电机与电器毕业设计

2013届毕业设计课题名称：电机与电气控制试验装置的改造与设计专业系机电工程系班级机电一体化1302学生姓名庄建指导老师完成日期目录摘要第一章引言近年来, 随着电子计算机和自动控制技术的发展,电机与电力电子装置构成的控制设备相结合逐步发展成机电一体化产品。

将传统电机与现代电力电子技术、计算机科学及自动控制技术相结合已成为电气工程及自动化学科发展的必然趋势。

电力电子技术、电机控制类课程是电气工程及自动化专业重要的专业基础课和专业课, 而实验环节则是这些课程不可分的重要组成部分。

因此, 有必要加强电力电子技术和电机控制类课程的实验教学。

鉴于电力、电子技术和电机控制技术发展相当迅速, 对电机控制类课程的实验教学也提出了新的要求, 迫切需要一种符合教学要求的实验装置。

鉴于近期实验所需求的要求越来越高,实验的难度也越来越大的加大，不论是实验设备的更新换代或是搬到新校区的新建实验室, 都不可能花费较多资金，但也希望实验建设周期短、见效快, 才能适应教学改革的要求, 为此考虑将电机控制系统实验装置设计成配置完整、功能齐全、结构紧凑、使用方便, 体积既小而适用面广, 且有扩展能力的综合性实验装置。

《电机拖动实训》、《电气控制实训》是轨道交通系，电气工程系重要的实践课程。

由于班级多，实训实验的同学多，现有实训设备相对紧张。

学校搬入职教城后，势必建设新的实训室，根据这个实际需要，结合学校现有的实训设备，对现有设备的缺陷进行了改进，设计使用更加安全、方便、经济的电机与电气控制实验装置。

电机与电气控制实验装置设计主要包括实验实训台位外形及结构设计，实验电源设计，实验台操作面板的设计，插接接口设计及增加或精简设备的功能。

设计时要考虑到该设备需要进行的实验实训项目，根据实验实训项目的特点进行设计实验装置。

由于是实验装置，学生操作时可能进行误操作，误接线等，设计考虑到设备和人身的安全保护措施。

实验设备的使用率很高，并且考虑设备的耐用性。

同时本文也介绍了对电机与电气控制实验室的总体设计，包括实验室场地的总体布置，实验台位的设计，实验台电源系统的设计。

以经济、实用、方便为主导思想，同时通过查阅学习此方面的资料，设计出了各方面符合标准的实验室。

第二章现有实验实训装置的分析2.1现有实验的分析1、对现有电机拖动实验的设备分析随着科学文化的发展进步，教学仪器的日新月异，电工实验台的使用已很普及，由于学生对实验台认识和理解不够，往往学生在做实验时会对实验仪器造成损坏。

而且实验过程中，经常会因为学生一时的大意或者疏忽，而引起一些人们所不愿意看到的事故发生，甚至导致整个实验台报废，给学校造成不必要的损失，特别是人体触电是实验中最常见的事故，而且也是对学生人身安全的威胁，而我们知道，如果流经身体的电流过大，就会使人有生命危险，根据实验分析得到，交流在15mA到20mA以下，直流在30mA以下，对人已有一定的伤害，只是较轻而已，当超过了这个数值，对人体就会造成较为严重的危害。

为了更好的保护学生在实验中的安全和更好的保护实验仪器不被损坏，我们设计了一套较为全面的保护体系，该保护体系采取浮地设计，使其控制部分的地与大地隔离，并且在回路中加入了大量的保护电路，比如我们设计的有漏电保护电路，过流保护电路，过压保护以及各种仪表的超量程报警保护电路，使其在每一个环节都有一个保护电路在监控，力求达到一个较好的保护效果。

本保护体系可以有效的对电路漏电，电路短路、过流，电压过大以及仪表超量程进行监控和保护，能够更有效的保护学生的人身安全和保证实验仪器不被损坏1、并励直流电动机起动调速反转控制实验的分析该实验必须按照电机实验基本要求和安全操作规则，要根据铭牌数据正确选择仪表量程，正确按图接线，并且能够学习直流电动机的起动，调速和改变转向。

实验中需要准备直流电动机、起动器、滑线变阻器、电流表、电压表、转速表、电工工具。

必须按照下图所给的电路图接线。

利用调节变阻器起动、调速线路图按图接线必须了解清楚图中直流并励电动机出线盒端头标号及如何接线。

在接线时，应注意防止发生下列错误：励磁电路错接或不通，使励磁电路两端同接于一根导线，如在此情况下起动，将发生转速过高或电流过大。

励磁回路与起动电阻串联。

在此情况下起动时不能保证全压励磁，绝大部分电压经起动电阻降落，因而起动时电枢电流很大，但电机不转。

起动时检查起动电阻和滑线变阻器的位置，合上电源开关，然后移动起动电阻器手柄，逐步减少起动电阻Rm使电机起动。

起动电动机前应检查：电枢串接电阻Ｒm必须在最大位置，励磁回路调节电阻Ｒmf放在最小值位置。

实验过程中重新起动电动机必须遵守这两点。

反转时切断电源，将电枢两端反接，然后重新起动电动机，观察电动机的旋转方向。

切断电源，将励磁绕组反接，然后重新起动电动机，观察电动机的旋转方向。

切断电源，同时反接电枢和励磁绕组，然后重新起动电动机,观察电动机的旋转方向。

在该实验中必须注意到以下的几点：1、接线可从一极出发，经过主要线路和各仪表、设备，最后回到另一极；而后再接并联支路。

2、通电前要仔细检查线路联接是否正确和牢靠，仪表的量程及极性和设备的手柄位置是否正确，确保无误方可通电。

3、合上电源开关起动电动机前，起动变阻器，一定放在最大值，励磁变阻器放在最小值位置。

4、正确起动直流电动机，如发现不转，要立即切断电源检查线路；电机转向应与机座上标志一致，不然要改变其转向。

5、实验过程中，应时刻注意仪表读数，如遇异常怪声音，立即果断地拉下电源开关。

2、三相异步电动机的空载、短路测试分析该实验必须掌握三相异步电动机空载和堵转实验方法，并且通过空载实验分析出铁耗和机械磨擦损耗。

在实验时须记录电机铭牌，用电桥测出定子绕组在室温下的电阻。

测取空载特性曲线和堵转特性曲线。

实验所需要的实验器材有异步电动机、功率表、调压器、电流表、电压表、电工工具实验的步骤和方法是定子绕组首末端，其中任意两组绕组串联，施以单相电压U=80～100V,任意电流不应超过额定值，如图2-1所示，测量第三相绕组的电压。

如电压表有读数，表示两相绕组的首末端相联；如电压表无读数（U＝0），则表示两相绕组首首端相联。

用同样方法可测出第三相绕组的首末端。

异步电动机首末端的判定在做空载实验时按图接线后，仔细检查。

先将自耦调压器调零，然后合Q1。

缓慢旋转调压器手轮，升压起动电机。

电流快达到电压表满刻度时，将电流表及瓦特表的电流线圈短接，以免电流冲击损坏仪表。

起动完毕后，撤除短接导线，让电机空转一段时间。

用调压器调节电压，读取 U0=UN时的电压，空载电流及空载功率 P0，并作出记录。

测量空载特性数据时，所施电压U0应从 1.1 UN值开始，逐步降低（不允许反复变化）到最低值（即电流开始回升时）为止，测取U0/I/P值7-9组。

空载实验接线短路实验接线在做短路实验（亦称堵转实验）时按图所示接线，并要仔细检查。

先通电试转观察电机转向，然后切断电源停机，用夹板堵住转子。

自耦变压器调零，然后接通电源；调节调压器，逐步达到额定电流（IK =IN），读取数据记入。

如果限于设备，实验可在IN范围内进行。

实验时必须注意事项合电源开关之前，必须确定调压器的手柄处于“零”位。

做短路实验时，要力争速度快，以防电机过热损坏绕组绝缘。

3、小结在上述实验中我们不难发现，在测速环节中，操作者需要手持转速测试仪到实验台后部的电机处进行策速操作，将测速仪器的感应部位靠近转轴进行测量，这样经过多方面的观看调查发现学校对于电机的安全保护不够重视。

很容易造成安全隐患，特别是是女同学在留长发没有扎辫子的情况下做电机相关的实现是很危险的，还有戴手套也是一件很危险的事情。

当做实验的时候电机开始运转的时候由于电机转子前端无保护，可能女同学在观测数据的时候长头发很容易飘到转子处容易把头发搅进去，还有戴手套的同学也可能不小心把收放上去从而导致手搅进去的情况发生。

现在现有的实验接线端子和接线头多为裸露模式。

这样极容易造成危险事故。

当通电情况下裸露的端子容易造成触电危险。

所以应当采用不外露的插头来作为实验用的插头。

2.2实验室场地布置和布局分析2.1.1实验室场地布置分析现有的506实验室已经不能满足学生对于上课或者实验的需要了，实验已经成为现代社会教学很重要的方式，然而实验室是又是一种重要上课场所。

现代的实验室有了质的飞跃，不光加入了诸多起辅助作用的电子设备还有更加安全的保护措施和更加方便的教学系统。

实验室的场地要经过多方面的考虑，而且存在着许许多多的安全隐患，而且在教学区和实验区的布置上也存在着诸多的问题。

实验的场地布置需要从多方面来进行考虑。

1、目前506的布置分析由上图可以看出首先一个教室通用一个总电源开关，并且开关在教学区，这样当发生事故的时候会来不及关电源。

因为当学生要去关电源的时候就会被教学区的凳子栏住。

导致合闸或者断电非常的不方便。

实验区和教学区布置不合理。

在实验区去总电源开关的路上有障碍物挡住造成不能及时或快速的完成断电或合闸。

还有教室不存在水源。

这样当教学结束后不能方便的打扫卫生和拖地。

会影响实验室卫生状况。

2.3实验实训台位分析1、目前实验台面布局上图从左至右有按钮开关四个电流表组成，二个MA、二个A。

是用来实验室中用来测量电流用的。

其旁边是一个电源插座。

下排为三相自动开关用来短路保护，旁边有一个三相四线制的电源端子接头在其上面有三个指示灯其作用可以用来指示三相电源的得电情况。

旁边还有一个单相自动开关，是用来保护单相自动开关的，其也有二个接口。

可以从上面看出现有的实验台面板结构简单已不能满足现有比较复杂的教学要求。

并且采用的是裸露的端子接线头，这样很容易造成触电的危险。

并且可用的测量工具少。

并且使用的还是三相四线制电源存在着安全隐患。

2、目前实验室台位电机综合实验台主要由实验桌、电源及功能模块组成，其整体结构如上图所示。

图中1为模块托架，由铝型材制成，用于固定和支撑功能模块；2为功能模块，功能模块与不同电机、电源组合构成电机实验系统；3为支架，由钢型材制成，起支撑作用；4为不同种类电源，其中包括总电源、单相交直流两用可调电源、三相交流可调电源及直流可调电源，由此提供电机实验所用全部交、直流电源和控制保护电路，四种电源的摆放顺序可根据需要自由安排；5为实验桌，桌面为宝丽板并铺有绝缘橡皮垫，支撑部分由型钢制成，台面外形尺寸为1700×850×760mm（长×宽×高）。

从上图可以看出现有的实验台过于简单对于电线和一些实验设备的摆放没有地方存放，当可能要进行实验测量的时候可能连台面放置测量仪器都很成问题。

2.3实验室电源系统分析目前现在学校还在使用的是三相四线制在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化，导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。