实验题目：三相异步电动机的自动控制

1. 课程简要信息

课程名称：电工与电子技术课程学时：64学时（含16 学时实验）适用专业：非电类专业本科生学生年级：大二，第三、四学期

2. 实验内容、任务及要求

实验目的：

通过本项实验，初步学会运用所学的电工学知识独立设计一个电工装置。

实验任务：

假设工作现场有三台三相交流异步电动机，分别为 A,B,C。

今工艺要求：

（1） A 机开动则 B 机必须开动；
（2） B 机开动则 C 机必须开动。如果不满足则必须发出声或者光报警。

实验内容：

（1） 在写出报警信号逻辑式的基础上，化简且画出逻辑图。
（2） 按所得逻辑电路运用所学电工学知识设计出一个实用的逻辑报警装置且设计画出点击的电器控制回路和电机的主回路。要求能够实现电气联锁、欠压保护、过载保护，短路保护等功能。
（3） 提出构成该项装置所需元件、设备、仪器、电表及所需的实验板。
（4） 如若要求报警数秒后，该装置还能自动排除故障（即启动相应电机）从而满足工艺要求，试设计出该电路。（选作）

实验过程及要求：

（1） 复习三相异步电动机的星接和角接方法；
（2） 复习继电接触控制电器的作用，掌握各电器元件在电路中的作用。注意各器件的电参数，如额定电压、额定电流等；学会计算不同电路应如何计算电参数，以便选择合适的器件；
（3） 复习电机的主电路的接法、控制电路的接法，机械联锁、电气联锁和自锁的电路形式；
（4） 复习掌握组合逻辑电路的表达式、卡诺图等化简方法；
（5） 构思逻辑报警电路实现方式，选择与之相对应的芯片（如与非门或者或门等），设计逻辑报警电路结构；
（6） 设计三台三相异步电动机的直接启动主电路；
（7） 设计三台三相异步电动机的控制电路，注意交流接触器的额定电压，根据额定电压选择380V 还是220V的控制电路电压；
（8） 设计控制电路的电气联锁和自锁，保证电路的安全；
（9） 撰写设计总结报告，并通过分组演讲，学习交流不同解决方案的特点。

3. 相关知识及背景（限 150 字）

这是一个运用数字电子技术、电机学和继电控制解决现实生活和工程实际问题的典型案例，需要运用组合逻辑电路的表达式、卡诺图化简，三相异步电动机的顺序控制及按钮、交流接触器、热继电器等相关知识与技术方法。并涉及如何绘制电气原理图、主电路、控制电路及逻辑报警电路等工程方法。

4. 教学目标与目的（限 100 字）

在较为完整的工程项目实现过程中引导学生了解数字电子电路、电机拖动等相关知识。学会根据工程需求比较选择技术方案；引导学生根据需要选择元器件，设计安全可靠的电路，并通过实际操作完成从理论到实践的验证，提高解决实际问题的能力。

5. 教学设计与引导

教学设计：

在教学设计中，选择了理论与实际结合紧密的三相异步电动机的相关课题。以学生已掌握的专业知识为基础。实验在设计上适当的高于所学专业知识，有利于学生将已学过的知识系统化和实用化，启发学生探究学科理论。

在这个综合性实验中要求学生在完成相关知识的复习后，将实验准备工作与设计方案交到学生手中，在做好这些前提工作之后让学生学着自己确定所需的设备规格，实验材料，使用合适的实验技术，最后完成实验报告并总结实验成果及存在问题。

教学引导：

本实验的过程是一个比较完整的工程实践项目，需要经历学习研究、方案论证、系统设计、实现调试、设计总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

（1） 根据所选用三相异步电动机的不同，可能采用星型连接或者角型连接，具体的连接方式需要由电机的铭牌数据而定。实验室可以提供线电压220V和380V。
（2） 电机的主控制电路选择交流接触器进行控制，在选择了电机的连接方式后，选择交流接触器的线圈电压。避免出现两者电压不一致的情况。特别是当选择220V的角型连接时，不能选择额定电压为 380V的交流接触器。
（3） 在进行电机启停控制电路设计时，必须考虑自锁控制，否则无法完成电机的连续运行。自锁是在启动按钮处并联自身的敞开辅助触点。
（4） 在电机启停控制电路设计中，处于实验安全考虑，可以进行电气联锁设计。电气联锁是在电路中串联除了自身外的其他的交流接触器的常闭辅助触点。
（5） 在电机启停控制电路设计中，处于实验安全考虑，可以进行机械联锁设计。机械联锁是采用复合开关实现。
（6） 逻辑报警电路可以采用与非门、或门等逻辑门电路实现。在实际的工程设计中，成本和接线的复杂程度均需要考虑，因此建议在写出逻辑电路表达式后，进行化简，化简到最简式后，再变换成与非门的形式，最后用与非门进行电路设计。
（7） 在实验完成后，可以组织学生以项目演讲、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同解决方案及其特点，拓宽知识面。

（8） 在设计中，要注意设计的规范性；如如何绘制电路原理图，画出电路的逻辑电路图等；在调试中，要注意安全规范，电路工作的稳定性与可靠性等。

6. 实验原理及方案

1）系统结构

2）实现可采用的器件及提供的数量

强弱电连接线（若干）
强电连接线 （若干）
弱电连接线（若干）
热继电器（3 个）
交流接触器 （3 个）

复合按钮（若干）

数字电路实验板（1块）

7. 教学实施进程

实验实施过程主要包括以下几个环节：

（1） 实验任务发放：提前一周发放实验具体要求。学生可以根据自身的情况选择适合自己的实验难度。对于选作部分的内容可以进行取舍。
（2） 实验预习：包括实验参考文献的查阅等，学生根据要求进行相关知识点的梳理，根据要求对所需要的知识点及可能的实验方案进行文献查阅。
（3） 实验方案的设计：在对相关内容了解掌握的基础上，设计合理的电路图，要求有一定的规范性、并要求电路尽量进行优化设计。避免繁杂的接线。
（4） 现场操作：学生可以预约在实验室实验的时间，并在实验之前确认实验室是否拥有自己所提出的实验方案中的器件。如果没有，需要和老师及时沟通，或者选择修改设计方案，以便能够在实验室完成自己的设计电路的验证工作。
（5） 实验结果验收：实验结束后，学生在确认自己的设计无误的前提下，实验指导教师在现场对学生整个实验过程进行客观评价。包括实验用时、实验工程中出现问题解决情况，实验接线的规范性等进行评价。
（6） 实验报告的撰写：实验结束后，学生要对整个实验从预习、查找资料、分析与设计电路到实际接线完成实验电路的物理实现的整个过程进行总结，给出经验和不足。

8. 实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

（1） 实验需求分析：分析实验任务，找出实验所需的知识点。进行有针对性的复习。
（2） 实现方案论证：要求至少应该有两种以上实验方案，并对方案进行比较，最终给出一个合理可行的方案。 画出实验原理电路图，包括电机接线图、电机主电路图、控制电路图和逻辑报警电路图。
（3） 电路设计与参数选择：针对任务，分解出不同的任务模块，根据所设计的电路图，结合实际电源电压的情况，选择合适的电器参数。写出主要实验仪器设备的型号规格，各个继电接触器、热继电器、开关等的规格。
（4） 电路验证：在完成方案设计与论证后，需要在实验室内完成所设计电路的物理实现。记录过程中出现的问题，并记录当时的解决方案及结果。
（5） 实验结果总结：根据电路验证中出现的问题，给出解决方案后，总结整个实验的经验和不足。完成指导书要求的总结，问题讨论及心得体会。

9. 考核要求与方法（限 300 字）

实验考核方式根据实验预习报告、实验操作过程、实验数据处理和实验报告撰写相结合给定成绩。

（1） 实验预习：明确实验目的、任务、有关原理、操作的主要步骤、注意事项。并于实验前写好实验预习报告等。

（2） 实验过程操作：

$\bullet$ 功能的完成程度，完成时间。实验中要手脑并用，细心记录实验现象和数据，严格遵守操作规程及注意事项，自觉遵守实验室各项规章制度。$\bullet$ 实验质量：电路方案的合理性。

自主创新：功能构思、电路设计的创新性，自主思考与独立实践能力。

$\bullet$ 实验成本：是否充分利用实验室已有条件，材料与元器件选择合理性，成本核算与损耗。

（3） 实验报告：实验报告的规范性与完整性。训练学生对该门课程的宏观理解，建立整机的概念。写出符合要求的实验报告。

10.项目特色或创新（可空缺，限 150 字）

以实际工程项目为引导，选题紧扣教学目标的实现，同时体现出与时俱进的精神。以学生已掌握的专业知识为基础，实验设计适当高于所学专业知识。学生通过实验，将已学过的知识系统化和实用化，启发学生探究理论与实际的异同点，从而提高实际分析问题和解决问题的能力。

参赛信息表