電機(jī)拖動實(shí)訓(xùn)模塊板的開發(fā)與應(yīng)用

李文軍 寇志偉 馬德智 徐明娜

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心 內(nèi)蒙古呼和浩特 010051

電工電子實(shí)訓(xùn)課程是理工科高等學(xué)校工程與創(chuàng)新訓(xùn)練的核心課程，其顯著特點(diǎn)是量大面廣，學(xué)習(xí)對象包含多個(gè)專業(yè)的學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容涉及了電氣電子信息學(xué)科的多個(gè)領(lǐng)域，在培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神等方面具有十分重要的作用[1,2]。實(shí)踐課程的教學(xué)水平是理工科學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，也是提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力不可分割的組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)思維，尤其是學(xué)生工程綜合素質(zhì)的提高起著至關(guān)重要的作用[3]。

電機(jī)拖動控制電路是工業(yè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是把各種有觸點(diǎn)的開關(guān)、接觸器、繼電器、按鈕等電氣元件按照一定的要求用導(dǎo)線連接而成的，并實(shí)現(xiàn)一定控制功能的電路。這類電路組成的電氣系統(tǒng)也稱為繼電器、接觸器控制系統(tǒng)。各種生產(chǎn)機(jī)械的電機(jī)拖動電路，均是由一些基本控制環(huán)節(jié)的合理組合而成的，因此這些電路是工程電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是電工電子實(shí)訓(xùn)課程的重點(diǎn)教學(xué)電路。而且，隨著工程實(shí)訓(xùn)課程在理工專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中的作用日趨突出，實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備及器材的合理規(guī)劃與應(yīng)用是實(shí)踐類課程教育教學(xué)改革的必然趨勢，也是培養(yǎng)合格的創(chuàng)新型高水平技術(shù)人才的關(guān)鍵。課題立足于電工電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)實(shí)際，構(gòu)建了電機(jī)拖動控制實(shí)訓(xùn)模塊板，可以減少實(shí)訓(xùn)設(shè)備及器材的大量損壞消耗，改善電工電子實(shí)訓(xùn)課程的硬件環(huán)境，提高工程實(shí)訓(xùn)課的教學(xué)質(zhì)量[1,3]。

1　模塊板的構(gòu)建

1.1　模塊板概述

在各行各業(yè)廣泛使用的電氣設(shè)備和生產(chǎn)機(jī)械中，大部分是以電動機(jī)作為原動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械的，即電機(jī)拖動系統(tǒng)[4]。電機(jī)拖動實(shí)訓(xùn)模塊板主要用于由繼電器、接觸器控制的電機(jī)拖動系統(tǒng)的電動機(jī)的起動、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動等基礎(chǔ)電機(jī)拖動控制電路的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，也可以與其他模塊組合構(gòu)建大型電機(jī)拖動電路。

1.2　設(shè)計(jì)思想

經(jīng)過多年的教學(xué)探索與應(yīng)用實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，基于“模塊化”思想，構(gòu)建電機(jī)拖動實(shí)訓(xùn)模塊板可以很好地解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備及器材的管理、維護(hù)、損耗等問題，排除由于設(shè)備和器材問題而存在的電氣安全隱患，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作的信心，提高電工電子實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)質(zhì)量[5,6]。

1.2.1　以工程應(yīng)用為背景　突出實(shí)踐教學(xué)

實(shí)訓(xùn)模塊板注重工程實(shí)踐，采用模塊化設(shè)計(jì)，方便電路構(gòu)建，可以適用于不同專業(yè)、不同教學(xué)層次的電工電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)。

1.2.2　通用性強(qiáng)　管理容易　維護(hù)方便

構(gòu)建的實(shí)訓(xùn)模塊板實(shí)踐通用性強(qiáng)，可以統(tǒng)一編號，易于確定使用與管理責(zé)任，將原來分散式的堆積改為模塊式的存放，便于管理與維護(hù)。

1.2.3　工程實(shí)用性好　易于擴(kuò)展

構(gòu)建的實(shí)訓(xùn)模塊板符合工程應(yīng)用規(guī)范，模塊板可以單獨(dú)使用，構(gòu)建簡單電機(jī)拖動工程電路；也可以多塊或與其他類型模塊組合使用構(gòu)建綜合工程應(yīng)用電路。模塊板上的器件可以增加或修改，以滿足工程實(shí)訓(xùn)或綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)的需要。

1.2.4　器件開放　安全性高

構(gòu)建的實(shí)訓(xùn)模塊板上所有器件必須安裝在模塊板外表面，既方便認(rèn)識實(shí)物又便于參數(shù)測試和功能觀測，實(shí)訓(xùn)器件實(shí)物安裝固定在模塊板表面，減小器件安裝不當(dāng)引起的電氣安全隱患。

1.3　設(shè)計(jì)方案

基于以上描述與實(shí)踐測試，模塊板基板采用3 mm厚的薄鋼板折彎構(gòu)造規(guī)格為500 mm×400 mm×50 mm的長方體?；宓纳媳砻娓劫N打印有元器件圖形符號與電氣符號的塑料薄板，基板上面安裝斷路器、熔斷器、按鈕開關(guān)、接觸器、繼電器、指示燈與接線排等低壓電器，并且將這些電器的電氣接點(diǎn)轉(zhuǎn)接在模塊版上的接線排接點(diǎn)。模塊所用器件見表1，安裝完畢后的效果如圖1所示。

表1 電機(jī)拖動實(shí)訓(xùn)模塊板器件表

圖1　電機(jī)拖動實(shí)訓(xùn)模塊板

2　模塊應(yīng)用舉例

電機(jī)拖動實(shí)訓(xùn)模塊板可以完成電動機(jī)的起動、停止、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動等基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，下面列舉幾個(gè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)例。

2.1　電動機(jī)全壓起動控制實(shí)訓(xùn)

以三相籠型異步電動機(jī)全壓起動實(shí)訓(xùn)為例，在模塊板的接線點(diǎn)區(qū)域找到斷路器(QF)、熔斷器(FU)、交流接觸器(KM)、繼電器(KA)、熱繼電器(FR)、按鈕(SB1，SB2，SB3)、指示燈(HL1，HL2)等器件的接線點(diǎn)，先用萬用表檢測所需器件的參數(shù)正確、功能完好，然后按照圖2所示電路連接導(dǎo)線，檢查無誤后即可通電實(shí)訓(xùn)。合上QF，接通電源，按下點(diǎn)動運(yùn)行起動按鈕SB3，電動機(jī)M起動運(yùn)行，指示燈HL2發(fā)光；松開SB3，電動機(jī)M停止運(yùn)行，指示燈HL2熄滅。按下連續(xù)運(yùn)行起動按鈕SB2，電動機(jī)M連續(xù)運(yùn)行，指示燈HL1發(fā)光；按下停止按鈕SB1，電動機(jī)M停止運(yùn)行，指示燈HL1熄滅。

圖2　電動機(jī)全壓起動控制實(shí)訓(xùn)電路圖

2.2　正反轉(zhuǎn)控制實(shí)訓(xùn)

以三相籠型異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制實(shí)訓(xùn)為例，在模塊板的接線點(diǎn)區(qū)域找到相應(yīng)器件的接線點(diǎn)，并用萬用表測試所需器件的參數(shù)是否正確、判斷功能是否完好，然后按圖3所示電路接線，檢查無誤后通電實(shí)訓(xùn)。合上QF，接通系統(tǒng)主電源，然后按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，電動機(jī)M正轉(zhuǎn)運(yùn)行，指示燈HL1發(fā)光；當(dāng)按下反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3時(shí)，電動機(jī)M先停止，然后反轉(zhuǎn)運(yùn)行，指示燈HL1熄滅同時(shí)HL2發(fā)光；當(dāng)按下停止按鈕SB1，電動機(jī)M停止運(yùn)行，指示燈HL2熄滅。

圖3　正反轉(zhuǎn)控制實(shí)訓(xùn)電路圖

2.3　電動機(jī)制動實(shí)訓(xùn)

以三相籠型異步電動機(jī)制動電路實(shí)訓(xùn)為例，器件測試完好后，按圖4所示電路接線，檢查電路正確即可通電實(shí)訓(xùn)。合上斷路器QF，接通電源，按下起動按鈕SB2，電動機(jī)M起動運(yùn)轉(zhuǎn)；需要停車時(shí)按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈失電釋放，接觸器KM2與時(shí)間繼電器KT線圈得電吸合，KM2主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)定子繞組通入直流電流開始能耗制動，KT開始計(jì)時(shí)，KT動斷觸點(diǎn)延時(shí)斷開，KM2線圈失電釋放，直流電源切除，能耗制動結(jié)束。

圖4　電動機(jī)制動實(shí)訓(xùn)電路圖

3　結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC以其可靠性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢在工業(yè)控制中得到了廣泛的使用，成為目前工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，但是不管PLC的功能有多么強(qiáng)大，其只能取代繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的部分控制電路，而且其編程思想、控制對象的主電路及信號輸入電路仍然是以繼電器、接觸器控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。因此基于電工電子實(shí)訓(xùn)課程與電機(jī)拖動理論的電機(jī)拖動實(shí)訓(xùn)模塊板的開發(fā)與應(yīng)用，規(guī)范了實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，構(gòu)建了一個(gè)規(guī)范化、模塊化、系統(tǒng)化的綜合型實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺，對工程實(shí)踐課程的建設(shè)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]寇志偉,郭連考,李文軍.電工電子實(shí)習(xí)課程教學(xué)改革與建設(shè)[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會科學(xué)版,2016(1):104-108.

[2]周素茵,曾松偉,章云.電工電子實(shí)踐教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(1):103-104.

[3]寇志偉,李文軍,徐明娜.變頻器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國現(xiàn)代教育裝備, 2015(9):13-15.

[4]黃永紅.電機(jī)拖動與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[5]陳新兵,謝斌盛,龍曉莉.工程教育理念下的電工電子實(shí)習(xí)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(4):93-94.

[6]寇志偉,馬德智,徐明娜.電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)模塊板的開發(fā)與應(yīng)用淺析[J].工業(yè)和信息化教育,2016(3):42-45.