张 涛，黄大刚，包秀娟

电工电子实验装置加装急停断电保护电路

张 涛，黄大刚，包秀娟

（南开大学 人工智能学院，天津 300350）

电工电子实验中380 V电压等级的强电类实验占相当大的比例，必须要考虑实验的安全性，防患于未然。为电工电子实验装置加装急停断电保护电路是非常有效而且必要的一种方式。设计方案选用急停按钮、交流接触器和带漏电保护的空气开关，用户按下急停开关给交流接触器电磁线圈通电，电磁线圈产生的机械动作带动触头接通，相线L1通过电阻接地产生漏电，漏电保护器切断电源。该装置实际使用安全稳定，效果良好。

电工电子实验；交流接触器；急停断电保护

SBL系列电工电子实验装置是上海宝徕科技开发有限公司依托德国LD Didactic（莱宝）教具公司的教育理念和设计思路，生产加工的一类实验系统，能满足高等院校对于开设电工电子、电气类实验课程的需要[1]。由于SBL系列实验装置具有开放的形式，操作安全、测量精准、稳定可靠，非常适合开展实验教学，清华大学、上海交通大学、北京理工大学还有我校等一大批国内一流著名院校先后引进了该实验装置，现在在高等院校中已具有相当高的普及率。我校计算机与控制工程实验教学中心是国家级虚拟仿真实验教学中心和天津市普通高等学校实验教学示范中心，引进的是该系列SBL-123D5型电工电子实验装置，由SBL-1型电工电路实验模块、SBL-2型模拟电路实验模块、SBL-3D数字电路实验模块和SBL-5电机拖动实验模块所组成，用于开设“电路基础实验”“模拟电子技术实验”“数字电子技术实验”“信号与系统实验”等实验课程。

由于电路类实验对于计算机类和自动化类专业本科学生是必修课程，上课学生人数众多，电工电子实验装置的使用频率高，而且这类电路类实验课程会涉及一些强电实验（380 V），如三相交流电路实验、三相异步电动机的连接和起动实验等。考虑到强电实验的危险性，必须高度重视安全问题[2]，一方面要对学生进行安全用电教育，培养学生的安全用电意识，掌握用电基本规律，规范学生的实验操作，另一方面增强实验装置安全性[3]，保障教学顺利进行，在实验装置上加装急停断电保护电路是必不可少的[4]。

1 设计方案

在SBL-123D5型实验装置到货后，发现实验装置虽配有红色急停按钮，但是实验装置结构中并没有附带急停断电保护电路，因此必须在加装急停断电保护电路之后，才能安全地开展实验[5]。

设计的急停断电保护电路的主体由空气开关、交流接触器和急停按钮构成，采用通过漏电保护的方式使电路断电[6]。空气开关选用ABB公司生产的带漏电保护的空气开关，型号是GSH204 AC C32/0.03，级数是4P，额定电流为32 A，额定电压为230/400 V，可对终端配电线路的过载和短路提供保护，并具隔离功能[7]；交流接触器采用德力西电气公司生产的通用型交流接触器，型号为CJX1-922，电流规格为9 A，线圈电压为DC24V-220V，具有3个常开主触头，2个常开辅助触头和2个常闭辅助触头，通过电磁线圈产生的机械动作带动触头接通或断开[8]；急停按钮采用旋转式释放，常开触头配有与外部电路相连的接插孔[9]。交流接触器的接线图如图1所示。整体电路设计如图2所示。

图1 交流接触器的接线图

本实验室共有25套电工电子实验装置，通过配电箱中的5组空气开关进行控制，每组空气开关控制5套实验装置。只要有1个急停按钮按下，急停按钮的常开触头闭合[10]，交流接触器的电磁线圈通电，动、静铁芯之间产生电磁吸力，动铁芯带动触头动作，使所有的常开触头闭合[11]，此时与空气开关相连的相线L1均通过电阻（阻值选用2 K）接地，产生漏电[12]，漏电保护器立即切断实验台电源[13]；同时，急停按钮的常闭触头断开，切断实验装置的电源，以达到保护师生的目的。待实验指导教师及时排除故障后，旋转按下急停开关按钮，触头恢复初始状态，合上空气开关，实验可以继续进行[14]。

图2 急停断电保护电路原理图

2 测试

按照所设计的电路图，选用1.5 mm2单股铜芯电线与交流接触器进行接线，确保铜芯电线载流量与实验装置电流范围匹配，导线与接线端子连接时不压绝缘层、不露铜过长、不反圈，导线焊接牢固，并在连接处用绝缘胶带包扎[15]。待布线完成后，用一周的时间反复进行检测，按下急停按钮断电成功率100%，证明设计方案切实可行，效果很好。

3 结语

急停断电保护电路作为实验装置的一个重要组成部分，在保障师生安全和保护实验装置方面发挥着重要作用。本文通过应用交流接触器和漏电保护器设计了急停断电保护电路，已在教学实验中使用2年多，安全稳定，效果良好。本文给出的设计方案，对于急停断电保护电路的研发具有参考意义和推广应用价值，同时，也可作为继电-接触控制的一个典型应用教学案例。

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Installation of emergency power-off protection circuit in electrical and electronic experimental device

ZHANG Tao, HUANG Dagang, BAO Xiujuan

(College of Artificial Intelligence, Nankai University, Tianjin 300350, China)

In electrical and electronic experiments, 380 V voltage level of high-voltage experiments account for a considerable proportion, and the safety of experiments must be taken into account to prevent accidents before they occur. It is an effective and necessary way to install the emergency power-off protection circuit for electrical and electronic experimental device. The design scheme chooses emergency stop button, AC contactor and air switch with leakage protection. Users press the emergency stop switch to energize the electromagnetic coil of AC contactor. The mechanical action produced by the electromagnetic coil drives the contact to be connected, the phase line L1 generates the leakage through resistance grounding, and the leakage protector cuts off the power supply. The actual utilization is safe and stable, and the effect is good.

electric and electronic experiment; AC contactor; emergency stop power-off protection

TN7

A

1002-4956(2019)11-0245-03

10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.060

2019-03-01

国家级虚拟仿真实验教学中心和天津市普通高等学校实验教学示范中心资助项目；南开大学2018年教学改革与教学建设项目“基于NI平台的模电、数电实验课程改革”阶段性成果

张涛（1986—），男，山东新泰，硕士，实验师，研究方向为模拟电路设计，数字电路设计。E-mail: zhangt@nankai.edu.cn

黄大刚（1962—），男，湖南邵东，博士，高级工程师，研究方向为控制科学与工程（检测技术与自动化装置）、光学工程、仪器科学与技术（测试计量技术及仪器）。