THPJW-1实验指导书电气部分P048(V1.0)

第一部分THPJW-1型电工实训考核装置简介
一、概述
本装置可完成“电工技术”、“工厂电气控制”、机床线路控制“可编程控制技术”、“变频调速技术”等多门课程实训。

装置系统资源开放式，可充分培养学生的实际动手能力，适合当今教育教学中的实训训练。

本装置采用标准配电柜为主体柜、双面结构，包含如下资源：电源控制、三相交流电源，直流、励磁及电枢电源、测量仪表、可编程控制器（三菱系列）、模拟量模块、彩色触摸屏、变频器（三菱系列）、控制软件、交流接触器、按钮、时间继电器、热继电器、行程开关、三相异步电机、直流电机等。

适用于大学、专科院校及各类职业教育培训机构的实验实训教学、考核鉴定。

二、特点
1.本装置采用标准配电柜为主体柜，充分利用该柜双面空间位置，其中一面装有电源控制、交直流电源、测量仪表，低压电气器件；另一面装有PLC、模拟量模块、变频器、工业触摸屏、直流调速模块，该配电柜占地面积小，外形美观；
2.电气控制线路元器件都装在电气柜内部，配有布线槽、接线端子；通过端子学生可自行接线、布线，构建控制系统,实训特点明显，同时可扩展功能或开发新实训；
3.直观性强，通过操作可熟悉了解机床的电气线路；
4.技能培训用的控制线路和配套的电机经特殊设计，可模拟实际机床的电气线路，也可满足机床的电气故障分析及排除故障的训练要求；
5.提供过压、过流、漏电保护电路，如控制柜出现电源异常使系统电压或电流超过保护电路的极限值，系统即切断电源，对人身安全起到一定的保护作用；
三、控制柜的功能及操作使用
控制柜上装有三相交流输入电源线电压指示及切换开关、交流电压表、电流表、主电路漏电保护、定时器兼报警记录仪、照明灯等器件。

1.控制柜的技术参数
输入电源：三相四线（或三相五线）380V±10% 50Hz
工作环境：温度－10℃～＋40℃相对湿度<85%(25℃) 海拔＜4000m
装置容量：＜1.5kVA
外形尺寸：800×850×19003
2.三相输入电源线电压指示及切换开关
位于主控制面板上。

为指示电网输入的三相线电压值，利用电压切换开关的切换，可在一只交流电压表上分别指示电网的U AB、U BC、U AC线电压值。

3.交流电压表、电流表
位于主控制面板上。

交流电压表为0～450V量程，交流电流表为0～5A量程，这两只交流仪表都为指针式仪表，精度1.0级，用以指示电网输入的三相线电压值（均为380V 左右），和其中一相的相电流值。

4.主电路漏电保护及输出开关
位于主控制面板上。

主电路由“启动”及“停止”、“急停”按钮控制。

按下“启动”按钮，则主电路的A、B、C及N端子可输出电网的三相四线交流电源；按下“停止”按钮，则主电路无交流电源输出；按下“急停”按钮，则主电路也无交流电源输出。

主电路漏电保护位于继电板上。

如三相交流电源输出的A、B、C任一端子和控制柜壳或电机导轨底座发生漏电（只要漏电流超过一定值），漏电保护装置即动作，两个面板的
“告警”发光管都发亮，两个蜂鸣器都发出声响并自动切断交流电源的输出，若再要输出交流电源，仍需先按“复位”按钮，才能重新启动交流电源。

主电路中每相都装了带有氖泡的保险丝，当8A保险丝熔断后，氖泡会发光指示。

5.定时器兼报警记录仪
位于主控制面板上。

该记录仪平时作为时钟使用，具有设定操作培训的时间、定时报警、提前提醒后切断电源功能，还具有自动记录由于接线或操作错误所造成的告警次数。

定时器兼报警记录仪操作方法：
①开机并按复位键后，六位数码显示器将从零时零分零秒开始计时。

②设置密码：
a、功能键至功能6（在显示器的末位显示6）。

b、按数位键，待六位数码管的小数点出现闪动时，然后点动此键，选定需要置数的位。

c、通过来回操作数位键和数字键，将拟定的三位密码数字输入显示器的末三位，且密码的末位数必须是9。

③读取密码：
a、按功能键至功能1（即显示器的末位显示1）。

b、来回操作数位键和数字键，将设定的密码输入到显示器的末三位，然后按确认键，第一位数码管将回显1，表示密码输入正确。

④设置时钟及定时报警时间：
a、按功能键至功能2（即显示器的末位显示2）。

b、来回操作数位键和数字键，将当前的时间（时、分、秒）输入显示器的前五位，并在末位输入1，按确认键，显示器的末位将显示C（CLOCK），表明时钟设置完毕；再来回操作数位键和数字键，将拟定的定时时间输入显示器的前五位，并在末位上输入9，按确认键，显示器的末位将显示A（ALARM）表示定时报警设置成功。

○5告警次数清零。

按功能键至功能3（即显示器的末位显示3），然后按确认键，显示器末三位将显示“000”，表明记录的告警次数已被清零。

○6定时时间查询：
按功能键至功能4（即显示器的末位显示4），然后按确认键，显示器将显示当前所设定的定时报警时间。

○7告警次数记录查询：
按功能键至功能5（即显示器的末位显示5）。

然后按确认键。

在显示器的末三位上将显示出已出现故障告警的次数。

○8时钟显示：
按功能键至功能7（即显示器的末位显示7），然后按确认键，显示器的六位数码管将显示当前的时间（从左到右，时，分，秒，各占用两个数码管）。

○9运行提示：
a、经上述设置后，本定时器便作为时钟使用，此后操作功能键分别至功能○1、○2、○3、○6功能时，若再按确认键，将无法读得任何信息：而处于○4、○5、○7功能时，若按功能键，则可查询定时报警时间和记录故障报警的次数及时钟时间。

b、时钟走到定时报警时间，蜂鸣器将发出断续的鸣叫声，持续一分钟后自动停止，再延时4分钟，并切断电源。

若按复位键并重新启动电源，蜂鸣器将依次再鸣叫一分钟，在延时4分钟后即自动切断电源，同时定时时间将逐次增加5分钟。

c、需要修改时钟值、定时值或清除记录的故障次数时，则必须在功能1下重新输入原定的密码后方可进行。

d、功能6下可进行密码的修改。

e、使用过程中，如果按住复位键不松开，仪器将停止工作。

注：
(a)定时器兼报警记录仪平时应工作在时钟状态。

(b)断开总电源后，仪器将恢复到初始状态。

(c)6个功能都有相应的指示灯指示当前的工作状态。

(d)如果时间未设置，按动复位键将回到初始状态。

(e)在使用过程中连续按住复位键，仪器将暂停工作。

6.照明灯
位于控制柜的顶部，每一面各有一个，用于照明。

第二部分低压电气实训内容
第一章电气控制实训内容
实验一三相异步电动机直接起动控制
图1（a）
在直接起动控制电路中，只要将空气开关QS合上，电机就开始旋转，此电路适用于不频繁起动的小容量电动机，但不能实现远距离控制和自动控制。

三、安装接线
图1（b）直接起动电路接线图
根据原理图，在面板上选择合适的电气元件，按照图1（b）进行接线，接线时动力电路用黑色线，接地保护导线PE用黄绿双色线，接熔断器要注意低进高出（进线接熔断器的低接线端，出线接熔断器的高接线端），要求走线横平竖直、整齐、合理、接点不得松动。

电机M放桌面上即可。

值得注意的是，螺旋式熔断器安装时是低接线端子朝上，高接线端子朝下，如图1（c）所示，接线时也是低接线端子进，高接线端子出。

四、检测与调试
确认安装牢固接线无误后，按下控制面板上的“启动”按钮接通三相总电源，再“合”上空气开关QS，电机应正常起动和平稳运转。

若熔丝熔断（可看到熔芯顶盖弹出）则应“分”断电源，检查分析并排除故障后才可重新接通电源。

图1（c）熔断器的安装
实验二三相异步电动机点动控制电路的安装接线
图2（a）电路原理图
点动控制电路中，由于电动机的启动停止，是通过按下或松开按钮来实现的，所以电路中不需要停止按钮；而在点动按制电路中，电动机的运行时间较短，无需过热保护装置。

控制电路如图2(a)所示。

当合上电源开关QS时，电动机是不会起动运转的，因为这时接触器KM线圈未能得电，它的触头处在断开状态，电动机M的定子绕组上没有电压。

若要使电动机M转动，只要按下按钮SB，使接触器KM通电，KM在主电路中的主触头闭合，电动机即可起动，但当松开按钮SB时，KM线圈失电，而使其主触头分开，切断电动机M 的电源，电动机即停止转动。

在电路中，我们用一个控制变压器来提供控制回路的电源，控制变压器的主要作用是将主电路较高的电压转变为控制回路较低的工作电压，实现电气隔离。

要注意的是变压器的副边要加一个熔断器，否则副边控制回路的短路会将变压器烧毁。

三、安装接线
按照图2（b）选择熔断器FU、空气开关QS、接触器KM、按钮SB后开始接线，动力电路的接线用黑色，控制电路的接线用红色，接线工艺应符合要求。

在通电试车前，应仔细检查各接线端连接是否正确、可靠，并用万用表检查控制回路是否短路或开路、主电路有无开路或短路。

注意：当线路都接好后，测U12，V12两相的电阻时，电阻很小（约为20几Ω）但不等于0Ω，这并不是表示短路，这个阻值是变压器输入绕组两端的阻值，可以在不接上变压器之前进行测量或者将万用表打到阻值较小的档，同理在测控制回路时也是这样。

图2(b) 点动控制电路接线图
四、检测与调试
检查接线无误后，接通交流电源，“合”上开关QS，此时电机不转，按下按钮SB，电机即可起动，松开按钮电机即停转。

若电机不能点动控制或熔丝熔断等故障，则应分断电
源，分析排除故障后使之正常工作。

实验三三相异步电动机自锁控制电路的安装接线
图3（a）电路原理图
在点动控制的电路中，要使电动机转动，就必须按住按钮不放，而在实际生产中，有些电动机需要长时间连续地运行，使用点动控制是不现实的，这就需要具有接触器自锁的控制电路了。

相对于点动控制的自锁触头必须是常开触头且与起动按钮并联。

因电动机是连续工作，必须加装热继电器以实现过载保护。

具有过载保护的自锁控制电路的电气原理如图3（a）所示，它与点动控制电路的不同之处在于控制电路中增加了一个停止按钮SB1，在起动按钮的两端并联了一对接触器的常开触头，增加了过载保护装置（热继电器FR）。

电路的工作过程：当按下起动按钮SB1时，接触器KM线圈通电，主触头闭合，电动机M起动旋转，当松开按钮时，电动机不会停转，因为这时，接触器KM线圈可以通过辅助触点继续维持通电，保证主触点KM仍处在接通状态，电动机M就不会失电停转。

这种松开按钮仍然自行保持线圈通电的控制电路叫做具有自锁（或自保）的接触器控制电路，简称自锁控制电路。

与SB1并联的接触器常开触头称自锁触头。

（1）欠电压保护
“欠电压”是指电路电压低于电动机应加的额定电压。

这样的后果是电动机转矩要降低，转速随之下降，会影响电动机的正常运行，欠电压严重时会损坏电动机，发生事故。

在具有接触器自锁的控制电路中，当电动机运转时，电源电压降低到一定值时（一般低到85%额定电压以下），由于接触器线圈磁通减弱，电磁吸力克服不了反作用弹簧的压力，动铁芯因而释放，从而使接触器主触头分开，自动切断主电路，电动机停转，达到欠电压保护的作用。

（2）失电压保护
当生产设备运行时，由于其它设备发生故障，引起瞬时断电，而使生产机械停转。

当故障排除后，恢复供电时，由于电动机的重新起动，很可能引起设备与人身事故的发生。

采用具有接触器自锁的控制电路时，即使电源恢复供电，由于自锁触头仍然保持断开，接触器线圈不会通电，所以电动机不会自行起动，从而避免了可能出现的事故。

这种保护称为失电压保护或零电压保护。

（3）过载保护
具有自锁的控制电路虽然有短路保护、欠电压保护和失电压保护的作用，但实际使用中还不够完善。

因为电动机在运行过程中，若长期负载过大或操作频繁，或三相电路断掉一相运行等原因，都可能使电动机的电流超过它的额定值，有时熔断器在这种情况下尚不会熔断，这将会引起电动机绕组过热，损坏电动机绝缘，因此，应对电动机设置过载保护，通常由三相热继电器来完成过载保护。

三、线路安装
按照图3（b）选择器件后进行接线，接动力线时用黑色线，控制电路用红色线。

图3（b）
四、检测与调试
检查接线无误后，接通交流电源，“合”开关QS，按下SB1，电机应起动并连续转动，按下SB2电机应停转。

若按下SB1电机起动运转后，电源电压降到320V以下或电源断电，则接触器KM的主触头会断开，电机停转。

再次恢复电压为380V（允许±10%的波动），电
机应不会自行起动——具有欠压或失压保护。

如果电机转轴卡住而接通交流电源，则在几秒内热继电器应动作断开加在电机上的交流电源（注意不能超过10秒，否则电机过热会冒烟导致损坏）。

实验四接触器联锁的三相异步电动机正反转控制线路
图4（a）
图4（a）控制线路的动作过程是：
(1)正转控制合上电源开关QS，按正转起动按钮SB2，正转控制回路接通，KM1的线圈通电动作，其常开触头闭合自锁、常闭触头断开对KM2的联锁，同时主触头闭合，主电路按U1、V1、W1相序接通，电动机正转。

(2)反转控制要使电动机改变转向（即由正转变为反转）时应先按下停止按钮SB1，使正转控制电路断开电动机停转，然后才能使电动机反转，为什么要这样操作呢？因为反转控制回路中串联了正转接触器KM1的常闭触头，当KM1通电工作时，它是断开的，若这时直接按反转按钮SB3，反转接触器KM2是无法通电的，电动机也就得不到电源，故电动
机仍然正转状态，不会反转。

电机停转后按下SB3，反转接触器KM2通电动作，主触头闭合，主电路按W1、V1、U1相序接通，电动机的电源相序改变了，故电动机作反向旋转。

三、安装接线
正反转控制电路的接线较为复杂，特别是当按钮使用较多时。

在电路中，两处主触头的接线必须保证相序相反；联锁触头必须保证常闭互串；按钮接线必须正确、可靠、合理。

接线图如图4（b）所示。

图4（b）
四、检查与调试
仔细确认接线正确后，可接通交流电源，合上开关QS，按下SB2，电机应正转（电机右侧的轴伸端为顺时针转，若不符合转向要求，可停机，换接电机定子绕组任意两个接线即可）。

按下SB3，电机仍应正转。

如要电机反转，应先按SB1，使电机停转，然后再按SB3，则电机反转。

若不能正常工作，则应分析并排除故障，使线路能正常工作。

实验五按钮联锁的三相异步电动机正反转控制线路
图5（a）
当需要改变电动机的转向时，只要直接按反转按钮就可以了，不必先按停止按钮。

这是因为如果电动机已按正转方向运转时，线圈是通电的。

这时，如果按下按钮SB3，按钮串在KM1线圈回路中的常闭触头首先断开，将KM1线圈回路断开，相当于按下停止按钮SB1的作用，使电动机停转，随后SB3的常开触头闭合，接通线圈KM2的回路，使电源相序相反，电动机即反向旋转。

同样，当电动机已作反向旋转时，若按下SB2，电动机就先停转后正转。

该线路是利用按钮动作时，常闭先断开、常开后闭合的特点来保证KM1与KM2不会同时通电，由此来实现电动机正反转的联锁控制。

所以SB2和SB3的常闭触头也称为联锁触头。

三、安装与接线
图5（b）
按布置图器件的位置(参看图5（b）)，在柜内面板上分别选择QS、FU、KM1、KM2、FR、SB1、SB2、SB3等器件。

图5（b）中，各端子的编号法有两种：1）用器件的实际编号，例：KM1的1、3、5、13、A1；FR的95等。

2）用器件端子的人为编号，例FU的1、3、5等。

一般器件的端子已有实际编号应优先采用，因为编号本身就表示了元件的结构。

例KM1的1与2、3与4代表常开主触头；SB的○1与○2表示常闭触头，○3与○4代表常开触头……。

图5（b）是按国家标准用中断线表示的单元接线图，图中各电器元件的端子号及中断线所画的接线图虽然画起来比用连续线画的接线图复杂，但接线很直观（每个端子应接一根还是二根线，每根线应接在哪个器件的哪个端子上），查线也简单（从上到下、从左到右，用万用表分别检查端子①及端子②直至全部端子都查一遍）。

因此操作者不仅要熟悉而且要学会这种接线图。

四、检测与调试
确认接线正确后，接通交流电源，按下SB2，电机应正转；按下SB3，电机应反转；
按下SB1，电机应停转。

若不能正常工作，则应分析并排除故障。

实验六双重联锁的三相异步电动机正反转控制线路
图6（a）
该控制线路集中了按钮联锁和接触器联锁的优点，故具有操作方便和安全可靠等优点，为电力拖动设备中所常用。

三、安装接线
图6（b）
图6（b）为中断线表示的单元接线图，每个器件端子处接的线号及端子之间的连接图上已明确表示出来了，对接线和查线带来很大方便。

安装与接线后，应符合要求。

四、检测与调试
确认接线正确后，接通交流电源，按下SB2，电机应正转；按下SB3，电机应反转；
按下SB1，电机应停转。

若不能正常工作，则应分析并排除故障。

实验七三相异步电动机星形/三角形起动控制线路
星形/三角形起动控制电气原理如图7（a）所示。

星形/三角形起动是指：为减少电动机起动时的电流，将正常工作接法为三角形的电动机，在起动时改为星形接法。

此时起动电流降为原来的1/3，起动转矩也降为原来的1/3。

线路的动作过程：
通过触头KM（3～4）自锁
按下线圈KM得电 KM主触头闭合，为M的起动做准备
Y得电 KM Y主触头闭合 M作星形降压起动
KT（5～6）延时断开 KM Y失电
KM
Y（4～7）恢复
Δ M作三角形运行
Δ（4～5）断开使KM Y不能吸合，KMΔ(7～8)闭合自锁停车过程：按SB1 KM、KMΔ失电释放，M停转。

图7（a）星形/三角形起动原理图
三、安装接线
接线图为图7（b）和图7（c），其中图7（b）仅画出接线号（没有画出连接线）。

图7
（c）是按国家标准用中断线表示的单元接线图，可以任选一种进行接线。

图7(b)
图7(c)
四、检查与调试
确认接线正确方可接通交流电源，合上开关QS，按下SB1，控制线路的动作过程应按
原理所述，若操作中发现有不正常现象，应断开电源分析排故后重新操作。

实验八三相异步电动机串电阻降压启动自动控制
图8（a）
合上电源开关QS，按下起动按钮SB1，接触器KM1与时间继电器KT的线圈同时通电，KM1主触头闭合，由于KM2线圈的回路中串有时间继电器KT延时闭合的动合触头而不能吸合，这时电动机定子绕组中串有电阻R，进行降压起动，电动机的转速逐步升高，当时间继电器KT达到预定整定的时间后，其延时闭合的动合触头闭合，KM2吸合，主触头闭合，将起动电阻R短接，电动机便处在额定电压下全压运转，通常KT的延时时间为4～8s。

三、安装接线
图8（b）
按图8（b）进行接线，线头套上线号，三只电阻接75Ω/75W的三个电阻，安装接线
要符合要求。

实验九三相异步电动机串电阻降压启动手动控制
图9（a）
合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并通过KM1（3-4）自锁，KM1主触头闭合，但此时KM2线圈没通电吸合，这时电动机定子绕组中串有电阻R，进行降压起动；经一段时间（3-5S）后，按下按钮SB3，KM2线圈得电吸合并自锁，主触头闭合，将起动电阻R短接，电动机便处在额定电压下全压运转。

按下铵钮SB1，KM1、KM2断电释放，电动机停止。

三、安装接线
按图9（b）进行接线， R接75Ω/75W的三个电阻，安装接线要符合要求。

实验十三相异步电动机单向降压启动及反接制动
图10（a）
图中KM1为正转运行接触器，KM2为反接制动接触器，用点划线和电动机M相连的SR，表示速度继电器SR与M同轴，动作过程分析如下：
单向降压起动的过程：
反接制动过程：
三、安装与接线
布置与接线可参照图10（b），操作者应画出具体接线图。

图10（b）
四、检测与调试
经检查安装牢固与接线无误后，操作者可接通电源自行操作，若动作过程不符合要求或出现不正常，则应分析并排除故障，使控制线路能正常工作。

实验十一三相异步电动机能耗制动控制线路
（A）半波整流能耗制动控制线路
图11A（1）
如图11A（1）所示，该电路采用无变压器的单管半波整流电路提供直流电源，采用时间继电器KT对制动时间进行控制。

KM1为运动接触器，KM2为制动接触器，KM2的两对主触头接至电动机定子绕组两相，并由另一相绕组、KM2的另一对主触头、再经整流二极管VD和限流电阻R接至零线，构
成工作回路
该控制线路适用于10kw以下电动机，这种线路简单，附加设备较少，体积小，采用一只二极管半波整流器作为直流电源。

三、安装与接线
布置与接线可参照图10A（2），操作者应画出实际接线图。

图11A（2）
四、检查与调试
确认接线正确后，可接通交流电源自行操作，若操作中发现有不正常现象，应断开电源分析排故后重新操作。

（B）全波整流能耗制动控制线路
图11B（1）
图11B（1）所示能耗制动控制电路中，KM1为单向运行接触器，KM2为能耗制动接触器，KT为控制能耗制动时间的通电延时时间继电器，VC为桥式整流电路。

正常运行时，接触器KM1的主触头闭合接通三相电源，电动机起动运行，KM2、KT不工作。

停车制动时KM1不工作，KM2、KT工作，由变压器和整流元件构成的整流装置提供直流电源，KM2将直流电源经可变电阻R接入电动机定子绕组的U、W相。

该控制线路适用于10KW以上功率较大的电动机的能耗制动，控制线路中的直流电源由单相桥式整流器供给，电阻R用以调节电流，从而调节制动强度。

三、安装与接线
布置与接线可参考图11B（2），操作者应画出实际接线图。

图11B（2）
四、检查与调试
确认接线正确后，可接通交流电源自行操作，若操作中发现有不正常现象，应断开电源分析排故后重新操作。

实验十二三相异步电动机的顺序控制线路
图12a 图12a(a) 图12a(b) 顺序控制的电气原理图如图11a所示。

在生产机械中，有时要求电动机间的起动停止必须满足一定的顺序，如主轴电动机的起动必须在油泵起动之后，钻床的进给必须在主轴旋转之后等等。

实现顺序控制可以在主电路、也可以在控制电路实现。

图12a（a）中，接触器KM1的另一对常开触头（线号为5、6）串联在接触器KM2线圈的控制电路中，当按下SB11使电机M1起动运转，再按下SB21，电机M2才会起动运转，若要停M2电机，则只要按下SB12即可。

图12a(b)中，由于在SB12停止按钮两端并联一个接触器KM2的常开辅助触头（线号为1、2），所以只有先使接触器KM2线圈失电，即电动机M2停止，同时KM2常开辅助触头断开，然后才能按SB12达到断开接触器KM1线圈电源的目的，使电动机M1停止。

这种。