《机电传动控制》实验指导书 - 图文

《机电传动控制》实验指导书

刘丽萱 何家强编写

中国石油大学（北京）机电工程学院电子系

2007年2月

目 录

第一章 DDSZ-1型电机及电气技术实验装置简介 ???????? 2 第二章 实验装置安全操作说明 ????????????????6 第三章 机电传动控制实验内容 ????????????????8 §3.1 实验一 直流并励电动机的工作特性 ????????? 8 §3.2 实验二 三相鼠笼异步电动机的起动与工作特性 ????14 §3.3 实验三 三相异步电动机的继电接触控制线路 ?????20 §3.4 实验四 PLC学习机使用及电机控制 ?????????25 §3.5 实验五 交通信号灯控制 ??????????????27 §3.6 实验六 三相异步电机变频调速实验????????? 28 附录1 〈机电传动控制〉实验须知????????????? 36 附录2 TVT-90A1箱式PLC学习机?????????????? 40

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第一章 DDSZ-1型电机及电气技术实验装置简介

一、实验装置介绍

(1) 实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成本课程所开设的主要实验项目。

(2) 实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设

计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。

图1-1 DDSZ-1 电机及电气技术实验装置外形图

(3) 装置布局合理，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、

弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；除电源控制屏和挂件外，实验桌上可放置机组、示波器等实验仪器，操作

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舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。实验装置外形如上图1-1 . 二、交流及直流电源操作说明

实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。 （1）开启三相交流电源的步骤为：

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（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）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）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置

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验电路接线操作是安全的。

3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出

插孔U、V、W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。

4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保

证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，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。

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（2）开启直流电机电源的操作：

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，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。 2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调

的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1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。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。

3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用

的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。

4） 电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过压

时，会自动切断输出，并告警指示。此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线（空载）开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载（不可短路）工作。若在空载时开机仍发生过流告警，这是由于气温或

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湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。所有这些操作到直流电压输出都有3～4秒钟的延时。

5）在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“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。同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源过流保护。具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。

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第二章 实验装置安全操作说明

本实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。 一、实验前的准备

实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、 项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工

每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、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，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表

实验前先熟悉该次实验所用的组件，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

根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按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

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用相同颜色的导线或插头。 4、起动电机，观察仪表

在正式实验开始之前，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、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据

预习时对电机的试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终

实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。

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第3章 机电传动控制实验内容

§3.1 实验一 直流并励电动机的工作特性

一、实验目的

1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要求

3、直流电动机调速及改变转向的方法。 4、什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 三、实验内容

1、工作特性和机械特性

保持U = UN和If = IfN不变，测取n、T2、η = f（Ia）、n = f（T2）。 2、调速特性

1）改变电枢电压调速：保持U=UN、If =IfN =常数，T2 =常数，测取n=f（Ua）。 2）改变励磁电流调速：保持U = UN，T2 = 常数，测取n = f（If）。 四、实验方法 1、实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 DD03 DJ23 DJ15 D31 D42 D44 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流电压、毫安、电流表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 数 量 1台 1台 1台 2件 1件 1件 1件 2、屏上挂件排列顺序：D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的工作特性和机械特性

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1）按图3-1接线。图中直流电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG用DJ23作为测功机使用，MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用D44的1800Ω阻值。Rf2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用D44的180Ω阻值。R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。接好线后，检查M、MG之间是否用联轴器直接联接好。

并励绕组+励磁电源220V－励磁绕组Rf1A1IfIf2A2Rf2V1V2IFA4A3IaSR2+I220V电枢电源R1－图3－1 直流并励电动机接线图

2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻Rf1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。

3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流If2为校正值（50mA或100 mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：U＝UN，I＝IN，n＝nN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。

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4）保持U＝UN，If =IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据5-6组，记录于表3-1中。

表3－1 U＝UN＝ V If =IfN = mA I f2= mA 实 验 数 据 计 算 数 据 Ia（A） n（r/min） IF（A） P2（W） P1（W） η（％） Δn（％） T2（N·m） 4、调速特性

（1）改变电枢端电压的调速

1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，If ＝IfN记下此时MG的IF值。

2）保持此时的IF值（即T2值）和If ＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia。

3）共取数据5-6组，记录于表3-2中。

表3－2 If ＝IfN ＝ mA T2＝ N·m Ua（V） n（r/min） Ia（A） （2）改变励磁电流的调速

1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至

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零，调节MG的磁场调节电阻将If2调至校正值，再调节M的电枢电源调压旋钮和MG的负载，使电动机M的U=UN，I＝0.5IN ，记下此时的IF值。 2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n＝1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia。共取 5－6组记录于表3－3中。

表3－3 U ＝UN＝ V T2＝ N·m n（r/min） If（mA） Ia（A） 五、实验报告

1、由表3-1计算出P2和η，并给出n、T2、η＝f（Ia）及n＝f（T2）的

特性曲线。

电动机输出功率： P2＝0.105nT2

式中输出转矩T2的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2

=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。

电动机输入功率： P1 = UI 输入电流： I = Ia+IfN 电动机效率： ?? P2?100%P1n0?nN?n%??100%由工作特性求出转速变化率： nN 2、绘出并励电动机调速特性曲线n＝f（Ua）和n = f（If）。分析在恒

转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。

六、思考题

1、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么

会引起电动机转速降低？

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2、当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转

速的升高，为什么？

3、并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞

车”？为什么？

七、注意事项

1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源,使励磁电流最大,同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大,然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。

2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。给下次起动作好准备。

3、若要测量电动机的转矩T2 ，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：100mA，以便从校正曲线中查出电动机M的输出转矩。

4、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。 （1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。 （2）电流量程的选择

因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。

（3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。

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§3.2 实验二 三相鼠笼异步电动机的起动与工作特性

一、实验目的

1、通过实验掌握鼠笼异步电动机的起动方法。 2、用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。 二、预习要点

1、复习鼠笼式异步电动机有哪些起动方法。 2、异步电动机的工作特性指哪些特性？ 三、实验项目

1、鼠笼式异步电动机直接起动。

2、鼠笼式异步电动机星形—三角形(Y-Δ)换接起动。

3、用直接负载法测取异步电动机工作特性P1、I1、η、cosφ1 = f(P2)。 四、实验方法

1、 实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 型 号 DD03 DJ16 DJ23 D31 D32 D33 D42 D51 名 称 导轨、测速发电机及转速表 三相鼠笼异步电动机 校正过的直流电机 直流电压、毫安、安培表 交流电流表 交流电压表 三相可调电阻器 波形测试及开关板 数 量 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 1件 2、屏上挂件排列顺序

D33、D32、D31、D42、D51

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三相鼠笼式异步电机的组件编号为DJ16。PN =100W，UN

=220V(Δ)，IN =0.5A, nN =1420r/min , 极数2P = 4. 3、三相鼠笼式异步电机直接起动试验

图3-2 三相鼠笼式异步电动机直接起动接线图

1) 按图3-2接线。电机绕组为Δ接法。异步电动机直接与测速发

电机同轴联接，不联接负载电机DJ23。

2) 把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。

3) 调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机起动旋转，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源)。

4) 再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压起动，观察电机起动瞬间电流值(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)，记录于表3－4中。 4、星形——三角形(Y-Δ)起动

WCUAAXCVYVZUAVVWBASY15 图3-3 三相鼠笼式异步电机星形——三角形起动接线图 1) 按图3-3接线。线接好后把调压器退到零位。

2) 三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。 3) 合上电源开关，观察起动瞬间电流，然后把S合向左边，使电

机(Δ)正常运行，整个起动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值记录于表3－4中。

表3-4

测 量 值 UN 5、直接负载法测定工作特性

*UVVVW*VAWAIFISt△(A) IstY (A) ARf+ 220V励磁电源MGIfMAVRL- *W*A图3-4 三相鼠笼式异步电动机试验接线图

1) 测量接线图同图3-4。同轴联接负载电机。图中Rf用D42上1800Ω阻值，RL用D42上1800Ω阻值加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。

2) 合上交流电源，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。

3) 合上校正过的直流电机的励磁电源，调节励磁电流至校正值

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(100mA)并保持不变。

4) 调节负载电阻RL（注：先调节1800Ω电阻，调至零值后用导线短接再调节450Ω电阻），使异步电动机的定子电流逐渐上升，直至电流上升到1.25倍额定电流。

5) 从这负载开始，逐渐减小负载直至空载，在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、直流电机的负载电流IF等数据。

6) 共取数据5～6组记录于表3-5中。

表3-5 U1φ = U1N = 220V（Δ） If = mA

序 号 I1L（A） P1（W） IF T2 (N·m) n (r/min) IA IB IC I1L PⅠ PⅡ P1 (A)

五、实验报告

1、由表3-4中起动试验数据，比较外施额定电压UN (直接法起动)时

和外施电压为 U N 3 (Y-Δ起动)时的启动电流，并说明与理论分析是否一致。

2、作工作特性曲线P1、I1、η、cosφ1 = f(P2)

由直接负载法试验数据计算工作特性，填入表3-6中。并做出工作

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特性曲线P1、I1、η、cosφ1 = f(P2)

表3-6 U1=220V(Δ) If = mA 电动机输入 序 号

计算公式为：

I1?(A) P1 (W) T2 (N·m) n (r/min) P2 (W) η (%) cosφ1 电动机输出 计 算 值 I1??I1L3?IA?IB?IC33cos?1?P13U1?I1?P2?0.105nT2??P2?100%P1式中 I 1 ? — 定子绕组相电流，A；

1? U — 定子绕组相电压，V；

η — 效率。

六、思考题

1、起动电流和外施电压成正比，起动转矩和外施电压的平方成正比在什么情况下才能成立？

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2、起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？

3、由直接负载法测得的电机效率求得的电机效率有哪些因素会引起误差？

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§3.3 实验三 三相异步电动机继电接触控制线路

一、实验目的

1、通过对三相异步电动机点动控制、自锁控制线路、三相异步电动机正反转控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。

2、通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点及三相异步电动机正反转控制的原理和方法。 3、利用复合按钮设计直接正反转控制线路。

4、利用行程开关设计直接正反转控制线路（选做）。 二、实验设备

1、实验设备 序 号 1 2 3 型 号 DJ16 D61 D62 名 称 三相鼠笼异步电动机（△/220V） 继电接触控制挂箱（一） 继电接触控制挂箱（二） 数 量 1件 1件 1件 2、屏上挂件排列顺序：D61、D62 三、实验方法：

实验前要检查控制屏左侧端面上的调压器旋钮须在零位，下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关须在“关”断位置。开启“电源总开关，按下启动按钮，旋转调压器旋钮将三相交流电源输出端U、V、W的线电压调到220V。再按下控制屏上的“关”按钮以切断三相交流电源。以后在实验接线之前都应如此。 1、三相异步电动机点动控制线路

按图 3-5 接线。图中SB1、FR1、KM1选用D61上元器件，Q1、

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FU1、FU2、FU3、FU4选用D62上元器件，电机选用DJ16（△/220V）。接线时，先接主电路，它是从220V三相交流电源的输出端U、V、W开始，经三刀开关Q1、熔断器FU1、FU2、FU3、接触器KM1主触点、FR1的发热元件到电动机M的三个线端A、B、C的电路，用导线按顺序串联起来，有三路。主电路经检查无误后，再接控制电路，从熔断器FU4插孔V开始，经FR1的常闭触点、按钮SB1常开、接触器KM1线圈到插孔W。线接好经指导老师检查无误后，按下列步骤进行实验：

图 3-5 三相异步电动机点动控制线路

（1）按下控制屏上“开”按钮； （2）先合Q1，，接通三相交流220V电源；

（3）按下启动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，比较按下SB1和

松开SB1时电动机M的运转情况。

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2、三相异步电动机自锁长动控制线路：

按下控制屏上的“关”按钮以切断三相交流电源。按图8-2接线，图中SB1、SB2、KM1、FR1选用D61 挂件，Q1、FU1、FU2 、FU3 、FU4选用D62挂件，电机选用DJ16（△/220V）。 检查无误后，启动电源进行实验： (1) 合上开关Q1，接通三相交流 220V电源；

(2) 按下起动按钮SB2，松手后观察电动机M运转情况； (3) 按下停止按钮SB1，松手后观察电动机M运转情况。

图3-6 三相异步电动机自锁长动控制线路

3、三相异步电动机正反转控制线路（带电气互锁）

（1）按下“关”按钮切断交流电源。按图3-7接线。图中SB1、SB2、

SB3、KM1、KM2、FR1选用D61 件，Q1 、Q2、FU1、FU2 、FU3、FU4选用D62挂件，电机选用DJ16（△/220V）。检查无误后，

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按下“开”按钮通电操作。

（2）合上电源开关Q1，接通220V三相交流电源。

(3) 按下SB1，，观察并记录电动机M的转向、接触器自锁和互锁触

点的吸断情况。

（4）按下SB3，观察并记录M运转状态、接触器各触点的吸断情况。 （5）再按下SB2，观察并记录M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸

断情况。

图 3-7 三相异步电动机正反转控制线路（带电气互锁）

4、复合按钮控制三相异步电动机直接正反转控制线路 （1）按下“关”按钮切断交流电源。 （2）按自行设计的电路图接线。

（3）电路中使用的按钮、接触器、热继电器等选用D61挂件，电源

开关、熔断器选用D62挂件，电机选用DJ16（△/220V）。

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5、行程开关控制三相异步电动机直接正反转控制线路（选做） （1）按下“关”按钮切断交流电源。

（2）按自行设计的电路图接线。

（3）电路中使用的按钮、接触器、热继电器等选用D61挂件，电源

开关、熔断器、行程开关选用D62挂件，电机选用DJ16（△/220V）。

四、讨论题

1、试分析什么叫点动，什么叫自锁，并比较图 3-5 和图 3-6 的结构和功能上有什么区别？

2、图3-6 电路能否对电动机实现长期过载和短路保护？ 3、接触器和按钮的互锁触点在继电接触控制中起到什么作用？ 4、行程开关主要用于什么场合？一般安装在什么地方？

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§3.4 实验四 PLC学习机使用及电机控制实验

一、实验目的

① 学习TVT-90型PLC学习机的的使用；

② 利用PLC控制三相异步电动机实现正反转和Y/? 启动。 二、实验设备

① TVT-90系列学习机主机箱（主机型号为FP1-C24）； ② UNIT-1电机控制实验板（如图）； ③ 连接导线一套。 三、实验内容

① 控制要求：按下正转启动按钮 SB1，电动机正转运行，且KM1, KMY接通。2s后KMY断开， KMΔ接通，即完成正转启动。 按下停止按钮SB2，电动机停止 运行。按下反转启动按钮SB3， 电动机反转运行，且KM2,KMY 接通。2s后KMY断开， KMΔ 接通，即完成反转启动。 ② I/O分配

输入 输出 X0-----SB1 Y0-----KM1 X1-----SB2 Y1-----KM2 X2-----SB3 Y2-----KMY Y3-----KM?

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③ 按设计的梯形图输入程序。 ④ 调试并运行程序。 四、实验报告

① 画出PLC控制三相异步电动机实现正反转和Y/? 启动的外部接线图；

② 写出实现PLC控制三相异步电动机实现正反转和Y/? 启动的梯形图；

③ 对程序调试中出现的故障，试分析原因并说明解决方法。

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§3.5 实验五 交通信号灯控制

一、实验目的

用PLC构成交通灯控制系统。 二、实验设备

① TVT-90系列学习机主机箱（主机型号为FP1-C24）。 ② UNIT-3交通灯控制实验板。 ③ 连接导线一套。 三、实验内容

① 控制要求：开关合上后，东西绿灯亮4s后闪2s灭；黄灯亮2s灭；

红灯亮8s；绿灯亮循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮8s，接着绿灯亮4s后闪2s灭；黄灯亮2s后，红灯又亮循环。 ② I/O分配

输入 输出 X0：启动按钮 Y0：南北红灯 X1：停止按钮 Y1：东西黄灯 Y2：南北绿灯 Y3：东西红灯 Y4：南北黄灯 Y5：东西绿灯 ③ 按设计的梯形图输入程序。 ④ 调试并运行程序。 四、实验报告

① 画出PLC控制交通灯的外部接线图； ② 写出实现PLC控制交通灯的梯形图；

③ 对程序调试中出现的故障，试分析原因并说明解决方法。

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§3.6 实验六 三相异步电机变频调速实验

一、实验目的

(1)掌握三菱FR-S520S-0.4K型变频器控制器的使用方法。

(2)熟悉用三菱FR-S520S-0.4K型变频器控制器对三相异步电动机的控制。

二、实验所需挂件及附件 序号 型 号 备 注 1 DZ01 电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 2 DJK04 电机调速控制实验 3 GK-07交流变频调速控制器 4 万用表 1、DZ01 电源控制屏面板图：

三相电网电压指示

图3-1 DZ01 电源控制屏面板图

2、DJK04 电机调速控制实验面板图：

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图3-2 DJK04 电机调速控制实验面板图

3、GK-07交流变频调速控制器挂箱

如图3-3所示，交流变频控制挂箱面板图。变频器为三菱FR-S520S-0.4K型。

（一）、挂箱面板接线端子功能说明

为了使变频器各接线端子不因每次做实验经常的装拆线而损坏或丢失，应将常用端子引到挂箱面板上，以方便实验连线，它们分别是：

1、A、B、C：变频器的三个输出端，（连接GK-01中的三相鼠笼电机三相定子绕阻的接线端U、V、W）。

2、2和5：外部电压控制信号（0~5V）输入端，2接信号正极，5接信号地端 。

3、STF、STR：电机正转与反转控制端，当STF与SD相连时电机为

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正转，当 STR与SD相连时电机为反转。

4、其它：PC：外部晶体管公共端、DC24V电源接点输入端。SE：集电极开路公共。RUN：集电极开路。10：频率设定用电源。4：频率设定电流信号。RH、RM、RL：RH、RM、RL分别与SD连接实现多段速度选择。a、b、c：报警输出。AM：模拟信号输出。RST：复位。SD：输入/输出公共端。

图7-1、GK-07挂箱面板图

（二）、变频器的基本操作说明：

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三、实验线路及原理

异步电机转速基本公式为：

60f(1?s)ｎ＝ p其中n为电机转速，f为电源频率，p为电机极对数，s为电机的转差率。当转差率固定在最佳值时，改变f即可改变转速n。为使电机在不同转速下运行在额定磁通，改变频率的同时必须成比例地改变输出电压的基波幅值。这就是所谓的VVVF（变压变频）控制。工频50Hz的交流电源经整流后可以得到一个直流电压源。对直流电压进行PWM逆变控制，使变频器输出PWM波形中的基波为预先设定的电压/频率比曲线所规定的电压频率数值。

四、实验内容

(1)直接变频调速。(2)外部电压控制变频调速。 五、预习要求

(1)阅读电力电子技术教材中变频调速的有关内容。

(2)仔细阅读试验指导书，熟悉实验所用装置的功能及实验步骤 六、实验步骤

1、直接变频调速实验

①将三菱FR-S520S-0.4K型变频调速控制器设置为内部控制变频调速状态

按如下步骤设置三菱FR-S520S-0.4K型变频调速控制器：

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②将三相异步电动机三相定子绕阻接成△连接，将U、V、W三个端子分别与；变频控制器的 A、B、C三个输出端连接。

③按动变频控制器上的“run”，旋转变频控制器上的转动旋钮，按表1选择不同的频率，按下图改变频率，并将对应的转速及负载电压记录在表1中

表1 直接变频调速的频率、转速及负载电压的关系

频率（Hz） 10 20 30 40 50 转速 （rad/min） 负载电压（V）

2、外部电压控制变频调速。

①将三菱FR-S520S-0.4K型变频调速控制器设置为外部电压控制变频调速状态

把三菱FR-S520S-0.4K型变频调速控制器设置为外部控制：具体方法如下

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②将DJK04 电机调速控制实验面板上的“给定”输出Ug直接与GK-07交流变频调速控制器挂箱上的2和5相接：外部电压控制信号（0~5V）输入端，2接信号正极，5接信号地端。

③调节RP1将DJK04 电机调速控制实验面板上的“给定”输出Ug调至零 ④按动变频控制器上的“run”，旋转DJK04 电机调速控制实验面板上的RP1旋钮，按表2选择不同的给定电压值，并将对应的转速及负载电压记录在表2中

表2 外部电压控制变频调速的频率、转速及负载电压的关系 给定电压（V） 频率（Hz） 转速（rad/min） 负载电压（V） 1 2 3 4 5 七、实验报告

(1)按表1画出n-f及f-负载电压v曲线。 (2)按表2画出n-f及f-给定电压v曲线。 八、思考题

(1)实现交流变频的方法有哪些种？ 九、注意事项

注意三相异步电动机三相定子绕阻接成△的方法。

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附录1 《机电传动控制》实验要求

一、预习要求

1、 学生在进行实验前应复习有关内容，认真阅读实验指示书及与实验

有关的参考资料，明确实验要求，做好准备。 2、 实验预习报告应包括以下几个部分： (1) 实验目的； (2) 实验内容；

(3) 实验电路原理图及实验接线图(要求画出电机的接线板，电流插

口、仪表的接线及位置等，所用的实验装置及其接线端子都应明确标识)；

(4) 实验步骤(应写明每项实验内容的具体操作步骤，每个实验的保

持条件、应读取哪些数据等)；

(5) 仪表选择(包括仪表的名称、量程、数量、用途)；

（6）预习报告中应设计好实验数据记录表格，以备实验时记录数据

用。预习报告封面应写明实验名称、班号，小组成员及其学号、预习报告完成人及日期。各组的预习报告应独立完成，不得互相抄袭．

二、实验要求

1、 学生应按时到达实验室．在辅导教师宣布开始实验后，布置设备、

接线。凡在某一项实验中暂时不用的设备、仪表应整理好放在一边，以免用错发生意外。书包、衣服等不能放在实验台或仪器设备上。 2、 接线须整齐、清楚，力求简单、避免交叉．导线的长短、粗细选择

应合适。一个接线柱上最多接两根线，以免导线松脱．线路布置(仪器摆放，接线等)应文明，安全、便于检查和操作。仪表位置应正确、

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便于准确读数。

3、 接线完毕，组内应互相认真检查，且每个成员对全部线路都应掌握。

实验中不用的导线应整理好放回原处。然后请辅导教师检查，未经教师检查和同意不得进行实验。

4、 在调节负载或改变电阻、电压、转速等量时，必须考虑到其他量的

变化关系，随时注意其他量是否超过额定值、全组同学应明确分工、统一指挥，以免发生因配合不当而使设备过载乃至损坏的事故。 5、 原始记录中应包括实验日期、小组成员、主要铭牌数据及实验数据(包

括实验保持条件等)。记录数据要清晰，尽量避免涂改。对所作记录应随时检查，以免事后返工。实验内容完成后，组内应先检查所记录的数据，确信合理后再将原始记录送交教师审查，教师认可后方能拆线。实验数据不符合要求的应返工重做。学生将拆下的导线及电压，电流插头整理好并放归原处后，再请教师签字。签字后的原始记录不得再随意涂改。

6、 在操作过程中，如果发生故障，学生应在教师的帮助下，学习判断

分析故障原因和排除方法。 7、 实验中应注意安全：

(1) 实验时不得穿大衣、戴围巾，女同学(长发的)须戴好安全帽，禁

止身体接触有电线路的裸露部分和设备的转动部分，以免发生人身伤害事故。

(2) 接线时，后接电源线；拆线时，须先切断电源。严禁带电改接

线。合闸前须通知全组成员。调节时不应过猛。

(8) 机器运转后，小组成员不得远离机器。一旦发生事故，应立即

切断电源，保持除电源刀闸外的一切现场，并报告辅导教师处理。

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三、实验报告要求

1、实验报告应按实验指导书的要求根据原始记录作出，于规定时间内交

到指导教师处。

2、实验报告由个人独立完成，每人一份。报告要用实验报告纸，装钉整

齐，并后附经指导教师签字后的实验原始数据记录。无原始记录的报告无效。报告应字迹整齐，数据、曲线等符合要求。 3、实验报告应包括以下几个部分：

(1) 封面(包括：实验名称、班号、姓名及学号、同组同学姓名、实验

日期、报告完成日期)； (2) 实验目的；

(3）实验仪器：列出实验中所用器件（组件）的名称及编号，电机铭牌数据(PN、UN、IN、nN）等。

(4) 实验原理(不要求具体步骤)及原理线路图； (5) 实验内容及实验数据； (6) 数据处理及结论：

对数据处理的具体要求：

1) 将原始记录中的数据整理后列表，并写明其实验条件；需要计算

的加以计算后列入表中，同时写明所用的计算公式并以其中一点数据代人来说明计算过程。 2) 对绘制曲线的要求：

① 绘制曲线必须用米格纸(坐标纸)．曲线在方格纸上的位置，

大小应适中，不要太小且偏于一方。需要比较的各条曲线应画在同一方格纸上。

② 各坐标轴应标明所代表物理量的名称、单位。

③ 实验测取的点应明确标在坐标纸上(可用“· 、×、o’等符

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号来表示)，但曲线须光滑连接、不允许连成折线。不在曲线上的点（异常数据）仍按实际数据标出。各曲线旁边应注明函数关系和实验条件。

④ 多条曲线画在同一图中时，不同曲线及其实验所得点可用不

同的线段(如实线、虚线、点划线)及符号(见③)来表示。

3）根据数据和曲线，说明实验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。

(5) 对实验中存在问题的讨论：对实验中的现象和问题进行简练明确的

分析并作出结论或评价；对本小组和本人在实验全过程中的经验、教训、体会、收获等进行必要的小结；

(6) 对改进实验内容、安排、方法、设备等的建议和设想(此部分可选

作)；

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附录2 TVT-90A1箱式PLC学习机

TVT-90A1 箱式PLC学习机由可编程序控制器主机、主机板构成的主机箱和6块模拟控制对象的实验板组成。用实验连接导线将主机板上的有关部分连接可完成指令系统训练，用实验连接导线将主机板与实验板连接可完成程序设计训练。用实验连接导线将主机与实际系统的部件连接可作为开发机使用，进行现场调试。 一、TVT-90A1箱式PLC学习机的基本配置

主机箱（含主机1台,主机板1块,适配器、编程电缆1套,实验板6块，实验板箱1个,实验连接导线1套) 二、主要技术参数及工作原理。 1、主机

主机采用松下FP1-C24（AFP12217CF），配有RS232通讯口及机内时钟，其主要技术参数如下：

输入点数 16点 输入信号类型 开关量 输出点数 8点 输出继电器允许电流（纯电阻负载） 2A（AC，250V） 指令条数 191条 基本指令执行时间 16μs 编程方式 梯型图；布尔代数 编程容量 2.7K 定时/计数器 144个 内辅继电器 1008个 特殊继电器 64个

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主机电源 AC，220V 2、主机板

由输入、输出和电源三个单元组成。 (1) 输入单元

输入单元有16个带发光指示灯按钮（SB0-SB15）和4个拨码器（A1-A4）组成。SB0-SB3，SB8-SB11不带自锁，SB4-SB7，SB12-SB15带自锁。如果将按钮的某一个或几个与主机输入点（X0-XF）相接，改变这些开关的通断状态，即可对主机输入所需要开关量。或者将S1-1，S2-1，S3-1，S4-1闭合（同时S1-2，S2-2，S3-2，S4-2断开）利用拨码器对主机输入开关量。A1、A2、A3、A4分别对应十进制的个、十、百、千位。拨码器的作用是将十进制数码转换为BCD码。 (2) 输出单元

输出单元由1个蜂鸣器和8个发光二极管（V1-V8）组成。蜂鸣器或发光二极管与主机输出点（Y0-Y7）连接，蜂鸣器是否发出响声或发光二极管是否发光，即可表示输出点的状态，使用者便可得到主机的输出信息。 (3) 电源单元

主机板上装有24V直流稳压电源，供输入输出单元及模拟实验板使用。电源具有短路保护功能，对于可能出现的误操作，均能确保主机安全。主机本身带有的24V直流电源不必使用，以免由于误操作损坏主机。 3、实验板

TVT-90A学习机共配置实验板10块： TVT90-1 电机控制

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TVT90-2 八段码显示和天塔之光显示 TVT90-3 交通信号灯自控和手控 TVT90-7 多种液体自动混合 TVT90-9 邮件分拣机

实验板的输入电路由开关或开关与发光管组成。

实验板的输出电路由声光电路组成，其单元电路个数依实验板上图形化的控制要求而定。

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