欠壓保護(hù)功能，KT、KA0構(gòu)成脈沖信號(hào)源；KA1~KA3構(gòu)成循環(huán)邏輯陣列；EL1~EL3為由KA1~KA3控制的組合邏輯負(fù)載電路。

可以分析出KT、KA0構(gòu)成的脈沖信號(hào)源，由KA0輸出，KA0的工作時(shí)間很短，只有KT、KA0兩個(gè)電器的釋放時(shí)間：按下SB2，KA5自鎖，3號(hào)線得電，KT得電---延時(shí)---KA0得電---KT釋放---KA0失電……不斷循環(huán)。

因?yàn)镵T兩對(duì)觸點(diǎn)分別為通電延時(shí)斷開的常閉觸點(diǎn)、通電延時(shí)閉合的常開觸點(diǎn)，也同樣遵循觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換的“先斷后合”原則，如果KT線圈工作時(shí)間很短，KT時(shí)間到達(dá)時(shí)常閉觸點(diǎn)瞬間斷開KT線圈，KT線圈將很快恢復(fù)到下一次的計(jì)時(shí)狀態(tài)，KA0還來不及充分吸合，電源又?jǐn)嗔耍琄A0將無法輸出脈沖，系統(tǒng)也就無法正常工作。為此選用工作時(shí)間較長(zhǎng)的空氣阻尼式時(shí)間繼電器，電路可以工作，但也并不可靠。

對(duì)圖4電路進(jìn)行改進(jìn)，選用兩個(gè)時(shí)間繼電器相互協(xié)調(diào)工作，調(diào)試出穩(wěn)定的工作脈沖。改進(jìn)后的電路如圖3所示。

圖5中，KT1、KT2、KA0構(gòu)成的脈沖信號(hào)源，可以分析出，3號(hào)線通電后，KT1先計(jì)時(shí)---時(shí)間到---KA0得電---KT2得電---KT2延時(shí)---時(shí)間到---KT1釋放---KA0釋放---KT2釋放---KT1計(jì)時(shí)……進(jìn)入循環(huán)，KA0得到穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。

由于加入了KT2，消除了僅有KT1、KA0構(gòu)成電路時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)，所以電路的工作是穩(wěn)定的。

圖6為KT1、KT2、KA0構(gòu)成的脈沖信號(hào)源時(shí)序圖

圖5 消除了時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)的自動(dòng)循環(huán)控制電路

圖6 KT1、KT2、KA0構(gòu)成的脈沖信號(hào)源時(shí)序圖

改進(jìn)后的圖5自動(dòng)循環(huán)工作控制電路，對(duì)選用何種時(shí)間繼電器的類型沒有要求，并且脈沖寬度可調(diào)，電路設(shè)計(jì)合理可靠。

由這些例子可以看出，電器元件的觸點(diǎn)工作狀態(tài)對(duì)電路有很大的影響，決不可忽視。有的控制電路，由于工作年限長(zhǎng)了，電器元件的彈簧，觸點(diǎn)等發(fā)生了金屬疲勞，軟化或雜質(zhì)污染等現(xiàn)象，使得電器元件觸點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生了改變，改變了電器元件響應(yīng)的時(shí)間差，就有可能造成觸點(diǎn)時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)，使得系統(tǒng)無法正常工作。故，電氣控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意該問題，另外在運(yùn)行久的設(shè)備，也要時(shí)常檢查元器件的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有缺陷的元件，予以修整或更換，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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