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        一種交流電動(dòng)機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)

        2021-07-13 09:38:50張福杰
        南方農(nóng)機(jī) 2021年13期
        關(guān)鍵詞:接線盒接線繞組

        張福杰

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

        1 問(wèn)題的提出

        交流電動(dòng)機(jī)尤其鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)是拖動(dòng)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(dòng)機(jī)的知識(shí)和技能中,最重要的就是兩個(gè)方面:1)三相異步電動(dòng)機(jī)的日常檢測(cè)與維護(hù);2)三相異步電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)控制如單向運(yùn)行、正反轉(zhuǎn)控制、星三角減壓?jiǎn)?dòng)等。針對(duì)這兩項(xiàng)技能的培養(yǎng),設(shè)計(jì)了交流電動(dòng)機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)裝置。

        2 交流電動(dòng)機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)

        2.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

        交流電動(dòng)機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)裝置,主要有以下兩個(gè)功能區(qū):1)電動(dòng)機(jī)控制電路的快速插接區(qū)。通過(guò)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(dòng)機(jī)的控制方法。2)交流電動(dòng)機(jī)故障設(shè)置區(qū)[2]。通過(guò)故障設(shè)置模塊模擬設(shè)置交流電動(dòng)機(jī)三相繞組的常見(jiàn)故障,使學(xué)員通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練能夠獲得快速、準(zhǔn)確地診斷交流電動(dòng)機(jī)工作狀況的實(shí)用技能。

        目前,教學(xué)儀器市場(chǎng)上此類設(shè)備大體有兩種:1)電機(jī)與電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)(實(shí)訓(xùn))裝置,主要完成交直流電機(jī)的各種實(shí)驗(yàn)以及機(jī)械特性的測(cè)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(duì)性不強(qiáng);2)電機(jī)故障模擬裝置,此類裝置目前市場(chǎng)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(wú)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(méi)有。

        2.2 綜合實(shí)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(gè)部分,一部分是電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制區(qū),可以完成三相交流電動(dòng)機(jī)的單向點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制,也可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制;另一部分可以實(shí)現(xiàn)三相交流電動(dòng)機(jī)的星三角減壓?jiǎn)?dòng)控制和雙速電動(dòng)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(kāi),控制電路的線路布置完全按照電路圖設(shè)計(jì),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(gè)故障開(kāi)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(kāi)關(guān)通過(guò)接線排與電動(dòng)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(lái)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)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(shí)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(dòng)機(jī)常見(jiàn)電路的快速插接區(qū)??焖俨褰訁^(qū)的總體功能就是實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)控制電路、主電路的快速插接,使教師在理實(shí)一體化的教學(xué)課堂上就可以完成一個(gè)完整的電動(dòng)機(jī)某功能電路的接線、運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的教學(xué)過(guò)程;學(xué)員也可以通過(guò)反復(fù)練習(xí),掌握電動(dòng)機(jī)的控制技能,理解各個(gè)元器件之間的連接關(guān)系和控制關(guān)系。

        圖2 交流電動(dòng)機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)裝置的快速插接區(qū)布置圖

        圖中左側(cè)部分由1個(gè)斷路器、2個(gè)熔斷器、2個(gè)接觸器、1個(gè)熱繼電器、3個(gè)按鈕和接線排組成,可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、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(shí)既可以實(shí)現(xiàn)正—?!纯刂疲部梢詫?shí)現(xiàn)正—反—??刂疲泳€非常靈活。

        圖中右側(cè)部分由1個(gè)斷路器、2個(gè)熔斷器、3個(gè)接觸器、1個(gè)熱繼電器、1個(gè)時(shí)間繼電器、1個(gè)選擇開(kāi)關(guān)、2個(gè)按鈕和接線排組成,該部分可以分別實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的星三角減壓?jiǎn)?dòng)控制和雙速電動(dòng)機(jī)的高低速控制。例如,要實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的星三角減壓?jiǎn)?dòng)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(shí)現(xiàn)雙速交流電動(dòng)機(jī)的高低速控制。

        圖3 交流電動(dòng)機(jī)星三角減壓?jiǎn)?dòng)控制電氣原理圖

        圖4 雙速交流電動(dòng)機(jī)的高低速控制電氣原理圖

        2.3.2 交流電動(dòng)機(jī)故障設(shè)置區(qū)的功能

        該區(qū)通過(guò)15個(gè)故障開(kāi)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(gè)故障開(kāi)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(guò)該區(qū)的接線排接到預(yù)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的接線盒內(nèi),就可以實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)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(chǎng)電動(dòng)機(jī)檢測(cè)一致,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)破壞設(shè)置故障,具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

        圖5 交流電動(dòng)機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)裝置故障設(shè)置區(qū)的布置圖

        電動(dòng)機(jī)繞組的斷路故障設(shè)置,是通過(guò)故障開(kāi)關(guān)K1、K2、K3完成的。其中扳動(dòng)開(kāi)關(guān)K1時(shí),學(xué)員用萬(wàn)用表檢測(cè)電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)的U1、U2端子,現(xiàn)象為阻值無(wú)窮大,說(shuō)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(dòng)機(jī)繞組的匝間短路故障設(shè)置,是通過(guò)故障開(kāi)關(guān)K4、K5、K6完成的。其中扳動(dòng)開(kāi)關(guān)K4時(shí),學(xué)員用萬(wàn)用表檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)U1、U2間的阻值比正常值偏小,說(shuō)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(dòng)機(jī)繞組虛接故障設(shè)置,是通過(guò)故障開(kāi)關(guān)K7、K8、K9完成的。其中扳動(dòng)開(kāi)關(guān)K7時(shí),學(xué)員用萬(wàn)用表檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)U1、U2間的阻值比正常值偏大,說(shuō)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(dòng)機(jī)繞組相間短路故障設(shè)置,是通過(guò)故障開(kāi)關(guān)K10、K11、K12完成的。其中扳動(dòng)開(kāi)關(guān)K10時(shí),學(xué)員用絕緣電阻表檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)U相、V相之間的絕緣電阻為零,說(shuō)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(dòng)機(jī)繞組接地故障設(shè)置,是通過(guò)故障設(shè)置板上的故障開(kāi)關(guān)K13、K14、K15完成的。其中扳動(dòng)開(kāi)關(guān)K13時(shí),學(xué)員用絕緣電阻表檢測(cè)電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)的U相對(duì)機(jī)殼的絕緣狀況時(shí),測(cè)得絕緣電阻為零,說(shuō)明U相繞組接地,也就是人們常說(shuō)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(shí)訓(xùn)裝置的特點(diǎn)

        1)本裝置的功能多??焖俨褰訁^(qū)可以分別實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、單向連續(xù)、正反轉(zhuǎn)、星三角減壓?jiǎn)?dòng)、高低速控制,還可以跨區(qū)實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間控制的交流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制。

        2)本裝置有很強(qiáng)的靈活性和實(shí)用性。本裝置不僅可以通過(guò)故障設(shè)置板的故障開(kāi)關(guān)方便地設(shè)置交流電動(dòng)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(shí)還可以通過(guò)故障設(shè)置板上U1、V1、W1三個(gè)接線端子與絕緣接線板上的U1、V1、W1三個(gè)接線端子之間靈活接線,設(shè)置電動(dòng)機(jī)三相繞組接線錯(cuò)誤故障。提供全面的故障點(diǎn)設(shè)置,能夠滿足不同層次對(duì)交流電動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)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(cè)位置與現(xiàn)場(chǎng)一致,不需要帶電檢測(cè),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(cè),適用于職業(yè)院校、企業(yè)及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)對(duì)學(xué)生、員工的技能培訓(xùn)。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        本裝置已經(jīng)在無(wú)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(tái),并在“電機(jī)與電力拖動(dòng)”“電機(jī)與電氣控制”課程中得到應(yīng)用,效果較好,只是臺(tái)位太少,無(wú)法滿足教學(xué)需要。該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)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(jì)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。

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