电机与电器毕业设计

1、2013届毕业设计课题名称：电机与电气控制试验装置的改造与设计专 业 系 机电工程系 班 级 机电一体化1302 学生姓名 庄 建 指导老师 完成日期 目录摘要第一章 引言近年来, 随着电子计算机和自动控制技术的发展,电机与电力电子装置构成的控制设备相结合逐步发展成机电一体化产品。将传统电机与现代电力电子技术、计算机科学及自动控制技术相结合已成为电气工程及自动化学科发展的必然趋势。电力电子技术、电机控制类课程是电气工程及自动化专业重要的专业基础课和专业课, 而实验环节则是这些课程不可分的重要组成部分。因此, 有必要加强电力电子技术和电机控制类课程的实验教学。鉴于电力、电子技术和电机控制技术发展

2、相当迅速, 对电机控制类课程的实验教学也提出了新的要求, 迫切需要一种符合教学要求的实验装置。鉴于近期实验所需求的要求越来越高,实验的难度也越来越大的加大，不论是实验设备的更新换代或是搬到新校区的新建实验室, 都不可能花费较多资金，但也希望实验建设周期短、见效快, 才能适应教学改革的要求, 为此考虑将电机控制系统实验装置设计成配置完整、功能齐全、结构紧凑、使用方便, 体积既小而适用面广, 且有扩展能力的综合性实验装置。电机拖动实训、电气控制实训是轨道交通系，电气工程系重要的实践课程。由于班级多，实训实验的同学多，现有实训设备相对紧张。学校搬入职教城后，势必建设新的实训室，根据这个实际需要，结合

3、学校现有的实训设备，对现有设备的缺陷进行了改进，设计使用更加安全、方便、经济的电机与电气控制实验装置。电机与电气控制实验装置设计主要包括实验实训台位外形及结构设计，实验电源设计，实验台操作面板的设计，插接接口设计及增加或精简设备的功能。设计时要考虑到该设备需要进行的实验实训项目，根据实验实训项目的特点进行设计实验装置。由于是实验装置，学生操作时可能进行误操作，误接线等，设计考虑到设备和人身的安全保护措施。实验设备的使用率很高，并且考虑设备的耐用性。同时本文也介绍了对电机与电气控制实验室的总体设计，包括实验室场地的总体布置，实验台位的设计，实验台电源系统的设计。以经济、实用、方便为主导思想，同时

4、通过查阅学习此方面的资料，设计出了各方面符合标准的实验室。第2章 现有实验实训装置的分析2.1现有实验的分析1、对现有电机拖动实验的设备分析随着科学文化的发展进步，教学仪器的日新月异，电工实验台的使用已很普及，由于学生对实验台认识和理解不够，往往学生在做实验时会对实验仪器造成损坏。而且实验过程中，经常会因为学生一时的大意或者疏忽，而引起一些人们所不愿意看到的事故发生，甚至导致整个实验台报废，给学校造成不必要的损失，特别是人体触电是实验中最常见的事故，而且也是对学生人身安全的威胁，而我们知道，如果流经身体的电流过大，就会使人有生命危险，根据实验分析得到，交流在15mA到20mA以下，直流在30m

5、A以下，对人已有一定的伤害，只是较轻而已，当超过了这个数值，对人体就会造成较为严重的危害。为了更好的保护学生在实验中的安全和更好的保护实验仪器不被损坏，我们设计了一套较为全面的保护体系，该保护体系采取浮地设计，使其控制部分的地与大地隔离，并且在回路中加入了大量的保护电路，比如我们设计的有漏电保护电路，过流保护电路，过压保护以及各种仪表的超量程报警保护电路，使其在每一个环节都有一个保护电路在监控，力求达到一个较好的保护效果。本保护体系可以有效的对电路漏电，电路短路、过流，电压过大以及仪表超量程进行监控和保护，能够更有效的保护学生的人身安全和保证实验仪器不被损坏1、并励直流电动机起动调速反转控制实

6、验的分析该实验必须按照电机实验基本要求和安全操作规则，要根据铭牌数据正确选择仪表量程，正确按图接线，并且能够学习直流电动机的起动，调速和改变转向。实验中需要准备直流电动机、起动器、滑线变阻器、电流表、电压表、转速表、电工工具。必须按照下图所给的电路图接线。 利用调节变阻器起动、调速线路图按图接线必须了解清楚图中直流并励电动机出线盒端头标号及如何接线。在接线时，应注意防止发生下列错误：励磁电路错接或不通，使励磁电路两端同接于一根导线，如在此情况下起动，将发生转速过高或电流过大。励磁回路与起动电阻串联。在此情况下起动时不能保证全压励磁，绝大部分电压经起动电阻降落，因而起动时电枢电流很大，但电机不转

7、。起动时检查起动电阻和滑线变阻器的位置，合上电源开关，然后移动起动电阻器手柄，逐步减少起动电阻Rm使电机起动。起动电动机前应检查：电枢串接电阻 m必须在最大位置，励磁回路调节电阻 mf放在最小值位置。实验过程中重新起动电动机必须遵守这两点。反转时切断电源，将电枢两端反接，然后重新起动电动机，观察电动机的旋转方向。切断电源，将励磁绕组反接，然后重新起动电动机，观察电动机的旋转方向。切断电源，同时反接电枢和励磁绕组，然后重新起动电动机,观察电动机的旋转方向。在该实验中必须注意到以下的几点：1、接线可从一极出发，经过主要线路和各仪表、设备，最后回到另一极；而后再接并联支路。2、通电前要仔细检查线路联

8、接是否正确和牢靠，仪表的量程及极性和设备的手柄位置是否正确，确保无误方可通电。3、合上电源开关起动电动机前，起动变阻器，一定放在最大值，励磁变阻器放在最小值位置。4、正确起动直流电动机，如发现不转，要立即切断电源检查线路；电机转向应与机座上标志一致，不然要改变其转向。5、实验过程中，应时刻注意仪表读数，如遇异常怪声音，立即果断地拉下电源开关。2、三相异步电动机的空载、短路测试分析 该实验必须掌握三相异步电动机空载和堵转实验方法，并且通过空载实验分析出铁耗和机械磨擦损耗。在实验时须记录电机铭牌，用电桥测出定子绕组在室温下的电阻。测取空载特性曲线和堵转特性曲线。 实验所需要的实验器材有异步电动机、

9、功率表、调压器、电流表、电压表、电工工具 实验的步骤和方法是定子绕组首末端，其中任意两组绕组串联，施以单相电压U=80100V,任意电流不应超过额定值，如图2-1所示，测量第三相绕组的电压。如电压表有读数，表示两相绕组的首末端相联；如电压表无读数（U0），则表示两相绕组首首端相联。用同样方法可测出第三相绕组的首末端。 异步电动机首末端的判定在做空载实验时按图接线后，仔细检查。先将自耦调压器调零，然后合Q1。缓慢旋转调压器手轮，升压起动电机。电流快达到电压表满刻度时，将电流表及瓦特表的电流线圈短接，以免电流冲击损坏仪表。起动完毕后，撤除短接导线，让电机空转一段时间。用调压器调节电压，读取 U0=

10、UN时的电压，空载电流及空载功率 P0，并作出记录。测量空载特性数据时，所施电压U0应从 1.1 UN 值开始，逐步降低（不允许反复变化）到最低值（即电流开始回升时）为止，测取U0/I0/P0值7-9组。 空载实验接线 短路实验接线 在做短路实验（亦称堵转实验）时 按图所示接线，并要仔细检查。先通电试转观察电机转向，然后切断电源停机，用夹板堵住转子。自耦变压器调零，然后接通电源；调节调压器，逐步达到额定电流（IK=IN），读取数据记入。如果限于设备，实验可在IN范围内进行。实验时必须注意事项合电源开关之前，必须确定调压器的手柄处于“零”位。做短路实验时，要力争速度快，以防电机过热损坏绕组绝缘。

11、3、小结 在上述实验中我们不难发现，在测速环节中，操作者需要手持转速测试仪到实验台后部的电机处进行策速操作，将测速仪器的感应部位靠近转轴进行测量，这样经过多方面的观看调查发现学校对于电机的安全保护不够重视。很容易造成安全隐患，特别是是女同学在留长发没有扎辫子的情况下做电机相关的实现是很危险的，还有戴手套也是一件很危险的事情。当做实验的时候电机开始运转的时候由于电机转子前端无保护，可能女同学在观测数据的时候长头发很容易飘到转子处容易把头发搅进去，还有戴手套的同学也可能不小心把收放上去从而导致手搅进去的情况发生。现在现有的实验接线端子和接线头多为裸露模式。这样极容易造成危险事故。当通电情况下裸露的

12、端子容易造成触电危险。所以应当采用不外露的插头来作为实验用的插头。2.2实验室场地布置和布局分析2.1.1实验室场地布置分析现有的506实验室已经不能满足学生对于上课或者实验的需要了，实验已经成为现代社会教学很重要的方式，然而实验室是又是一种重要上课场所。现代的实验室有了质的飞跃，不光加入了诸多起辅助作用的电子设备还有更加安全的保护措施和更加方便的教学系统。实验室的场地要经过多方面的考虑，而且存在着许许多多的安全隐患，而且在教学区和实验区的布置上也存在着诸多的问题。实验的场地布置需要从多方面来进行考虑。1、目前506的布置分析由上图可以看出首先一个教室通用一个总电源开关，并且开关在教学区，这样

13、当发生事故的时候会来不及关电源。因为当学生要去关电源的时候就会被教学区的凳子栏住 。导致合闸或者断电非常的不方便。实验区和教学区布置不合理。在实验区去总电源开关的路上有障碍物挡住造成不能及时或快速的完成断电或合闸。还有教室不存在水源。这样当教学结束后不能方便的打扫卫生和拖地。会影响实验室卫生状况。2.3实验实训台位分析1、目前实验台面布局 上图从左至右有按钮开关四个电流表组成，二个MA、二个A。是用来实验室中用来测量电流用的。其旁边是一个电源插座。下排为三相自动开关用来短路保护，旁边有一个三相四线制的电源端子接头在其上面有三个指示灯其作用可以用来指示三相电源的得电情况。旁边还有一个单相自动开关

14、，是用来保护单相自动开关的，其也有二个接口。可以从上面看出现有的实验台面板结构简单已不能满足现有比较复杂的教学要求。并且采用的是裸露的端子接线头，这样很容易造成触电的危险。并且可用的测量工具少。并且使用的还是三相四线制电源存在着安全隐患。2、 目前实验室台位电机综合实验台主要由实验桌、电源及功能模块组成，其整体结构如上图所示。图中1为模块托架，由铝型材制成，用于固定和支撑功能模块；2为功能模块，功能模块与不同电机、电源组合构成电机实验系统；3为支架，由钢型材制成，起支撑作用；4为不同种类电源，其中包括总电源、单相交直流两用可调电源、三相交流可调电源及直流可调电源，由此提供电机实验所用全部交、直

15、流电源和控制保护电路，四种电源的摆放顺序可根据需要自由安排；5为实验桌，桌面为宝丽板并铺有绝缘橡皮垫，支撑部分由型钢制成，台面外形尺寸为1700×850×760mm（长×宽×高）。从上图可以看出现有的实验台过于简单对于电线和一些实验设备的摆放没有地方存放，当可能要进行实验测量的时候可能连台面放置测量仪器都很成问题。2.3实验室电源系统分析目前现在学校还在使用的是三相四线制在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化，导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使

16、零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下,断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压。如采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工作零线N和保护零线PE是分别敷设的，工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压,使用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。第三章、 电机与电气控制实验装置的改造与设计3.1实验室场地布置设计实验室场地分析 现在学校的场地506布置不合理首先一个教室通用一个总电源开关，并且开关在教学区，这样当发生事故的时候会来不及关电源。因为当学生要去关电源的时

17、候就会被教学区的凳子栏住 。导致合闸或者断电非常的不方便。所以应分开使用电源开关以方便合闸。实训室功能介绍本实训室面积144，44个工位，配置有三相交流双速电机10台、三相交流接法电机20台、三相交流Y接法电机3台、三相线绕式电机11台，三相交流电机30台、单相整流装置25台、线槽配线板48块，可进行三相异步电动机的点动、长动和点长控制；三相异步电动机可逆控制，行程控制和星三角降压起动控制；三相双速异步电动机的控制；三相异步电动机的能耗制动控制；桥式起重机三相饶线式电动机控制等电气线路的安装、调试及通电试车。也可对维修电工中高级工职业资格鉴定进行培训。实训室布置图1实验室布置及特点说明（1）实

18、训室分学习教学区、实训（实验）操作区、器件存放区、展示区、电源区等五个功能区，各区用划线标识。（2）在学习研讨区放置50个听课凳。（3）实训室功能及制度制作上墙。（4）实训室将配备电路接线图将制作成面板挂在墙上具体见（附录1）（5）采用此种布局，教学区与实验区分离，避免教学与实验的相互干扰（6）教学区与实验区采取独立的电源系统，确保实验区与教学区的供电不会产生相互干扰（7）电源开关分开安置方便对各个区供电控制，并且能够快速的合分开关，开关均采用自动空气开关，可实现电路的过载，短路，漏电等多种保护，确保安全。（8）实验所用的材料器件均安置在实验区，方便拿取。（9）在教学区还安置了水龙头，和清扫工

19、具，在实验结束后，方便对实验室的打扫和所需的清洁用水的提供。3.2实验实训台位设计实验台面板分析 实验台结构是以模块化思想设计的。模块间结构清晰、功能独立，可完成对电气实验的操作。同时该实验装置可为学生的课程设计和毕业设计等实践提供电压源、电流源及各种仪表。1、实验台面板整体结构框图： 2、实验台面板简介此实验台面板总共包括了可调恒流源、双路恒压源、直流电流表、直流电压表、交流电压表、交流电流表、电机转速显示表、还有三相自动开关、总电源开关、各项电源指示灯、三相五线制五个插入式插孔。3、各模块的详细说明 1、恒流源的输出调节范围为0200mA，连续可调，分为三档：02mA、2mA20mA、20

20、mA200mA。最大开路电压为30V，带开路保护功能。 2、将恒流源的输出接线柱（红色为+，黑色为）接入工作电路中，根据所需电流的大小选择适当的档位，并且将调节旋钮调至最小，然后打开电源，调节调节旋钮至表头中显示所需要的电流。 1、双路恒压源的调节范围为030V连续可调，最大输出电流为1A；调节精度为1%。每一路分三个档位：010V，1020V，2030V；带三位半数字显示，具有短路保护和自动恢复功能。 2、用“显示切换按键”选择显示通道I或通道II（“按下”表示表头当前显示为输出通道I的电压值，“弹起”则表示表头当前显示为输出通道II的电压值）。然后选择通道同一侧的档位，调节相应通道的电压调

21、节旋钮至表头中显示所需要的电压，最后把输出通道接到工作电路中。 3、双路恒压源是分开控制的，用切换按键用于区分。 1、直流电流表的测量范围为02A，量程为20mA、200mA、2A三档，可用琴键开关切换，测量精度为0.5级。其中20mA、200mA档内阻为1，2A档内阻为0.1。 2、先估计测量电流，选择好量程，然后将需要测量的网络支路串入到输入接线柱中，表头显示即为当前网络支路的电流值，单位为A，表头会自动切换小数点。 3、若测量超量程，则红色告警灯会亮起，这时应断开与工作电路的连接，并按下复位按钮。 1、数字式直流电压表的测量范围为0-200V，量程分2V、20V，200V四档，需要用琴键

22、开关切换，测量精度为0.5级。其中2V档内阻为500K，20V、200V档内阻为5M。 2、先估计测量电压，选择好量程，然后将需要测量的网络端口并入到输入接线柱中，表头显示即为当前网络端口的电压值，单位为V，表头会自动切换小数点。 3、若测量超量程，则红色告警灯会亮起，这时应断开与工作电路的连接，然后按下复位按钮。 1、测量精度为0.5级，测量范围为0-500V，可自动切换量程。内阻为450K。 2、将输入端接线柱与被测电路并联。表头显示即为交流电压的有效值。 3、当测量电压超过量程时，仪表显示“FFFL”。 4、当误用该交流电压表去测量直流电压时，显示屏将显示“000”，或低位上的数字出现跳

23、动。 5、测量36V以上电压时，须注意测量安全。 1、测量精度为0.5级，测量范围为0-3A，可自动切换量程。内阻为0.2。采用16位单片机和高精度的传感器组成，线路简洁，可靠性高。 2、将输入端接线柱与被测电路串联，表头显示即为交流电流的有效值。表头的小数点会自动切换，单位为A。 3、当测量电流超过量程时，仪表显示“FFFL”。 4、当误用该交流电流表去测量直流电流时，显示屏将显示“000”，或低位上的数字出现跳动1、用来表示电机转速的仪表4、实验台面板整体的特点该实验台面相比较于506的实验台位面板功能更多，并且使用的是模块话的设计，使用的实验范围也更加的广保护电路也更加的完善。综合性强包

24、括了各种实验所需的电源和测量仪器。适应性强实验的深度与广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机地结合。整套性强 从仪器仪表、专用电源到实验连接专用导线等均配套齐全，仪器仪表的性能、精度、规格等均密切结合实验的需要进行配套。一致性强实验器件选择合理、配套完整，使多组实验结果有良好的同一性，便于教师组织和指导实验教学。直观性强本装置采用LED显示形式，能够精确的读出测量数据，电源配置、仪表一目了然，操作、维护简便。配置完整、功能齐全、结构紧凑、使用方便, 体积既小而适用面广。实验室台位相比较与以前的台位现在的台位实验的设备大部分已经以模块化的形式集合在了台面上。并且所能使用的空间

25、也就更加的大了。并设有专门放置电线、工具、和一些书本杂物存放的抽屉，在下方还安装了两个柜门，这些都可以存放电机、接线板等一些大件物品。这样就不会显得实验室杂乱而拥挤了。3.3实验室电源系统设计3.3.1电源主回路图三相五线制电源空气开关钥匙开关主继电器10A保险丝隔离变压器自耦变压器3.3.2三相电源的总体介绍1、三相电源是以三相发电机作为电源。三相电是一组幅值相等、频率相等、相位互相差120°的三相交流电，由有三个绕组的三相发电机产生，是工业上常用的电源。为保证发电机的稳定运行，发电机至少需要三个绕组，理论上发电的相数可以更高，但三相最经济，因此世界各国普遍使用三相发电、供电 在三

26、相四线制制供电系统中,把零线的两个作用分开,即一根线做工作零线(N),另外用一根线专做保护零线(PE),这样的供电结线方式称为三相五线制供电方式.三相五线制包括三根相线、一根工作零线、一根保护零线.三相五线制的接线方式如下图所示. 在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化，导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下,断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的。如采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工

27、作零线N和保护零线PE是分别敷设的，工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压,使用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。从线路的性质上来说，火线（相线）是提供能源的线路，零线是单相电路中，给提供能源的线路一条电流回路（和相线形成电流通道）的线路，地线是作为保护电器设备、防止漏电而发生事故的一条“非正常”电流通道。这三条线，正常工作时，由相线（某一个单位时间内）提供电流，经过用电设备（负载）后由零线回到电源端；正常情况下，地线是没有任何电流通过的。所以从性质上来看，这三条线路中的零线和地线，是不允许“并用”或

28、合用的。3.3.2变压器的简介1.变压器的简介变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合不同的用途变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。2、 变压器的基本原理当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通1的存在就需要有一定的

29、电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通2，2的方向与1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，1也增加，并且1增加部分正好补充了被2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能

30、改变允许负载消耗的功率。3、 变压器的损耗当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好像一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。 由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们

31、引入了一个效率的参数来对此进行描述，=输出功率/输入功率。4、 变压器的材料要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。 1.铁心材料：变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000，2.绕制变压器通常用的材料有漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的

32、要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。 3、绝缘材料在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离4、浸渍材料变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。3.3.3隔离变压器的简介1、隔离变压器作用隔离变压器的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。 另外， 利用其铁芯的高频损耗大的特

33、点， 从而抑制高频杂波传入控制回路。 用隔离变压器使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合。此时，系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。 还有一个很重要的作用就是保护人身安全！隔离危险电压。2、隔离变压器性质隔离变压器属于安全电源，一般用来机器维修保养用起保护、防雷、滤波作用。 隔离变压器是一种1/1的变压器。初级单相220V，次级也是单相220V。或初级三相380V，次级也是三相380V。首先通常我们用的交流电源电压一根线和大地相连，另一根线与大地之间有220V的电位差。人接触会产生触电。而隔离变压器的次级不与大地相连，它的任意两线与大地之间没有电位差。人接触任意一条线都不

34、会发生触电，这样就比较安全。其次还有隔离变压器的输出端跟输入端是完全“断路”隔离的，这样就有效的对变压器的输入端（电网供给的电源电压）起到了一个良好的过滤的作用。从而给用电设备提供了纯净的电源电压3、隔离变压器原理隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。都是利用电磁感应原理。隔离变压器一般是指1：1的变压器。由于次级不和地相连。次级任一根线与地之间没有电位差。使用安全。常用作维修电源。 隔离变压器不全是1：1变压器。控制变压器和电子管设备的电源也是隔离变压器。如电子管扩音机，电子管收音机和示波器和车床控制变压器等电源都是隔离变压器。如为了安全维修彩电常用1比1的隔离变压器。隔离变压器是使用

35、比较多的，在空调中也是使用的。 一般变压器原、副绕组之间虽也有隔离电路的作用，但在频率较高的情况下，两绕组之间的电容仍会使两侧电路之间出现静电干扰。为避免这种干扰，隔离变压器的原、副绕组一般分置于不同的心柱上，以减小两者之间的电容；也有采用原、副绕组同心放置的，但在绕组之间加置静电屏蔽，以获得高的抗干扰特性。 静电屏蔽就是在原、副绕组之间设置一片不闭合的铜片或非磁性导电纸，称为屏蔽层。铜片或非磁性导电纸用导线连接于外壳。有时为了取得更好的屏蔽效果，在整个变压器，还罩一个屏蔽外壳。对绕组的引出线端子也加屏蔽，以防止其他外来的电磁干扰。这样可使原、副绕组之间主要只剩磁的耦合，而其间的等值分布电容可

36、小于0.01pF，从而大大减小原、副绕组间的电容电流，有效地抑制来自电源以及其他电路的各种干扰。3.3.4自耦变压器1、自耦变压器介绍自耦的耦是电磁耦合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接的电的联系，自耦变压器原副边有直接的电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。2、自耦变压器的工作原理1、自耦变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器.升压和降压用不同的抽头来实现.比共用线圈少的部分抽头电压就降低.比共用线圈多的部分抽头电压就升高2、其实原理和普通变压器一样的，只不过他的原线圈就是它的副线圈一般的变压器是左边一个原线圈通过电磁感应，使右边的副线圈产生电压

37、，自耦变压器是自己影响自己 3、自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组；当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组，同容量的自耦变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大，自藕变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用. 由电磁感应的原理可知,变压器并不要有分开的原绕组和副绕组,只有一个线圈也能达到变换电压的目的.在图1中,当变压器原

38、绕组W1接入交流电源U1时,变压器原绕组每匝的电压降,电压平均分配在变压器原绕组1,2,变压器副绕组W2的电压等于原绕组每匝电压乘以3,4的匝数.在U1不变的下,变更W1和W2的比例,就得到不同的U2值.这种原,副绕组直接串联,自行偶合的变压器就叫自藕变压器,又叫单圈变压器. 普通变压器的原,副绕组是互相绝缘的,只用磁的联系而没有电的联系,依线圈组数的不同,这种变压器又可分为双圈变压器或多圈变压器.由电磁感应的原理可知,并不要有分开的原绕组和副绕组,只有一个线圈也能达到变换电压的目的.在图1中,当原绕组W1接入交流电源U1时,原绕组每匝的电压降,电压平均分配在原绕组1,2,副绕组W2的电压等于

39、原绕组每匝电压乘以3,4的匝数.在U1不变的下,变更W1和W2的比例,就得到不同的U2值.这种原,副绕组直接串联,自行偶合的变压器称为自耦变压器,又叫单圈变压器自耦变压器中的电压,电流和匝数的关系和变压器,既:U1/U2=W1/W2=I2/I1=K 自耦变压器最大特点是,副绕组是原绕组的一部分(如图1的自耦降压变压器),或原绕组是副绕组的一部分(如图2的自耦升压变压器). 自藕变压器原,副绕组的电流方向和普通变压器一样是相反的. 在忽略变压器的激磁电流和损耗的情况下,可有如下关系式 降压:I2=I1+I,I=I2-I1 升压:I2=I1-I,I=I1-I2 P1=U1I1,P2=U2I2 式中

40、: I1是原绕组电流,I2是副绕组电流 U1是原绕组电压,U2是副绕组电压 P1是原绕组功率,P2是副绕组功率3、自耦变压器的特点（1） 由于自耦变压器的计算容量小于额定容量所以在同样的额定容量下，自耦变压器的主要尺寸较小，有效材料(硅钢片和导线)和结构材料(钢材)都相应减少，从而降低了成本。有效材料的减少使得铜耗和铁耗也相应减少，故自耦变压器的效率较高。同时由于主要尺寸的缩小和质量的减小，可以在容许的运输条件下制造单台容量更大的变压器。但通常在自耦变压器中只有k2时，上述优点才明显。 （2）由于自耦变压器的短路阻抗标幺值比双绕组变压器小，故电压变化率较小，但短路电流较大。（3）由于自耦变压器

41、一、二次之间有电的直接联系，当高压侧过电压时会引起低压侧严重过电压。为了避免这种危险，一、二次都必须装设避雷器，不要认为（2） 一、二次绕组是串联的，一次已装、二次就可省略。 （3） 在一般变压器中。有载调压装置往往连接在接地的中性点上，这样调压装置的电压等级可以比在线端调压时低。而自耦变压器中性点调压侧会带来所谓的相关调压问题。因此，要求自耦变压器有载调压时，只能采用线端调压方式。3.3.5实验室直流电源的选择 1、直流电源的选择由于本实验室主要是提供气控制和电机拖动相关的实验，所以电源上选择济南乐普电源科技有限公司生产的0-250V连续可调直流稳压电源，由于以前实验室选择的是指针式的电源，

42、读数不方便，为了改进电源的读数，为实验者减少实验误差，故选择0-250V数字显示连续可调直流稳压电源2、直流稳压电源指标参数： 输入 电压： AC/DC 110V 、 220V 、 380V ± 10% 、 50-60Hz 任选 可调输出电压： 连续可调 DC： 0-250V固定输出电压： DC 5V 9V 12V 13.8V 15V 24V 36V 48V 72V 110V 220V 任选 输出 电流： 连续可调（DC：0-10A） 输出 功率： 500-100KW 电源保护： 过压和电流限流保护及短路保护 稳压精度(%) 1% 稳流精度(%) 1% 过载能力(%) 110% 整机

43、效率 90% 功率因数 >0.95 冷却方式 风冷输出显示 ：电压、电流同时LED数码管显示3、直流稳压电源的组成直流稳压电源主要由电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路四部分组成，如下图3.4电机与电气控制实验装置保护设计 3.4.1对并励直流电动机起动调速反转控制实验的设备的分析改造1、电机护罩保护及测速系统：说明：电机的总体护罩采用透明工程塑料。并在安装座与护罩间安装有锁扣方便于拆卸检修等等。并且在内部安装了测速装置以便方便的用于电机测速。分析：经过多方面的观看调查发现学校对于电机的安全保护不够重视。很容易造成安全隐患，特别是是女同学在留长发没有扎辫子的情况下做电机相关的实现是很

44、危险的，还有戴手套也是一件很危险的事情。当做实验的时候电机开始运转的时候由于电机转子前端无保护，可能女同学在观测数据的时候长头发很容易飘到转子处容易把头发搅进去，还有戴手套的同学也可能不小心把收放上去从而导致手搅进去的情况发生。所以应该在电机上加上保护罩。防止此类事件的发生。在加之有些实验需要测量转速再加上护罩后将不易测量所以在护罩内部安装激光反射式测试仪器。工程塑料主要性能：玻璃化温度（Tg）及熔点（Tm）；热变形温度（HDT）高；长期使用温度高（UL-746B）；使用温度范围大；热膨胀系数小。机械性质：高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性。 其它：耐化学药品性、抗电性、耐燃性、

45、耐候性、尺寸安定性佳。2、电机测速系统转速表主要由被测旋转部件、反光片、反射式光电传感器组（接收器）组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上安装对个反光片或反光贴纸就会取得较好的测量效果。当旋转部件上的反光帖纸通过光电传感器前时，激光传感器发出的红外线光经反光片反射，反射回激光传感器的接收装置这时光电传感器的输出就会跳变一次，在把测的信号传输到试验台位的面板LED显示器通过测出这个跳变频率f,就可知道转速n。这样就可以方便测量了。 n=f结构优点1、 远距离测量； 2、 测量范围广； 3、 非接触； 4、 测量精度高； 5、响应时间短。 6、目前大部分国家所采用的激光测速仪使用的是一类安

46、全激光，对人眼睛安全。电机护罩保护及测速系统的优点相比较与以前所有的仪器，现在所设计的系统更加的合理安全和测量的数据更加的准确，加入了激光测速使得实验的操作和完成更加的简单。3.4.2实验装置的各项综合保护改进1、 电机励磁保护在以往的实验设备中励磁电源为认为接线输入给电机，有时会出现励磁电源接合不牢固或者接线松脱或者没有接的情况，当做并励直流电动机起动调速反转控制实验的时候极容易发生事故。为了防止直流电动机失去励磁而造成转速猛升（称“飞车”），并引起电枢回路过电流危及晶闸管元件和直流电动机，励磁回路接线必须十分可靠，并不宜用熔断器作励磁回路的保护，而应采用失磁保护线路。直流电动机失磁保护只需

47、在励磁绕组上并联一只失压继电器KA1即可。当励磁绕组失磁时，KA1失电释放，其串接在控制回路中的常开触点断开，切断控制回路，迫使主电路跳闸，电动机停转。2、实验接线插头改造 现在现有的实验接线端子和接线头多为裸露模式。这样极容易造成危险事故。当通电情况下裸露的端子容易造成触电危险。所以应当采用不外露的插头来作为实验用的插头。结构分析图中红色为绝缘部分。黑色为导电部分。侧面图中的突起部分是用来是插头能够牢固的插入在插孔里面而不至于松动掉落。优点 1、 操作者不会碰触到裸露部分从而避免了触电危险。2、 插头背部还有一个插孔，这样当需要在在插一个的时候可以在插头上进行叠加。3、 绝缘部分采用工程塑料

48、，经久耐用，隔电效果好。3、超量程报警 它由继电器吸合由来自仪表的超量程报警控制，只要有其中的一块仪表发生超量程报警，该电路就会动作，切断主回路的电流。4、仪表报警的实现当仪表报警后，闭合的开关使超量程报警电路中的继电器得电，蜂鸣器也因得电而发出蜂鸣声，使常闭开关被断开，从而断开了主继电器的供电回路。在主回路中，每相还串有一个10A的保险丝，在它上面并联了一盏灯，当没有保险丝接入或者保险丝被烧断的时候，灯就会亮，起到了一个指示的作用，同时也使后面的电路不能常的工作。把漏电保护1接在隔离变压器之前，把漏电保护2接在隔离变压器之后，把过流保护通过电流互感器接入，在把过压保护接入每一相中。3.4.3

49、实验室电源系统保护和改进1、浮地的简介这里所说的“浮地”是指控制器不接大地。我想说明何时与如何接地：（1）、干扰需要一定能量，当控制器彻底与大地隔离（浮地）时，工频干扰回路阻抗极大，流过控制器及其内部的干扰电流极小，不足以干扰控制器。（2）、当控制器外壳与大地完好连接，由于控制器与大地等电位，工频干扰电流被控制器外壳接地点所旁路，无法进入控制器内部，从而也无法干扰。 （3）、当控制器外壳与大地处于上述两者之间时，就会有工频干扰 （4）、如果控制器的使用可能存在安全问题时，外壳必须很好接地 （5）、多个设备的理想接地是尽量一点接大地，以避免设备间地线干扰（6）、有时具体问题需具体分析。一般情况下

50、，控制器外壳最好良好的接地。当外壳与内部电路间完全浮地时，由于它们间仍存在电容藕合效应，外壳与内部电路间仍将存在工频漏电流。这时： 1)、要求还不是很高时，可以不管。2)、当你的电路要求很高时，就必须将内部电路与外壳一点接地，同时，千万注意，同时，必须将外壳良好接大地。3)、为防止内部电路与外壳一点连接地时，内部输出万一碰到外壳而造成短路（如电源设备），内部电路与外壳间用容量足够大的电容相连，这样，对工频干扰来说，内部与外壳间是等电位的，对直流输出来说，是隔离的。接地按作用来分可分为保护接地和工作接地两种：1、为保证人身安全，避免发生人体触电事故，把电气设备的金属外壳与接地装置连接的方式称为保

51、护接地。2、设备的正常和事故情况下可靠的工作而进行的接地称为工作接地。在没有中性接地点的三相三线制电力系统中，当一相碰壳时，人触及外壳，接地电流Id通过人体和电网对绝缘电阻形成回路，对人就构成了单相触电。对其保护接地后，漏电设备对地电压主要取决于保护接地电阻的大小。由于接地电阻小于人体的电阻，则大部分电流经过接地装置流入地，流经人体的电流很小，对人比较安全。在中性点接地的系统中，为了防止触电的发生，可将电气设备的外壳接至该网络的零线上。当某一相带电部分与金属外壳相碰时，通过设备的外壳形成相对零线的单相触电，短路电流能促使线路上保护装置（如保险丝）快速动作，从而切断故障部分的电源，消除触电危险。

52、2、电气设备接地的概念电气设备的某个部分与大地之间作良好的电气连接称为接地。与大地直接接触的金属导体或金属导体组称为接地组，联接电气设备应接地部分与接地体的金属导体称为接地线；接地体和接地线通称为接地装置。电气设备接地的目的主要是保护人身和设备的安全，所有电气设备应按规定进行可靠接地。3、接地的分类1.为了保证人身安全，避免发生人体触电事故，将电气设备的金属外壳与接地装置连接起来的方式称为保护接地。当人体触及外壳已带电的电气设备时，由于接地体的接触电阻远小于人体电阻，绝大部分电流从接地装置上流入大地，只有小部分流入人体造成伤害。2.为了保证电气设备在正常和事故情况下可靠的工作而进行的接地称为工

53、作接地，如中性点直接接地和间接接地防雷接地都是工作接地。3.接地电阻应接地的电气设备通过接地装置和大地之间的电阻称为接地电阻，它包含五部分：a、电器设备和接地的接触电阻b、接地线本身的电阻c、接地体本身的电阻d、接地体和大地的电阻e、大地的电阻不同的电气设备对接地电阻有不同的要求：a、大地短路电流系统R<0.5Wb、容量在100KV以上的变压器或发电机R<4Wc、阀型避雷针R<5Wd、独立避雷针、小接地电流系统、容量在100KVA及以下的变压器或发电机、高低压设备共用的接地均R<10We、低压线路金属杆、水泥杆的接地电阻R<30W4、装设接地设备的要求1.接地线一

54、般用长40mm，直径为4mm的镀锌扁钢。2.接地体用镀锌钢管或角钢。3.接地体顶端距地面0.5.mm以避开冻土层。4.接地体要距建筑物.5m，与独立的避雷针接地距离大于3m。5.接地线与接地体的连接要使用搭接焊。消除触电危险。5、变压器接地 按照规定，380伏（三相）的民用电源的中性点是不应该在进户端接地的（在变压器端接地，这个接地是考虑到不能因悬浮点位造成高于电源电压的点位，用户端的接地与变压器端的接地在大地中是存在一定的电阻的），如果把电源的中性点直接接地（这在民用电施工中是不允许的），漏电保护器就失去了作用，不能保护人身和电器设备的短路了。 因此，三相五线制地线在供电变压器侧和中性线接到

55、一起，但进入用户侧后不能当作零线使用，否则发生混乱后就与三相四线制无异了。6、TNS接零保护系统它是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统，TN-S供电系统的特点如下：1、 系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用保护线PE上，安全可靠。2、工作零线只用作单相照明负载回路。3、专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。4、 干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。5、TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。在建筑工程工前的“三通一平”（电通、水通、路通和地平必须采用TN-S方式供电系统。7、漏电保护器的工作原理判定是否漏电的的原理依据是：流进和流出开关的电流必须相等，否则就判定为漏电。当漏电电流达到和超过一