基于Multisim10的电动机控制电路仿真设计与分析

贺 利

(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院，山东 青岛 266580)



基于Multisim10的电动机控制电路仿真设计与分析

贺 利

(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院，山东 青岛 266580)

Multisim在电子电路的仿真中应用很广泛，但对电动机控制电路的仿真相关的文献却很少。文章通过设计实例给出了Multisim在电动机控制电路中的应用。仿真结果表明，用multisim来仿真电动机控制电路，可以提高学生实验前预习的效果，帮助学生了解常用低压控制电器的工作原理和使用方法，掌握电动机控制电路的设计思路，熟悉实验过程，提高实验效果。

Multisim10； 仿真； 电动机控制电路

0 引 言

Multisim是美国国家仪器公司推出的电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。包含了数千种虚拟电路元器件以及二十多种虚拟仪器、仪表，软件界面形象直观、操作方便、易学易用、学生可以在较短的时间里掌握，使得Multisim广泛应用于电工电子电路相关课程的理论和实验教学中。实践证明，Multisim在提高教学效果，激发学生学习兴趣，培养学生工程实践和创新能力等方面起了很大的作用[1-9]。然而在众多的Multisim仿真书籍[10-14]和文献中，有关电动机控制电路的仿真涉及很少，仅在文献[15-16]中仿真了电动机正反转电路。电动机控制是“电工电子学”的重要章节，学生通过此章的学习，不仅要掌握电动机的基本控制电路，更要掌握控制电路的设计原则、设计思路，为后续PLC控制打下基础。如何使学生更好地掌握控制电路的设计原则、设计思路，仅靠两三个实验是很难实现的。由于学时有限，实验资金、场地有限，不可能增加更多的实验来加强学生的训练。用Multisim10仿真电动机控制电路，利用其提供的实验平台，加强学生设计思维训练，再与实验室动手实验相配合，达到相辅相成、事半功倍的目的。

1 Multisim10机电类元件库简介

电动机控制电路所用的主要控制电器位于multisim10机电类元件库“Electro_Mechanical”的元件箱中。各种按钮、闸刀开关在sensing_switches、momentary_ switches、supplementary_contacts等元件箱中，仿真器件同实际器件操作动作一致。接触器、时间继电器、热继电器在coil_relays、timed_contacts元件箱中，线圈所用电源均为直流电，与实验室所用电源不同，但其工作原理和实验室所用的接触器一样，线圈得电，各触点动作，线圈失电，各触点恢复常态，因此可以用来仿真实际接触器。图1中的仿真电路验证接触器功能和使用电源的情况。三相电动机在output_devices元件箱中。Multisim10提供的仿真电器的类型比实验室提供的多得多，且使用起来无数量限制，无损害赔偿的担忧，无触电伤及身体的危险，这些也是使用仿真软件的优点。

图1 接触器功能与所用电源验证

2 Multisim10设计电动机控制电路的原则

由于学生成长经历所限，对接触器、时间继电器等控制电器感性认识很少，上课时通常采用图片、动画等手段向学生讲授电器的结构、工作原理、控制电路的组成、工作过程等。在实验室，学生通过接线、操作控制电路，进一步熟悉控制电器的功能，了解控制电路的操作过程。为了更好地利用实验时间，达到实验效果，传统做法是要求学生写预习报告来熟悉实验内容。纵观多年的教学经验来看，预习报告基本上没有达到熟悉实验过程的目的，这不能完全责怪学生没有认真预习，仅在纸上画出控制电路，其正确与否学生很难判断。对于预习，学生有纸上谈兵的感觉。现在，随着计算机的普及，可以保证每个学生有电脑可用。Multisim本身具有操作简单、易学易用的优点。因此，在预习环节，可以充分发挥Multisim强大的仿真能力，让预习不再是纸上谈兵的事。用Multisim10设计电动机控制电路时，我们强调的是控制功能的实现与控制结果的展现。控制功能的实现检查了设计思路是否正确，控制结果的展现便于仿真者观察、思考。因此，用Multisim10设计电动机控制电路时，根据控制要求，将三相负载改成单相负载，用灯泡代替电动机，达到简化仿真电路的目的。简而言之一句话，Multisim10设计电动机控制电路的原则是器件不变、负载简化、仿真思路、验证功能。

3 Multisim10仿真电动机控制电路的实例

3.1 实例1 三相异步电动机正-停-反控制电路

图2是根据实验电路设计的仿真电路，图3是简化的仿真电路。两个仿真电路的操作过程如下：按下SBF(即按下键C)，KMF得电，图2电流表的读数分别为108.649、108.645和104.927 A，表示电动机正转，图3正转灯亮表示电动机正转。在电动机正转期间，按下SBR，KMR不得电，电动机不能反转，反转灯不亮。按下SB1(即按下键A)，KMF断电，图2电流表的读数几乎为0，表示电动机停车，图3正转灯灭表示电动机停车。再按下SBR(即按下键C)，KMR得电，图2电流表的读数分别为108.649、108.645和104.927 A，电动机反转，图3反转灯亮表示电动机反转。从两个仿真电路的操作过程可以看出图2、图3都可验证互锁的功能，仿真了电动机正-停-反控制的控制思路，实现了电动机正-停-反控制，对实验有指导作用。相比较，图3接线简单，费时少，实验现象更明显，学生做起来更容易些。

图2 电动机正-停-反控制电路的仿真电路

3.2 实例2 顺序控制

根据要求，绘出控制电路(M1和M2都是三相异步电动机)。M1启动后，M2才能启动，M2并能点动。

学生预习的控制电路很多设计的如图4所示。其中的错误有二：①不能保证在任何操作过程中都有M1启动后M2才能启动。比如，先按下SB4，M1没有启动，M2可点动；②在保证了M1启动后M2才能启动的顺序要求，M2不能实现点动。出现这些错误反映了学生对整个控制电路的动作过程不熟悉，设计时只是按顺序考虑，而忘了考虑整体。对于刚学习接触继电器控制电路的学生来说，在头脑中抽象地运行控制电路来检查设计是否正确，远不如对着仿真电路动手操作来得更具体更有趣些。此控制电路的multisim10简化仿真电路如图5所示。根据图4设计的仿真电路需将图5中椭圆标记部分用导线连接。当按下SB2，M1亮，再按下点动按钮SB4时，M2亮，当松开按钮SB4时，M2依旧亮，没有实现点动，观察电路，很容易发现问题出在KM2自锁触点支路。错误在预习时就可以发现，进而找到解决方案，在KM2自锁支路串一个开关(椭圆标记部分)，到实验室做实验时就不会犯同样错误。对于图5仿真电路，先按下SB4，M2并不亮，其原因在于，在连接仿真电路时，将图4中SB4的触点a接到b的位置，这就从电路结构上保证了M1启动后M2才能启动的顺序要求，更正了图4的另一个错误。

图3 电动机正-停-反控制电路的简化仿真电路

图4 实例2错误的控制电路

图5 实例2的仿真电路

3.3 实例3 时间控制

根据要求，绘出控制电路(M1和M2都是三相异步电动机)。M1先启动，经过一定延时后M2能自行启动，M2启动后M1立即停车。

该控制电路有多种实现方案，比如时间继电器的线圈在M2启动后依旧得电，也可以在M2启动后断电，即和KM1同时断电。本方案选取时间继电器的线圈在M2启动后断电。仿真电路如图6所示。操作过程如下。按下SB1，KM1得电，M1亮(表示电动机M1启动)，自锁触点闭合，同时时间继电器KT得电，计时开始。计时时间到(20 ms)，时间继电器KT的通电延时闭合触点闭合，KM2得电，M2亮(表示电动机M2启动)，同时KM2的常闭触点打开，使得KM1、KT断电，M1灭(表示电动机M1停车)。按下SB2，M2灭(表示电动机M2停车)。在M2亮期间，按下SB1，KM1不得电，M1不会亮，原因是KM1与KM2的常闭触点串联，KM2得电，其常闭触点动作，因此KM1不得电。从仿真电路的操作过程可以看出，该电路实现了控制要求，控制思路验证是正确的，可以依此控制思路到实验室接实物电路。

图6 实例3的仿真电路

4 结 语

从上述3个仿真实例不难看出Mulitisim仿真电动机控制电路的优越性。首先它提供了丰富的元器件供仿真使用，且不需要担心器件损坏；其次操作直观，按钮、开关、接触器触点动作以及时间继电器计时等都与实际器件操作非常相像，仿真操作过程如同实际操作过程，有利于熟悉实验步骤；再则，透过现象看本质，只有在充分理解控制要求、熟悉各器件功能的前提下才能设计出简单而又能反映设计思路的仿真电路，这本身也是知识的运用与升华；最后，利用Mulitisim的优势，可以设计一些综合的题目来提高学生的设计能力，开阔学生的设计思路，训练学生的工程实践思维。

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Simulation Design and Analysis of Electromotor Control Circuits with Multisim10

HELi

(College of Information and Control Engineering. China University of Petroleum, Qingdao 266580， China)

Multisim is used widely in simulation of electronic circuits, but papers about simulation of electromotor control circuits with Multisim were few. With some design examples the paper presents the application of Multisim simulation in electromotor control circuits. The simulation result has proved that simulation of electromotor control circuits with Multisim can improve students the effect of prep reports, help students understand the working principle and use of low-voltage control electrical devices, understand the design ideas of motor control circuits, be familiar with the experimental processes, improve the effect of experiments.

Multisim 10； simulation； electromotor control circuits

2014-08-11

贺 利(1972-)，女，四川广安人，讲师，研究方向：电气控制及自动化。E-mail:lilihe2006@sina.com

TP 319

A

1006-7167(2015)05-0079-04