电气自动控制实验指导书.docx
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电气自动控制实验指导书
第一部分低压电器控制实验
实验一三相异步电动机点动控制和自锁控制
在S32继电接触控制实验挂箱
（一）完成此实验
一、实验目的
1.通过对三相异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。
2.通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点
二、实验原理
1.继电─接触控制在各类生产机械中获得广泛地应用，凡是需要进行前后、上下、左右、进退等运动的生产机械，均采用传统的典型的正、反转继电─接触控制。
交流电动机继电─接触控制电路的主要设备是交流接触器，其主要构造为：
（1）电磁系统─铁心、吸引线圈和短路环。
（2）触头系统─主触头和辅助触头，还可按吸引线圈得电前后触头的动作状态，分动合（常开）、动断（常闭）两类。
（3）消弧系统─在切断大电流的触头上装有灭弧罩，以迅速切断电弧。
（4）接线端子，反作用弹簧等。
2.在控制回路中常采用接触器的辅助触头来实现自锁和互锁控制。
要求接触器线圈得电后能自动保持动作后的状态，这就是自锁，通常用接触器自身的动合触头与起动按钮相并联来实现，以达到电动机的长期运行，这一动合触头称为“自锁触头”。
使两个电器不能同时得电动作的控制，称为互锁控制，如为了避免正、反转两个接触器同时得电而造成三相电源短路事故，必须增设互锁控制环节。
为操作的方便，也为防止因接触器主触头长期大电流的烧蚀而偶发触头粘连后造成的三相电源短路事故，通常在具有正、反转控制的线路中采用既有接触器的动断辅助触头的电气互锁，又有复合按钮机械互锁的双重互锁的控制环节。
3.控制按钮通常用以短时通、断小电流的控制回路，以实现近、远距离控制电动机等执行部件的起、停或正、反转控制。
按钮是专供人工操作使用。
对于复合按钮，其触点的动作规律是：
当按下时，其动断触头先断，动合触头后合；当松手时，则动合触头先断，动断触头后合。
4.在电动机运行过程中，应对可能出现的故障进行保护。
采用熔断器作短路保护，当电动机或电器发生短路时，及时熔断熔体，达到保护线路、保护电源的目的。
熔体熔断时间与流过的电流关系称为熔断器的保护特性，这是选择熔体的主要依据。
采用热继电器实现过载保护，使电动机免受长期过载之危害。
其主要的技术指标是整定电流值，即电流超过此值的20％时，其动断触头应能在一定时间内断开，切断控制回路，动作后只能由人工进行复位。
5.在电气控制线路中，最常见的故障发生在接触器上。
接触器线圈的电压等级通常有220V和380V等，使用时必须认请，切勿疏忽，否则，电压过高易烧坏线圈，电压过低，吸力不够，不易吸合或吸合频繁，这不但会产生很大的噪声，也因磁路气隙增大，致使电流过大，也易烧坏线圈。
此外，在接触器铁心的部分端面嵌装有短路铜环，其作用是为了使铁心吸合牢靠，消除颤动与噪声，若发现短路环脱落或断裂现象，接触器将会产生很大的振动与噪声。
三、实验设备
序号
名称
数量
1
三相交流电源
1
2
三相鼠笼式异步电动机（DJ26）
1
3
交流接触器
1
4
按钮
2
5
热继电器
1
6
万用电表
１
图1-1
四、实验内容
认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录
电动机及各电器铭牌数据；并在断电状态下用万用电
表检查各电器线圈、触头是否完好。
鼠笼机接成△接法；实验线路电源端接三相电源
U、V、W。
1.点动控制
按图1-1点动控制线路进行安装接线，接线时，先
接主电路，即从三相交流电源的输出端U、V、W开始，经接
触器KM的主触头，热继电器FR的热元件到电动机M的三个线
端A、B、C，用导线按顺序串联起来。
主电路连接完整无误
后，再连接控制电路，即从三相交流电源某输出端（如V）开始，经过常开按钮SB1、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触头到三相交流电源的接地端。
显然这是对接触器KM线圈供电的电路。
图1-2
接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）开启控制屏电源总开关。
（2）按起动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，
比较按下SB1与松开SB1电动机和接触器的运行情况。
（3）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路
三相交流电源。
2.自锁控制电路
按图1-2所示自锁线路进行接线，它与图1-1
的不同点在于控制电路中多串联一只常闭按钮SB2，
同时在SB1上并联1只接触器KM的常开触头，它起自
锁作用。
接好线路经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）按控制屏启动按钮，接通三相交流电源。
（2）按起动按钮SB1，松手后观察电动机M是否继续运转。
（3）按停止按钮SB2，松手后观察电动机M是否停止运转。
（4）按控制屏停止按钮，切断实验线路三相电源，拆除控制回路中自锁触头KM，再接通三相电源，启动电动机，观察电动机及接触器的运转情况。
从而验证自锁触头的作用。
实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路的三相交流电源。
五、实验注意事项
1.接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠。
2.操作时要胆大、心细、谨慎，不许用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。
3.通电观察继电器动作情况时,要注意安全,防止碰触带电部位。
六、思考题
1.试比较点动控制线路与自锁控制线路从结构上看主要区别是什么？
从功能上看主要区别是什么？
2.自锁控制线路在长期工作后可能出现失去自锁作用。
试分析产生的原因是什么？
3.交流接触器线圈的额定电压为220V，若误接到380V电源上会产生什么后果？
反之，若接触器线圈电压为380V，而电源线电压为220V，其结果又如何？
4.在主回路中，熔断器和热继电器热元件可否少用一只或两只？
熔断器和热继电器两者可否只采用其中一种就可起到短路和过载保护作用？
为什么？
5.如用PLC来控制线路该做如何改动？
程序该怎么写？
实验二三相异步电机Y－△换接起动控制
在S32继电接触控制实验挂箱
（一）完成此实验
一、实验目的
1.了解时间继电器的使用方法及在控制系统中的应用。
2.熟悉异步电动机Y－△降压起动控制的运行情况和操作方法。
二、原理说明
1.按时间原则控制电路的特点是各个动作之间有一定的时间间隔，使用的元件主要是时间继电器。
时间继电器是一种延时动作的继电器，它从接受信号（如线圈带电）到执行动作（如触点动作）具有一定的时间间隔。
此时间间隔可按需要预先整定，以协调和控制生产机械的各种动作。
时间继电器的种类通常有电磁式、电动式、空气式和电子式等。
其基本功能可分为两类，即通电延时式和断电延时式，有的还带有瞬时动作式的触头。
时间继电器的延时时间通常可在0.4s～80s范围内调节。
图2-1
2．按时间原则控制鼠笼式电动机Y－△降压自动换接起动的控制线路如图2-1所示。
从主回路看，当接触器KM1、KM2主触头闭合，KM3主触头断开时，电动机三相定子绕组作Y连接；而当接触器KM1和KM3主触头闭合，KM2主触头断开时，电动机三相定子绕组作△连接。
因此，所设计的控制线路若能先使KM1和KM2得电闭合，后经一定时间的延时，使KM2失电断开，而后使KM3得电闭合，则电动机就能实现降压起动后自动转换到正常工作运转。
图2-1的控制线路能满足上述要求。
该线路具有以下特点:
（1）接触器KM3与KM2通过动断触头KM3（5-7）与KM2（5-11）实现电气互锁，保证KM3与KM2不会同时得电，以防止三相电源的短路事故发生。
（2）依靠时间继电器KT延时动合触头（11-13）的延时闭合作用，保证在按下SB1后，使KM2先得电，并依靠KT（7-9）先断，KT（11-13）后合的动作次序，保证KM2先断，而后再自动接通KM3，也避免了换接时电源可能发生的短路事故。
（3）本线路正常运行（△接）时，接触器KM2及时间继电器KT均处断电状态。
三、实验设备
序号
名称
数量
1
三相交流电源
1
2
三相鼠笼式异步电动机（DJ26）
1
3
交流接触器
2
4
时间继电器
1
5
按钮
1
6
热继电器
1
7
万用电表
1
8
切换开关
1
四、实验内容
1.时间继电器控制Y－△自动降压起动线路
（1）按图2-1线路进行接线，先接主回路后接控制回路。
要求按图示的节点编号从左到右、从上到下，逐行连接。
（2）在不通电的情况下，用万用电表Ω档检查线路连接是否正确，特别注意KM2与KM3两个互锁触头是否正确接入。
经指导教师检查后，方可通电。
（3）开启控制屏电源总开关，按控制屏启动按钮，接通三相交流电源。
（4）按起动按钮SB1，观察电动机的整个起动过程及各继电器的动作情况，记录Y－△换接所需时间。
（5）按停止按钮SB2，观察电机及各继电器的动作情况。
（6）调整时间继电器的整定时间，观察接触器KM2、KM3的动作时间是否相应地改变。
（7）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。
2.接触器控制Y-△降压起动线路
按图2-2线路接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）按控制屏启动按钮，接通三相交流电源。
（2）按下按钮SB2，电动机作Y接法起动.
（3）待电机转速接近正常转速时，按下按钮SB2，使电动机为△接法正常运行。
（4）按停止按钮SB3，电动机断电停止运行。
（5）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。
图2-2
图2-3
3.手动控制Y－△降压起动控制线路。
按图2-3线路接线。
（1）开关Q2合向上方、使电动机为△
接法。
（2）按控制屏启动按钮，接通三相
交流电源，电动机在△接法直接起动。
（3）按控制屏停止按钮，切断三相交流电
源，待电动机停稳后，开关Q2合向下方，使
电动机为Y接法。
（4）按控制屏启动按钮，接通三相交流电源，电动机在Y接法直接起动。
（5）按控制屏停止按钮，切断三相交流电源，
（6）待电动机停稳后，操作开关Q2，使电动机作
Y－△降压启动。
a.先将Q2合向下方，使电动机Y接，按控制屏启动按钮。
b.待电动机接近正常运转时，将Q2合向上方△运行位置，使电动机正常运行。
实验完毕后，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。
五、实验注意事项
1.注意安全，严禁带电操作。
2.只有在断电的情况下，方可用万用电表Ω档来检查线路的接线正确与否。
六、思考题
1.采用Y－△降压起动对鼠笼电动机有何要求。
2.如果要用一只断电延时式时间继电器来设计异步电动机的Y－△降压起动控制线路，试问三个接触器的动作次序应作如何改动，控制回路又应如何设计？
3.控制回路中的一对互锁触头有何作用？
若取消这对触头对Y－△降压换接起动有何影响，可能会出现什么后果？
4.降压起动的自动控制线路与手动控制线路相比较，有哪些优点？
实验三三相异步电机联锁正反转控制
在S32继电接触控制实验挂箱
（一）完成此实验
一、实验目的
1.通过对三相鼠笼式异步电动机连锁正反转控制线路的安装接线，掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。
2.加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。
3.学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。
二、原理说明
在鼠笼电机正反转控制线路中，通过相序的更换来改变电动机的旋转方向。
本实验给出两种不同的正、反转控制线路，具有如下特点：
1.电气互锁
为了避免接触器KM1（正转）、KM2（反转）同时得电吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM1（KM2）动断触头，它们保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电（如图6-24-1），以达到电气互锁目的。
2.电气和机械双重互锁
除电气互锁外，可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节（如图6-24-2），以求线路工作更加可靠。
3.线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。
三、实验设备
序号
名称
数量
1
三相交流电源
2
三相鼠笼式异步电动机（DJ26）
1
3
交流接触器
2
4
按钮
3
5
热继电器
1
6
万用电表
1
四、实验内容
认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据；并用万用电表Ω档检查各电器线圈、触头是否完好。
鼠笼电机接成Δ接法。
1.接触器联锁的正反转控制线路
按图3-1接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
图3-1
（1）开启控制屏电源总开关，打开电源。
（2）按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（3）按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。
（4）按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（5）再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（6）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。
2.接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路
按图3-2接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
图3-2
（1）按控制屏启动按钮，接通三相交流电源。
（2）按正向起动按钮SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。
按停止按钮SB3，使电动机停转。
（3）按反向起动按钮SB2，电动机反向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。
按停止按钮SB3，使电动机停转。
（4）按正向（或反向）起动按钮，电动机起动后，再去按反向（或正向）起动按钮，观察有何情况发生？
（5）电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？
（6）失压与欠压保护
按起动按钮SB1（或SB2）电动机起动后，按控制屏停止按钮，断开实验线路三相电源，模拟电动机失压（或零压）状态，观察电动机与接触器的动作情况，随后，再按控制屏上启动按钮，
接通三相电源，但不按SB1（或SB2），观察电动机能否自行起动？
实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。
五、故障分析
1.接通电源后，按起动按钮（SB1或SB2），接触器吸合，但电动机不转且发出“嗡嗡”声响；或者虽能起动，但转速很慢。
这种故障大多是主回路一相断线或电源缺相。
2.接通电源后，按起动按钮（SB1或SB2）,若接触器通断频繁，且发出连续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是：
（1）线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。
（2）自锁触头接触不良，时通时断。
（3）接触器铁心上的短路环脱落或断裂。
（4）电源电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。
六、思考题
1．在电动机正、反转控制线路中，为什么必须保证两个接触器不能同时工作？
采用哪些措施可解决此问题，这些方法有何利弊，最佳方案是什么？
2.在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的?
在实际运行过程中,这几种保护有何意义?
实验四三相异步电机带延时正反转控制
在S32继电接触控制实验挂箱
（一）完成此实验。
一、实验目的
1.通过对三相鼠笼式异步电动机延时正反转控制线路的安装接线，掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。
2.加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。
3.学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。
二、原理说明
在鼠笼电机延时正反转控制线路中，通过相序的更换来改变电动机的旋转方向。
本实验给出两种不同的正、反转控制线路如图3-1及3-2，具有如下特点：
1.电气互锁
为了避免接触器KM1（正转）、KM2（反转）同时得电吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM1（KM2）动断触头，它们保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电（如图6-24-1），以达到电气互锁目的。
2.电气和机械双重互锁
除电气互锁外，可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节（如图6-24-2），以求线路工作更加可靠。
3.线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。
三、实验设备
序号
名称
数量
1
三相交流电源
1
2
三相鼠笼式异步电动机（DJ26）
1
3
交流接触器
2
4
按钮
3
5
热继电器
1
6
交流电压表
1
7
时间继电器
1
8
万用电表
1
四、实验内容
认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据；并用万用电表Ω档检查各电器线圈、触头是否完好。
鼠笼电机接成Δ接法；实验线路电源接三相电压输出端U、V、W。
按图4-1接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
图4-1
（1）开启控制屏电源总开关。
（2）按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（3）按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。
（4）按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（5）再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（6）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。
五、习题
尝试用PLC来控制以上电路。
实验五三相异步电动机带限位自动往返控制
在S32继电接触控制实验挂箱
（一）完成此实验。
一、实验目的
1.通过对三相异步电动机带限位自动往返控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的能力。
2.通过实验进一步理解三相异步电动机带限位自动往返转控制的原理。
二、原理说明
图5-1为三相异步电动机带限位自动往返控制线路图。
当工作台的档块停在限位开关SQ1和SQ2之间的任意位置时，可以按下任一起动按钮SB1或SB2使工作台向任一方向运动。
例如按下正转按钮SB1，电动机正转带动工作台左进。
当工作台到达终点时档块压下终点限位开关SQ2，SQ2的常闭触点断开正转控制回路，电动机停止正转，同时SQ2的常开触点闭合，使反转接触器KM2得电动作，工作台右退。
当工作台退回原位时，档块又压下SQ1，其常闭触头断开反转控制电路，常开触点闭合,使接触器KM1得电，电动机带动工作台左进,实现了自动往返运动。
图5-1
三、实验设备
序号
名称
数量
1
三相交流电源
1
2
三相鼠笼式异步电动机（DJ26）
1
3
交流接触器
2
4
限位开关
2
5
按钮
3
6
热继电器
1
四、实验内容
鼠笼电机接成Δ接法，实验线路电源接三相电压输出（U、V、W）。
按图5-1接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
1．开启控制屏电源总开关。
2．按下SB1，使电动机正转，运转约半分钟。
3．用手按SQ2（模拟工作台左进到达终点，档块压下限位开关），观察电动机应停止正向运转，并变为反向运转。
4．反转约半分钟，用手按SQ1（模拟工作台后退到达原位，档块压下限位开关），观察电动机应停止反转并变为正转。
5．重复上述步骤，应能正常工作。
五、习题
尝试用PLC来控制以上电路。
思考在用PLC控制时应注意哪些问题
实验六三相异步电机单向能耗制动控制
在S33继电接触控制实验挂箱
（二）完成此实验。
一、实验目的
1．通过实验进一步理解三相鼠笼式异步电动机能耗制动原理。
2．增强实际连接控制电路的能力和操作能力。
二、原理说明
1．三相鼠笼电动机实现能耗制动的方法是：
在三相定子绕组断开三相交流电源后，在两相定子绕组中通入直流电，以建立一个恒定的磁场，转子的惯性转动切割这个恒定磁场而感应电流，此电流与恒定磁场作用，产生制动转矩使电动机迅速停车。
2．在自动控制系统中，通常采用时间继电器，按时间原则进行制动过程的控制。
可根据所需的制动停车时间来调整时间继电器的时延，以使电动机刚一制动停车，就使接触器释放，切断直流电源。
3.能耗制动过程的强弱与进程，与通入直流电流大小和电动机转速有关，在同样的转速下，电流越大，制动作用就越强烈，一般直流电流取为空载电流的3～5倍为宜。
三、实验设备
序号
名称
数量
1
三相交流电源
1
2
三相鼠笼式异步电动机（DJ26）
1
3
交流接触器
2
4
时间继电器
1
5
变压器
1
6
整流桥堆
1
7
制动电阻
3
8
按钮
2
9
万用电表
1
四、实验内容
1．鼠笼机接成Δ接法，实验线路电源接三相电压输出端（U、V、W）。
初步整定时间继电器的时延，可先设置得大一些（约5～10秒）。
本实验中，能耗制动电阻RT为10Ω。
2．按图6-1接线，并用万用电表检查线路连接是否正确。
3．自由停车操作
先断开整流电源（如拔去接在V相上的整流电源线），按SB1，使电动机起动运转，待电动机运转稳定后，按SB2，用秒表记录电动机自由停车时间。
4．制动停车操作
接上整流电源（即插回接通V相的整流电源线）
a．按SB1，使电动机起动运转，待运转稳定后，按SB2，观察并记录电动机从按下SB2起至电动机停止运转的能耗制动时间tZ及时间继电器延时释放时间tF，一般应使tF＞tZ。
b．重新整定时间继电器的时延，以使tF=tZ，即电动机一旦停转便自动切断直流电源。
图6-1
五、实验注意事项
1.接好线路必须经过严格检查，绝不允许同时接通交流和直流两组电源，即不允许KM1、KM2同时得电。
六、思考题
1．为什么交流电源和直流电源不允许同时接入电机定子绕组？
2．电机制动停车需在两相定子绕组通入直流电，若通入单相交流电，能否起到制动作用，为什么？
七、习题
尝试用PLC来控制以上电路。
实验七基于PLC的三相异步电机Y/△换接起动控制
在MF32继电接触控制实验挂箱中完成本实验。
由于电机正反转换接时，有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因，使接触器主触头产生较为严重的起弧现象，如果电弧还未完全熄灭时，反转的接触器就闭合，则会造成电源相间短路。
用PLC来控制电机则可避免这一问题。
一、实验目的
1.掌握电机星/三角换接启动主回路的接线。
2.学会用可编程控制器实现电机星/三角换接降压启动过程的编程方法。
二、控制要求
触动启动按钮SB2后，电机先作星形连接启动，经延时6秒后自动换接到三角形连接运转；触动停止按钮SB3后电机停止转动。
三、基于PLC的三相异步电动机星/三角换接启动控制实验接线图
PLC接线图电机接线图
四、动作过程分析
启动：
按启动按钮SB2，X000的动合触点闭合，M100线圈得电，M100的动合触点闭合，Y001线圈得电，即接触器KM1的线圈得电，1秒后Y003线圈得电，即接触器KM3的线圈得电，电动机作星形连接启动；同时定时器线圈T0得电，当启动时间累计达6秒时，T0的动
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