上海第二工业大学机电控制技能实习报告
机电控制技能实习报告
学 院： 工学部 专 业： 机械电子工程 班 级： 12机工A1 * 名： *** 学 号： *********** 指导教师： 何成，王焕诒，程慧慧 日 期： 2015.12.14--2015.12.25
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目 录
一、实训目的 ....................................... 1 二、实习时间地点 ................................... 1 三、实习内容 ....................................... 1 四、实习步骤 ....................................... 2 4.1、电气原理图绘制 ............................. 2 4.2、元器件列表 ................................. 3 1、空气开关 ................................ 4 2、变压器 .................................. 5 3、直流调速控制器（BC2000TA） .............. 7 4、交流接触器 .............................. 9 5、按钮 ................................... 10 4.3 工作原理分析 ............................... 11 五、实训小结 ...................................... 13 参考文献 .......................................... 13
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一、实训目的
在学习了《机电传动控制》这门专业课的基础上，我们进行了为期两周的机电传动控制课程实习，我们组分配到的任务是直流调速系统的控制设计，包括直流电机的调速以及正反转控制。
直流调速系统目前已经被广泛应用于自动控制要求较高的产品之上，直流调速系统相应速度快，超调量小，系统稳定性好，并具有很强的抗干扰性。直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在大范围平滑调速，在金属切削机床、轧钢机、矿井卷扬机、海洋钻机、高层电梯等需要高性能电力拖动中得到了广泛的应用。通过此次实训：
1、进一步熟悉和掌握直流调速系统工作原理，了解工程设计的基本方法和步骤；
2、掌握电路结构选择方法以及各类元器件的选择；
3、掌握电气系统线路图的绘制；
4、能够根据故障现象分析诊断和故障排除。
二、实习时间地点
时间：2015.12.14-2015.12.25
地点：学校14号楼412室
三、实习内容
在老师进行了实训动员并分配好小组下发实训任务后，首先我们草图绘制了
电气原理图，包括直流电动机的调速以及正反转的实现。另外还标记了线号。给老师看后确定没有什么大问题之后开始接线。在接线过程中，我们要注意牢靠，整洁，清楚，安全，可靠。接线应该遵循先串后并、先分后和、先辅后主、上进下出的原则。接线头是不允许裸露出来的，以防触电。首先把板子拿下来接主电路，再接控制回路。接好线后由老师用万用表对电路进行检测，确保无误后方可上电调试。如果有误需要对故障进行分析并且排除故障。
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四、实习步骤
4.1、电气原理图绘制
图4.1 电气原理图
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实物图：
图4.1 实物接线图
4.2、元器件列表
元器件名称 空气开关 变压器 直流调速器 交流接触器 按钮 表4.2 元器件列表
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型号 C65N JMB-100VA BC2000TA LC1D18 /
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1、空气开关
图4.2.1 空气开关
空气开关，又名空气断路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。
脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。
在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把衔铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住
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衔铁，主触点才得以闭合。一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。
2、变压器
图4.1.2 变压器
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。电路符号常用T当作编号的开头，如：T01,，T201等。
变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如图所示。
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图4.1.2 变压器原理
铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈（或原线圈），另一个线圈接用电器称为次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等，为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。例如电力变压器在满载运行时（副线圈输出额定功率）即接近理想变压器情况。
变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的，φ也是简谐函数，表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1，U2=e2（原线圈物理量用下角标1表示，副线圈物理量用下角标2表示），其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器原、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。
理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高，可达90%以上。
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3、直流调速控制器（BC2000TA）
图4.1.3 直流调速控制器实物图
产品特性：
适合0.05-1.5KW直流电机的驱动调速
最小速度、最大速度及扭矩可通过电位器调整 外接电位器调节速度（即0~90V或0~180VDC可调） 设有负载补偿电位器，可提高稳速精度 限流保护、电流反馈 延时启动、远程启动 可带测速反馈
可用直流电压(0-10VDC)驱动，信号必须隔离 (可外加隔离扩展板BC11或BC15) 注意事项：
上电前请确定输入交流电源电压范围为90~250VAC 50/60Hz。
上电前请确定输出最高电压不超过电机额定电压（调整MAX 电位器）。 上电前请确定各调整电位器已调整到合适位置（详见调整说明）。 上电前请确定接线正确（详见接线说明）。
上电后请勿用手触摸任何元件（可能带电），断电后也请勿立即触摸元件（某些元件因正常工作而会发烫）
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图4.1.3 直流调速控制器原理图
L1 和L2 为交流电源输入端。 A+和A-为直流电机电枢电压输出端。
F+和F-为直流电机励磁电压输出端。(驱动永磁电机时，F+和F-可不接) P1、P2 和P3 为输出控制电位器输入端。（请确认可调电位器的中心抽头连接至P2）
I1 和I2 为输出停止使能开关。(即I1 与I2 短接时输出为零，可不接) B 和I2 为测速反馈输入端。（需要使用测速功能，请洽本公司相关技术人员) V+和GND 为直流+5V 电源输出端。
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4、交流接触器
图4.1.4 交流接触器实物图
交流接触器主要用于交流50Hz或60Hz，交流电压至660V（690V），在AC-3使用类别下工作电压为220V时，额定工作电流至9A的电路中，供远距离接通和分断电路之用，并可与相应规格的热继电器组合成磁力起动器以保护可能发生过负荷的电路，接触器适宜于频繁地起动和控制交流电动机。广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
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5、按钮
图4.1.5 按钮实物图
按钮是一种人工控制的主令电器。主要用来发布操作命令，接通或开断控制电路，控制机械与电气设备的运行。按钮的工作原理很简单（见图)
图4.1.5 按钮工作原理图
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对于常开触头（图a）,在按钮未被按下前,电路是断开的,按下按钮后,常开触头被连通,电路也被接通；对于常闭触头（图b），在按钮未被按下前，触头是闭合的，按下按钮后，触头被断开，电路也被分断。由于控制电路工作的需要，一只按钮还可带有多对同时动作的触头(图c)。
按钮的用途很广，例如车床的起动与停机、正转与反转等；塔式吊车的起动，停止，上升，下降，前、后、左、右、慢速或快速运行等，都需要按钮控制。
4.3 工作原理分析
空气开关负责总开关，整体电路的启停控制并起到短路保护，热继电器起到过载保护。因为电机选用为单相直流电机，故需要将380V通过变压器调节电压至220V电压，且通过两相电路互换实现电机正反转。该直流调速系统通过BC2000TA直流调速器实现调速。该直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接（L1和L2为交流电源输入端），下端和直流电动机连接（A+和A-为直流电机电枢电压输出端），直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子）[ F+和F-为直流电机励磁电压输出端。(驱动永磁电机时，F+和F-可不接) ]，一路输入给直流电机电枢（转子），此次仅用到转子输入端，将速度控制端与旋钮相连接。打开总电闸，推动空气开关，按下启动开关，通过交流接触器得电后辅助触点闭合完成自锁，从而使电压经变压器输入至BC2000TA直流调速控制器，由BC2000TA将交流电压转化为直流电压作为电源输入至直流电机，电机实现正转。再转动调速旋钮，使直流调速器通过控制电枢直流电压的方式，直流电机可实现无极调速且通过旋转按钮的转动能保证调速具有良好的平滑性。 [ 最小速度、最大速度及扭矩可通过电位器调整；外接电位器调节速度（即0-90V或0-180VDC可调] 完成调节直流电动机转速。通过停止按钮，电机停转。
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4.4、故障分析及诊断
在我们上电调试的时候，我们也遇到了一些故障，在老师的指导下我们最终排除了故障，实现了电机的调速和正反转。
我们上电之后，按下启动按钮，发现的电动机并没有启动，我们利用万用表测量电压，发现变压器输出电压为零，我们推断是变压器出了问题。我们利用备品备件法排查故障，更换了一个崭新的变压器，再次上电，按下启动按钮，电动机运转正常。
图4.3 工作流程图
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五、实训小结
本次实训，我们小组的课题是直流调速系统，要求实现直流电动机的正反转以及调速。由于对直流电机涉猎的比较少，所以对直流电机的调速性能以及调速方式比较陌生，对于整个课题的设计思路了解的不是很透彻。但是，我们小组运用了许多的方法，最终完成了这个课题。
在实训的开始之初，我们小组分别查找关于直流调速系统和直流电动机的资料，我们都拿出了机电传动控制的专业书，从书中寻找我们这个课题的思路。我们发现，实现直流调速控制需要靠直流调速控制器，指导老师给了我们BC2000-TA这款直流调速控制器。但是，直流调速控制器上那么多接口到底有些什么含义呢？如何连接这块直流调速控制器呢？我们上网搜寻了这款直流调速控制器的原理说明书，在说明书上，我们找到了我们说需要的答案，原来这款控制器需要220V的电源输入，输出的直流电直接送往电机，通过对于输出的直流电的电压大小进行控制，达到调速的目的。我们小组理清思路之后，马上进行可主控电路的设计，并且绘制了电气原理图。随后，我们按照原理图接好了线，在接线的过程中，也遇到比如端子压接过松这样的困难，但最后我们都克服了它们，完成的接线这一步骤。我们请王老师检查过线路之后，上电进行调试，可能是前期准备的比较充分，题目也比较简单，我们第一次上电就成功的实现了功能，完成了直流调速的课程设计。
在这个实训中，我们小组收获了很多，不仅仅掌握了直流调速的工作原理，更加掌握了这一种设计思路。在遇到困难的时候如何查找资料，在遇到自己不熟悉的元器件的时候，如何看懂说明书，从说明书中找到自己想要的内容。这种经验是难能可贵的，也是实用的。在今后的工作中，再次遇到这样的困难，这种思路会帮助我走出困境。
参考文献
[1] 冯清秀，邓星钟. 机电传动控制（第五版）. 华中科技大学出版社，2015.2 [2] 彭鸿才.电机原理及拖动[M].北京：机械工业出版社.2007.3
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