西安邮电大学电气控制技术实验报告.

西安邮电大学电气控制技术实验报告

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指导老师：

实验一：电机的正反转起动

实验目的

1.学习继电器、各种按钮以及接触器的使用

2.学习和掌握PLC控制三相异步电动机正反转的硬件电路及程序设计方法。

3.学习和掌握PLC控制系统的现场接线与软硬件调试方法。

实验器材

安装板1块，热继电器2 个，接触器3个，开关电源1个，2P 空开2 个，3P空开2 个，导线若干，DO模块1个，电机1个，万用表1 个，工具1套。

实验原理

三相异步电动机定子三相绕组接入三相交流电，产生旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组产生感应电流和电磁力，在感应电流和电磁力的共同作用下，转子随着旋转磁场的旋转方向转动。因此转子的旋转方向是通过改变定子旋转磁场旋转的方向来实现的，而旋转磁场的旋转方向只需改变三相定子绕组任意两相的电源相序就可实现。

电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可（我们称为换相），通常是V相不变，将U相与W相对调节器，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于将两相相序对调，故须确保二个KM线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采联锁。为安全起见，常采用按钮联锁（机械）与接触

器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路；使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其长闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护了电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。

接触器的工作原理：

当接触器线圈通电后，线圈电流会产

生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引

动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断

开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电

时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释

放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合实验构

成

电磁继电器的工作原理

电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组

成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部

分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控

制。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过

一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸

引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔

铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用点返回原来的位置，使动触点

与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

空气开关作用原理：

在电路中作接通、分断和承载额定工作电流，并能在线

路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的

保护。断路器的动、静触头及触杆设计成平行状，利用

短路产生的电动斥力使动、静触头断开，分断能力高，

限流特性强。

热继电器的原理：

热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不

同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定

距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而

使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保

护。

电动机正反转运行程序

实验二：电动机△-Y启动控制系统

一．实验目的

1.Y—△降压起动也称为星形—三角形降压起动，简称星三角降压起动。这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程。所不同的是，在起动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），减小了起动电流对电网的影响。而在其起动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压（380V），电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。

2. 三相鼠笼式异步电动机采用Y—△降压起动的优点在于：定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的1/3，起动电流为三角形接法时的1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。其缺点是起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。所以该线路适用于轻载或空载起动的场合。另外应注意，Y—△联接时要注意其旋转方向的一致性。

3.可编程控制器（PLC）是现代自动控制领域的三大支柱之一，为了更好的掌握PLC的使用方法，本次实习就以PLC 控制三相异步电机Y-△启动的方法为例，结合继电器、接触器、空开和控制电路梯形图的关系进行探讨与实验。二．实验器材

西门子S7-300系列cpu315-2DP系列PLC

西门子S7-300系列321系列输入模块

西门子S7-300系列322系列输出模块

正太PS307系列电源

安装板、热继电器、接触器、2p空开、3p空开、三相异步电机、万用表以及导线若干

三．实验原理图以及接口连接图

电路布线图

电路布线图

电路控制梯形图

电路原理图

实物连接图

实物连接图四．实验步骤

１．检查元器件及接线

1）按常规要求查看各电器元件型号规格、质量情况，明确使用方法。特别是对空气阻尼式时间继电器，用手操作检查延时情况，再检查时间继电器的瞬时、延时动作触点的位置。

2）遵循一般接线规律，按图接线。注意电动机六个出线标志的正确接线。

3）自检电路无误后，适当调整时间继电器的延时时间，经老师再作检查后，可接通电源。

２．通电实验

1）自动实现Y-△减压起动控制。把转换开关k1自动位置，即接通，操作k2和k3 实现Y-△切换的减压起动过程，记录下从按k2接法起动到切换成△接法的时间秒。

2）手动实现Y-△减压起动控制。把转换开关k1在手动位置，即断开，按下k2电动机按Y接法起动。起动后，按下k3换成△接法运行。

3）实验过程中若出现异常现象，断开电源，记录下故障现象。分析并排除故障，再通电实验。

实验三利用变频器控制电机正反转

一、实验目的：

1、掌握通用变频器控制异步电动机的主回路接线；

2、掌握通用变频器控制异步电动机变频器内的参数的设定；

3、掌握通用变频器控制异步电动机变频器面板启动方法；

4、掌握通用变频器控制异步电动机变频器外部端子控制变方式的电动机启动方法；

5、掌握通用变频器控制异步电动机的正反转运行方法；

二、实验器材

变频器三相异步电机导线若干

三、实验电路及原理

采用的电路图如图1所示，LI1、LI2、LI3为三相380V电源进线，Q为小型断路器，M为三相异步电动机，S1、S2为转换按钮，用于变频器的外部端子启动，其中S1为正转启动，S2为反转启动（通过设定变频器内部参数来设定），PE为保护接地。

实验电路图如下所示：

四、变频器端子说明及配线

1、主回路端子及功能说明

R S T P+

W

DB P-U V

P1G

图2-4主回路端子图(适用于DRS3000-V4T0055～0075机型)

P+

P-P1

V W

DB

S

R U

T G

图2-5主回路端子图(适应于DRS3000-V4T0110～0150机型)

P1P-U V W P+R S T G

图2-6主回路端子图(适用于DRS3000-V4T0185以上机型)

表2-2主回路端子功能说明

端子标号

功能说明R、S、T

交流电源输入端子，接三相380V交流电源U、V、W

变频器输出端子，接三相交流电动机P1、P＋

直流电抗器连接端子，一端接P1,另一端接P+P+、P-

制动组件连接端子，正极接P+,负极接P-P+、DB 外置制动电阻连接端子,一端接P+,另一端接DB

G

接地端子，接大地

2、 控制回路端子及功能说明

DOG 12CM 3GND AUX 824V

R2A R2C

DO176R1A R1C R1B 5CM VIN VR GND AO2A01AIN 4

图2-7 控制回路端子图

(适用于DRS3000-V4T0055C 以上机型)

表2-3 控制回路端子功能说明

种类 端子标号

端子功能 开 关 信 号 输 入 1 正转运行 — 停止指令

2 反转运行 — 停止指令

3 外部故障输入

4 故障复位输入

5 多功能 输入端子 三线式操作，Local/Remote 控制，多段速切换，加减速禁止，外部中断，过热警告，PID 控制，直流制动，速度搜寻，up/down 功能，PG 速度控制，外部故障，计时功能，多功能模拟输入设定

6

7 8

CM 开关信号公共地端

24V 开关信号24V电源公共端（也可作24V独立电源）

模拟输入信号

VR

速度设定用电源(+12V、+5V可选)（也可作独立

电源）

VIN 电压主速指令（0-10V)

AIN 电流主速指令（4-20mA）

AUX

多功能模拟输入端子：辅助频率指令，指令偏置，指令增益，过转矩检出基准，输出电压补偿，加

减速时间缩短系数，直流制动电流，运转中失速

防止基准，PID控制，频率下限，跳跃频率4 GND 模拟信号公共端子

种类端子标

号

端子功能

模拟输出信号AO1

多功能模拟输出端子：频率指令，输出频率，输出电流，输出电压，直流电压，PID控制量，外部模拟指令输入VIN 、 AIN 或 AUX(2mA以下）

AO2

GND 模拟信号公共端

开关

输出信号

R1

A

继电器A接点（多功能输出端子）

功能与端子

DO1,DO2相同

R1B 继电器B接点（多功能输出端子）

R1C 继电器公共端

D01

多功能（开集电极）输出：运转中，零速，频率一

致，任意频率一致，输出频率，准备完成，低电压

检出，输出中断，运转及频率指令，过转矩检出，

频率指令无效，故障，低电压，过热，电机过负载，

变频器过负载输出，故障重试中，通讯故障，计时

功能输出

DO2 R2A

R2C

DOG开集电极公共端

五、实验内容及步骤

1、按电路图图所示进行外部连线（变频器的动力引出线和控制线已经引出到实验板的端子上，在连线时不需打开变频器的面板，电动机线直接引到相应的端子上，并确认相应的线号）。

2、确定接线正确无误，连接可靠后，将变频器上电。

3、在变频器的面板上进行设置，通过调参完成对电机正反转的控制。

试验中的相关图片如下：

实验心得：

这几次实验课一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这几次比较完整的设计电动机的PLC控制，我摆脱了单纯的理论知识学习状态。通过实际设计相结合，锻炼了我综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。提高了我的意志力和品质力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎样缓解压力，学会了独立思考、逻辑思维、提出问题、分析问题、解决问题的方。

总的来说这几次次实训收获很多，以前只在图纸上看到这些接线图。而这次是让我们通过对图形的理解，接出相应的实物接线图。由于对线路图本身也有一定的理解，所以接线本身不是很大的问题，关键是要注意一些细节的地方，很容易出错。通过这次实训，我懂得了，在面对困难的时候，要有勇于战胜和克服困难的决心，在接线的时候，要多想想为什么这样子接，要按步骤的接线，避免漏接线路。