顧宏亮

摘 要 為不斷完善職業(yè)學(xué)校實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，在自主開發(fā)教具時(shí)，都會(huì)因三相電機(jī)體積過大、過重、運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象不直觀、缺相運(yùn)轉(zhuǎn)易損壞電機(jī)等缺陷而煩惱。筆者運(yùn)用電子技術(shù)設(shè)計(jì)了一款三相電機(jī)運(yùn)行仿真裝置，彌補(bǔ)了上述缺陷，提高了電力控制類課程實(shí)習(xí)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 三相電機(jī) 運(yùn)行仿真 電路設(shè)計(jì)制作

中圖分類號(hào)：TM307文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The Design of Three-phase Motor Running Simulation Device

GU Hongliang

(Jiangsu Wuxi Technician School, Wuxi, Jiangsu 214000)

Abstract To constantly improve the practice teaching in vocational schools, when the independent development of teaching aids, oversized, overweight, and running for three-phase motors are not intuitive, phase failure operation defects fretting damage motor. The author uses electronic technology to design a three-phase motor simulation apparatus, made up for this flaw, improving the effect of the practice teaching of electric power control.

Key words three-phase motor; running simulation; circuit design

0 緒論

為不斷完善職業(yè)學(xué)校實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師在開展日常實(shí)習(xí)教學(xué)過程中，自主開發(fā)各類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教具就顯得尤其重要。其中，在開發(fā)電力拖動(dòng)、電氣控制類課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教具過程中，都會(huì)遇到因三相電機(jī)體積過大、過重給制作帶來麻煩，雖然有小功率的三相電機(jī)，當(dāng)要同時(shí)安裝多個(gè)也就有相當(dāng)重量了。特別是制作示教板，由于要考慮教具的重心平衡，不得不把支撐架做的很大，給日常的使用帶來麻煩，顯得過于笨重。另外，三相電機(jī)在運(yùn)行過程中的正反轉(zhuǎn)控制和缺相運(yùn)行控制直觀效果不明顯，并易損壞電機(jī)，給教學(xué)效果帶來了一定的影響。鑒于此，有必要開發(fā)能直觀顯示三相電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程的設(shè)備，解決上述問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路

圖1

1.1 電路性能要求

功能要求：（1）模擬三相電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；（2）模擬三相電動(dòng)機(jī)的缺相運(yùn)行；（3）模擬三相電動(dòng)機(jī)的失電停轉(zhuǎn)運(yùn)行；（4）三相電源顯示與缺相顯示；

性能特點(diǎn)：（1）強(qiáng)弱電部分相互隔離；（2）體積小、重量輕；（3）控制可靠性高；（4）工作無噪聲，無熱量；（5）成本低廉；

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖（圖1）

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

2.1 取樣電路

為盡可能減小裝置的體積，考慮到電路中的強(qiáng)電部分與弱電部分相互隔離（通過光電耦合器來實(shí)現(xiàn)），工作電流較小，因此取樣電路采用電容降壓，取樣所得到的50HZ正弦波，分別作為相位識(shí)別電路與三相電源顯示電路的輸入信號(hào)。為提高電路控制的可靠性，主要采取兩項(xiàng)措施實(shí)現(xiàn)。（1）為增強(qiáng)相位識(shí)別的可靠性，取L1與L3，相位相差240白魑相位比較信號(hào)輸入。?）為防止電網(wǎng)中的干擾脈沖，抑制地線干擾，在相位識(shí)別電路之前用555電路構(gòu)成施密特電路（IC3、IC6），將正弦波轉(zhuǎn)換為矩形波，送至光電耦合器（IC4、IC5），并采用光電耦合器作隔離輸出(如圖2)；而作為三相電源顯示電路的輸入信號(hào)，則對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行全波整流、電容濾波，經(jīng)穩(wěn)壓后送至光電耦合器（IC7、IC8、IC9）隔離輸出。

圖2

2.2 相位識(shí)別電路

相位識(shí)別電路由IC2B（CD4013）構(gòu)成，CD4013為COMS雙D觸發(fā)器，本電路選用其中一組；由光電耦合器得到的兩個(gè)矩形波信號(hào)分別加至D觸發(fā)器D端和CP端，Q端為輸出信號(hào)（如圖3）。

圖3

由圖4三相矩形波形圖可以看出，L1為上升沿時(shí)，L3為低電平；當(dāng)反相時(shí)即L3為上升沿時(shí)，L1為高電平。利用D觸發(fā)器功能原理得：設(shè)L1接CP端，L3接D端，由于L1超前L3，當(dāng)CP=0→1、D=0，則Q=0，K1不吸合，電機(jī)正轉(zhuǎn)仿真運(yùn)行；設(shè)L3接CP端，L1接D端，當(dāng)CP=0→1、D=1時(shí)，Q=1，K1吸合，電機(jī)反轉(zhuǎn)仿真運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了相位的識(shí)別。

2.3 三相電源顯示電路

圖4

在光電耦合器IC7、IC8、IC9輸出端串接發(fā)光管（LED1、LED2、LED3），當(dāng)L1、L2、L3正常時(shí)，因光耦輸出端導(dǎo)通而發(fā)光指示，當(dāng)缺相時(shí)則因輸出端開路而不發(fā)光，指示缺相相序。為能辨別相序，可用三種不同顏色發(fā)光管指示(如圖5)。

圖5

2.4 缺相信號(hào)控制電路

由三個(gè)非門電路（IC10A）和二極管（D18、D19、D20）組成與非門（如圖6）。當(dāng)三相電源正常時(shí)，IC10A的輸入端為低電平，輸出高電平，D18、D19、D20截止，V2基極為高電平而截止，K2不吸合，此時(shí)三相電機(jī)運(yùn)行顯示電路的轉(zhuǎn)速為 = ，表示正常運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)當(dāng)缺L1相時(shí)，IC10A-5腳輸入為高電平，輸出低電平，D20導(dǎo)通，此時(shí)因V2基極為低電平而飽和導(dǎo)通，K2吸合，此時(shí)三相電機(jī)運(yùn)行顯示電路的轉(zhuǎn)速為 = ，由于C11＞C12，因此相對(duì)上者較小，轉(zhuǎn)速也相對(duì)變慢，此時(shí)表示缺相運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)缺相控制。

2.5 失電信號(hào)控制電路

由三個(gè)非門電路（IC10B）和二極管（D21、D22、D23）組成或非門（如圖7）。當(dāng)三相電源正常時(shí)，IC10B的輸入端為低電平，輸出高電平，D21、D22、D23導(dǎo)通，V3基極為高電平飽和導(dǎo)通，顯示三相電機(jī)運(yùn)行電路正常工作；設(shè)當(dāng)缺L1相時(shí)，IC10B-3腳輸入為高電平，輸出低電平，D23截止，此時(shí)V3基極仍為高電平不變，顯示三相電機(jī)運(yùn)行電路正常工作；只有當(dāng)L1、L2、L3全失電時(shí)，D21、D22、D23均截止，此時(shí)因V3基極為低電平而截止，顯示三相電機(jī)運(yùn)行電路不顯示，實(shí)現(xiàn)失電控制。

2.6 三相電機(jī)運(yùn)行顯示電路

由多諧振蕩器（IC11）、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器（IC12）與兩組發(fā)光管（LED4-LED13、LED14-LED23）構(gòu)成三相電機(jī)運(yùn)行顯示電路（如圖8）。IC11（NE555）與C12（C11）、R22、R23組成多諧振蕩器，為由IC12（CD4017）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器提供振蕩脈沖，振蕩頻率為 = ，改變R、C便可改變；IC12與兩組發(fā)光管構(gòu)成顯示電路，將兩組發(fā)光管交替排列，圍成圓形，當(dāng)LED4-LED13依次發(fā)光時(shí)，表示電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)LED14-LED23依次發(fā)光時(shí)，表示電機(jī)反轉(zhuǎn)；為使顯示比較清晰，采用 10高亮度綠色發(fā)光管，組裝底板采用有機(jī)玻璃，覆以紅色薄膜，底板直徑為95厘米。顯示電路組裝外形（如圖9）。

圖8圖9

3 結(jié)束語

上述裝置在實(shí)際使用過程中，取得了良好得教學(xué)效果。采用電子技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行仿真，不但適用于職業(yè)學(xué)校生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)，還能運(yùn)用于對(duì)一些遠(yuǎn)程、危險(xiǎn)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控等場(chǎng)合，開發(fā)前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳傳虞.脈沖與數(shù)字電路.第三版.高等教育出版社,1999.7.

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