CN105070165A - 一种教学用电动机负载调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的教学用电动机负载调控装置，包括箱体，所述箱体底部的四个边角分别设有一根支撑腿，所述支撑腿的底部通过滚轮支架上的螺栓固定连接一滚轮，箱体下方设有连接四根支撑腿的底板，所述箱体的上表面设有散热窗和控制面板，所述箱体的两侧设有栅格通风口，所述箱体的前端设有箱门，所述箱门右下角设有观察窗，所述箱体内部通过隔板分为上下两个腔体，隔板上方的腔体内设有若干白炽灯，隔板下方的腔体内设有传动装置。该装置可以将“生产现场”带进了实验室，在实验室内即可完成电动机空载、负载、超载、堵转等一系列电动机拖动中与所具有的特性，通过发电机的反馈信号与变频器的闭环自动控制，在室验室中就能完成变频恒压控制。

Description

一种教学用电动机负载调控装置

技术领域

本发明涉及一种教学实验、实训装置，特别是一种教学用电动机负载调控装置。

背景技术

在教学过程中，为了能够教会学生将理论和实际相结合，实训操作演示是目前采用的常规手段，在以往的实训过程中；三相电动机多采用模拟或空载控制；没有直实负载、没有工作电流变化，没有托动及过程；往往不能让电动机直接带上真正的负载(例如水泵负载,风机负载)学生很难通过负载的变化体会到与其关联的控制环节及运行特性。

发明内容

为解决上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种教学用电动机负载调控装置，可以将“生产现场”带进了实验室，在实验室内即可完成电动机空载、负载、超载、堵转等一系列电动机拖动中与所具有的特性，通过发电机的反馈信号与变频器的闭环自动控制，解决了目前室验室中不能完成的变频恒压控制的难题。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，包括箱体，所述箱体底部的四个边角分别设有一根支撑腿，所述支撑腿的底部通过滚轮支架上的螺栓固定连接一滚轮，箱体下方设有连接四根支撑腿的底板，所述箱体的上表面设有散热窗和控制面板，所述箱体的两侧设有栅格通风口，所述箱体的前端设有箱门，所述箱门右下角设有观察窗，所述箱体内部通过隔板分为上下两个腔体，隔板上方的腔体内设有若干白炽灯，隔板下方的腔体内设有传动装置；

所述的控制面板上设有负载箱外接线端子、工作电压表、运行电流表、转换开关、输出电压表、输出电流表、电压反馈输出端口、电流反馈输出端口、电子调压器、外接插座、蜂鸣器；

所述的传动装置包括电动机和发电机，电动机和发电机分别通过螺栓固定在机座盘上，电动机一侧固定有电动机接线盒端子，发电机一侧固定连接有发电机接线盒，发电机和电动机的皮带轮通过传送带连接，电动机前轴通过花篮螺丝杆与发电机本体连为一体，电动机后轴设有刹车系统，所述的刹车系统包括刹车皮、转鼓、闸碗、中轴和壳体，中轴和电动机后轴同轴转动，所述转鼓通过闸线与刹车柄连接；

所述负载箱外接线端子与电动机接线盒端子对应端口一一连接，负载箱接线端子和电动机接线盒端子之间的连接线路上设有工作电压表和运行电流表，电动机接线盒端子与电动机电连接，发电机产生的电压经过变压器降压后连接电压反馈输出端口，发电机产生的电流经过感应线圈后连接电流反馈输出端口，输出电压表和输出电流表测量发电机的输出电压和输出电流，发电机的输出端通过连接电子调压器控制并联的外接插座和白炽灯，外接插座和白炽灯通过转换开关实现切换。

进一步的，所述机座盘的底部设有若干防震垫。

进一步的，所述的控制面板与箱体下表面的夹角为60度。

进一步的，所述刹车系统外侧的电动机后轴上固定有侧立板。

优选的，所述的电压反馈输出端口的电压输出范围为0-10V。

优选的，所述的电流反馈输出端口的电流输出范围为0-20mA。

进一步的，所述的电子调压器包括滑动变阻器RP、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、双向触发二极管D1、晶闸管T1，晶闸管T1的第1引脚连接发电机输出端，晶闸管T1的G极连接双向触发二极管D1一端，双向触发二极管D1另一端接电阻R3一端，电阻R3另一端分别连接电容C1一端和电阻R2一端，电容C1另一端接晶闸管T1的第1引脚，电阻R2另一端接滑动变阻器RP的一个固定端和滑动端，滑动变阻器RP的另一个固定端分别接晶闸管T1的第2引脚和电阻R1一端，电阻R2另一端连接由外接插座和白炽灯并联组成的负载。

本发明的有益效果是：

1、负载拖动状态下，电压表、电流表即可指电动机的输出电压及电流，同时又对应显示0－10V反馈电压值，0－20mA反馈电流值。

2、控制面板斜度60度，便于观察及操作。电动机输入端采用常规地六端子内插式，与现有实验室直接接轨，实现了各校实验室的通用性、方便性及安全性便。

3、柜体前脸设有电机观察窗，可方便的观测电机转向及转速。

4、外接负载电源插座，为超载实验之用，该负载属自备；可选用交流220V，功率小于300W的热水器、电铬铁等用电器。

5、全部电动设施安装在机座盘上，可全盘放入柜体，大大方便了安装和搬运。防震垫与柜体隔离，基本消除电机传动操音。由于整体四脚带轮并何定位，以方便于移动的。底板放一些常用的引线工具等。

附图说明

图1是本发明装置立体结构示意图；

图2是拆掉箱体后侧的装置后视立体结构示意图；

图3是本发明装置的控制面板示意图；

图4是本发明装置的传动结构主视图；

图5是本发明装置的传动结构俯视图；

图6a是本发明装置的传动结构刹车系统原理图；

图6b是图6a刹车状态原理图；

图7是本发明装置的电路原理图；

图8是图7中电子调压器部分的电路原理图；

图9是实验1的接线示意图；

图10是实验1的电路原理示意图；

图11是实验2的接线示意图；

图12是实验3的接线示意图；

图中：1箱体，2底板，3支撑腿，4滚轮，5通风口，6散热窗，7控制面板，71负载箱外接线端子，72工作电压表，73运行电流表，74转换开关，75输出电压表，76输出电流表，77电压反馈输出端口，78电流反馈输出端口，79电子调压器，710外接插座，711蜂鸣器，8箱门，9观察窗，10隔板，11白炽灯，12传动装置，121电动机接线盒端子，122电动机，123发电机，124花篮螺丝杆，125传送带，126电动机后轴，127刹车系统，1271刹车皮，1272转鼓，1273闸碗，1274中轴，1275壳体，128侧立板，129刹车柄，1210闸线，1211机座盘，1212防震垫，1213发电机接线盒，1214电动机前轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施进行说明，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图2所示的一种教学用电动机负载调控装置，包括箱体，所述箱体底部的四个边角分别设有一根支撑腿，所述支撑腿的底部通过滚轮支架上的螺栓固定连接一滚轮，箱体下方设有连接四根支撑腿的底板，所述箱体的上表面设有散热窗和控制面板，所述箱体的两侧设有栅格通风口，所述箱体的前端设有箱门，所述箱门右下角设有观察窗，所述箱体内部通过隔板分为上下两个腔体，隔板上方的腔体内设有若干白炽灯，隔板下方的腔体内设有传动装置。所述的控制面板与箱体下表面的夹角为60度。

图1中，整套传装置安装于箱体内，将所实验的电路与该箱控制面板电机输入端子相连，实验电路启动后，可通过“分离”、“无级”分别对五只白炽灯进行调控。散热窗可看到负载的变化情况。观察窗可看到电机的转动。底板可以放置实验实训中相关的插接线及工具等。箱体设有滚轮，在实验室内可方便的移动。

图2中，白炽灯安装在柜体上方依次顺序排开，箱体下方固定电动机、发电机。侧面固定有刹车柄，拉动柄把牵动闸线拉紧涨闸阀板致使电机堵转。

如图4、图5所示，所述的传动装置包括电动机和发电机，电动机和发电机分别通过螺栓固定在机座盘上，电动机一侧固定有电动机接线盒端子，发电机一侧固定连接有发电机接线盒，发电机和电动机的皮带轮通过传送带连接，电动机前轴通过花篮螺丝杆与发电机本体连为一体，电动机后轴设有刹车系统，所述机座盘的底部设有若干防震垫。发电机为独脚落地,固定于机座盘上，通过花篮螺丝杆与电动机组合为一体，即可支承，又可使三角带传送带松紧合理，拆装便捷。为了降低实验过程中的震动，机座盘与外壳底采用防震垫连接，四脚也选用软质材料。

如图6a和图6b所示，所述的刹车系统包括刹车皮、转鼓、闸碗、中轴和壳体，中轴和电动机后轴同轴转动，所述转鼓通过闸线与刹车柄连接。中轴、闸碗与电动机后轴同步转动，这时刹车柄拉动闸线向右偏移，与其固定为一体转鼓拨动刹车皮向周边涨起，与的旋转闸碗强烈磨擦，欲使电动机刹车。

电动机后转轴端固定一侧立板与涨闸外壳于一起,当电动机转动时，后转轴与涨闸碗同步转动，拉动刹车柄时，牵动闸线拉紧涨闸阀板使其扩张闸碗磨擦，致使电机堵转。

如图3所示，所述的控制面板上设有负载箱外接线端子、工作电压表、运行电流表、转换开关、输出电压表、输出电流表、电压反馈输出端口、电流反馈输出端口、电子调压器、外接插座、蜂鸣器；如图7所示，所述负载箱外接线端子与电动机接线盒端子对应端口一一连接，负载箱接线端子和电动机接线盒端子之间的连接线路上设有工作电压表和运行电流表，电动机接线盒端子与电动机电连接，发电机产生的电压经过变压器降压后连接电压反馈输出端口，发电机产生的电流经过感应线圈后连接电流反馈输出端口，输出电压表和输出电流表测量发电机的输出电压和输出电流，发电机的输出端通过连接电子调压器控制并联的外接插座和白炽灯，外接插座和白炽灯通过转换开关实现切换。所述的电压反馈输出端口的电压输出范围为0-10V。所述的电流反馈输出端口的电流输出范围为0-20mA。

输出电压表和输出电流表显示发电机的拖动负载时的输出电压、输出电流。由于与0-10V直流电压输出；0-20mA直流电流输出同步变化。所以将其合为一表，在表的下则表盘为其值读数。不但易于对比观察，同时还节约了控制面板的空间。

电动机采用三相异步电动机、0.75KW、380V、50HZ、工作电流2.1A，转速1390r/min。

发电机采用输出电压220V、输出功率1000W、额定转速1400r/min。

如图8所示，所述的电子调压器包括滑动变阻器RP、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、双向触发二极管D1、晶闸管T1，晶闸管T1的第1引脚连接发电机输出端，晶闸管T1的G极连接双向触发二极管D1一端，双向触发二极管D1另一端接电阻R3一端，电阻R3另一端分别连接电容C1一端和电阻R2一端，电容C1另一端接晶闸管T1的第1引脚，电阻R2另一端接滑动变阻器RP的一个固定端和滑动端，滑动变阻器RP的另一个固定端分别接晶闸管T1的第2引脚和电阻R1一端，电阻R2另一端连接由外接插座和白炽灯并联组成的负载。在负载的线性调控中，电子调压器可以使电压从0～220V线性调节，如图8所示，当转换开关置于“无级”状态时，五只150W的白炽灯呈并联状态。旋动电子调压器“功率调控”电位器负载功率可由小到大变化。

电压反馈输出端口的由B2；220V/8V5W变压器，通过全波桥式整流，1000u电容器滤波电容后取出。

电流反馈输出端口的电流互感器H的结构与变压器类似，是由两个互相绝缘绕在同一铁心上的线圈组成。当一次线圈有剩余电流时，二次线圈就会感应出电流。铁芯材料采用非晶态软磁合金带(高磁导率的磁性材料)初级绕制7圈，次级Φ0.12漆包线绕制1000匝，同样通过整流滤波后取出。

负载箱电动机外接端子、二根相线工作电压表V1并联、串入运行电流表A，分别与三相电机原接线盒端子对应相接，电动机得电后转动，转轴固定有皮带轮及传送带拖动发电机转动。将电动机后转轴的网扇、罩壳摘除，安装有刹车系统的涨闸。发电机产生了220V交流电，其发电能量直接由L1-L5五只150W的白炽灯将其消耗，从而反映出电动机的拖动负载的运行情况。可通过选择“分离”、“无级”二种方式对负载进行调控；K为双掷六刀转换开关，当K掷于“分离”位置时，6路分别接通，任意开启SH1-SH6均可使对应的灯泡点亮。当K掷于“无级”位置时；6路一次接通，这时可通过电子调压器对其无级调压。发电机输出端接有电压表V2、电流表A2，可方便的显示输出伏安值，即电动机拖动负载的运行特性。与此同时电压端联接了由变压器、整流、稳压等构成的0－10V的电压反馈输出端口；由电流互感器H整流后取得了0－20mA电流反馈输出端口。对实验实训过程变频闭环控制建立了反馈信号源。L6为电源插座可外接小于300W临时负载(如电热水器等)，做为电机过载实验的扩充。拉动刹车柄可使涨闸阻截电动机转轴同步转动的刹车碗转动，电机呈堵转状态，堵转时行程开关闭合，蜂鸣器报警，以提醒实验者慎用，操作需注意电机安全。

为了更好的说明本装置的优越性，选取本装置可以实现的经典实验来展示本装置具体使用时的效果。

实验1：电动机超载、堵转等实验

如图9和图10所示，采用市场上任意电动机保护器，这里选用JD-5B电动机综合保护器，并按图中所示准备交流接触器、按钮、断路器及导线等。

安装调试过程如下：

1)1、2为工作电源；3、4为常闭触点。

2)将实验电路安装好三相电源线分别穿过保护器的三个白色导线孔T1，T2，T3，接在电动机负载柜的外接负载端子上。(对于电流小于3A的电动机，要将三相电源线分别同方向穿绕保护器导线孔几圈，并应考虑电动机空载运行电流较小，使其穿线次数要相应增多。)

3)将电流调节旋钮顺时针旋到底。启动电动机，电动机能正常运转，同时保护器面板上运行指示灯亮，然后将电流调节旋钮细心缓慢地逆时针方向转动，直至过载报警灯闪亮后，再顺时针稍退回一点。启动电路，负载箱电机转动；这时可根椐实验要求分别选取不同的负载功率分别投入(150W*5)，并逆时针旋动门限值，直到保护停车。根根要求适当扩大门限，即可起到各种不同负载的过流保护。

4)在正常负载运转情况下，运行指示灯亮，过载和断相指示灯不亮，此时须人为对电机进行额外加载，这时报警灯即闪亮，整个调试过程完毕。

5)堵转实验时可向外拉动刹车柄，可由涨闸紧刹电动机转轴，可进行电动机堵转测试及保护实验。拉动刹车柄时，电机堵转报警器提做出警示。

在实施过流保护实验中，可以分别选用无级、分离二种方式，通过外接负载插口，可连接低于300W的外接用电器；如电铬铁、热水器等，可进行超载等实验。

实验2：闭环变频恒压控制实验

该实验是通过负载箱调控过徎，再现生产实践中控制过徎，不论人为如何改变负载，通过负载箱的反馈信号使变频器行成闭环控制，并自动调整电动机的转速，使负载拖动呈恒电压输出状态；即人为减小负载时，电机转速自动变慢，降低动力过胜；如人为增加负载时，电机转速自动则加速，以补充能力的供给。

如图11所示，选用任意用变频器(以国产安普变频器为例)，频率设定端与负载箱拖动反馈电压端相连，根椐要求给变频器设定参数。启动电机分别选择“无级”或“分离”二种调整方式；投入并人为变化负载输出功率，变频器将通过“0－10V”的变化信号自动调节电动机转速，使之行成恒电压输出，该实验调试过程与远传压力表为电压信号的变频恒压供水完全一至。起步“分离”状态时，一般开启白炽灯2－3只，保留上下浮动的变化空间。

功能参数设定：

该实验中需要设定：基本运行参数(b参数)，闭环控制专用参数(s参数)。当需要的参数设定完成后，通过(d参数)查看设定的值。

1、b参数设定

代码	名称	设定范围
			B-0	频率输入通道选择	1
B-1	频率数字设定	0-10
			B-5	上限频率	50
B-6	下限频率	20

2、s参数设定

代码	名称	设定范围
			S-0	内置pid控制	1
S-1	Pid通道选择	1
			S-2	Pid反馈通道选择	0
S-3	反馈信号特性	0
			S-4	反馈通道增益	0.1

3、d查看设定值

记录好输入电压、输入电流、输出电压、输出电流在负载不同时各项变化。各项数据记录完成后，可以得出通过负载的变化电压电流就会有变化，变频器可以自动变频，调整电动机的转速，形成闭环控制。

实验3：闭环变频恒流控制实验

该实验是通过负载箱的电流反馈信号与变频器行成闭环控制，自动调整电动机的转速，使负载拖动呈恒电流输出状态；即人为减小负载时，反馈电流增加，电机转速自动变慢，如人为增加负载反馈电流减小，电机转速自动加速。

选用任一通用变频器(以国产安普变频器为例)，频率设定端与负载箱拖动反馈电流端相连，

如图12所示，频率设定端与负载箱拖动反馈电流端相连，投入并人为变化负载输出功率，变频器将通过“0－20mA”的变化信号自动调节电动机转速，使之行成恒电流输出，该实验调试过程与远传压力表为电流信号的变频恒压供水完全一至。起步“分离”状态时，仍采用2－3白炽灯留有变化空间。

变频器功能参数设定；完成该实验内容施及到的基本参数为：频率输入通道选择(1)、频率数字设定(0-20；一般设守为中间值为10)、内置PID控制(1)、反馈信号特性(0)、反馈通道增益(0.19)等。

除了上述的实验外，该装置还可以做欠载、星-三角智能转换等多种实验内容。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，包括箱体，所述箱体底部的四个边角分别设有一根支撑腿，所述支撑腿的底部通过滚轮支架上的螺栓固定连接一滚轮，箱体下方设有连接四根支撑腿的底板，所述箱体的上表面设有散热窗和控制面板，所述箱体的两侧设有栅格通风口，所述箱体的前端设有箱门，所述箱门右下角设有观察窗，所述箱体内部通过隔板分为上下两个腔体，隔板上方的腔体内设有若干白炽灯，隔板下方的腔体内设有传动装置；

所述的控制面板上设有负载箱外接线端子、工作电压表、运行电流表、转换开关、输出电压表、输出电流表、电压反馈输出端口、电流反馈输出端口、电子调压器、外接插座、蜂鸣器；

所述的传动装置包括电动机和发电机，电动机和发电机分别通过螺栓固定在机座盘上，电动机一侧固定有电动机接线盒端子，发电机一侧固定连接有发电机接线盒，发电机和电动机的皮带轮通过传送带连接，电动机前轴通过花篮螺丝杆与发电机本体连为一体，电动机后轴设有刹车系统，所述的刹车系统包括刹车皮、转鼓、闸碗、中轴和壳体，中轴和电动机后轴同轴转动，所述转鼓通过闸线与刹车柄连接；

所述负载箱外接线端子与电动机接线盒端子对应端口一一连接，负载箱接线端子和电动机接线盒端子之间的连接线路上设有工作电压表和运行电流表，电动机接线盒端子与电动机电连接，发电机产生的电压经过变压器降压后连接电压反馈输出端口，发电机产生的电流经过感应线圈后连接电流反馈输出端口，输出电压表和输出电流表测量发电机的输出电压和输出电流，发电机的输出端通过连接电子调压器控制并联的外接插座和白炽灯，外接插座和白炽灯通过转换开关实现切换。

2.根据权利要求1所述的一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，所述机座盘的底部设有若干防震垫。

3.根据权利要求1所述的一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，所述的控制面板与箱体下表面的夹角为60度。

4.根据权利要求1所述的一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，所述刹车系统外侧的电动机后轴上固定有侧立板。

5.根据权利要求1所述的一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，所述的电压反馈输出端口的电压输出范围为0-10V。

6.根据权利要求1所述的一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，所述的电流反馈输出端口的电流输出范围为0-20mA。

7.根据权利要求1所述的一种教学用电动机负载调控装置，其特征在于，所述的电子调压器包括滑动变阻器RP、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、双向触发二极管D1、晶闸管T1，晶闸管T1的第1引脚连接发电机输出端，晶闸管T1的G极连接双向触发二极管D1一端，双向触发二极管D1另一端接电阻R3一端，电阻R3另一端分别连接电容C1一端和电阻R2一端，电容C1另一端接晶闸管T1的第1引脚，电阻R2另一端接滑动变阻器RP的一个固定端和滑动端，滑动变阻器RP的另一个固定端分别接晶闸管T1的第2引脚和电阻R1一端，电阻R2另一端连接由外接插座和白炽灯并联组成的负载。