一种电机与拖动实验平台的制作方法

1.本实用新型涉及实验平台技术领域，特别是一种电机与拖动实验平台。


背景技术：

2.目前，对电机与拖动实验平台的研究主要以软件仿真为主，实际操作的实验平台并不发达，不能让学生真正的体验学习的专业课内容，错失了深入学习电机拖动的大好机会。现有的电机拖动实验平台设备较少，功能不全，给学生提供的实验内容不够丰富。早期的电机与拖动实验装置大多以散件为主，没有进行集成化设计，接线极其不方便，且一些元器件多次拆装大大的降低了其使用寿命，提高了不必要的实验成本。为促进现代化的实践教学，适应现代电气控制技术的飞速发展，更多地培养学生的创新能力与实践能力，加强实践教学的硬件建设，亟需设计功能丰富的集成化电机与拖动实验平台。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种方便进行步进电机、三相交流异步电机及直流永磁有刷电机的拖动实验，解决了高等院校电机与拖动教学实验设备缺乏、功能单一的问题，方便教师进行实践教学，能使学生更好的了解电机结构，掌握电机接线方法、控制方法、工作特性及工作原理，提高实践能力，更好的学习专业技术的电机与拖动实验平台。
4.本实用新型采用如下技术方案：
5.一种电机与拖动实验平台，包括有：
6.实验平台外壳；
7.步进电机实验模块，包括步进电机、步进电机驱动器及编码器，步进电机驱动器连接并驱动步进电机运转，编码器与步进电机同轴连接；
8.三相交流异步电机实验模块，包括三相交流异步电机及三相交流异步电机控制电路；
9.直流永磁有刷电机实验模块，包括直流永磁有刷电机及连接并控制直流永磁有刷电机的直流永磁有刷电机调压调速器；
10.主控制器，连接并控制步进电机驱动器及三相交流异步电机控制电路，所述编码器的信号输出端连接至主控制器；
11.以及平台控制面板，步进电机实验模块、三相交流异步电机实验模块、直流永磁有刷电机实验模块及主控制器的接线端及控制端均引出至平台控制面板上，平台控制面板上还设置有外接电源接口。
12.进一步地，所述步进电机实验模块、三相交流异步电机实验模块、直流永磁有刷电机实验模块及主控制器集成设置于实验平台外壳内，平台控制面板设置于实验平台外壳表面。
13.进一步地，所述直流永磁有刷电机实验模块还包括有可选择性接入电路、与直流
永磁有刷电机电枢串接的若干不同阻值的电阻接口。
14.进一步地，所述三相交流异步电机控制电路包括接触器及中间继电器，中间继电器通过接触器连接控制三相交流异步电机，主控制器连接控制中间继电器；所述平台控制面板上还设置有外接变频器接口，外接变频器接口与三相交流异步电机电连接，用于连接外部变频器以对三相交流异步电机进行调速控制。
15.进一步地，所述三相交流异步电机实验模块还包括有与三相交流异步电机电连接、用于短路保护的熔断器及用于过载保护的热继电器。
16.进一步地，所述步进电机采用丝杠步进电机，具有丝杠滑台，丝杠滑台上沿丝杠延伸方向依次设置有电机正转限位开关、原点限位开关和电机反转限位开关，用于控制步进电机到达限位点自动停止。
17.进一步地，所述平台控制面板上设置有触摸屏，以及控制按钮和/或控制旋钮和/或钮子开关，所述主控制器通信连接触摸屏，所述步进电机实验模块、三相交流异步电机实验模块、直流永磁有刷电机实验模块的控制端连接至主控制器、控制按钮、控制旋钮、钮子开关中的一种或多种。
18.进一步地，所述平台控制面板上设置有分别与步进电机实验模块、三相交流异步电机实验模块、直流永磁有刷电机实验模块及主控制器的接线端相对应的接线端口，各接线端与其对应的接线端口电连接。
19.进一步地，所述主控制器采用plc。
20.进一步地，所述外接电源接口包括三相交流380v电源接口及直流24v电源接口。
21.由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
22.第一，通过将步进电机实验模块、三相交流异步电机实验模块、直流永磁有刷电机实验模块、主控制器集成化设置于实验平台上，并将接线端及控制端引出至平台控制面板，方便进行步进电机、三相交流异步电机及直流永磁有刷电机的拖动实验，解决了高等院校电机与拖动教学实验设备缺乏、功能单一的问题，方便教师进行实践教学，也能使学生更好的了解电机结构，掌握电机接线方法、控制方法、工作特性及工作原理，提高实践能力，更好的学习专业技术。同时，各实验模块可根据实验需要进行随意组合，提高了实验的灵活性和功能扩展性。
23.第二，步进电机实验模块，可进行步进电机正反转、相对正反转、步进电机设定距离控制及步进电机与编码器综合实验，能供学生学习调试步进电机的驱动电路、步进电机基本特性的测定、了解步进电机的调速方法，以更好的掌握步进电机的结构、控制方式、接线方法及运动特性等。另外，通过设置编码器，可进行步进电机与编码器综合实验；通过在丝杠滑台上设置电机正转限位开关、原点限位开关和电机反转限位开关，可进行步进电机正反转限位及寻找原点实验。
24.第三，直流永磁有刷电机实验模块，可进行直流永磁有刷电机的启动、调速及正反转控制实验，能够让学生更好的掌握直流永磁有刷电机的结构，以及其启动特性，直流永磁有刷电机的调速方法的原理及特性。另外，通过设置可选择性接入电路的不同阻值的电阻接口，可进行直流永磁有刷电机电枢串电阻实验。
25.第四，三相交流异步电机实验模块，用于进行三相交流异步电机的空载启动、星三
角正反转启动及变频器多段速调速实验，学生可对电机进行参数测定，研究三相交流异步电机的工作特性，完成理论课程的实验任务，以更好的掌握三相交流异步电动机的启动及特性、星三角降压启动的方法、正反转控制原理以及控制方法等。
附图说明
26.图1是本实用新型具体实施方式的平台控制面板的结构示意图；
27.图2是本实用新型具体实施方式的电气原理框图。
28.图中：1.步进电机实验模块，11.步进电机，2.三相交流异步电机实验模块，21.三相交流异步电机，3.直流永磁有刷电机实验模块，31.直流永磁有刷电机，32.直流永磁有刷电机调压调速器，33.电阻接口，34.控制按钮，35.控制旋钮，4.主控制器，5.平台控制面板，51.触摸屏，52.急停按钮。
具体实施方式
29.以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。
30.参照图1和图2，本实用新型的一种电机与拖动实验平台，包括有实验平台外壳、步进电机实验模块1、三相交流异步电机实验模块2、直流永磁有刷电机实验模块3、主控制器4以及平台控制面板5。步进电机实验模块1、三相交流异步电机实验模块2、直流永磁有刷电机实验模块3及主控制器4集成设置于实验平台外壳内，平台控制面板5设置于实验平台外壳表面。主控制器4采用plc。
31.平台控制面板5上设置有分别与步进电机实验模块1、三相交流异步电机实验模块2、直流永磁有刷电机实验模块3及主控制器4的接线端相对应的接线端口，各接线端与其对应的接线端口电连接。还设置有外接电源接口，包括三相交流380v电源接口及直流24v电源接口。平台控制面板5上设置有触摸屏51及急停按钮52，主控制器4通信连接触摸屏51，主控制器4与触摸屏51采用rs-485通信。本实施例中，主控制器4与触摸屏51采用触摸屏plc一体机。步进电机实验模块1，包括步进电机11、步进电机驱动器及编码器，步进电机驱动器连接并驱动步进电机11运转，编码器与步进电机11同轴连接，主控制器4连接并控制步进电机驱动器，编码器的信号输出端连接至主控制器4，用于作为步进电机11的位置反馈，将位置信号反馈给主控制器4。步进电机11采用丝杠步进电机，具有丝杠滑台，丝杠滑台上沿丝杠延伸方向依次设置有电机正转限位开关、原点限位开关和电机反转限位开关，可进行步进电机11正反转限位和寻找原点实验。电机正转限位开关、原点限位开关和电机反转限位开关均采用光电开关，用于控制步进电机11到达限位点自动停止。步进电机11设置有电机转盘，用于测量转速。步进电机实验模块1的控制端连接至主控制器4，步进电机实验通过触摸屏51进行控制。
32.步进电机实验模块1，可进行步进电机正反转、正反转限位、相对正反转、步进电机设定距离控制及步进电机与编码器综合实验。
33.步进电机实验接线方法为：总电源断开情况下将步进电机11端的a 、a-、b 、b-依次接入步进电机驱动器端的a 、a-、b 、b-接口上。编码器端的outa、outb依次接入主控制器端的outa、outb端口上。限位开关端的l、m、s分别接到主控制器端的l、m、s接口上。然后将实验台端的 24v接口跟0v接口连接直流24v电源模块的 24v和0v接口。此时主控制器4开机，
触摸屏51启动到实验主界面，选择步进电机实验，进行实验即可。
34.步进电机实验方法为：
35.1)步进电机正反转实验：步进电机正反转控制，由触摸屏51上的正转按钮和反转按钮来控制步进电机11的正反转，由主控制器4发送高速脉冲给步进电机驱动器，然后通过低电平信号连接到步进电机驱动器的方向口，控制步进电机11的旋转方向。通过主控制器4发出的低电平信号连接到步进电机驱动器的使能口，控制步进电机11的旋转与停止。
36.2)步进电机正反转限位实验：控制步进电机11正转，当步进电机11正转到正转极限时，电机正转限位开关动作，正转限位信号断开，步进电机11停止正转，此时按下正转按钮不起作用，可以按下反转按钮，让步进电机11反转。反转至反转极限时，电机反转限位开关动作，步进电机11停止反转，按下反转按钮不起作用，按下正转按钮电机正转，以此循环。
37.3)步进电机相对正反转实验：通过触摸屏51上的转动速度设置来控制步进电机11的相对正反转速度，通过触摸屏51上的相对位置设置来控制步进电机11相对正反转的距离，设置好转动速度跟相对位置后，按下触摸屏51上的正转按钮或者反转按钮后，步进电机11按照设定的参数运行。
38.4)步进电机与编码器综合实验：通过触摸屏51设置好转动速度跟相对位置后，按下正转或者反转按钮，步进电机11按照设定的参照运行。按下搜索原点后，步进电机11按照设定的原点速度开始搜索原点(原点限位开关)，触碰到原点限位开关后，步进电机11停在原点位置，找到原点指示灯亮。当前位置显示编码器的数据。编码器信号输入到主控制器4，记录脉冲数。
39.5)步进电机设定距离控制实验：通过触摸屏51设置好转动速度和相对位置后，按下启动按钮，步进电机11按照设定的速度跟距离来回运行。按下停止按钮，步进电机11停止运行。
40.三相交流异步电机实验模块2，包括三相交流异步电机21、三相交流异步电机控制电路及与三相交流异步电机电连接用于短路保护的低压熔断器和用于过载保护的热继电器。三相交流异步电机控制电路包括四个交流接触器km1、km2、km3、km4及四个中间继电器ka1、ka2、ka3、ka4，中间继电器通过接触器连接控制三相交流异步电机21，主控制器4连接控制中间继电器。中间继电器的主要作用是扩大信号功率，主控制器4的信号控制中间继电器线圈，再由中间继电器的常开常闭触点来控制接触器，从而控制三相交流异步电机21。所述平台控制面板5上设置有外接变频器接口mq3、mq5、mq7、mq8、mq9，并设置有用于变频器控制的钮子开关sw1、sw2、sw3、sw4，外接变频器接口与三相交流异步电机21电连接，用于连接外部变频器以对三相交流异步电机21进行调速控制。三相交流异步电机实验模块2的其它控制端连接至主控制器4。三相交流异步电机21设置有电机转盘，用于测量转速。三相交流异步电机实验通过触摸屏51和钮子开关sw1、sw2、sw3、sw4进行控制。
41.三相交流异步电机实验模块2，可进行三相交流异步电机的空载启动、星三角正反转启动及变频器多段速调速实验。
42.三相交流异步电机实验接线方法为：三相交流异步电机21的定子绕组共分三相，分布在定子铁芯槽内，构成对称的三相绕组。三相绕组共有六个抽头，将其引出，三个绕组的首端分别用u1、v1、w1表示，其对应的尾端分别用u2、v2、w2表示。星形连接时，短接u2、v2、w2，u1、v1、w1作为三相输入。三角形连接时，w2跟u1短接、u2跟v1短接、v2跟w1短接，短接后
的三根线作为三相输入。互换任意两相可达到换向效果。总电源断开情况下将试验台上的u、v、w依次接入三相电源。接触器输出的u11、v11、w11、u12、v12、w12依次接入三相交流异步电机的u1、v1、w1、u2、v2、w2接口。然后将实验台端的直流24v电源接口的 24v接口跟0v接口连接直流24v电源的 24v和0v接口；将三相交流380v电源接口连接三相交流380v电源。此时主控制器4开机，触摸屏51启动到实验主界面，选择三相交流异步电机实验，进行实验即可。
43.三相交流异步电机实验方法为：控制三相交流异步电机21作空载启动与星三角降压正反转启动，设置星三角降压启动切换时间为20秒，方便测量数据。以上实现的动作主要是通过主控制器4来控制四个中间继电器从而控制接触器动作。ka1控制km1，ka2控制km2，ka3控制km3，ka4控制km4。km1为正转接触器，km2为反转接触器，km3为星型启动接触器，km4为三角形启动接触器。触摸屏上，设计x5为急停保护，m0为触摸屏停止按钮，m1为触摸屏连续三角形启动按钮，m2为星三角正转按钮，m3为星三角反转按钮。急停x5跟停止m0按钮可以切断三相交流异步电机所有动作。按下m1按钮，正转接触器km1跟三角形接触器km4吸合，电动机三角形正转运行。按下m2按钮，正转接触器km1跟星型接触器km3吸合，电机星型正转运行，20秒后km1保持动作，km3断开，km4三角形接触器吸合，电动机三角形正转连续运行，实现三相交流异步电机正转星三角启动运行。按下m3按钮，反转接触器km2跟星型接触器km3吸合，电机星型反转运行，20秒后km2保持动作，km3断开，km4三角形接触器吸合，电动机三角形反转连续运行，实现三相交流异步电机反转星三角启动运行。三相交流异步电机21配合外部变频器，通过钮子开关sw1、sw2、sw3、sw4控制实现三相交流异步电机变频器多段速调速实验。
44.直流永磁有刷电机实验模块3，包括直流永磁有刷电机31、连接并控制直流永磁有刷电机31的直流永磁有刷电机调压调速器32及可选择性接入电路、与直流永磁有刷电机31电枢串接的若干不同阻值的电阻接口33。电阻接口33设置于平台控制面板5上。直流永磁有刷电机31设置有电机转盘，用于测量转速。
45.直流永磁有刷电机实验模块3，可进行直流永磁有刷电机启动、调速及正反转控制实验。直流永磁有刷电机实验通过直流永磁有刷电机调压调速器32的控制按钮34和控制旋钮35进行控制。控制按钮34和控制旋钮35均设置于平台控制面板5上。
46.直流永磁有刷电机实验接线方法为：将直流永磁有刷电机调压调速器32端的 24v接口跟0v接口连接直流24v电源接口的 24v和0v接口，直流永磁有刷电机31的 24v接口跟0v接口连接直流永磁有刷电机调压调速器32的 24v跟0v接口。
47.直流永磁有刷电机实验方法为：通过控制按钮34控制直流永磁有刷电机31启动及正反转。通过控制旋钮35调节直流永磁有刷电机调压调速器32实现直流永磁有刷电机调速。直流永磁有刷电机电枢串电阻实验时，将直流永磁有刷电机31任意电极串入面板上的电阻接口33再进行实验。实验时使用钳形电流表测量直流永磁有刷电机31的电流，转速表测量电机的转速。
48.上述仅为本实用新型的一个具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。