水泵双位自动控制电路的一点小改进

由于自来水管道的压力较小，常常不能满足高层建筑的供水需要，目前解决这个问题有两种方法：
一种是压差双位控制，另一种恒压变频控制。压差控制具有控制电路简单成本低的优点，在供水要求较低的场合和水暖锅炉自动补水普遍采用这种技术。
1．传统技术及缺陷
传统的双位压差控制电路如下图所示。

这种控制方式经常出现的故障：一是频繁烧坏电接点压力表的电接点PK，二是烧毁接触器的主触点。电接点压力表是比较贵重的仪表，因此会造成一定的经济损失。
由于电接点压力表的表针摆动很慢，由其带动的动触点与静触点通断动作迟缓，而且电接点压力表的触头之间接触压力很小，分断能力差，不适合直接使用50V以上的交流工作电压，这是导致烧坏电接点压力表的电接点主要原因。具体表现在达到设定的最高压力时，动触头1和上限静触头3之间跳火，使得交流接触器的主触头烧蚀，造成不能停机。动触点的烧蚀，又会导致与下限静触点2接触不良，使得接触器抖动，不能正常的吸合。

2．改进后的电动机控制电路
上图是用于解决上述问题的具体方案。
在上图所示的电路中，CK是利用市场上的电子时间继电器的外壳和内部的部分电路改制的双位控制继电器。该装置内部电路采用CMOS集成门，其控制信号输入端A、B、C、D与市电具有良好隔离，还具有控制电压低，输入电流小的特点。
用该装置直接驱动交流接触器，省去了中间继电器。采用中图所示的电路可以省去贵重的电接点压力表，从而降低了控制部分的成本，提高了系统的可靠性。该电路可以使用两种控制信号装置，一种是电接点压力表控制，只要将电接点压力表的电接点接在A、C、D三输入端之间，并将A、B两点短接即可；另一种是直接检测水位的浸水电极控制，将其接在A、B、D端，C端开路。上图、中图、下图所示的电路具有限时保护功能，可以防止出现不停机故障。在中图和下图所示的电路中，其降压整流滤波部分没有画出，G1、C2、G3采用CMOS集成芯片CC4001，该芯片的供电由三端集成稳压器78L09提供。

3．采用电接点压力表的控制电路
如中图所示：由于加在电接点压力表的电接点上电压是电压较低的直流电压，而且其驱动电流很小，电路中的RS触发器还有去抖动作用，从而可以有效的保护电接点压力表的电接点和交流接触器。
该电路的工作原理如下：
由于A、B两点短路，使得或门G1输入高电平，输出低电平，二极管Vt截止。如果接通电源的瞬间，电接点压力表PK的动触点1不与静触点接触，则由于电容C5的充电使得或门G2的两输入端均为低电平，因此C2输出高电平，于是G3输出低电平，V5截止，电动机处于待机状态。这样使得该装置具有失压保护作用。[page]
假设接通电源时，PK的动触点l与下限静触点2接触，给或门G：的输入端施加高电平，由于C2、G3组成或非型RS触发器，所以G，输出高电平使三极管V2饱和，继电器J驱动交流接触器吸合，电动机开始运行。电动机开始启动之后，随着水位的上升，电接点压力表的动触点与下限静触点2分开，由于RS触发器的记忆作用，G3将维持输出高电平，电动机继续运转。
当供水系统的压力达到一定程度，电接点压力表的动触点1与上限静触点3接触，G3输入高电平输出低电平，三极管V2截止、J释放、电动机停止运转。
万一出现PK的1、3触点之间接触不良时，电动机运行超时保护即可发挥作用。其超时保护工作原理如下：在刚接通电源瞬间，由于C4没有来得及充电，因此G4输入高电平，输出低电平，随着电容C4充电的进行，G4输入端电位逐渐下降，当下降到阈值电平以下时，C4输出高电平，经过二极管V3加到G3门的输入端，C3门输出低电平，电动机停止运行。当G3输出低电平后，C2输出高电平，电容C4经R4、V2放电，为下次电路动作做准备。调节电位器W可以实现对限时保护的整定。由于CMOS集成电路具有很高的输人阻抗，限时保护时间可达1个半小时以上。用户可以根据供水装置的特点进行设置，应略大于正常电动机运行时间。
欠压保护功能：正常运行时，三极管V6基极电位高于其发射极，因此V。
截止。出现欠压，V6的基极电位下降。当V6的基极电位下降到低于其发射极电位时，V6导通，使得三极管V7饱和，迫使C4输入端输入低电平输出高电平，因而G3输出低电平，三极管V5截止，J1释放，电动机停止运转，实现了欠压保护。电路中由V5、V7、G4、G3、G2的多级放大作用，以避免继电器J在临界导通状态出现触点的抖动。增加欠压保护的目的为了防止出现在欠压时，接触器的触点因抖动造成跳火而损坏；也避免了在欠压情况下，接触器的铁心未能吸合而导致吸引线圈过流损坏。

4．水位直接控制方案
水位直接控制既采用浸水电极直接检测水位进行控制。
电路如下图所示：采用浸水电极直接控制时，C端开路。B、D端连接的电极分别与固定在不同高度两电极连接，D端电极在上，B端电极在下。A端连接的金属棒电极直接插入到液体之中，其位置处于B、D端连接的电极之间。当液面低于B端所接电极的位置时（下限水位），G．输入低电平、输出高电平，于是C2输出低电平，迫使G3输出高电平，电动机开始运转。
随着液位的上升，当B端所接的电极浸入水中，G．输入高电平，输出低电平，由于C2、G3组成的RS触发器的记忆作用，G3仍维持高电平，电动机继续运转。当液面上升到D端所接电极位置时（上限水位），G3输入高电平输出低电平，电动机停止运转。
电动机停止运行之后，液面开始下降，D端所接的电极离开液面，G2、G3均输入低电平，在液面下降到B端所接的电极对应的液位以上时，C3继续维持低电平输出状态。当液面下降到B端所接电极位置以下时，G1的输入端电位由高电平变为低电平，因而Gi输出高电平，迫使G2输出低电平，于是G3输出高电平，电动机再次启动。
采用浸水电极控制同样具有超时保护和欠压保护功能。
5．结论
改进后的双位自动控制电路，虽然增加了双位自动控制继电器，但是与改进之前的控制电路相比，省去了中间继电器，所以几乎没有增加投资。通过前面的图l与图2的比较可知，采用该项技术后，双位控制电路得以简化，节省了线材。采用直接水位控制时，由于由浸水电极代替了电接点压力表，可以大幅度的降低了控制电路的成本。由于本装置具有良好的隔离作用及欠压保护作用，其安全可靠性比传统的双位控制方式有很大的提高。
该装置也可以用于双位温度控制及其他情况的双位控制。