三相电动机运行仿真装置的设计制作

顾宏亮

摘 要 为不断完善职业学校实习教学环节，在自主开发教具时，都会因三相电机体积过大、过重、运转现象不直观、缺相运转易损坏电机等缺陷而烦恼。笔者运用电子技术设计了一款三相电机运行仿真装置，弥补了上述缺陷，提高了电力控制类课程实习教学效果。

关键词 三相电机 运行仿真 电路设计制作

中图分类号：TM307文献标识码：A

The Design of Three-phase Motor Running Simulation Device

GU Hongliang

(Jiangsu Wuxi Technician School, Wuxi, Jiangsu 214000)

Abstract To constantly improve the practice teaching in vocational schools, when the independent development of teaching aids, oversized, overweight, and running for three-phase motors are not intuitive, phase failure operation defects fretting damage motor. The author uses electronic technology to design a three-phase motor simulation apparatus, made up for this flaw, improving the effect of the practice teaching of electric power control.

Key words three-phase motor; running simulation; circuit design

0 绪论

为不断完善职业学校实习教学环节，实习指导教师在开展日常实习教学过程中，自主开发各类实验实训教具就显得尤其重要。其中，在开发电力拖动、电气控制类课程的实验实训教具过程中，都会遇到因三相电机体积过大、过重给制作带来麻烦，虽然有小功率的三相电机，当要同时安装多个也就有相当重量了。特别是制作示教板，由于要考虑教具的重心平衡，不得不把支撑架做的很大，给日常的使用带来麻烦，显得过于笨重。另外，三相电机在运行过程中的正反转控制和缺相运行控制直观效果不明显，并易损坏电机，给教学效果带来了一定的影响。鉴于此，有必要开发能直观显示三相电动机运行过程的设备，解决上述问题。

1 系统设计的思路

图1

1.1 电路性能要求

功能要求：（1）模拟三相电动机的正反转运行；（2）模拟三相电动机的缺相运行；（3）模拟三相电动机的失电停转运行；（4）三相电源显示与缺相显示；

性能特点：（1）强弱电部分相互隔离；（2）体积小、重量轻；（3）控制可靠性高；（4）工作无噪声，无热量；（5）成本低廉；

1.2 系统设计框图（图1）

2 系统设计的实现

2.1 取样电路

为尽可能减小装置的体积，考虑到电路中的强电部分与弱电部分相互隔离（通过光电耦合器来实现），工作电流较小，因此取样电路采用电容降压，取样所得到的50HZ正弦波，分别作为相位识别电路与三相电源显示电路的输入信号。为提高电路控制的可靠性，主要采取两项措施实现。（1）为增强相位识别的可靠性，取L1与L3，相位相差240白魑相位比较信号输入。?）为防止电网中的干扰脉冲，抑制地线干扰，在相位识别电路之前用555电路构成施密特电路（IC3、IC6），将正弦波转换为矩形波，送至光电耦合器（IC4、IC5），并采用光电耦合器作隔离输出(如图2)；而作为三相电源显示电路的输入信号，则对取样信号进行全波整流、电容滤波，经稳压后送至光电耦合器（IC7、IC8、IC9）隔离输出。

图2

2.2 相位识别电路

相位识别电路由IC2B（CD4013）构成，CD4013为COMS双D触发器，本电路选用其中一组；由光电耦合器得到的两个矩形波信号分别加至D触发器D端和CP端，Q端为输出信号（如图3）。

图3

由图4三相矩形波形图可以看出，L1为上升沿时，L3为低电平；当反相时即L3为上升沿时，L1为高电平。利用D触发器功能原理得：设L1接CP端，L3接D端，由于L1超前L3，当CP=0→1、D=0，则Q=0，K1不吸合，电机正转仿真运行；设L3接CP端，L1接D端，当CP=0→1、D=1时，Q=1，K1吸合，电机反转仿真运行，从而实现了相位的识别。

2.3 三相电源显示电路

图4

在光电耦合器IC7、IC8、IC9输出端串接发光管（LED1、LED2、LED3），当L1、L2、L3正常时，因光耦输出端导通而发光指示，当缺相时则因输出端开路而不发光，指示缺相相序。为能辨别相序，可用三种不同颜色发光管指示(如图5)。

图5

2.4 缺相信号控制电路

由三个非门电路（IC10A）和二极管（D18、D19、D20）组成与非门（如图6）。当三相电源正常时，IC10A的输入端为低电平，输出高电平，D18、D19、D20截止，V2基极为高电平而截止，K2不吸合，此时三相电机运行显示电路的转速为 = ，表示正常运转；设当缺L1相时，IC10A-5脚输入为高电平，输出低电平，D20导通，此时因V2基极为低电平而饱和导通，K2吸合，此时三相电机运行显示电路的转速为 = ，由于C11＞C12，因此相对上者较小，转速也相对变慢，此时表示缺相运转，实现缺相控制。

2.5 失电信号控制电路

由三个非门电路（IC10B）和二极管（D21、D22、D23）组成或非门（如图7）。当三相电源正常时，IC10B的输入端为低电平，输出高电平，D21、D22、D23导通，V3基极为高电平饱和导通，显示三相电机运行电路正常工作；设当缺L1相时，IC10B-3脚输入为高电平，输出低电平，D23截止，此时V3基极仍为高电平不变，显示三相电机运行电路正常工作；只有当L1、L2、L3全失电时，D21、D22、D23均截止，此时因V3基极为低电平而截止，显示三相电机运行电路不显示，实现失电控制。

2.6 三相电机运行显示电路

由多谐振荡器（IC11）、十进制计数器/脉冲分配器（IC12）与两组发光管（LED4-LED13、LED14-LED23）构成三相电机运行显示电路（如图8）。IC11（NE555）与C12（C11）、R22、R23组成多谐振荡器，为由IC12（CD4017）十进制计数器/脉冲分配器提供振荡脉冲，振荡频率为 = ，改变R、C便可改变；IC12与两组发光管构成显示电路，将两组发光管交替排列，围成圆形，当LED4-LED13依次发光时，表示电机正转；当LED14-LED23依次发光时，表示电机反转；为使显示比较清晰，采用 10高亮度绿色发光管，组装底板采用有机玻璃，覆以红色薄膜，底板直径为95厘米。显示电路组装外形（如图9）。

图8图9

3 结束语

上述装置在实际使用过程中，取得了良好得教学效果。采用电子技术对电力系统运行进行仿真，不但适用于职业学校生产实习教学，还能运用于对一些远程、危险电力设备运行状态进行监控等场合，开发前景广阔。

参考文献

[1] 陈传虞.脉冲与数字电路.第三版.高等教育出版社,1999.7.

[2] 陈其春.电子线路.第三版.高等教育出版社,2001.1.