三相異步電動機接線實訓平臺的設計

張銳佳

（廣州市公用事業(yè)高級技工學校，廣東廣州510100）

1 應用背景

廣州市維修電工上崗證技能鑒定實操考核內(nèi)容其中一項為“三相感應電動機分引出線頭尾和按要求接線”。該項實訓要求學生能將電動機的6個引出線分出三相繞組、判別首尾端，并按給出的電動機銘牌分別做出星形或三角形接線。

目前技工學校都是采用實物的形式進行實操，也就是把一臺三相異步電動機的三相繞組引出來。學生用萬用表先判斷繞組，然后再把各組繞組的首尾端標注出來。接著根據(jù)老師的要求把電動機的繞組進行星形接線或三角形接線，最后把繞組接上380 V交流電，運行檢查電動機的運行效果。

這個實訓項目需要380 V通電檢查，所以潛在很多安全隱患。筆者根據(jù)多年的實習授課總結(jié)出來，很多學生在首尾端判斷上出錯，導致電動機不正常運作，甚至有些學生會把電源直接短路。

另外，技校的學生上課時課堂紀律稍差，在實訓過程中可能對其他正在操作的同學實施惡作劇等，這樣就存在很大的安全隱患。并且很多學校由于場地和設備限制，實訓平臺比較少，所以在實訓過程中往往是幾個學生分為一小組，圍在一起接線，這種情況不僅使得實操效率低下，更加大了安全隱患。

為了避免事故，老師都要求學生必須要在老師親自檢查接線后才允許通電，但這就大大增加了老師的工作量，也極大地影響了實訓教學的進度。

盡管如此，此項實訓過程中還是經(jīng)常發(fā)生保險絲燒斷的情況，甚至曾經(jīng)發(fā)生過由于電源短路，火花產(chǎn)生的黑煙直接把操作者的手掌熏黑的險情。

這些事故無疑又給上課老師與實訓的同學增加了許多無形的壓力。

2 設計思想

針對上述問題，為了避免重大事故的發(fā)生，保護電動機，減輕教師工作量，筆者用單片機開發(fā)了一個三相異步電動機接線實訓平臺，以實現(xiàn)以下功能：

（1）實時顯示相連接的線，便于教學。

通過12864液晶顯示屏，同步顯示三相異步電動機星接與三角接的接法，方便教學開展與學生操作。

（2）智能檢測接線，判斷接線正確與否，保護電動機。

通過單片機控制，實現(xiàn)智能檢測學生接線的正確性。接線正確，綠燈亮起；接線錯誤，則通過液晶顯示屏提醒指出錯誤所在的繞組。

系統(tǒng)總體設計思路框圖如圖1所示。

圖1 三相異步電動機接線實訓平臺控制圖

3 系統(tǒng)電路設計

3.1 電機接線模塊

如圖2、圖3所示，本實訓平臺采用五只接觸器控制。通過單片機間接控制五只接觸器的通斷電狀態(tài)，切換接線端子排的三種連接狀態(tài)：

（1）接線狀態(tài)。學生接線操作時，單片機控制，使接觸器KM2～KM5失電，電機繞組六條引出線經(jīng)接觸器常閉觸頭與接線端子線連接，供學生進行繞組判別與首尾端判斷，并在此基礎(chǔ)上進行接線操作。

（2）智能檢測狀態(tài)。學生接線完畢，通過單片機控制，使接觸器KM2～KM5得電動作，接線端子排斷開與電動機繞組的連接，改為接入單片機P2口。此時，由單片機通過P2口智能檢測端子排接線正確與否，并進行指示與提醒。

（3）通電運行狀態(tài)。在單片機檢測到接線正確的前提下，控制接觸器KM2～KM5恢復失電狀態(tài)，KM1得電，三相交流電經(jīng)KM1接入電動機，電機運行，直接驗證接線結(jié)果。

圖2 電機接線模塊之一——三相電源接線部分

3.2 單片機控制模塊

本實訓平臺采用STC12C5A60S2單片機作為整個系統(tǒng)的控制中心，主要完成智能檢測線路正確性、指示線路狀態(tài)等檢測與控制功能。

圖3 電機接線模塊之二——電機引出線部分

3.3 顯示模塊

本實訓平臺采用12864液晶顯示屏顯示星接和三角接接線圖、操作指示、接線故障提示等內(nèi)容，以實現(xiàn)良好的人機交互界面，提高系統(tǒng)便利性。

3.4 光耦與繼電器控制電路

本電路由于控制對象中包括三相異步電動機、接觸器這些感性負載，工作電流大，接通、斷開瞬間電流變化大，極易對單片機控制電路造成較大干擾。因此電路設計時，采用單片機—光耦—繼電器—接觸器的控制過程，大大降低了線圈通斷瞬間對單片機控制電路的干擾，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保了實訓的安全性。

本電路中采用線性光耦PC817，它廣泛用于電腦終端機、可控硅系統(tǒng)設備、測量儀器、影印機、自動售票、家用電器如風扇/加熱器等電路之間的信號傳輸，常常在各種要求比較精密的功能電路中被當作耦合器件，具有使上下級電路完全隔離、相互不產(chǎn)生影響的作用。完全隔離前端與負載，目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡化電路設計。

4 系統(tǒng)程序設計

本系統(tǒng)單片機控制程序采用C語言編程，系統(tǒng)設計思路如圖4所示。

5 三相異步電動機接線實訓平臺設計結(jié)果

實訓平臺結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

實訓平臺實物圖如圖6所示。

底座外形尺寸：600 mm×400 mm×20 mm；

控制箱總尺寸：280 mm×200 mm×180 mm。

圖4 程序設計框圖

圖5 實訓平臺結(jié)構(gòu)圖

圖6 實訓平臺實物圖

6 三相異步電動機接線實訓平臺特點

（1）安全。本實訓平臺只有在經(jīng)過單片機判斷學生的接線正確后才通過交流接觸器把380 V的交流電接通到電動機的繞組上。與傳統(tǒng)的實訓平臺比較，保證了學生在實操過程中的安全，有效減輕了教師的上課壓力和工作量。

（2）智能。比起傳統(tǒng)的實訓平臺，該設備檢查接線的效率極高，只要一按按鈕就知道線路接線是否正確，如果錯誤，液晶屏幕將馬上顯示錯誤的地方。

（3）效率高。在實操場地和設備不足及實操課時偏少的情況下，本實訓平臺有效減少了老師的壓力，提高了通電頻率，增加了學生實訓機會，從而有效提高了學生考證合格率。

（4）成本低。本實訓平臺采用單片機作為主控芯片，外加3組交流接觸器實現(xiàn)狀態(tài)切換，在顯示模塊上采用標準的液晶模塊，所以該設備生產(chǎn)成本低，效益很好。

[1]周航慈.單片機應用程序設計技術(shù)[M].3版.北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[2]廣州市勞動局.廣州市維修電工培訓實操考試指導[M].廣州：廣州安全生產(chǎn)宣傳教育中心，2002.