課程單元教學(xué)設(shè)計（激光設(shè)備控制技術(shù)3-4）

1、浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院單元教學(xué)設(shè)計201 201 學(xué)年 第 學(xué)期課程名稱： 激光設(shè)備控制技術(shù) 授課班級： 任課教師： 所在系部及教研室：電子工程系機電一體化技術(shù)教研室 單元序號及單元標題：三相感應(yīng)電動機調(diào)速控制電路 、直流電動機的控制電路授課班級上課時間第 周 月 日第 節(jié)上課地點教學(xué)目的1.掌握三相感應(yīng)電動機調(diào)速的原理、實現(xiàn)的方法和電路工作原理。2. 掌握直流電機啟動、反向、調(diào)速、制動的方法和控制電路的工作原理。教學(xué)目標能力（技能）目標知識目標會分析電路的工作原理；1. 掌握調(diào)速的理論基礎(chǔ)；2. 直流電機實現(xiàn)啟動、反向、調(diào)速、制動的理論基礎(chǔ)。重點難點及解決方法重點：1.三相感應(yīng)電動機調(diào)速的原理

2、、實現(xiàn)的方法和；2. 直流電機實現(xiàn)啟動、反向、調(diào)速、制動的理論基礎(chǔ)及電路的工作原理；難點：電路工作原理。解決方法：引入機械特性配合分析工作過程。參考資料單元教學(xué)設(shè)計基本框架第一部分：組織教學(xué)和復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容 （時間：3分鐘）電氣制動電路的工作過程。第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的 （時間：4分鐘）三相感應(yīng)電動機調(diào)速的原理、實現(xiàn)的方法和電路工作原理?！静襟E二】 新知識的引入 （時間： 3分鐘）調(diào)速的理論基礎(chǔ)。【步驟三】三相感應(yīng)電動機調(diào)速控制電路 （時間：30分鐘） 生產(chǎn)機械往往有調(diào)速的要求。目前常用的感應(yīng)電動機的調(diào)速方法主要有以下幾種：依靠改變定子繞組的極對數(shù)調(diào)速（即變極

3、調(diào)速），改變供電電源的頻率調(diào)速（即變頻調(diào)速）和改變轉(zhuǎn)子電路中的電阻調(diào)速調(diào)速等。其中，改變轉(zhuǎn)子電路電阻的調(diào)速方法只適用于繞線型感應(yīng)電動機，其內(nèi)容在起重機電路中將會介紹。本節(jié)僅介紹通過改變籠型感應(yīng)電動機極對數(shù)的方法實現(xiàn)調(diào)速的基本控制電路。一、按鈕控制的雙速電動機控制電路圖3-35為4/2極的雙速感應(yīng)電動機三相定子繞組接線示意圖。圖3-35a將電動機定子繞組的U1、V1、W1三個接線端接三相交流電源，而將U2、V2、W2三個接線端空著，三相定子繞組接成，此時，每相繞組中的兩個線圈串聯(lián)，電流方向如圖3-35a中虛線箭頭所示，電動機為4極；若將定子繞組的三個接線端U2、V2、W2接三相交流電源，把U1、

4、V1、W1三個接線端子并接在一起，則原來三相定子繞組的接法變?yōu)殡p星形接法，如圖3-35b所示，電流方向如圖3-35中虛線箭頭所示，電機變?yōu)?極。圖3-36是用按鈕和接觸器控制的雙速電動機控制電路。電路工作時，先合上電源開關(guān)QS。按下低速起動按鈕SB2，低速接觸器KM1線圈得電動作，電動機定子繞組作三角形連接，低速起動運轉(zhuǎn)。若需要換為高速運轉(zhuǎn)，可按下高速按鈕SB3，SB3常閉觸頭先分斷，切斷控制低速運行的接觸器KM1線圈回路，同時KM1聯(lián)鎖觸頭恢復(fù)閉合，SB3常開觸頭后閉合，使控制高速的接觸器KM2和KM3線圈同時得電動作，使電動機定子繞組作雙星形聯(lián)接，電動機變?yōu)楦咚龠\轉(zhuǎn)。由于電動機的高速運轉(zhuǎn)是

5、由KM2和KM3兩個接觸器共同來控制的，因此，在其自鎖回路中，串聯(lián)了KM2和KM3兩個常開輔助觸頭，目的是保證兩個接觸器都吸合時才允許工作。二、時間繼電器控制的雙速電動機控制電路用轉(zhuǎn)換開關(guān)和時間繼電器控制雙速電動機低速起動高速運轉(zhuǎn)的電路，如圖3-37所示。其工作原理如下：當把轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到“低速”位置時，接觸器KM1線圈得電動作，電動機定子繞組作三角形連接，U1、V1、W1三個出線端與電源連接，電動機低速運轉(zhuǎn)；當轉(zhuǎn)換開關(guān)SA扳到“高速”位置時，時間繼電器KT線圈先得電，其瞬時常開觸頭立即閉合，使KM1線圈得電，其主觸頭閉合，把電動機定子繞組接成三角形，電動機先低速起動運轉(zhuǎn)，經(jīng)過一定的延時，K

6、T延時常閉觸頭斷開，切斷KM1線圈回路，同時KT的延時常開觸頭閉合，KM2和KM3線圈相繼得電動作，電動機定子繞組被接成雙星形作高速運轉(zhuǎn)?！静襟E四】知識和能力的歸納 （時間： 5分鐘）在供電電網(wǎng)頻率固定的前提下，電動機的同步轉(zhuǎn)速與它的極對數(shù)成反比，極對數(shù)增加一倍時，同步轉(zhuǎn)速下降一半，電動機的運行速度也大約下降一半，于是達到調(diào)速的目的。繞線型感應(yīng)電動機的定子繞組極對數(shù)若改變后，它的轉(zhuǎn)子繞組必須相應(yīng)的重新組合，這一點就生產(chǎn)現(xiàn)場來說，一般是難以實現(xiàn)的。而籠型感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子繞組的極對數(shù)卻能夠隨著定子繞組的極對數(shù)的變化而變化，也就是說，籠型感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子繞組本身沒有固定的極對數(shù)。所以變更繞組極對數(shù)的調(diào)速

7、方法，一般只適用于籠型感應(yīng)電動機。籠型感應(yīng)電動機經(jīng)常采用下列兩種方法來變更繞組的極對數(shù)：一種是改變定子繞組的接線方式，或者說是變更定子繞組每相的電流方向；另一種是在定子上設(shè)置具有不同極對數(shù)的兩套互相獨立的繞組。有時同一臺電動機為了獲得更多的速度等級（如需要得到三個以上的速度等級），上述的兩種方法經(jīng)常同時采用，即在定子上設(shè)置兩套互相獨立的繞組，并使每套繞組都具有變更電流方向的能力?！静襟E五】直流電動機的控制電路 （時間： 35分鐘）一、單向運轉(zhuǎn)起動電路 直流電動機起動控制的要求與交流電動機類似，即在保證足夠大的起動轉(zhuǎn)矩下，應(yīng)盡可能地減小起動電流。由電動機的原理可知，直流電動機電壓平衡方程式與反電

8、動勢為： U = EM +IM Rm (式 3-2) EM = Cen （式 3-3）式中：U為電源電壓（V）；EM為電樞反電動勢（V）；IM為電樞電流（A）；Rm為電樞電阻（）；Ce為電動勢常數(shù)，與電機的結(jié)構(gòu)有關(guān)；為電動機每極下的主磁通（Wb）；n為電動機的轉(zhuǎn)速（r/min）。 從公式中我們可以看出，電動機在剛起動瞬間，由于n = 0、EM = 0、電樞電流IM = U / Rm ，由于電樞電阻Rm很小，所以 直流電動機起動特點之一就是起動沖擊電流更大，可達額定電流的1020倍，這樣大的起動電流將可能導(dǎo)致電動機換向器和電樞繞組的損壞，同時對電源也是很重的負擔(dān)。大電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和加速度對機械部

9、件也將產(chǎn)生強烈的沖擊，故在選擇起動方案時必須予以充分考慮，除小型直流電動機外一般不允許直接起動。圖3-38為電樞串接二級電阻按時間原則起動控制電路。圖中KM1為電源控制接觸器，KM2、KM3為短接起動電阻接觸器,KA1為過電流繼電器，KA2為欠電流繼電器，KT1、KT2為時間繼電器，R1、R2為起動電阻，R3為放電電阻。 起動時合上電源開關(guān)Q1和Q2，這時KM1通電吸合, 主觸頭閉合，使電動機M串R1和R2起動，同時KT1斷電釋放開始延時，由于起動電阻R1上有壓降，使KT2通電吸合，其常閉觸點斷開。KT1延時時間到，其延時閉合閉合的常閉觸點閉合，接通KM2的線圈回路，KM2的常開觸頭閉合，切除

10、起動電阻R1，電動機進一步加速。同時KT2線圈被短接，經(jīng)過一定延時，其延時閉合的常閉觸點閉合，接通接觸器KM3的線圈回路，KM3的常開主觸頭閉合，切除最后一段電阻R2，電動機再一次加速進入全電壓運轉(zhuǎn)，起動過程結(jié)束。 過電流繼電器KA1實現(xiàn)電動機過載保護和短路保護；欠電流繼電器KA2實現(xiàn)電動機弱磁保護；電阻R3與二極管VD構(gòu)成電動機勵磁繞組斷開電源時的放電回路，以免產(chǎn)生過電壓。 二、可逆運轉(zhuǎn)起動電路 改變直流電動機旋轉(zhuǎn)方向的方法有兩種，一是保持勵磁磁場方向不變，改變電樞電流的方向；二是保持電樞電流的方向不變，改變勵磁磁場，即磁通的的方向。 圖3-39為直流電動機電樞反接法正反轉(zhuǎn)控制電路。其控制原

11、理如下：按下起動按鈕SB2時，接觸器KM1得電，主觸頭閉合，電動機電樞繞組接通電源，起動運轉(zhuǎn)（設(shè)此時運轉(zhuǎn)方向為正轉(zhuǎn)）。若要使電動機反轉(zhuǎn)，則首先按下停止按鈕SB1，使接觸器KM1斷電釋放，電動機電樞繞組因斷電而停止運轉(zhuǎn)。然后再按下起動按鈕SB3，使接觸器KM2得電，其常開觸頭閉合，從而電樞電流改變了方向，實現(xiàn)了電動機的反轉(zhuǎn)。 三、制動控制電路 直流電動機的電氣制動有能耗制動、反接制動和再生制動。為獲得迅速、準確的停車，一般采用能耗制動和反接制動。 圖3-40為直流電動機單向旋轉(zhuǎn)、串二級電阻起動、能耗制動的控制電路。電路的動作過程如下：電動機起動時，先合上電源開關(guān)Q1和Q2，這時KM1通電吸合，主

12、觸頭閉合，使電動機M串R1和R2起動，同時KT1斷電釋放開始延時，由于起動電阻R1上有壓降，使KT2通電吸合，使其常閉點斷開。KT1延時到，其延時閉合的常閉觸點閉合，接通KM2的線圈回路，KM2的常開觸頭閉合，切除起動電阻R1，電動機進一步加速，同時KT2線圈被短接，經(jīng)過一定延時，其延時閉合的常閉觸點閉合，接通KM3的線圈回路，KM3的常開主觸頭閉合，切除最后一段電阻R2，電動機再一次加速，進入全電壓運轉(zhuǎn)。 停車時，按下SB1，KM1線圈斷電釋放，其主觸頭斷開電動機電樞直流電源，但電動機因慣性仍按原方向旋轉(zhuǎn)，在保持勵磁不變的情況下，電樞導(dǎo)體切割磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使并聯(lián)在電動機電樞兩端的電壓

13、繼電器KA3經(jīng)自鎖觸頭仍保持通電。KA3常開觸頭閉合，使KM4線圈通電吸合，其常開主觸頭將電阻R4并接在電樞兩端，電動機實現(xiàn)能耗制動，電動機轉(zhuǎn)速迅速下降，電樞電動勢也隨之下降，當降至一定值時，KA3釋放，KM4線圈斷電，電動機能耗制動結(jié)束。 圖3-41為電動機可逆旋轉(zhuǎn)、反接制動控制電路。其動作原理如下：合上電源開關(guān)QF，勵磁繞組得電并開始勵磁，同時，時間繼電器KT1和KT2線圈得電吸合，它們的延時閉合的常閉觸頭瞬時斷開，接觸器KM4和KM5線圈處于斷電狀態(tài)，時間繼電器KT2的延時時間大于KT1的延時時間，此時電路處于準備工作狀態(tài)。按下正向起動按鈕SB2，接觸器KML線圈得電吸合，其主觸頭閉合，

14、直流電動機電樞回路串入電阻R2和R3而減壓起動，它的常閉觸頭（1-19）斷開，時間繼電器KT1和KT2斷電，經(jīng)一定的延時時間后，KT1延時閉合的常閉觸頭先閉合，然后KT2延時閉合的常閉觸頭閉合，接觸器KM4和KM5先后得電吸合，先后切除電阻R2和R3，直流電動機進入正常運行。 由于起動開始時電動機的反電動勢為零，電壓繼電器KV不會動作,所以接觸器KM1、KM2（或KM3）都不會動作，當電動機建立起反電動勢后，電壓繼電器KV吸合，其常開觸頭閉合，接觸器KM2得電吸合并自鎖，其常開觸頭（7-9）的閉合，為反接制動作好準備。圖中R3為反接制動限流電阻，R為電動機停車時勵磁繞組的放電電阻。假設(shè)電動機原來正轉(zhuǎn)，按下停止按鈕SB1，則正向接觸器KML線圈斷電釋放，此時，電動機由于慣性仍按原方向高速旋轉(zhuǎn)，反電動勢仍較高，電壓繼電器KV不會釋放，因而KML釋放后，KM1線圈得電吸合并自鎖，同時KM1觸頭（25-7）閉合，使接觸器KMR瞬時得電吸合，電樞通以反向電流，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。同時，在R1上的常閉觸頭斷開，使電動機在串入R1的情況下進行反接制動。待轉(zhuǎn)速降低到KV釋放電壓時，KV釋放，斷開KM1的線圈通電