一種交流電動機(jī)綜合實訓(xùn)裝置的設(shè)計

張福杰

（無錫科技職業(yè)學(xué)院智能制造學(xué)院，江蘇 無錫 214028）

1 問題的提出

交流電動機(jī)尤其鼠籠式三相異步電動機(jī)是拖動系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的執(zhí)行元件[1]，在涉及三相異步電動機(jī)的知識和技能中，最重要的就是兩個方面：1）三相異步電動機(jī)的日常檢測與維護(hù)；2）三相異步電動機(jī)的常見控制如單向運(yùn)行、正反轉(zhuǎn)控制、星三角減壓啟動等。針對這兩項技能的培養(yǎng)，設(shè)計了交流電動機(jī)綜合實訓(xùn)裝置。

2 交流電動機(jī)綜合實訓(xùn)裝置的設(shè)計

2.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

交流電動機(jī)綜合實訓(xùn)裝置，主要有以下兩個功能區(qū)：1）電動機(jī)控制電路的快速插接區(qū)。通過反復(fù)插接訓(xùn)練，幫助學(xué)生理解控制原理、掌握交流電動機(jī)的控制方法。2）交流電動機(jī)故障設(shè)置區(qū)[2]。通過故障設(shè)置模塊模擬設(shè)置交流電動機(jī)三相繞組的常見故障，使學(xué)員通過反復(fù)訓(xùn)練能夠獲得快速、準(zhǔn)確地診斷交流電動機(jī)工作狀況的實用技能。

目前，教學(xué)儀器市場上此類設(shè)備大體有兩種：1）電機(jī)與電氣技術(shù)實驗（實訓(xùn)）裝置，主要完成交直流電機(jī)的各種實驗以及機(jī)械特性的測試，此類裝置的綜合性很強(qiáng)，適合大學(xué)、高職、中職等幾乎所有院校的教學(xué)使用，針對性不強(qiáng)；2）電機(jī)故障模擬裝置，此類裝置目前市場上很少，主要為有些職業(yè)院校自己制作的教學(xué)設(shè)備。筆者所在的無錫科技職業(yè)學(xué)院中德機(jī)電學(xué)院目前這兩類設(shè)備都沒有。

2.2 綜合實訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)

本裝置包括快速插接區(qū)和故障設(shè)置區(qū)（含儀表）。快速插接區(qū)又分為兩個部分，一部分是電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制區(qū)，可以完成三相交流電動機(jī)的單向點(diǎn)動、連續(xù)運(yùn)行控制，也可以實現(xiàn)交流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制；另一部分可以實現(xiàn)三相交流電動機(jī)的星三角減壓啟動控制和雙速電動機(jī)的高低速控制[3-4]。在快速插接區(qū)，主電路和控制電路分開，控制電路的線路布置完全按照電路圖設(shè)計，所有相關(guān)連線都走板面的背面，正面印有電路圖。故障設(shè)置區(qū)設(shè)置有15個故障開關(guān)，完成三相繞組斷路、匝間短路、相間短路、接地、虛接等故障的設(shè)置，故障開關(guān)通過接線排與電動機(jī)的接線盒連接；故障設(shè)置區(qū)的下部分有4塊電流表和電壓表，這些一般是用來監(jiān)測電動機(jī)運(yùn)行時的電壓和電流。如圖1所示。

圖1 交流電機(jī)故障模擬裝置的結(jié)構(gòu)

2.3 綜合實訓(xùn)裝置的功能

2.3.1 快速插接區(qū)的功能

如圖2所示為交流電動機(jī)常見電路的快速插接區(qū)。快速插接區(qū)的總體功能就是實現(xiàn)交流電動機(jī)常見控制電路、主電路的快速插接，使教師在理實一體化的教學(xué)課堂上就可以完成一個完整的電動機(jī)某功能電路的接線、運(yùn)行，實現(xiàn)一個完整的教學(xué)過程；學(xué)員也可以通過反復(fù)練習(xí)，掌握電動機(jī)的控制技能，理解各個元器件之間的連接關(guān)系和控制關(guān)系。

圖2 交流電動機(jī)綜合實訓(xùn)裝置的快速插接區(qū)布置圖

圖中左側(cè)部分由1個斷路器、2個熔斷器、2個接觸器、1個熱繼電器、3個按鈕和接線排組成，可以實現(xiàn)交流電動機(jī)的點(diǎn)動、單向連續(xù)運(yùn)行、正反轉(zhuǎn)連續(xù)運(yùn)行。正反轉(zhuǎn)控制時既可以實現(xiàn)正—停—反控制，也可以實現(xiàn)正—反—停控制，接線非常靈活。

圖中右側(cè)部分由1個斷路器、2個熔斷器、3個接觸器、1個熱繼電器、1個時間繼電器、1個選擇開關(guān)、2個按鈕和接線排組成，該部分可以分別實現(xiàn)交流電動機(jī)的星三角減壓啟動控制和雙速電動機(jī)的高低速控制。例如，要實現(xiàn)交流電動機(jī)的星三角減壓啟動控制，就按照如圖3所示的原理圖接線；如果按照如圖4所示的電氣原理圖接線，則可以實現(xiàn)雙速交流電動機(jī)的高低速控制。

圖3 交流電動機(jī)星三角減壓啟動控制電氣原理圖

圖4 雙速交流電動機(jī)的高低速控制電氣原理圖

2.3.2 交流電動機(jī)故障設(shè)置區(qū)的功能

該區(qū)通過15個故障開關(guān)，可以方便地設(shè)置交流電機(jī)的繞組斷路、繞組匝間短路、繞組虛接、繞組相間短路和繞組接地故障，如圖5所示。該15個故障開關(guān)按照一定的方法連接（屬于專利部分，不便展示），最后通過該區(qū)的接線排接到預(yù)檢測電動機(jī)的接線盒內(nèi)，就可以實現(xiàn)在電動機(jī)的接線盒內(nèi)查找故障，查找的位置及方法、現(xiàn)象與現(xiàn)場電動機(jī)檢測一致，實現(xiàn)了對電動機(jī)無破壞設(shè)置故障，具有很強(qiáng)的實用性。

圖5 交流電動機(jī)綜合實訓(xùn)裝置故障設(shè)置區(qū)的布置圖

電動機(jī)繞組的斷路故障設(shè)置，是通過故障開關(guān)K1、K2、K3完成的。其中扳動開關(guān)K1時，學(xué)員用萬用表檢測電動機(jī)接線盒內(nèi)的U1、U2端子，現(xiàn)象為阻值無窮大，說明U相繞組出現(xiàn)斷路故障。以此類推，K2是V相繞組斷路，K3是W相繞組斷路。

電動機(jī)繞組的匝間短路故障設(shè)置，是通過故障開關(guān)K4、K5、K6完成的。其中扳動開關(guān)K4時，學(xué)員用萬用表檢測到電動機(jī)接線盒內(nèi)U1、U2間的阻值比正常值偏小，說明U相繞組出現(xiàn)匝間短路故障。以此類推，K5是V相繞組匝間短路，K6是W相繞組匝間短路。

電動機(jī)繞組虛接故障設(shè)置，是通過故障開關(guān)K7、K8、K9完成的。其中扳動開關(guān)K7時，學(xué)員用萬用表檢測到電動機(jī)接線盒內(nèi)U1、U2間的阻值比正常值偏大，說明U相繞組出現(xiàn)內(nèi)部虛接故障。以此類推，K8是V相繞組出現(xiàn)內(nèi)部虛接故障，K9是W相繞組出現(xiàn)內(nèi)部虛接故障。

電動機(jī)繞組相間短路故障設(shè)置，是通過故障開關(guān)K10、K11、K12完成的。其中扳動開關(guān)K10時，學(xué)員用絕緣電阻表檢測到電動機(jī)接線盒內(nèi)U相、V相之間的絕緣電阻為零，說明電機(jī)出現(xiàn)U-V兩相繞組相間短路故障。以此類推，K11是V-W相間短路故障，K12是U-W相間短路故障。

電動機(jī)繞組接地故障設(shè)置，是通過故障設(shè)置板上的故障開關(guān)K13、K14、K15完成的。其中扳動開關(guān)K13時，學(xué)員用絕緣電阻表檢測電動機(jī)接線盒內(nèi)的U相對機(jī)殼的絕緣狀況時，測得絕緣電阻為零，說明U相繞組接地，也就是人們常說的U相漏電。以此類推，K14是V相繞組接地故障，K15是W相繞組接地故障。

2.4 綜合實訓(xùn)裝置的特點(diǎn)

1）本裝置的功能多。快速插接區(qū)可以分別實現(xiàn)交流電動機(jī)的點(diǎn)動、單向連續(xù)、正反轉(zhuǎn)、星三角減壓啟動、高低速控制，還可以跨區(qū)實現(xiàn)基于時間控制的交流電動機(jī)反接制動控制。

2）本裝置有很強(qiáng)的靈活性和實用性。本裝置不僅可以通過故障設(shè)置板的故障開關(guān)方便地設(shè)置交流電動機(jī)的繞組斷路、繞組匝間短路、繞組虛接、繞組相間短路和繞組接地故障，同時還可以通過故障設(shè)置板上U1、V1、W1三個接線端子與絕緣接線板上的U1、V1、W1三個接線端子之間靈活接線，設(shè)置電動機(jī)三相繞組接線錯誤故障。提供全面的故障點(diǎn)設(shè)置，能夠滿足不同層次對交流電動機(jī)故障檢測的技能培訓(xùn)需求。

3）本裝置具有一定的擴(kuò)展性。不僅能夠比較全面地反映交流電機(jī)故障，檢測位置與現(xiàn)場一致，不需要帶電檢測，安全可靠，制造成本低，而且同樣可以應(yīng)用于變壓器繞組的常規(guī)檢測，適用于職業(yè)院校、企業(yè)及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)對學(xué)生、員工的技能培訓(xùn)。

3 結(jié)束語

本裝置已經(jīng)在無錫科技職業(yè)學(xué)院中德機(jī)電學(xué)院的控制系成功試制一臺，并在“電機(jī)與電力拖動”“電機(jī)與電氣控制”課程中得到應(yīng)用，效果較好，只是臺位太少，無法滿足教學(xué)需要。該設(shè)計經(jīng)過完善后可與企業(yè)聯(lián)合制作，滿足人才培養(yǎng)需要。也希望該設(shè)計能得到更廣泛的應(yīng)用，為相關(guān)課程的教學(xué)提供更多的便利。