教学设备

机电传动与电气控制实验装置说明

一、操作台的技术参数
1、输入电源：三相四线～380V±10%  50Hz
2、工作环境：温度-10℃～+40℃  相对湿度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
3、容量：≤1.5KVA
二、控制屏组成及功能
电机拖动及控制技术实训装置的控制屏由交流电源部分、高压直流电源两路、定时器兼报警记录仪、信号源部分、制动电阻、开关、插座等组成。
1、交流电源部分
提供三相0～450V可调交流电源，同时可得到单相0～250V可调的交流电源，配有一台三相同轴联动自耦调压器（规格：1.5kVA、0～450V）。控制屏的供电由启、停按钮进行控制，同时配有一只急停按钮，便于切断电源，还配有一只指针式交流电压表，通过切换和转换开关，可方便地指示三相电网和三相调压输出的每一相的线电压。
2、高压直流电源两路
提供220V(0.5A)励磁电源（具有短路保护）及0～250V(3A)连续可调电枢电源(内部具有过压及短路保护功能)各一路，并设有一只直流数显电压表用以监测可调直流电枢电源输出和励磁电源输出的电压。
3、定时器兼报警记录仪
采用LED显示器；通过键控单元完成时间设定、定时报警设定、解除设置等操作，具有切断电源及记录过流、误操作告警次数等功能。
4、信号源部分
提供0～10V的恒压源一路，4～20mA的恒流源一路，可方便地完成变频器的电压、电流控制等实训项目；6.3V交流电源一路，作为机床信号指示灯的电源。
5、制动电阻
提供制动电阻10Ω/25W一只，180Ω/25W三只。
6、控制屏其它设施
控制屏正面大凹槽内，设有两根不锈钢钢管，可挂置实训组件。凹槽底部设有多个单相三芯220V电源插座，控制屏两侧设有单相三极220V电源插座、三相四极380V电源插座，为实训组件的供电和控制屏之间的供电提供了方便。
三、控制屏三相交流电源操作使用
1、开启电源前。要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下方）及“励磁电源”开关（左下方）都须在关断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。
2、将三相四芯插头插入市电电源插座中，接入三相380V、50Hz的交流电源（注意：市电插座一定要接中线，否则无法进行下一步操作）。检查无误后开启“电源总开关”（空气开关，在控制屏左侧面中上端），“停止”按钮指示灯亮（红色），表示实训装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实训电路接线操作是安全的。同时“定时器兼报警记录仪”得电显示并开始计时。控制屏左侧三相四极插座有380V的交流电压输出、单相三极插座有220V交流电压输出，右侧两个单相三极双联插座有220V交流电压输出。
3、按下“启动”按钮，“启动”按钮指示灯亮（绿色），同时可听到控制屏内交流接触器瞬间吸合声，“三相电源输出”端的三只发光二极管发光。此时三相交流电源输出插孔U1、V1、W1及N端有固定线电压380V、相电压220V输出，同时三相可调电源输出插孔U、V、W及N上即可输出交流电压，输出电压的大小可由调压器调节（线电压为0~450V）。控制屏上方有一指针交流电压表，电压表下方有“三相电压指示切换”开关和“电压指示切换”开关。它们相配合可使电压表分别显示电网电压或调压输出电压的三相线电压。
4、实验过程中，当输出电流大于设定值或发生线路短路时，即能自动切断电源输出，此时蜂鸣器响，“报警”指示灯亮。在短路消除后，按“复位”键，方可重新启动使用。
5、实训中如果需要改接线路，必须按下“停止”按钮以切断交流电源后才能进行改线操作；若出现紧急情况，按下“急停”按钮，即可切断三相交流电输出，保证实训操作安全。实训完毕，还需关断“电源总开关”（空气开关），并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到关断位置。
四、控制屏高压直流电源操作使用
1、直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”必须先完成开启交流电源，须开启“电源总开关”并按下“启动”按钮。
2、在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5V不可调的直流电源输出。接通”电枢电源“开关，可获得0～250V、3A可调的直流电源输出。实验中电枢电源调节有滞后性，到目标电压值附近时，应该缓慢调节。
3、励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的一只直流电压表指示。当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。但“励磁电源”与“电枢电源”，可独立使用。
4、在做直流电动机实验时，要注意开机时需先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。同时要注意电枢电路中串联电阻以防止电源过流保护。其操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。
注：启动控制屏后，当电枢电压调节旋钮没有逆时针旋到底时，禁止直接打开电枢电源开关，应先将电枢电压调节电位器逆时针旋到低，再打开电枢电源开关，否则会导致过压现象。
五、定时器兼报警记录仪操作使用
定时器与报警记录仪是为帮助老师更好的管理学生，便于教学而设置的。老师可以设定定时时间，到定时时间能自动断开电源，保证考核时间的正确性，又可累计操作过程中误操作并会报警提示，并记录下误操作次数，以考察学生的实验质量。另外还设置了密码上电功能，限止学生私自上电操作，面板还有一个标准时间显示，老师可以随意调整该时间，该时间当装置失电也不会遗失。
报警器的功能有电路漏电报警、高压电源过载报警、定时报警三部分，记录显示的次数即以上三项报警次数的累加。
功能操作：
1、密码输入：输入密码（初始密码：123）正确时装置才能开机，否则不能开机。按功能键使面板最右边显示“1”，按确认键右边显示三位“一”，按数位键左边位闪烁，按数据键加数调整，再按数位键移位并闪烁，再按数据键调整，如此反复至正确密码，再按确认键确认，实验台自动上电，面板返回时钟状态。
2、定时设置：按功能键使最右边位为“2”，如要调整定时时间按确认键，按数位键低位闪烁，按数据键调整好后，再按数位键移位，如此反复移至最高位，如不正确可反复按数位键移位，按数据键调整数据至最高位再按确认键确认，系统返回时钟状态。
3、时钟设置：能修改面板标准时间；标准时间一般为北京时间，可根据老师需要自行调整；按功能键使最右边显示为“3”，按确认键低位闪烁，按数据键数据上升调整，再按数位键移位，再按数据键调整，如此反复调至左边最高位后，如正确，按确认键，返回时钟状态。
4、定时查看：按功能键使最右边显示为“4”，按确认键即可查看定时设置的时间，再按确认键返回时钟状态。
5、报警查看：查看报警次数；按功能键使最右边显示为“5”，按确认键右边显示两位数据，最高为“99”，再按确认键返时钟状态。
6、密码修改：修改系统密码；按功能键使最右边显示为“6”，按确认键，如需要新输入密码则按确认键，此时右边三位显示“0”，按数位键高位闪烁，按数据键调整，再按数位键移位闪烁，反复操作直至最右位按确认键确认，系统返回时钟状态。
7、报警复位：擦除报警记录；按功能键使最右边显示为“7”，按确认键擦除报警记录，并返回时钟状态。
8、查看密码：该功能是为了防止操作者忘记密码；按功能键使最右边显示“8”，按确认键右边显示三位系统密码，在按确认键返回时钟状态。
9、复位键：按一下复位键，系统复位；需要重新输入密码才可开机。
六、智能功率、功率因数表的使用方法
1、仪表由单片机、高精度A/D转换芯片和LED数字显示电路构成。
2、主要功能：
A、测量功率时，输入电压、电流的范围为：5V～450V，200mA～5A。为保证测量准确，仪表内部分八个量程段，测量时能根据输入信号的大小自动切换量程。
B、能测量功率因数（cosø值），并能自动判别负载性质（L或C）。
C、可测输入信号的频率。测量范围为1.00～99.00Hz。
 3、使用方法：
（1）接线：电压输入端与被测对象并联，电流输入端与被测对象串联。
（2）开启电源后，显示器各位将依次显示“P”，表明仪表已处于正常状态，亦即初始状态。
（3）“功能”键用来选择测试项目。连续按动此键，会依次显示以下项目：
U：电压；   I：电流；   P：功率；   COS：功率因数及负载性质；
FUC：频率；    SAUE：数据保存；      DISP：数据查询。
使用时，根据需要用“功能”键选定一项。对于前五项，选定项目后，按“确认”键，只要输入端接有相应的信号，即显示相应的测量值。测量单位为：电压V，电流A，功率W，频率Hz。
（4）数据保存。此功能只能保存COS和P二项的数据。操作方法如下：
 用“功能”和“确认”键先后测量P或COS二项数据，待测得的数据稳定后，再按“功能”键，选定SAUE，按“确认”键。这时会显示保存数据的序号（共可保存16组数据，序号为0～9，A～F），并保存该组数据。如要查询该组数据，按“功能”键，选定DISP，按“确认”键，即找到该组存储的数据。先显示功率因数值，再按一下“确认”键显示功率值。
注意：P和COS二项的数据是作为一组同时保存的。也可各自单独保存，但这时是作为二组数据保存的。在查询时，每组数据中没测的那项数据为乱码。
要让微机采集和保存负载的U、I数据并显示其波型和相位差别，必须至少保存一组P、COS数据。
4 测量线路：分为单瓦表法和双瓦特表法两种，单瓦特表法主要用于单相电路的功率测量，如单相变压器和单相电动机，但也可以用于三相电路的功率测量（但不能直接显示三相功率，需要换算）；双瓦特表法主要用于三相电路的功率测量，如三相变压器和三相电机。
（1）用单瓦特表法测单相电路的功率，测量线路接线如下图所示：

（2）用单瓦特表法测三相电路的功率，测量线路接线如下图所示，所测三相电动机总功率为P=3·P1。

（3）用双瓦特表法测三相电路的功率，测量线路接线如下图，所测三相电动机总功率为P=P1+ P2。

七、可调电阻器的接线与保护
装置中用到的三相可调电阻器分为90欧和900欧两种。每相有两只电阻。每只电阻可调范围为0～900欧(或0～90欧)，允许电流为0.4A（或1.3A）。两只电阻作为可变电阻使用时可有串联和并联两种接法。接法介绍以下图为例：
串联：A3接线柱不用，A1与A2两接线柱之间电阻的可调范围为0～2×90欧。并联：将A1和A2短接，A1和A3之间两接线柱之间电阻的可调范围为0～45欧。
由于实验的需要，变阻器除了做可变电阻使用外，还可采用电位器接法做分压器用。例如他励直流发电机励磁电压调节就是采用电位器接法。做分压器时可以单只使用，也可以并联使用。分压器接法为： 固定电压接在A2和X2之间，而可变电压可以从A3和A2（或A3和A4）端引出。
对变阻器的保护很重要。比如，旋钮手柄调到最大及最小位置附近时，不要用力过大，否则可能使接触碳刷超位，损坏变阻器；在变阻器的使用中，一定要保证流过变阻器的电流小于它的额定值，否则将烧断电阻丝。
 

八、校正直流测功机测量转矩
转矩是电机的重要物理量之一，准确测量转矩对于旋转电机的控制和使用具有十分重要的意义。电机转矩测量主要有以下几种方法：测功机法，校正过的直流电机法，转矩仪法等。测功机是根据力的平衡原理设计的，常见的测功机法有机械测功机，涡流测功机，磁粉测功机和直流电机测功机等。直流测功机是传统测功机中最常用的一种，用直流测功机测量电动机输出转矩的工作原理是：当被测电动机拖动直流测功机的转子旋转后（此时定子励磁绕组已经通入励磁电流），转子电枢切割气隙中的磁力线产生感应电动势，如果电枢外接负载则有直流电流输出。电枢电流和定子磁场相互作用，分别在测功机的定子和转子上产生一个大小相等，方向相反的力矩。测功机转子上力矩的方向是阻碍转子的旋转，对被测电动机来说是一个制动力矩，起到机械负载的作用。
   直流测功机输出的电能可以用电阻直接消耗掉，也可以通过逆变器回馈给电网。选择直流测功机时，应注意其额定转矩应为被测电机额定转矩的1-3倍，过大则影响测量精度。
采用校正过的直流电机来测定转矩，也是工程上常用的一种方法。所谓直流电机的校正只是指用高精度的测功设备（即：0.5级以上的测功机或转矩仪等）实测直流电机在指定状态下的转矩-电流关系特性T=f（Ia）。当被测电机为电动机时，直流电机的校正在发电机状态下进行；当被测电机为发电机时，直流电机的校正在电动机状态下进行。 用测功设备校正直流电机的方法是：直流电机的励磁采用它励，校正前反复增大和减小励磁电流，使被测校正直流电机的剩磁稳定，然后将励磁电流调节至所需数值并且在校正实验中保持不变。待电机轴承，电刷等的摩擦损耗稳定后，在稳定转速下测取电枢电流和对应的转，绘制转矩-电流关系特性曲线，绘制关系曲线簇。用校正过的直流电机来测定电机轴上的转矩时，只需测取稳态运行的直流电机的电流和转速，然后根据T=f（Ia）关系曲线，就可以查到被测电机轴上的转矩值，根据测的的转矩和转速，还可以按下式计算出电机输出的机械功率P2=0.105Tn  ，式中P2--- 电机轴上的机械功率，单位为W，  T----电机轴上输出的转矩，N.m,  n---电机的转速，单位为r/min
实验中，把直流校正测功机的励磁电流调整到校正值If2=100 mA,根据测功机的电枢电流IaG大小查找待测电动机的输出转矩T2 。出于方便考虑，下面给出了在If2=100 mA的情况下的T2= f( IaG )的数据表，可直接查表找出对应的T2 值，同时，转矩-电流关系特性曲线也给出，上面的一条曲线是励磁电流在100mA情况下的测量曲线。

 

七、校正直流测功机IaG-T2曲线图使用说明
1、I_aG-T₂曲线是DQ19校正直流测功机的励磁电流固定在100mA时利用专用转矩仪校正而来的，用户在使用过程中，对应于DQ19校正直流测功机的励磁电流为100mA时任意电枢电流I_aG查找对应的转矩T₂即为电动机的输出转矩。
2、电动机输出转矩T₂的计算公式：T₂=P₂/0.1047·n。
3、只有在DQ19作为直流测功机（即作发电机时）和励磁电流为校正值100mA的条件下，T2=f（I_aG）才有效，在DQ19作直流电动机或其它用途或励磁电流不是校正值100mA时，T₂=f（I_aG）无效。
 
 
 
 
 
 

校正直流测功机电枢电流I_F- T₂转矩关系曲线
1-2电机拖动及控制技术实训的基本要求
    电机拖动及控制技术实训课的目的在于培养学生掌握基本的实训方法与操作技能。培养学生能根据实训目的，实训内容及实训设备来拟定实训线路，选择所需仪表，确定实训步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实训报告。学生在整个实训过程中，必须集中精力，及时认真做好实训。现按实训过程对学生提出下列基本要求。
   一、实训前的准备
    实训前应复习教科书有关章节，认真研读实训指导书,了解实训目的、 项目、方法与步骤，明确实训过程中应注意的问题(有些内容可到实训室对照实训装置预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实训项目准备记录表格等。
    实训前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实训前的准备，方可开始做实训。
    认真作好实训前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实训质量和保护实训设备都是很重要的。
   二、实训的进行
    1、建立小组，合理分工
每次实训都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实训进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实训操作协调，记录数据准确可靠。
    2、选择组件和仪表
  实训前先熟悉该次实训所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。
    3、按图接线 
    根据实训线路图及所选组件、仪表，按图接线。线路力求简单明了，一般接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线。
    4、起动电机，观察仪表
    在正式实训开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实训。 
    5、测取数据
    预习时对电机的试验方法及所测数据的大小做到心中有数。正式实训时,根据实训步骤逐次测取数据。
    6、认真负责，实训有始有终
    实训完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实训所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
    三、实训报告
    实训报告是根据实测数据和在实训中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。
    实训报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。
    实训报告包括以下内容：
    1、实训名称、专业班级、学号、姓名、实训日期、室温℃。
    2、列出实训中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(P_N、U_N、I_N、n_N）等。
    3、列出实训项目并绘出实训时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。
    4、数据的整理和计算
    5、按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm×8cm，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。
    6、根据数据和曲线进行计算和分析，说明实训结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实训报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
    7、每次实训每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
 
 
1-3  实训安全操作规程
    为了按时完成电机拖动及控制技术实训，确保实训时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：
    1、实训时，人体不可接触带电线路。
    2、接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
    3、学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实训中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实训。
    4、电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，是否有短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
    5、总电源或实训台控制屏上的电源接通应由实训指导人员来控制， 其他人只能在指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。