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關(guān)鍵詞：三相異步電機轉(zhuǎn)動原理，重載起動，調(diào)速，過電流保護
三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單,運行可靠,堅固耐用,價格便宜,維修方便等一系列優(yōu)點。與同容量的直流電動機相比,異步電動機還具有體積小,重量輕,轉(zhuǎn)動慣量小的特點。，調(diào)速。因此,在工礦企業(yè)的電機拖動系統(tǒng)中異步電動機得到了更為廣泛的應(yīng)用。
一、三相異步電動機基本的轉(zhuǎn)動原理
三相異步電動機是利用旋轉(zhuǎn)磁場工作的，其工作原理可通過以下演示實驗來直觀地了解。一個裝有手柄的蹄性磁鐵以軸座01為支撐自由轉(zhuǎn)動；在蹄性磁鐵兩磁極之間有一個鼠籠轉(zhuǎn)子，鼠籠轉(zhuǎn)子以軸座02為支撐自由轉(zhuǎn)動；軸座01和軸座02在同一條軸線上。蹄性磁鐵和鼠籠轉(zhuǎn)子之間沒有摩擦力和機械連動關(guān)系，兩者均可獨立自由轉(zhuǎn)動或保持靜止。當(dāng)搖動手柄使蹄性磁鐵順時針方向旋轉(zhuǎn)時，磁場的磁力線就切割鼠籠轉(zhuǎn)子上的銅條，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子銅條逆時針方向切割磁感線，閉合的銅條中就會產(chǎn)生感生電流，其方向可用右手定則判斷。由于感生電流處在蹄性磁鐵的磁場中，因此銅條要受到磁場力的作用而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，磁場力的方向可根據(jù)左手定則判斷，從判定的結(jié)果可知轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與蹄性磁鐵旋轉(zhuǎn)方向一致。，調(diào)速。
二、三相異步電動機的重載起動
1、小功率三相異步電動機的重載起動
這種情況的主要問題是起動轉(zhuǎn)矩不足,而小功率三相異步電動機一般為鼠籠型,解決的辦法是用特殊電機獲得高起動轉(zhuǎn)矩,主要有高轉(zhuǎn)差率電機、深槽式電機和雙籠型電機.從起動電流公式和起動轉(zhuǎn)矩公式可以看出,增大轉(zhuǎn)子電阻既可限制起動電流又可提高起動轉(zhuǎn)矩。
高轉(zhuǎn)差率異步電動機的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不是普通的鋁條,而是采用電阻率較高的鋁合金.這種電機過載能力強,但功率因數(shù)低,正常運行時損耗較大,效率較低.所以只適用于頻繁起動的場合,主要是起重運輸機械.深槽式異步電動機是利用起動過程中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的集膚效應(yīng)使起動時的轉(zhuǎn)子電阻增大,改善起動性能又不降低正常運行效率,但功率因數(shù)和過載能力有所降低,適用于需要重載起動而對過載能力要求不高的場合.雙籠型異步電動機利用集膚效應(yīng)改善了起動性能,又保證了基本的運行性能,但電機價格較高,一般用于要求起動轉(zhuǎn)矩較高的場合.
2、大功率三相異步電動機的重載起動
此種情況下既要有較高的起動轉(zhuǎn)矩又要限制起動電流,若高起動轉(zhuǎn)矩的籠型異步電動機不能滿足要求,可以采用繞線型異步電動機,在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)合適的電阻,既可提高起動轉(zhuǎn)矩又能降低起動電流.因而,要求起動轉(zhuǎn)矩大或起動頻繁的生產(chǎn)機械常采用繞線型異步電動機拖動.大功率電動機一般為繞線型。，調(diào)速。
三相繞線型異步電動機常用的起動方法有轉(zhuǎn)子串固體電阻、頻敏電阻或液體電阻.大功率繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串固體電阻起動,不能無級調(diào)節(jié),起動不夠平滑。，調(diào)速。為了減小沖擊,應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多級對稱電阻,并隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸切除起動電阻,因此設(shè)備投資大,操作、維修不便.串頻敏電阻器起動,結(jié)構(gòu)簡單、維護方便,可以無級調(diào)節(jié),但起動電流較大、功率因數(shù)低,使起動轉(zhuǎn)矩受到限制,且不同容量的電動機要配不同規(guī)格的頻敏變阻器.轉(zhuǎn)子回路串液體電阻,能連續(xù)無級調(diào)節(jié)使電機平滑起動,具有起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、起動時間短、功率因數(shù)高、噪聲小、溫升低、結(jié)構(gòu)簡單的特點,并且可以通過調(diào)節(jié)液體濃度來改變阻值,使一臺起動器適應(yīng)不同功率的電動機,因此是大功率電動機重載起動的首選方案.
三、三相異步電動機的主要調(diào)速方法
三相異步電動機的調(diào)速方法包括：變極對數(shù)、定子調(diào)壓、定子變頻、串級調(diào)速、雙饋調(diào)速、液力耦合、電磁轉(zhuǎn)差離合器等，從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力耦合器調(diào)速，能量損耗在液力耦合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。下面就對改變轉(zhuǎn)差率進行調(diào)速的幾種方法進行闡述：
1、改變定子電壓調(diào)速
異步電動機的轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，改變定子電壓就可以改變電動機的機械特性和轉(zhuǎn)矩，這種方法不適用于普通籠式電機，因為它的轉(zhuǎn)子電阻很小，轉(zhuǎn)速低時電流會急劇上升。，調(diào)速?？捎糜诶@線式異步電動機，其轉(zhuǎn)子回路可串電阻或頻繁變阻器，大部分轉(zhuǎn)差能量損耗被引到外接電阻或頻繁變阻器上，減輕電動機的發(fā)熱。
2、改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速
這種調(diào)速方法只適用于繞線式電動機，在異步電動機的轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串入調(diào)速電阻，當(dāng)負(fù)載一定時，轉(zhuǎn)子回路中串接的電阻越大電動機的轉(zhuǎn)速越低，越小轉(zhuǎn)速越高。此方法設(shè)備簡單，控制方便，初期投資少，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上，屬有級調(diào)速，機械特性較軟。
3、串級調(diào)速
目前，較先進的串級調(diào)速應(yīng)用了可控硅逆變器控制的串級調(diào)速線路，其優(yōu)點是能夠獲得較硬的機械特性，整流元件壓降小，設(shè)備占地面積小，無旋轉(zhuǎn)部分，噪聲小，維護較簡單，是繞線式電動機很有發(fā)展前途的調(diào)速方法之一，其缺點是，轉(zhuǎn)子回路裝有濾波用的電抗器，故功率因數(shù)較低。
四、使用過程中有必要加強三相異步電動機的過電流保護
為達(dá)到安全可靠的全面保護，只靠設(shè)計一種保護方法是不行的，必須全面分析各種故障引起的電流異常情況，采用智能保護器或多功能保護器來保護三相步電動機的安全運行，保護器的設(shè)計應(yīng)具有下面的功能：
1、設(shè)置電流速斷保護
用于電動機內(nèi)部定子繞組以及進線所發(fā)生的相間短路故障或相間接地短路故障，短路電流很大時，迅速切斷電源。，調(diào)速。
常見的電流速斷保護是熔斷器和低壓斷路器。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護的電路中，當(dāng)電路正常工作時，熔斷器不起作用，相當(dāng)于一根導(dǎo)線，其上面的壓降很小，可忽略不計。當(dāng)電路短路時，很大的短路電流流過熔體，使熔體立即熔斷，切斷電動機電源，電動機停轉(zhuǎn)，起到保護作用。同樣，若電路中接入低壓斷路器，當(dāng)再現(xiàn)短路時，低壓斷路器會立即動作，切斷電源，使電動機停轉(zhuǎn)。
2、設(shè)置定時限過流保護
作為電動機運行過程中短路保護的后備保護，以提高保護整定的靈活性。
3、設(shè)置反時的過負(fù)荷保護
防止電動機長時間過負(fù)荷運行而引起的電流過大，防止由于電流熱效應(yīng)的累積作用，使定子部分過熱而引起的損壞。
4、設(shè)置負(fù)序電流保護
防止電動機的各類非接地性不對稱故障。
5、設(shè)置起動時間過長保護防止由于各種原因使得電動機不能成功起動時，大起動電流對繞組的損壞以及起動轉(zhuǎn)矩對軸承的損壞。
結(jié)語：為了保證三相異步電動機的安全、經(jīng)濟和穩(wěn)定運行，就必須要掌握有關(guān)異步電動機的安全運行的基本原理，對三相異步電機應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題進行深入的探討與分析，做到盡可能合理地使用電動機，避免事故隱患的產(chǎn)生，確保電動機高效運行。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)變頻器三相異步電機電動機工作原理
電機控制系統(tǒng) 諧波
中圖分類號： TN773 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
變頻器最初用途是速度控制。隨著技術(shù)發(fā)展和社會對能源運用效率要求的日益提高，逐漸被用于節(jié)能領(lǐng)域。該技術(shù)尤其在風(fēng)機、水泵的節(jié)能方面得到了廣泛應(yīng)用。以前，在工業(yè)生產(chǎn)的流程中，風(fēng)機、水泵的調(diào)速通常使用的是用滑差調(diào)速電動機、耦合器等進行調(diào)速，以滿足工藝生產(chǎn)的需要。根據(jù)各單位的實際需要，通常使用的是用耦合器對風(fēng)機、泵進行20%-80%調(diào)速，或加裝風(fēng)門、閥門對風(fēng)量、流量進行調(diào)節(jié)。但電機在工頻狀態(tài)下運行，多余的動能通過耦合器轉(zhuǎn)化成熱能讓冷卻水帶走或損失在風(fēng)門和閥門上。這樣從能源使用上和生產(chǎn)維護上都不經(jīng)濟，結(jié)合現(xiàn)在變頻器的技術(shù)在風(fēng)機泵類設(shè)備中的應(yīng)用，為節(jié)能降耗工作提供了很好的解決辦法。采用變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)，取消原來的耦合器及相應(yīng)的冷卻水泵、冷卻水和風(fēng)門、閥門等裝置，降低生產(chǎn)中的能源及資源消耗。做好清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗。在變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的同時，要降低變頻器產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的危害。
一、變頻技術(shù)和變頻器
變頻技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果廣泛的應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備和家用電器。變頻技術(shù)是改變電源頻率的技術(shù)，在實際應(yīng)用中通過變頻器來實現(xiàn)改變電源頻率。變頻器的應(yīng)用，須結(jié)合三相異步電動機的特性，因為變頻器與三相異步電動機有著密切的聯(lián)系。
二、三相異步電動機的作用和特性：
1. 三相異步電動機的作用： 通過三相異步電動機運轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）來帶動其它設(shè)備做各種各樣的機械運動。
2. 三相異步電動機的特性：
1) 運轉(zhuǎn)方式：靠旋轉(zhuǎn)磁場來帶動電動機轉(zhuǎn)子額定電流為約等于其功率的二倍額定電流為約等于其功率的二倍V/F控制變頻器力矩力電機力力轉(zhuǎn)。
2) 接線方式：有星形（Y形）和三角形（形）兩種，Y形接線時，電動機的電流小，但力矩也小，三角形（形）接線時電動機的電流大，但力矩大；
3) 變 速：n=60f (1-K)/p
n―電動機轉(zhuǎn)速 60―常數(shù) p―極對數(shù)
f ―電源頻率 k―滑差系數(shù)
公式說明：只要改變電源頻率“f”或極對數(shù)“p”，就可以改變電動機轉(zhuǎn)速。
三相異步電動機有2極、4極、6極、8極……,工業(yè)用的三相異步電動機一般極數(shù)不會超過8極，極數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越慢，但力矩就越大，極數(shù)越少，轉(zhuǎn)速就越快，但力矩就越小；每種極數(shù)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速如下：
a) 2極──2950轉(zhuǎn)/分（理想3000轉(zhuǎn)/分，即同步轉(zhuǎn)速）
b) 4極──1450轉(zhuǎn)/分（理想1500轉(zhuǎn)/分，即同步轉(zhuǎn)速）
c) 6極──950轉(zhuǎn)/分（理想1000轉(zhuǎn)/分，即同步轉(zhuǎn)速）
d) 8極──700轉(zhuǎn)/分（理想750轉(zhuǎn)/分，即同步轉(zhuǎn)速）
三、 變頻器的作用：
變頻器具有：調(diào)速的作用：三相異步電動機，變頻控制后可以實現(xiàn)調(diào)速功能，由輸出頻率控制電機轉(zhuǎn)速，三相異步電動機由靜態(tài)至最高速線性加速。通常變頻器的頻率調(diào)節(jié)范圍是：0-650HZ。啟動時電機由0轉(zhuǎn)速線性加速，對機械設(shè)備運轉(zhuǎn)沒有危害。
四、 變頻器的工作原理
變頻器將三相380V(220V)/50HZ交流電通過整流橋整流變成脈動直流電，通過電解電容濾波后變成平滑的直流電，控制板對IPM、IGBT或模塊的控制后將平滑的直流電變成三相頻率可變的交流電，通過線路傳輸給電動機，實現(xiàn)電動機變頻運行。
五、實際應(yīng)用案例：以某單位一臺40MW鍋爐鼓風(fēng)機、引風(fēng)機變頻技術(shù)應(yīng)用改造為例
現(xiàn)場設(shè)備介紹：
40MW鍋爐于1989年建成投運，鼓風(fēng)機用于為鍋爐燃燒送風(fēng)，引風(fēng)機用于排煙，兩臺風(fēng)機未改造前風(fēng)管上均裝有風(fēng)門調(diào)節(jié)裝置，用以調(diào)節(jié)風(fēng)量，以滿足鍋爐運行工藝要求，鼓、引風(fēng)電均用自耦降壓啟動方式?，F(xiàn)場設(shè)備鼓風(fēng)機的電機參數(shù)如下表1所示，引風(fēng)機的電機參數(shù)如下表2所示。
表1
表2
2、變頻改造前后優(yōu)缺點比較
原系統(tǒng)采用風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量，電機工頻運行，其能耗大、效率低、調(diào)節(jié)精度低，維護工作量很大。改造后變頻調(diào)速是通過改變電動機定子供電頻率來改變旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速進行調(diào)速的，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。優(yōu)點是調(diào)速效率高，啟動能耗低，調(diào)速范圍廣，可實現(xiàn)無極調(diào)速，動態(tài)響應(yīng)速度快，調(diào)速精度高，操作簡便，且易于實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的控制自動化。
3、效益分析
改造前平均鼓、引風(fēng)機運行電流：70.8 A；負(fù)載率：60.3 %，改造后平均運行電流：26.2A；負(fù)載率：33.3%，通過一個運行期的性能考核分析：改造后節(jié)能：60.3%-33.3%=27%，27%×185kW=50kW?h；一年按運行100天計算，可節(jié)約電量：50×24×100=12萬度。通過以上案例分析，由此可見，在滿足生產(chǎn)要求的條件下，采用變頻調(diào)速節(jié)能效果明顯著，延長了設(shè)備使用壽命、降低了故障率。
4、變頻技術(shù)在風(fēng)機泵類設(shè)備中應(yīng)用的主要特點
1、低頻力矩大、輸出平穩(wěn)
2、高性能矢量控制
3、轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)速精度高
4、減速停車速度快
六：降低變頻器諧波危害，提高電能質(zhì)量
變頻其產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的危害日益嚴(yán)重。通常采用變頻器隔離、接地或采用無源濾波器、有源濾波器、架設(shè)無功補償器裝置以及綠色變頻器等方法，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍之內(nèi)以抑制電網(wǎng)污染、提高電能質(zhì)量，這些值得研究推廣。
電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的危害主要有：
1)、諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。同時大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。
2)、諧波影響各種電器設(shè)備的正常工作，使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱，造成設(shè)備的絕緣老化、壽命縮短以至損壞。
3)、 諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，引起嚴(yán)重事故。
4)、諧波會對鄰近的通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通訊質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通訊系統(tǒng)無法正常工作。
5)、諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電器測量以表計量不準(zhǔn)確。
目前諧波的治理方法：
1）、將變頻器的隔離、屏蔽、接地；
2）、加裝交流電抗器和直流電抗器；
3）、加裝無源濾波器；
4）、加裝有源濾波器；
5）、加裝無功功率靜止型無功補償裝置；
6）、線路分開；
7）、電路的多重化、多元化；
8）、變頻器控制方式的完善；
9）、使用理想化的無諧波污染的綠色變頻器。
[關(guān)鍵詞]軟啟動控制器；電動機；節(jié)能啟動運行
中圖分類號：TM343 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0089-01
三相異步電動機由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、檢修維護方便、以及價格便宜等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到各工程領(lǐng)域，作為電能轉(zhuǎn)換為其它能量的主要動力載體。眾所周知，電動機處于直接啟動運行工況時，其啟動電流一般可以達(dá)到額定電流的8倍以上，有的甚至可以達(dá)到15倍，強大的啟動沖擊電機會對電機供配電網(wǎng)、負(fù)載機械、以及電動機自身等造成巨大沖擊破壞，不僅會影響到電機系統(tǒng)以及其拖動的機械設(shè)備的綜合使用壽命，同時還會造成電機供電配電網(wǎng)電壓發(fā)生突降，直接影響到同一配電網(wǎng)中其它用電設(shè)備的高效穩(wěn)定運行。電動機在額定負(fù)載率附近工況范圍內(nèi)運行時，其效率較高，通常在80%左右；然而，當(dāng)電動機拖動負(fù)載出現(xiàn)下降現(xiàn)象時，電機系統(tǒng)的運行效率也會隨之發(fā)生顯著下降。在電動機拖動系統(tǒng)選型設(shè)計時，通常都是按照系統(tǒng)最大負(fù)載和最壞運行條件情況來選定電機功率。在實際運行過程中，電機系統(tǒng)由于負(fù)載波動等原因，通常處于輕載（空載）或不均勻時變負(fù)載運行工況，導(dǎo)致電機運行在低效工況區(qū)，勢必會造成大量的電能損失和浪費，因此，提高電機啟動運行工況，保障整個電機系統(tǒng)具有較高的運行效率就顯得很有必要[1]。
1 電動機軟啟動及節(jié)能方法簡介
傳統(tǒng)的串聯(lián)電阻（電抗器）、并聯(lián)自藕變壓器、以及星型一三角形（Y-）等減壓啟動方式，不僅造價較高，而且電機在啟動過程中均會經(jīng)歷一個由輔助供電系統(tǒng)到工頻供電系統(tǒng)的跳躍過程，使得電機系統(tǒng)中的某些特征電參量發(fā)生特變，不能穩(wěn)定連續(xù)平滑調(diào)節(jié)啟動運行，容易導(dǎo)致電機系統(tǒng)發(fā)生機械或電氣故障，加上電機控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，這類控制方式經(jīng)濟性能普遍較低，因此，其逐步被軟啟動控制系統(tǒng)所取代。
由于供電距離、電機功率等造成電動機直接啟動方式，不能滿足電機系統(tǒng)配電網(wǎng)電壓降要求時，為了確保電機高效穩(wěn)定的啟動運行，應(yīng)采取相應(yīng)技術(shù)手段，通過降低電機定子電壓的啟動模式，達(dá)到限制啟動電流保障電機高效可靠啟動運行目的[2]。
基于電機控制系統(tǒng)中電動機啟動的主要特性和節(jié)能基本理論方法的基礎(chǔ)上，本文將對電機節(jié)能軟啟動器的邏輯結(jié)構(gòu)和運行效果進行詳細(xì)探討。
2 節(jié)能軟啟動控制器在電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1 系統(tǒng)功能單元組成
節(jié)能軟啟動器控制系統(tǒng)是綜合三相異步電動機啟動和運行保護為一體的節(jié)能保護啟動控制裝置，主要包括電動機軟啟動自動控制、系統(tǒng)輸出輸入能量平衡、以及電機故障保護等三大功能模塊，其具體邏輯工作原理框圖如圖1所示：
從圖1可知，當(dāng)三相異步電動機處于起動過程時，控制系統(tǒng)各功能單元就會將電機機端的電壓、電流、以及轉(zhuǎn)速等信號經(jīng)相應(yīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號后送至控制系統(tǒng)中，與系統(tǒng)原始設(shè)定值進行動態(tài)比較分析后，計算獲得對應(yīng)的電參量偏差和偏差化率值，然后形成對應(yīng)的控制決策，通過控制系統(tǒng)觸發(fā)脈沖的寬度來動態(tài)調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角大小，完成對電機啟動的實時控制。通過控制晶閘管觸發(fā)角的大小，達(dá)到改變晶閘管輸出電壓實現(xiàn)電機降壓軟啟動控制目的。從電動機啟動特性來看，電機起動過程中，晶閘管的觸發(fā)角會隨電機啟動過程的進行而不斷開打，從而實現(xiàn)電機從零轉(zhuǎn)速開始逐步加速無級平滑啟動控制運行。當(dāng)三相異步電動機出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)就會檢測到已成的工作電壓和電流值，控制系統(tǒng)就會通過保護電路完成電機保護跳閘操作，防止電機故障進一步擴大給電機系統(tǒng)帶來更加嚴(yán)重的危害，并能通過對應(yīng)的可視化顯示界面，提醒運行人員對相關(guān)異常單元進行檢查，大大提高電機控制系統(tǒng)的人性化服務(wù)水平[3]。
2.2 軟啟動器PID控制
由于異步電動機控制系統(tǒng)是一個多參量、動態(tài)時變、非線性、強耦合的多階復(fù)雜大系統(tǒng)，很難利用一種簡潔的控制模型進行描述表達(dá)。PID控制系統(tǒng)可以通過內(nèi)部電路自動分析獲得對應(yīng)準(zhǔn)確的控制信號，是現(xiàn)代控制系統(tǒng)中常采用的控制方式，其典型控制原理如圖2所示[4-5]：
2.3 應(yīng)用效果分析
為了分析節(jié)能軟啟動控制器在三相交流異步電動機控制系統(tǒng)中節(jié)能降耗作用，在結(jié)合前面的理論分析的基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)的功能單元組合，形成對應(yīng)的軟啟動控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)基本參數(shù)為：三相異步電動機額定功率為22KW，額定電流為44A，額定電壓380V，采用市電直接供電方式。按照圖1所示的結(jié)構(gòu)將異步電動機軟啟動控制系統(tǒng)進行有效連接，通過電機控制系統(tǒng)中有無裝該節(jié)能軟啟動控制器進行比較試驗，獲得對應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)如表1所示：
從表1可以看出，在加上節(jié)能軟啟動控制器后，電機啟動工況特性得到有效改變，不僅降低電機的啟動電流（使其比額定電壓條件下的38.5A還低，僅為34.7A），有效避免了電機啟動時強大啟動電流對電網(wǎng)和電機的影響，同時還提高了電機系統(tǒng)的功率（從0.608提高到0.852），保障電機具有較高的工作效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
3 結(jié)束語
將以晶閘管為核心的節(jié)能軟啟動控制器應(yīng)用到三相異步電動機控制系統(tǒng)中，可以有效解決了傳統(tǒng)異步電動機啟動運行性能水平較低的問題，達(dá)到了降低電機啟動電流、提高運行效率的節(jié)能降耗穩(wěn)定經(jīng)濟啟動運行目的。
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關(guān)鍵詞：可編程控制 PLC 電動機
中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0026-02
1 電動機工作原理
三相異步電動機是由固定不動的定子和利用電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子組成的，他們之前由空隙分開，當(dāng)電動機接通電源，定子和轉(zhuǎn)子利用電磁感應(yīng)，進行相對轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)電動機由電升動的過程。
具體來說，定子的組成有3個部分，有鐵心，鐵心上面會纏繞著線圈，即繞組，還有支撐整個結(jié)構(gòu)的機座。三項異步電動機中還有成對的磁極，目的是用來讓定子和轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)動，在有不同方向的電流通過的時候，定子和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度不同，從而控制電動機的正反轉(zhuǎn)。具體實現(xiàn)電動機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)原理是當(dāng)定子中有三相交流電流過，就會產(chǎn)生定子和轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)動，具體轉(zhuǎn)動的方向是通過定子和轉(zhuǎn)子切割磁感應(yīng)方向決定的。如果產(chǎn)生的三項交流電的方向和產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的方向一致，三相異步電動機的轉(zhuǎn)動方向就為順時針方向，如果三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)動方向和通入電流逆時針的方向相同，那么三項交流異步電動機的轉(zhuǎn)動方向為逆時針方向。在不通電的時候，定子和轉(zhuǎn)子都是靜止的，當(dāng)通入三相交流電，定子和轉(zhuǎn)子就會按照所通入交流電的方向產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，即同向性。電磁感應(yīng)的原理是在通電的導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場，反過來磁場的變化也會使導(dǎo)體運動，這個電磁感應(yīng)的原理就是電動機的基礎(chǔ)。定子上纏繞的線圈即繞組中通過三相交流電，如果是對稱的，就會產(chǎn)生一個順時針旋轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子接通后，由靜止變成切割磁感應(yīng)線運動，如果不是對稱的，產(chǎn)生的電流也使轉(zhuǎn)子切割磁感應(yīng)線運動，但是是以逆時針的方向運動。這個使轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生相對運動的力稱為電磁力，當(dāng)力與方向相互結(jié)合后，產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，這個電磁轉(zhuǎn)矩就作為驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)的真正動力。
只要控制好電機的真正點動力電磁轉(zhuǎn)矩，就能控制電動機正反轉(zhuǎn)。電動機的正反轉(zhuǎn)是整個工業(yè)控制中最基礎(chǔ)最常用的控制，小到一個散熱風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，如控制正轉(zhuǎn)向室內(nèi)送風(fēng)，控制反轉(zhuǎn)向室外排風(fēng)，大到蒸氣機中汽輪機的旋轉(zhuǎn)工作，都是通過電動機的正反轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，可見，控制好電動機的正反轉(zhuǎn)就是控制了整個工業(yè)的核心。
2 PLC對三相異步電機的正反轉(zhuǎn)控制
如前面所述，這個近代工業(yè)的開端是以蒸汽機為代表的用機器代替人力，蒸汽機中汽輪片的轉(zhuǎn)動可以通過電動機控制，同樣，在產(chǎn)品的生產(chǎn)中，機床的控制也需要用到電動機。比如機床的工作需要使用主軸需要轉(zhuǎn)動，也涉及到正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，控制主軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)正式電動機。機床的工作平臺需要前進和后退，使工件能夠在合適的位置進行加工，機床的工作平臺的運動也是通過電動機來控制。起重機吊鉤的上升與下降，機床工作臺的前進與后退等等。由電動機原理可知，只要把電動機的三相電源進線中的任意兩相對調(diào)，就可改變電動機的轉(zhuǎn)向。因此正反轉(zhuǎn)控制電路實質(zhì)上是兩個方向相反的單相運行電路，為了避免誤動作引起電源相間短路，必須在這兩個相反方向的單向運行電路中加設(shè)必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-?！眱煞N控制電路。
以前的電動機的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制電路需要用繼電器系統(tǒng)，改進的系統(tǒng)用PLC代替繼電器，同樣實現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的功能。主要分為3個步驟：第一步，更改輸入輸出接線口，并畫出接線圖；第二步，部編寫梯形圖嗎，即控制正反轉(zhuǎn)的程序；第三步，接線，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制。
KM1是控制電動機正轉(zhuǎn)的線圈，KM2是控制電動機反轉(zhuǎn)的線圈。在輸入端，輸入有電源，不需要接電源，但是在輸出端沒有電源，需要接220 V的交流電。
梯形圖中，X1、X2和X3分別代表3個按鈕，Y1、Y2分別代表繼電器的KM1和KM2。
3 結(jié)語
電動機在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用?；赑LC控制的步進電動機具有設(shè)計簡單、實現(xiàn)方便、參數(shù)設(shè)計置靈活等優(yōu)點。該文闡述了用PLC控制步進電機系統(tǒng)的原理，及硬件和軟件設(shè)計方法。其內(nèi)容主要包括I/O地址分配、梯形圖。該文設(shè)計過程中使用了16位移位寄存器，大大簡化了程序的設(shè)計，使程序更間湊，方便了設(shè)計，在實際應(yīng)用中表明此設(shè)計是合理有效的。
參考文獻
關(guān)鍵詞：電動機 降壓啟動 比較分析
中圖分類號：TM343 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0128-01
電動機作為一種被廣泛使用的設(shè)備，在任何工廠或者發(fā)電廠中都必須配置電動機，特別是在工廠中，一旦自備的電動機發(fā)生了相關(guān)故障，則非?？赡苤率拐麄€工廠都停電，給工程帶來巨大的經(jīng)濟損失。在電動機進行啟動時可能會整個電力系統(tǒng)造成巨大的啟動電壓壓降，同時也給整個系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成巨大的影響。因此，為了減少電動機對整個電力系統(tǒng)電壓的影響，必須合理選擇電動機的起動方式，確保電動機的安全啟動。本文對電動機的降壓啟動方式進行比較分析。
1 電動機突然而劇烈的啟動造成的危害
通常情況下，在異步電動機中，其全壓啟動電流與額定電流有一個數(shù)量關(guān)系，即全壓啟動電流為額定電流的4～7倍，如果啟動電流過大，則將對電動機的壽命進行降低，導(dǎo)致變壓器的二次電壓出現(xiàn)大幅度的降低，這就減少了電動機的啟動轉(zhuǎn)矩，甚至有可能導(dǎo)致電動機出現(xiàn)根本無法啟動的局面。異步電動機還會對同一個網(wǎng)絡(luò)中的其他供電設(shè)備造成影響，如果交流電動機突然出現(xiàn)了劇烈的啟動現(xiàn)象，則其可能造成大量的損失，如下幾點。
（1）進行Y-v啟動會造成啟動電流或電壓發(fā)生瞬變，導(dǎo)致相關(guān)電氣故障的發(fā)生，同時還可能造成電壓發(fā)生劇烈的變化，造成整個電網(wǎng)中其他電氣設(shè)備出現(xiàn)故障。
（2）造成運行故障。電動機突然啟動將造成管路系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的壓力振動，其會對所帶的貨物產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。
（3）對經(jīng)濟效益造成嚴(yán)重的影響。電動機的一旦發(fā)生了故障，都會造成停運和維修的故障損失，致使電動機的運營成本造成嚴(yán)重的增加。
2 電動機的起動方式分析
2.1 全壓直接起動方式分析
作為電動機最為簡單的啟動方式之一，電動機的全壓直接啟動就是將其定子繞組上直接加額定電壓，然后直接進行啟動。電動機的全壓直接起動主要適用于負(fù)載和電網(wǎng)容量允許的條件下。
電動機全壓啟動的優(yōu)點是其起動的轉(zhuǎn)矩較大，且起動的時間較短，所使用的起動設(shè)備較為簡單，易于操作和維護，啟動設(shè)備的故障率較低。在對電動機進行全壓起動時，由于起動電流很大，如對于鼠籠型電動機其起動電流一般為額定電流的6～8倍，如果此時電動機功率較大，則過大的電動機起動電流將造成配電網(wǎng)電壓的降低，直接影響其直接連接的其他電氣設(shè)備的正常工作。
2.2 Y-起動方式分析
Y-的起動方式就是將連接的電動機，在其起動時接成Y 型，當(dāng)電動機完成起動后其速度將接近運行。利用這種方式對電動機進行起動時，定子繞組的電壓實際上為整個電源電壓的50%，而起動電流也較小，僅為直接啟動方式的30%，這樣就保證了其起動的轉(zhuǎn)矩也較小，整個電動機的起動對電網(wǎng)的沖擊力也較小，允許較多次數(shù)的起動。利用Y-起動方式進行起動時還無需增加其他設(shè)備即可實現(xiàn)對電動機的起動，因此這種起動方式適用于頻繁起動的小型電機。
Y-的起動方式主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較為簡單，且投資較小。當(dāng)電動機所帶負(fù)載較低時，可以采用Y-的起動方式，其額定轉(zhuǎn)矩可以與相關(guān)的負(fù)載進行匹配，這樣就能夠提高電動機的負(fù)載率。
2.3 自耦變壓器起動分析
利用自藕變壓器的降壓起動也可以實現(xiàn)電動機的起動。利用自藕變壓器起動能夠有效實現(xiàn)帶負(fù)載起動，這種起動方式在大容量的電動機上經(jīng)常使用。利用這種起動方式能夠有效實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩的起動，并可利用抽頭有效實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。通常自藕變壓器可以通過接觸器有效實現(xiàn)自動控制，通過自藕變壓器起動可實現(xiàn)低成本的起動，其性價比較高，在電機起動中應(yīng)用較為廣泛。
3 電動機的幾種降壓啟動分析
通常在10 kW及以下的小型電機中，其都是可以進行直接啟動的，而對于10 kW及以上的電動機中則通常采用降壓啟動的啟動方式。為了對啟動轉(zhuǎn)矩進行減小，以防止其對相關(guān)機械設(shè)備所產(chǎn)生的沖擊，如果電動機允許進行全壓啟動，則其也可采用其他啟動方式，即降壓啟動。
在三相異步電動機中，通常所采用的降壓啟動方法有以下幾種：利用定子串進行降壓啟動，進行Y-方式的降壓啟動，進行軟啟動器的降壓啟動。利用這些方法都可以有效實現(xiàn)啟動電流的降低，對線路的電壓降落進行減小，確保電氣設(shè)備的有效運行。
3.1 串電阻降壓啟動方式
通常在定子電路中采用串電阻的方式來對定子的繞組上的電壓進行有效的降低，在電動機降壓啟動的過程中，一旦電動機的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時，就應(yīng)該采用切電阻的方式來有效的限制啟動電流，確保電動機能夠在全壓的方式下進行有效的運行。在對定子串的降壓啟動的過程中，其電動機啟動電流將隨定子的電壓成正比，而其啟動轉(zhuǎn)矩則與電壓的平方成正相關(guān)。
串電阻降壓啟動的缺點是其將消耗大量的電能，且串電阻降壓啟動的成本較高，這種啟動方式在啟動不頻繁的電動機中經(jīng)常使用。
3.2 自耦變壓器降壓啟動方式
通常將自耦變壓器視為啟動補償器，在自耦變壓器中其電源和初級是相連的，而自耦變壓器的次級是與電動機直接相連的。在自耦變壓器中其次級是具有3個及以上的抽頭的，因此利用自藕變壓器方式可以實現(xiàn)3個不同大小的電壓。
使用自耦變壓器的方式進行啟動時其可以靈活選擇啟動轉(zhuǎn)矩，并有效選擇啟動電流。在電動進行啟動時，在定子繞組進行啟動時其所得到的啟動電壓將是二次側(cè)的電壓，如果啟動完畢，則可將自耦變壓器進行切除。這樣電動機就能過直接連接到相關(guān)的電源，即連接至一次側(cè)。在變壓器降壓啟動的過程中，其啟動的轉(zhuǎn)矩與電流通常都是按平方值進行降低的，即獲得同樣的轉(zhuǎn)矩，則其所獲得的電流將比降壓啟動的電流小的多，因此通常將自耦變壓器視為啟動的補償器。
采用自耦變壓器的啟動方式通常在大容量的電動機中進行使用。這種方法的主要缺點是其價格較為昂貴，且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相對體積較大，不能夠進行頻繁的操作。
4 結(jié)論
上述電動機的啟動方式中分析比較中，其具有控制電路簡單的共同特點。但由于電動機啟動過程中的啟動轉(zhuǎn)矩是不可調(diào)的，因此在整個啟動的過程中將產(chǎn)生巨大的沖擊電流，這樣就會導(dǎo)致電動機將產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在對電動機進行軟啟動時雖然沒有沖擊電流，但恒流啟動過程中會導(dǎo)致電網(wǎng)的繼電保護特性具有選擇性，因此，當(dāng)電動機在直接啟動不能滿足要求時，首先考慮的是軟啟動降壓啟動器。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：FPGA SA4828波形發(fā)生器 三相交流異步電動機 變頻調(diào)速 SPWM
中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0127-02
所謂變頻就是利用電力電子器件（如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT）將50 Hz的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。它分為直接變頻（又稱交-交變頻）和間接變頻（又稱交-直-交變頻），后者又分為諧振變頻和方波變頻。方波變頻又分為等幅等寬和SPWM變頻。常用的方法有正弦波（調(diào)制波）與三角波（載波）比較的SPWM法、磁場跟蹤式SPWM法和等面積SPWM法等[3]。
本設(shè)計所設(shè)計的題目屬于間接變頻調(diào)速技術(shù)。它主要包括整流部分、逆變部分、控制部分及保護部分等。逆變環(huán)節(jié)為三相SPWM逆變方式。
1 系統(tǒng)簡介
1.1 交流異步電動機
三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子是靜止不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙，以保證轉(zhuǎn)子的自由轉(zhuǎn)動。異步電動機結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2 SPWM技術(shù)
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技術(shù)，即在PWM的基礎(chǔ)之上，改變調(diào)制脈沖的方式。脈沖寬度和時間占空比按正弦規(guī)率變化，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波就可以做到輸出正弦波。
產(chǎn)生SPWM信號的方法是用一組等腰三角波（稱為載波）與一個正弦波（稱為調(diào)制波）進行比較，如圖2所示，兩波形的交點作為逆變開關(guān)管的開通與關(guān)斷時刻。當(dāng)調(diào)制波的幅值大于載波的幅值時，開關(guān)器件導(dǎo)通，當(dāng)調(diào)制波的幅值小于載波的幅值時，開關(guān)器件關(guān)斷。
2 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)
基于FPGA的交流異步電動機的變頻調(diào)速系統(tǒng)，以FPGA為核心控制芯片，利用SA4828芯片產(chǎn)生SPWM波，再通過驅(qū)動電路驅(qū)動逆變開關(guān)。再加上電路，保護電路等，構(gòu)成整個完整系統(tǒng)。
本設(shè)計為交流異步電動機的變頻調(diào)速，主要涉及主電路和控制電路兩大部分（如圖3）。
系統(tǒng)各組成部分簡介。
供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220 V，中大功率的采用三相380 V電源。
整流電路：整流部分將交流電變?yōu)槊}動的直流電，必須加以濾波。此處采用三相不可控整流，用不可控的二極管組成三相橋式整流電路。它可以使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1。
濾波電路：此處采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。
逆變電路：逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。在設(shè)計中采用三相橋式逆變，開關(guān)器件選用全控型開關(guān)管IGBT。
以上四個部分組成主電路，其余部分為控制電路。
電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護信號。
控制電路：采用FPGA和SPWM波生成芯片SA4828，F(xiàn)PGA芯片選ALTER公司Cyclone Ⅱ系列芯片?？刂齐娐返闹饕δ苁墙邮芨鞣N設(shè)定信息和指令，根據(jù)這些指令和設(shè)定信息形成驅(qū)動逆變器工作的信號。這些信號經(jīng)過光電隔離后去驅(qū)動開關(guān)管的關(guān)斷。從而得到與信號電路對稱的SPWM波。
此處選用電動機原始參數(shù)如下：
額定功率PN：7.5 kW；
額定電壓UN：380 V；
額定電流IN：15.6 A；
效率：86%；
功率因數(shù)：0.85；
過載系數(shù)：=2.2；
極對數(shù)：p=2。
3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的實驗結(jié)果
電壓頻率曲線可以分為兩段，在額定電壓一下，電壓頻率成正比。當(dāng)電壓上升到額定頻率后，不在上升。
對于恒負(fù)載時，由前面章節(jié)分析可知，電動機的轉(zhuǎn)速會與其電源頻率成正比。轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系曲線如圖4所示。
4 結(jié)論
本文采用FPGA控制三相PWM波專用芯片SA4828。具有電源頻率可調(diào)，刪除窄脈沖，響應(yīng)速度快，可現(xiàn)場編程等特點。最終驗證了系統(tǒng)的可行性和有效性。系統(tǒng)中還有過流保護和過壓保護等。還可以通過FPGA監(jiān)視系統(tǒng)的其他故障，SA4828芯片還提供在緊急情況下急停的功能。在這種內(nèi)部控制保護與電路保護相結(jié)合的方式，保證了電機的安全運行。
但系統(tǒng)也存在許多不足之處，如控制方案的實現(xiàn)不夠精確，F(xiàn)PGA芯片選擇上不夠經(jīng)濟，檢測保護電路不夠完善，這些問題有待進一步研究解決。
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論文關(guān)鍵詞：電機及拖動；項目教學(xué)法；應(yīng)用實踐；教學(xué)體會
“電機及拖動”是湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣類專業(yè)重要的職業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程不僅是后續(xù)職業(yè)技術(shù)課程的基礎(chǔ)，而且與學(xué)生從事職業(yè)崗位的聯(lián)系非常密切?；诟呗毥逃募寄軕?yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，筆者在教授“電機及拖動”課程時嘗試采用項目教學(xué)法。教學(xué)實踐證明，項目教學(xué)法在“電機及拖動”課程中應(yīng)用后，學(xué)生更容易了解掌握相關(guān)職業(yè)工作情況，培養(yǎng)了職業(yè)意識，更好地做好就業(yè)準(zhǔn)備，更快地進入職業(yè)角色。
從效果來看，近幾屆的畢業(yè)生中有數(shù)量較多的學(xué)生直接進入電機、變壓器生產(chǎn)企業(yè)工作，如湖北電機廠、江西特種電機廠等，或在大型企業(yè)中從事電機、變壓器的進場試驗工作，并且這些學(xué)生表現(xiàn)優(yōu)秀，受到企業(yè)的重用。
一、項目教學(xué)法在“電機及拖動”課程中的應(yīng)用方法
項目教學(xué)法，是指將傳統(tǒng)的學(xué)科體系中的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個教學(xué)項目，圍繞著項目組織和展開教學(xué)，使學(xué)生直接參與項目全過程的一種教學(xué)方法。在“電機及拖動”課程中采用項目教學(xué)法，利用項目任務(wù)將電機理論知識和電機應(yīng)用實際結(jié)合起來，且與企業(yè)實際生產(chǎn)過程直接聯(lián)系；學(xué)生在完成項目的過程中發(fā)現(xiàn)問題，并通過實踐解決問題，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，又可使學(xué)生更快地掌握理論知識與操作技能，同時實現(xiàn)與將來從事相關(guān)職業(yè)崗位工作的零距離對接。
“電機及拖動”課程是一門實踐性較強的課程，與工程實際密切聯(lián)系。各類電機的空載、短路、運行及電動機的起動、調(diào)速等實驗也是實際的檢修、維護和試運行及出廠實驗項目。由此在“電機及拖動”課程教學(xué)中，直流發(fā)電機的運行分析，直流電動機起動、調(diào)速、制動，變壓器空載短路試驗、運行分析，交流繞組，異步電動機起動、調(diào)速、制動，同步電動機起動、運行分析等主要內(nèi)容都可采用項目教學(xué)法。
二、項目教學(xué)法在“電機及拖動”課程中的應(yīng)用實例
1.明確項目任務(wù)：三相異步電動機的維修
交流繞組是交流電機最重要的部分，又是最容易發(fā)生故障的部分，而電動機修理的大部分工作是對繞組的修理。例如三相異步電動機一相斷線，如果保護設(shè)備不完善，只需十幾分鐘的單相運行，繞組就會燒壞。另外，電機長期過熱，使絕緣老化，或者繞組局部修理無法挽救，都需要全部拆換繞組。通過三相異步電動機的維修實習(xí)，讓每個學(xué)生更深入、全面地掌握交流電機的結(jié)構(gòu)和電樞繞組在鐵芯中的分布規(guī)律及連接方式；學(xué)習(xí)定子繞組的重嵌工藝，學(xué)會對維修后的電機進行測試、實驗、試運行；使學(xué)生能將所學(xué)的電磁理論與實際電機相結(jié)合，為將來從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作打下一定的基礎(chǔ)。
項目要求：掌握定子繞組常用術(shù)語及展開圖。24槽四極單層鏈?zhǔn)嚼@組下線。掌握電機的結(jié)構(gòu)和電樞繞組在鐵芯中的分布規(guī)律及連接方式。掌握電機的拆裝、檢修、試驗的基本知識，培養(yǎng)初步操作技能。培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。項目重點：定子繞組的空間分布與連接規(guī)律。項目難點：快速準(zhǔn)確的嵌放線圈。項目教學(xué)準(zhǔn)備：舊三相異步電動機15臺；繞線機及線模三套；萬用表；絕緣電阻表；漆包線、絕緣紙、竹片若干；包扎帶4捆；電烙鐵10把；劃線板30個、壓線腳15把、橡皮錘15把、鐵錘15把、起子15把等。
2.制訂項目計劃
由于高職學(xué)生文化基礎(chǔ)不好，學(xué)習(xí)自覺性差或不會學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)較被動，普遍缺乏邏輯思維能力，導(dǎo)致學(xué)生自主進行項目設(shè)計有一定難度。因此教師要加以詳細(xì)指導(dǎo)，明確告知學(xué)生應(yīng)該準(zhǔn)備的相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容，并將制訂的項目計劃發(fā)給學(xué)生。
（1）定子繞組常用術(shù)語及繞組分布與連接方式（1節(jié)）。
（2）24槽單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖（1節(jié)）。
（3）異步電動機的工作原理與結(jié)構(gòu)（1節(jié)）。
（4）電機拆卸（1節(jié)）。
（5）電機繞組拆除（2節(jié)）。
（6）絕緣結(jié)構(gòu)及工具、材料（1節(jié)）。
（7）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組繞線（2節(jié)）。
（8）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組下線（8節(jié)）。
（9）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組出線焊接（2節(jié)）。
（10）24槽4極單層鏈?zhǔn)嚼@組端部整形包扎（2節(jié)）。
（11）電機試驗（2節(jié)）。
（12）電機故障及處理（2節(jié)）。
（13）電機裝配（2節(jié)）。
（14）總結(jié)與評價（1節(jié)）。
（15）教師項目測評：觀察電機通電運轉(zhuǎn)情況（2節(jié)）。
總計項目計劃用時30節(jié)。
3.項目實施
（1）合理進行學(xué)生分組：項目小組大概2～4人為宜。先由學(xué)生自由組合成項目小組，教師再適當(dāng)調(diào)整，力求各個小組的實力較為均衡，小組內(nèi)部能做到優(yōu)勢互補，各成員能發(fā)揮各自的特長和優(yōu)勢。確認(rèn)每組組長即項目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)小組內(nèi)部的各種問題及向教師匯報小組的進展情況和所遇到的問題。
（2）按照已確定的工作步驟開展工作：在項目教學(xué)開展的初期，由于學(xué)生缺乏解決問題的能力和自信，項目進展相對比較緩慢。這時教師要根據(jù)知識的難易程度，將項目涉及到的理論知識和操作技能進行必要的講授或演示。比如教師要演示定子繞組繞線、下線步驟等，講解注意事項及工藝要求。教師還要隨時協(xié)助解決學(xué)生提出的問題，并予以引導(dǎo)、表揚和鼓勵。
（3）各組進行總結(jié)寫出項目總結(jié)報告及項目體會。
4.項目評價
（1）提交成果、評價總結(jié)。根據(jù)每個學(xué)生在該項活動中的參與程度、所起的作用、合作能力及成果等進行評價。項目結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)提交一份報告書。先由學(xué)生對自己維修的電機質(zhì)量進行自我評價，總結(jié)自己的收獲，分析自己的不足之處，確立以后應(yīng)努力的方向；并給出自我評定等級。然后由教師進行檢查評分。通過對比師生評價結(jié)果，找出造成評價結(jié)果差異的原因。
（2）教師對本項目進行評價總結(jié)。主要包括本項目的重要知識點，解釋重要概念，學(xué)生在項目實施過程中出現(xiàn)的共性問題及解決方法，總結(jié)內(nèi)容要求學(xué)生整理成文字資料以備今后復(fù)習(xí)鞏固。
（3）成績評定。1）組內(nèi)評定：由各小組成員根據(jù)各組員對本項目貢獻的情況進行互評，占成績的40﹪，包括：工作量、努力程度、知識運用、合作互助四方面，各占25分。2）組間互評：學(xué)生們互相交流學(xué)習(xí)，取長補短，并推薦優(yōu)秀電機，占成績的20﹪。包括：實用、創(chuàng)新、工作態(tài)度、質(zhì)量、知識運用五方面，各占20分。3）教師評定：由教師對各小組完成項目情況進行評定，占成績的40﹪。如果只檢查成果的話，小組內(nèi)每個學(xué)生的成績相同，這顯然是不公平的，因此應(yīng)對項目的全過程進行評價。觀察小組工作中哪些學(xué)生是主角，做的工作多而且重要，哪些學(xué)生處于次要地位，是在別人的指導(dǎo)下工作的；和不同的學(xué)生談話并提出一些問題來了解學(xué)生的知識技能掌握情況。包括實用、創(chuàng)新、工作態(tài)度、質(zhì)量、知識運用五方面，各占20分。
（4）綜合三個評定情況，確定每一名學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。
三、采用項目教學(xué)法的教學(xué)體會
（1）采用項目教學(xué)法組織教學(xué)，學(xué)生的熱情高，往往能給教師意外的驚喜，發(fā)現(xiàn)了不少實踐能力很強的學(xué)生，再以他們?yōu)楦餍〗M的組長，調(diào)動了他們的學(xué)習(xí)積極性。在整個項目實施過程中，學(xué)生不懂的問題能積極主動的向教師尋求幫助，學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性和主動性都有明顯提高。
（2）項目教學(xué)法又稱為“跨學(xué)科的課程”，它可以讓不同的課程內(nèi)容在教學(xué)中反映出來，事實上是相關(guān)課程整合的一種方式。因此采用項目教學(xué)法組織教學(xué)，對教材的要求也很高，項目教學(xué)中往往一本教材不能滿足教學(xué)的需求，需要多本教材甚至多門學(xué)科結(jié)合使用。因此需要教師自編項目教材。
（3）采用項目教學(xué)法組織教學(xué)，在學(xué)生合作學(xué)習(xí)過程中極易出現(xiàn)成績較好學(xué)生包辦代替成績相對落后的學(xué)生的工作，給一些喜歡偷懶的學(xué)生鉆空子的現(xiàn)象，個別自學(xué)能力和自控能力都比較差的學(xué)生容易產(chǎn)生依賴思想。如果這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性沒有充分調(diào)動起來，項目教學(xué)法也就沒有創(chuàng)新和發(fā)展，很難取得好的教學(xué)效果。因此教師應(yīng)該抽出大量的時間幫助程度比較差的學(xué)生，進行“因材施教”。
教學(xué)目標(biāo) 以往的教材都注重對電機的理論分析。而本課程教學(xué)則會從學(xué)校實際出發(fā)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為宗旨，著重從應(yīng)用角度出發(fā)，分析直流電機、變壓器、異步電機和微特電機等的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、電磁關(guān)系和運行特性，重點掌握各種電機的外特性，為掌握本專業(yè)和學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。
在專業(yè)課程體系中的定位 《電機應(yīng)用技術(shù)》是浙江大學(xué)城市學(xué)院自動化專業(yè)的專業(yè)方向課程，該課程的學(xué)習(xí)將為后續(xù)《電氣控制與PLC應(yīng)用》《交直流調(diào)速技術(shù)》和畢業(yè)設(shè)計等課程環(huán)節(jié)建立必要的基礎(chǔ)，是自動化專業(yè)承上啟下的重要專業(yè)課程。
在專業(yè)能力培養(yǎng)中的定位 該課程定位于讓學(xué)生樹立以交直流電機為控制對象的完整的自動控制系統(tǒng)的概念，結(jié)合已學(xué)過的電路原理、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機、電力電子技術(shù)等課程，搭建以電機為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并完成對電機性能的調(diào)試和控制。
與核心課程群中其他課程在知識體系與能力培養(yǎng)上的整體設(shè)計 《電機應(yīng)用技術(shù)》與自動化專業(yè)的其他核心課程之間的關(guān)系，如下圖所示。在一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，《計算機控制》《單片機》《PLC》是控制手段，《電力電子技術(shù)》《數(shù)電》《模電》提供電機的驅(qū)動電路，《電機應(yīng)用技術(shù)》構(gòu)成系統(tǒng)的控制對象，《運動控制技術(shù)》和《控制系統(tǒng)設(shè)計》提供系統(tǒng)的理論概念和分析方法，《自動控制理論》《系統(tǒng)建模與仿真》《智能控制》偏重原理性地介紹和理論的分析，主要定位培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)概念和理論分析能力。
基礎(chǔ)知識要求 要求掌握直流電機的結(jié)構(gòu)和基本工作原理、直流電動機的電力拖動、變壓器基本工作原理和變壓器組別判斷、交流電機的結(jié)構(gòu)和基本工作原理、三相異步電動機的電力拖動、同步電機、微特電機以及電動機的容量選擇等。知識點：電力拖動系統(tǒng)的運動方程式;直流電機的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、用途、運行特性以及他勵直流電機的起動、調(diào)速和制動;變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理、變壓器空載運行和負(fù)載運行特性、變壓器的接線組別判斷;三相異步電動機的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、用途、工作特性、參數(shù)的測定、運行特性、三相異步電動機的起動、制動和調(diào)速問題;了解伺服電機、步進電機、測速發(fā)電機、無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)和基本工作原理。
能力培養(yǎng)要求 培養(yǎng)學(xué)生了解直流電機、變壓器、交流電機的運行特性分析，同時結(jié)合已經(jīng)學(xué)習(xí)過的電路原理、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機、電力電子技術(shù)等課程，搭建以電機為控制對象的閉環(huán)系統(tǒng)，樹立閉環(huán)反饋系統(tǒng)的整體概念，完成對電機的性能分析和控制。技能點：能夠搭建以電機為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并對電機性能進行分析，同時借助單片機等控制手段完成對電機的智能控制，能夠獨立完成閉環(huán)系統(tǒng)硬件搭建和調(diào)試，掌握PID等經(jīng)典控制算法在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用。
實踐教學(xué)要求 利用課外時間以三四人的小組為單位，搭建直流電機的閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求完成硬件系統(tǒng)搭建、軟件程序編寫與調(diào)試以及報告的撰寫。通過本次設(shè)計，增加學(xué)生對電機理論知識的感性認(rèn)識，完成理論到實踐的轉(zhuǎn)換。
作業(yè)要求 隨堂課后作業(yè)、課外引導(dǎo)性項目實踐設(shè)計、網(wǎng)上在線測試。隨堂與課堂講授知識點匹配的作業(yè)要求跟隨進度完成;課外引導(dǎo)性項目實踐設(shè)計分6周完成，完成硬件系統(tǒng)搭建、軟件程序編寫與調(diào)試以及報告的撰寫，實施分組進行。
考核要求 在理論考試中，加強基礎(chǔ)、強調(diào)應(yīng)用、注重引導(dǎo)、形式多樣。充分利用試題的設(shè)計與收集，合理設(shè)計試題，著重考查學(xué)生對基本概念的理解掌握及應(yīng)用所學(xué)知識的能力，淡化理論的推導(dǎo)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，著重考察學(xué)生綜合應(yīng)用電機及拖動知識的能力。調(diào)動學(xué)生積極性，結(jié)合教學(xué)互動，讓學(xué)生參與到理論教學(xué)中來。開學(xué)初讓學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，人數(shù)限定在2人或3人，指定組長，上一節(jié)課會將下節(jié)重要內(nèi)容布置下去，每節(jié)課都預(yù)留部分時間，讓學(xué)生對本節(jié)重點內(nèi)容進行講解。評價比例為：期末考試成績占40%，平時成績占60%，其中平時作業(yè)加到課率15%、課堂情況10%、平時測試15%、綜合性設(shè)計（注重學(xué)生的個性化發(fā)展）20%。