控制电机正反转实验

控制电机正反转实验（精选5篇）

控制电机正反转实验篇1

一、实验目的1．熟悉常用低压电器元件的功能及使用方法

2．掌握自锁、互锁电路的作用

3．掌握三相异步电动机正反转控制电路的工作原理。

4．熟悉电气电路的接线及检查方法

5．培养学生分析和解决实际问题的能力

6．使学生养成科学研究和团队合作的习惯

二、实验基本原理

画出实验电路图

三、实验所需仪器设备

三相异步电动机1台、接触器2个、热继电器1个、按钮盒1个、380V电源、导线若干

四、实验步骤及内容

1．认识各电器元件的结构。

2．完成三相异步电动机正反转控制实验电路图接线，应先接主电路，再接控制电路。（其中，SB1为停止按钮，SB2为正转起动按钮、SB3为反转起动按钮）接线后，经指导教师检查后，方可进行通电操作。

注意：

1．要在断电时进行拆接线

2．正反转切换时，要先按下停止按钮SB1，看到电动机输出轴速度降下来后再按另一方向的起动按钮。

五、实验原始数据记录

自己组织语言描述该电路图的工作原理

六、数据处理与分析

1．正反转切换时，确保一方向控制运行的接触器在触点断开后进行另一方向起动，为什么？

控制电机正反转实验篇2

数控技术是采用数字代码形式的信息, 按给定的工作程序、运动速度和轨迹, 对被控制的对象进行自动操作的一种技术。从数控机床最终要完成的任务看, 主要有主轴运动。和普通车床一样, 主运动主要完成切削任务, 其动力约占整台机床动力的70～80%。基本是步进电动机和伺服电机对主轴的正、反转和停止控制拖动, 可自动换档及无级调速。通过对步进电动机的调速和正反转PLC控制的研究, 进一步提高机械生产制造的自动化。

二、步进电动机结构、步进过程原理

1. 步进电动机

步进电动机伺服系统是典型的开环伺服系统。在这种开环伺服系统中, 执行元件是步进电动机。步进电动机把进给脉冲转换为机械角位移, 并由传动丝杠带动工作台移动。由于该系统中为位置和速度检测环节, 因此它的精度主要由步进电动机的步距角和与之相联系的丝杠等传动机构所决定。步进电动机的最高极限速度通常要比伺服电动机低, 并且在低速时容易产生振动, 影响加工精度。但步进电动机开环伺服系统的控制和结构简单, 调整容易, 在速度和精度要求不高的场合具有一定的使用价值。步进电动机细分技术的应用, 使步进电动机开环伺服系统的定位精度明显提高;并且降低了步进电动机低速振动, 使步进电动机在中低速场合的开环伺服系统中得到更广泛的应用。

反应式步进电动机转子中无绕组, 定子绕组励磁后产生反应力矩, 使转子转动。这是我国主要发展的类型, 已于上世纪70年代末形成完整的系列, 有比较好的性能指标。反应式步进电动机有较高的力矩转动惯量比, 步进频率较高, 频率响应快, 不通电时可以自由转动、结构简单、寿命长的特点。

反应式步进电动机的工作原理从图1a中可以看出, 在定子上有六个大极, 每个极上绕有绕组。每对对称的大极绕组形成一相控制绕组。这样形成A、B、C三相绕组。极间夹角为60°。在每个大极上, 面向转子的部分分布着多个小齿, 这些小齿呈梳状排列, 大小相同, 间距相等。转子上均匀分布40个齿, 大小和间距与大齿上相同。当某相 (如A相) 上的定子和转子上的小齿由于通电电磁力使之对齐时, 另外两相 (B相, C相) 上的小齿分别向前或向后产生三分之一齿的错齿, 这种错齿是实现步进旋转的根本原因。这时如果在A相断电的同时, 另外某一相通电, 则电动机的这个相由于电磁吸力的作用使之对齐, 产生旋转。步进电动机每走一步, 旋转的角度是错齿的角度。错齿的角度越小, 所产生的步距角越小, 步进精度越高。现在步进电动机的步距角通常为3°;1.8°;1.5°;0.9°;0.5°到0.09°等。步距角越小, 步进电动机结构越复杂。

2. 步进电动机的有关术语:

相数:电动机定子上有磁极, 磁极对数称为相数。如图1a有6个磁极, 则为三相, 称该电动机为三相步进电动机。10个磁极为五相, 称该电动机为五相步进电动机。

拍数:电动机定子绕组每改变一次通电方式称为一拍。

步距角:转子经过一拍转过的空间角度用符号α表示。

齿距角:转子上齿距在空间的角度。如转子上有N个齿, 齿距角θ。

3. 步进电动机的通电方式及步距角

(1) 步进电动机的通电方式

步进电动机有单相轮流通电, 双相轮流通电, 单双相轮流通电几种通电方式。

三相单三拍。我们把对一相绕组一次通电的操作称为一拍, 则对三相绕组A、B、C轮流通电三拍, 才使转子转过一个齿, 转一齿所需的拍数为工作拍数。对A、B、C三相轮流通电一次称为一个通电周期, 步进电动机转动一个齿距。对于三相步进电动机, 如果三拍转过一个齿, 称为三相三拍工作方式。

由于按A→B→C→A相序顺序轮流通电, 则磁场逆时针旋转, 则转子也逆时针旋转, 反之则顺时针转动。

这种通电方式只有一相通电, 容易使转子在平衡位置上发生振荡, 稳定性不好。而且在转换时, 由于一相断电时, 另一相刚开始通电, 易失步 (指不能严格地对应一个脉冲转一步) , 因而不常采用这种通电方式。步距角系数c=1。

双相双三拍。这种通电方式由于两相同时通电, 其通电顺序为AB→BC→CA→AB, 控制电流切换三次, 磁场旋转一周, 双相双三拍转子受到的感应力矩大, 静态误差小, 定位精度高, 而且转换时始终有一相通电, 可以使工作稳定, 不易失步。其步距角和单三拍相同, 步距角系数c=1。

三相六拍。如果我们把单三拍和双三拍的工作方式结合起来, 就形成六拍工作方式, 这时通电次序为:A→AB→B→BC→C→CA→A。在六拍工作方式中, 控制电流切换六次, 磁场旋转一周, 转子转动一个齿距角。所以齿距角是单拍工作时的二分之一。每一相是连续三拍通电 (如图4所示) , 这时电流最大, 且电磁转矩也最大。且由于通电状态数增加一倍, 而使步距角减少一倍。步距角系数c=2。

(2) 步距角的计算

设步进电动机的转子齿数为N, 则它的齿距角为

由于步进电动机运行K拍可使转子转动一个齿距角, 所以每一拍的步距角可以表示为

式中K——步进电动机的工作拍数;

N——转子齿数。

式中m—相数

z—步进电动机转子齿数。

c—步距角系数

如果按单相对于转子有40齿并且采用三拍工作的步进电动机, 其步距角为:=360°/N×K=360°/40×3=3°。或=360°/mzc=360°/40×3×1=3°。

如果按单、双相通电方式运行则三相步进电动机的转子齿数z=40, 步距角系数c=2, 其步距角为:=360°/mzc=360°/40×3×2=1.5°。

三、基于基本逻辑指令和常用指令的步进电动机调速和正反转控制系统

通过研究也能用基本逻辑指令和常用指令能对三相步进电机的转速控制;可实现对三相步进电动机的正反转控制和步数进行控制。三相步进电动机的转速控制, 分慢速、中速和快速三挡, 分别通过开关S1、S2和S3选择;正反转控制由开关S4选择 (X004为ON, 正转;X004为OFF, 反转) ;步数控制分单步、10步和100步三挡, 分别通过按钮SB1、开关S6和S7开关选择;停止用按钮SB2控制。

1. 输入和输出点分配

对步进电动机正反转和调速、步数控制输入和输出点分配见表1。

3.2 PLC配置及接线图

3.3控制程序

三相步进电动机控制程序设计的梯形图如图6所示。

(1) 转速控制。由脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲, 通过脉冲控制器的选择, 再通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y000、Y001和Y002按照单双六拍的通电方式接通, 其接通顺序为:

该过程对应于三相步进电动机的通电顺序是:

选择不同的脉冲周期T, 以获得不同频率的控制脉冲, 从而实现对步进电动机的调速。

(2) 正反转控制。通过正、反转驱动环节 (调换相序) , 改变Y000、Y001和Y002接通的顺序, 以实现步进电动机的正、反转控制。即

正转:

反转:

(3) 步数控制。通过脉冲计数器, 控制六拍时序脉冲数, 以实现对步进电动机步数的控制。

3.4 运行与调试程序

将图6的梯形图编写对应的指令程序, 并将其写入PLC的RAM, 运行调试程序。

(1) 转速控制。选择慢速 (接通S1) , 接通启动开关S0。脉冲控制器产生周期为1s的控制脉冲, 使M0～M5的状态随脉冲向右移位, 产生六拍时序脉冲, 并通过三相六拍环形分配器使Y000、Y001和Y002按照单双六拍的通电方式接通, 步进电动机开始慢速步进运行。断开S1、S0;接通S2、S0或S3、S0, 观察步进电动机的转速控制运行情况。 (2) 正反转控制。先接通正、反转开关S4, 再重复上述转速控制操作, 观察步进电动机的运行情况。 (3) 步数控制。选择慢速 (接通S1) ;选择10步 (接通S6) ;接通启动开关S0。六拍时序脉冲及三相六拍环形分配器开始工作;计数器开始计数。当走完预定步数时, 计数器动作, 其常闭触点断开移位驱步进电动机动电路, 六拍时序脉冲、三相六拍环形分配器及正反转驱动环节停止工作。步进电动机停转。在选择慢速的前提下, 再选择单步或100步重复上述操作, 观察步进电动机的运行情况。

四、结束语

本文介绍的步进电动机的步数控制、正反转控制、转速控制, 用PLC的解码、编码指令实现对控制项目的研究具有较高的性价比, 可以实现生产过程的自动化控制, 也可以进行普通车床数控化改造, 人机界面良好, 系统投入运行后, 抗干扰强, 运行可靠, 维护量小, 可获得良好效果。

摘要：本文阐述三相步进电动机结构与步进过程原理, 以及对步进电动机的调速和正反转研究, 采用PLC基本逻辑指令和常用指令的方法对步进电动机的调速和正反转控制, 经过对步进电机的通电方式和步距角的计算研究, 用可编程控制器进行硬件和软件设计, 可用于数控机床步进电机的调速控制。

关键词：步进电机,调速,PLC

参考文献

[1]赵俊生主编:《数控机床控制技术基础》北京:化学工业出版社2006.1

控制电机正反转实验篇3

关键词：正反转控制教学策略教学流程教学反思

随着人类和社会的发展，各种各样的机械在我们的生活和工作中扮演着越来越重要的角色。无论是简单还是复杂的机械，其动作的动力都是由各种各样的电动机提供的。电力拖动控制线路与技能训练是机电专业的重要课程。这门课程知识程度掌握得好坏，直接影响到许多后续课程的学习。正反转控制线路的实现及一些实际应用的设计内容以提高学生的学习兴趣、拓展其知识面为主要目的。其中“三相异步电动机的正反转控制线路”单元课题三，其主要内容是三相异步电动机的正反转控制线路的组成与工作原理。教材的该部分教学内容使学生由浅入深、由简到繁过渡，突出了对基本线路的分析、应用知识的迁移、组合的规律，引导学生去认识、掌握新的线路，提高分析和解决问题的能力，以便为后期PLC的学习打基础。本次课程属于承上启下的内容，是分析多电动机控制电路的基础，对生产实践具有重要指导意义，是本课程的重要章节之一。

一、学情分析

要上好一堂课，不仅要备教材，更要备学生。教师只有对学生的知识结构、学习能力和心理特征分析和掌握，才能制定出合理的教学目标和教学方法。本次授课前，学生已经学习了电动机的基本控制电路，对电动机控制电路有了一定的感性认识，已经具备探究本次课程内容的理论基础。我们面对的是中职学校的学生。这些学生普遍存在着学习基础较差、抽象思维薄弱、有厌学情绪、学习主动性不高的情况，但通过对电动机点动控制、连续控制和多地控制的学习，发现学生已经入门，对这门课产生浓厚的兴趣。

结合以上分析，制定本次课程的教学目标见下表。

根据教学目标和学生知识结构特点，确定了本次课程的教学重难点。重点是三相异步电动机正反转控制线路的工作原理，难点是三相异步电动机正反转控制线路的实际接线及调试和故障排除。

二、教学策略

结合本专业学生的基本学情，笔者对本节课进行两方面的学法指导。第一，引导学生在操作中观察、思考与讨论，培养学生自主探究的学习方法。第二，通过小组合作的形式，在完成所要求任务的过程中引导学生互相帮助、互相探讨，培养学生团队协作精神和集体荣誉感，最终使学生完成由“学会”到“会学”的知识内化过程。

为了实现本节课的教学目标，解决重点难点，采用理论和实践相结合的教学方式，以电路图为主线、教师为主导、学生为主体，整个教学围绕“说”与“动”而展开，边讲边实践。创设真实氛围的工作环境，形成仿真的工作场所，使教学过程变为生产过程，学习任务变为工作任务，通过学习亲身体验工作，培养学生自主思考的能力。

根据本节课的内容和学生的实际水平，主要采用的是提问法、讲授法、讲练结合法等等。教师引导思路，学生积极思考，一起完成教学任务。采用启发式教学，引导学生探索顺序控制线路的设计思路，从而得到三相异步电动机的正反转控制的工作原理和操作过程。这样特别能培养学生思维的灵活性、严密性、批判性等，渗透电器原理图的设计思想。讲练结合法，结合之前知识，使学生完成线路图的设计，正确地画出线路图，并分析其工作原理。

三、教学流程

为了让“课有所得”，真正让学生学得懂、学有用、愿意学，让课堂活跃起来，把学生注意力牵制在课堂上，笔者把整个教学过程设计为五个环节：视频简介，复习导入；演示教学，动画模拟；实践操作，验证理论；交流点评，小结全课；积极思考，拓展延伸。

第一个环节：视频简介，复习导入。用一段工业生产视频引出学生对三相异步电动机正反转控制的思考，回顾实现电动机的正反转的方法，使学生大致了解三相异步电动机正反转控制线路的工作过程。视频能够刺激学生感官，激发学生学习兴趣。该环节培养学生的好奇心，观察能力及分析问题的能力。

第二个环节：演示教学，动画模拟。利用演示实验的动画展示，让学生对电动机正反转的实际接线及操作产生初步的感性认识，展示正转、反转、停止等现象，使学生直观地看到控制线路所应达到的最终结果。先讲操作步骤，使学生掌握怎样做，之后在做的过程中思考原理，为后面做好铺垫。

第三个环节：实践操作，验证理论。将全班同学分成两人一组，根据电气控制线路原理图，连接线路实现电动机的正反转。指导教师对每组操作进行巡查，在检查的过程中鼓励学生提出问题并引导学生解决问题。这一环节操作性比较强，主要目的有两个：一是可以直观地把所学知识有效的传授给学生们，加深学生们的印象；二是通过实际操作，改变了一味的说教式教学。

第四个环节：交流点评，小结全课。错误本身是达到真理的一个必然环节，让学生学会主动去发现错误，进行讨论研究，最后互帮互助做出正确的线路。这个环节让学生通过自己的努力找到成就感，体会成功后的喜悦，增强学生的就业信心。

第五个环节：积极思考，拓展延伸。在布置课后作业时，把课堂原有的知识加深难度，拓展学生视野。针对学生基础的差异进行分层布置，对知识做适度延伸和降低难度，使学有余力的学生有所提高，使基础差点的学生保持学习兴趣，从而达到拔尖和“减负”的目的。

四、教学反思

利用多媒体将本课所学内容提前做好，让学生理解工作原理，再用提前准备的动画为学生演示其工作过程，使之一目了然，更加清晰明白。

课堂上，学生通过交流、阐释、质疑、争论、展示中实现知识的内化和拓展；教师通过倾听和讨论，提出建设性意见，给出针对性评价。这样的课堂才是师生平等交流、共同成长的乐园。

本课通过理论结合实际的教学方法，充分调动了学生的主体意识，体现学生自主、合作、探究的学习方式，教师更多的是起到点拨、引导作用。学生能够轻松愉快地掌握知识。

教学将进一步跳出传统教学模式的束缚，创新教法，坚持以学生为主体，精心设计、巧妙引导，让课堂教学气氛变得更加生动活泼，富有情趣。

以上是笔者对三相异步电动机的正反转控制电路这节课程的认识和对教学过程的设计。在整个课堂中，笔者引导学生回顾前面学过的低压电器的图形符号，举例说出生产生活中用到的三相异步电动机的正反转控制的实例，并把它导入到本节课，使学生了解了三相异步电动机的正反转控制的应用，使学生的认知活动逐步深化，既了解了用途，又掌握了知识。

总之，对课堂的设计，笔者始终在努力贯彻以教师为主导，以学生为主体，让学生动脑、动手、动口，积极参与，感受自我获取知识的过程，课堂气氛变得比较活跃，并加强了师生间的交流、互动，发展了学生的思维能力和创造能力。只有这样，学生才能真正在教学舞台上处于主体地位，成为学习的主人。

PID控制电机实验报告篇4

摘要

以电机控制平台为对象，利用51单片机和变频器，控制电机精确的定位和正反转运动，克服了常见的因高速而丢步和堵转的现象。电机实现闭环控制的基本方法是将电机工作于启动停止区，通过改变参考脉冲的频率来调节电机的运行速度和电机的闭环控制系统由速度环和位置环构成。通过PID调节实现稳态精度和动态性能较好的闭环系统。

关键词：变频器PID调节闭环控制

一、实验目的和任务

通过这次课程设计，目的在于掌握如何用DSP控制变频器，再通

过变频器控制异步电动机实现速度的闭环控制。为实现闭环控制，我们需完成相应的任务：

1、通过变频器控制电机的五段调速。

2、通过示波器输出电机速度变化的.梯形运行图与s形运行图。

3、通过单片机实现电机转速的开环控制。

4、通过单片机实现电机的闭环控制。

二、实验设备介绍

装有ccs4.2软件的个人计算机，含有ADC模块的51单片机开发板一套，变频器一个，导线若干条。

三、硬件电路

1.变频器的简介

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，变频器还有很多的保护功能。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

2.变频器的使用

控制电机正反转实验篇5

三相异步电动机的正反转控制线路作为一个基本控制环节, 在电气控制线路中用得非常广泛。在电动机正反转换接时, 有可能因同一元件的常开、常闭触点的切换没有时间的延迟, 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严重的燃弧现象, 在电弧还没有完全熄灭时, 反转的接触器就闭合, 则会造成电源相间短路。为了防止电源短路, 可以采用电气联锁保护, 但在实际使用中, 有时候光有电气联锁保护还不够, 接触器的线圈断电后, 其触头可能由于熔焊而仍然闭合。如果有人用手推另一个接触器的衔铁就会使两个接触器都处于吸合状态, 所以除电气联锁外还应加装机械连锁。机械连锁更可靠地保证两个接触器不会同时吸合, 但是只能在空间位置比较靠近的两个接触器间安装。电器连锁可以不受空间位置的限制, 但在接触器触头焊住时不能起到保护作用。在线路中不允许单独采用机械连锁, 因为当一个接触器吸合时, 按另一接触器的按钮, 虽然由于机械连锁的作用, 另一接触器不会吸合, 但它的线圈却通过所谓的“起动”电流 (铁心未闭合时, 交流接触器线圈的感抗小、电流大) , 时间过长就会烧毁线圈。

为了克服以上困难, 这里采用定时器T37, T38分别作为正转、反转切换的保护手段。由于加入了定时器操, 作者可以根据不同的需要设定正反转切换的时间, 可以有效地克服正反转换向时可能因电弧没有完全断开而引起电源的短路。

1 改进后的继电器接触控制电气原理图

如图1所示, 合为电气原理主电路和辅助电路原理图。主电路就是电气线路中强电流通过的部分, 即从电源经电源开关QS、接触器KM1或KM2的主触头、热继电器FR的发热元件到电动机M, 见图1。

辅助电路包括电动机的控制线路, 照明、信号线路和保护线路, 由继电器和接触器线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、主令电器 (主令控制、按钮) 、照明灯、信号灯、电笛以及其他电器元件组成。为了易于区别主电路和辅助电路, 通过强电流的主电路为图1的左部, 通过弱电流的辅助电路为图1的右部。电器原理图只表明电气线路的工作原理, 因此电器在图1中一般不表示其空间位置, 同一电器各元件往往根据需要画在不同的位置。如图1中的接触器KM1, 主触头画在主电路中, 线圈和辅助触头画在控制电路中, 而且对各对辅助触头可按需要画在不同的位置上, 但同一电器的各元件都要用同一文字符号标出。这种展开式画法对于表达或通用电器线路原理都较为方便。

2 采用PLC控制的正反转控制线路

2.1 对应的I/O配置接线图

图2中SB1是停止按钮, SB2是正向起动按钮, SB3是反向起动按钮, FR是热继电器接触开关。COM为地端, KM, KM1, KM2为接触器, 图2的右下角图形为交流电源。M0.0, M0.1, M0.2为中间继电器, Q0.1, Q0.2是指正反转线圈。对应的I/O分配表见表1。

2.2 对应的I/O分配表

对应的I/O分配如表1所示。

2.3 梯形图

此梯形图是用西门子系列的PLC, 编程软件是STEP7-Micro/WIN32的S7-300可编程序控制器, 如图3所示。

2.4 对应的指令程序

对应的指令程序如下:

2.5 原理分析

当按下正向启动按钮SB2时, 会使中间继电器M0.1得电闭合并自锁, 同时使反向起动线路中的常闭触点M0.1断开, 从而与正向起动线路形成了互锁。这种互锁保证了不会因为误操作而导致电动机正反转同时生效, 对电动机起到了保护作用。在按下正向起动按钮SB2的同时, 正转延时定时器T37接通, 在延时数秒后, 正转线圈接通电动机正转起动。当按下反转按钮SB3时, 会使中间继电器M0.2得电闭合并自锁同时切断了正转线路。在按下反向起动按钮SB3的同时, 反转延时定时器T38接通并延时数秒后反转线圈才得电接通。中间的延时足以使电动机由正转向反转换向时有可能产生的电弧完全熄灭, 能有效地避免直接换向产生的电弧所引起的短路事故。

停机时, 按下停止按钮SB1, 就会使中间继电器M0.0失电, 从而使正向起动按钮SB2或反向起动按钮SB3失电。中间继电器M0.1或M0.2就会失电, 正、反转延时定时器T37或T38失电, 从而使电动机正反转线圈Q0.1或Q0.2失电, 电动机就会停下来。

3 结语

经实践应用证明, 这种改进后的线路不仅能有效地防止线路切换时电源相间短路的现象, 尤其是对大功率电动机效果更加明显。而且由于此线路采用了定时器, 能根据不同的需要有选择地设置切换时间的长短, 在实际应用中定能收到良好的效果。

摘要：针对电动机正反转传统控制存在的弊端, 通过PLC中的定时器及互锁、联锁等保护手段对电动机的正反转加以控制, 从而避免操作不当或误操作而引起事故。这里主要讨论改进后的继电器接触控制电气原理图, 对应的I/O配置接线图, PLC梯形图, 部分程序, 并对改进后的原理进行分析, 得出结论性的判断。

关键词：电动机正反转,PLC,梯形图,传统控制

参考文献

[1]吴中俊, 黄永红.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]首珩.一个用PLC控制的防止相间短路的电动机正反转控制线路[J].电气开关, 2000 (6) :14-15.

[3]西门子公司.SIMATIC S7-300, S7-400梯形逻辑编程[Z].2002.

[4]李铁军, 张淑敏.PLC在数控机床电气控制方面的应用[J].机械工程师, 2005 (9) :23-25.

[5]袁日寿, 王正.PLC在组合机床上的应用综[J].可编程控制器与工厂自动化, 2008 (6) :47-49.

[6]窦岩.PLC自动化控制系统可靠性研究[J].长春理工大学学报:综合版, 2005 (3) :105-106.