谭智爱 孙利娟

（江西医学高等专科学校，上饶 334000）

1 研究背景

电工电子技术是一门研究电工技术及电子技术的理论知识和应用技术的基础课程，注重电工电子的基本理论、基本方法和基本技能的培养，同时注重学生实际应用能力与操作能力的培养。实践课程是本课程的重要组成部分[1]。长期以来，在开展实践课程时，授课教师始终将实验室的安全使用和学生的操作安全放在实践操作的首位。考虑部分实验过程存在一定的风险性，可能造成人员损伤、财产损失等严重后果，学校往往把一些重要的实验作为演示实验不对学生开放，或者不将其纳入实验课程安排。

目前，在信息化教学手段的支持下，虽然可以通过微课、小视频等多媒体的形式将实验内容展示出来，在一定程度上缓解了重要实验无法开展的问题，但是学生只能观看，不能够亲自动手操作，教学效果仍与开设实验课程的目的存在差距[2]。面对教学中这样的困境，笔者决定将原有的部分实验进行一定的改进，在保证实验课程安全的前提下满足师生的教学需求。其主要改进要求如下。

（1）为确保学生实验开展的安全性，实验全部或主要部分在安全电压36 V以下进行。

（2）在教学大纲的范围内改动，保持实验的核心内容和实验目的基本不变。

（3）实验简单可行、易于操作，电路难度适中，学生能够独立完成电路的安装及测量，从而提高学生的动手操作能力。

（4）组成电路的元器件尽量采用同类型元器件，且元器件简单通用性强，符合教学要求，易于采购。

（5）实验可以满足学生的学习需求，使学生可以将理论知识和实践技能相结合，从而帮助学生掌握相关知识。

（6）帮助学生掌握各种简单或复杂的电气控制技术，从而更好地学习后续课程。

2 实验设计

三相异步电动机的正反转控制电路是电工电子技术课程中的重要实验。通过本实验，学生可以熟悉按钮、交流接触器、继电器等元器件的结构以及工作原理，掌握三相异步电动机正反转控制电路的电路图（如图1所示）、接线方法以及电气控制的基本原理。但是，该实验作为学生实验，学校开展相关工作时存在一定的困难。其主要原因如下：第一，实验中所使用的电源是380 V的三相交流电，电压较高，实验过程中存在一定的人身安全隐患；第二，若操作者操作不当容易烧坏电动机绕组，造成一定的财产损失。因此，实际教学中一般将该实验作为演示实验，或者直接不安排该实验，不利于学生更好地掌握相关知识。为了解决这一问题，笔者对该实验进行了一定的改进。通过选用市场上成熟的器材，并将主要电路电压降低，进行了24 V直流电机正反转实训装置的开发，使学生可以在较低的安全电压下开展实验。

3 实验电路特点

该实验电路的特点如下。第一，本实验电路采用36 V以下的安全电压。为保证实验的安全性，220 V的单相交流电经过降压、整流、滤波等过程得到24 V的直流电，而且电动机的正反转控制电路中采用的均为安全电压[3]。第二，保留了电机的启动、停止及正反转功能。电动机的启动和正反转功能由按钮SB1、SB2和继电器KA1、KA2控制，通过反接电源正负极实现电动机正反转功能，电动机的停止由按钮SB3控制。第三，保留了电气控制及自锁结构。为了避免KA1和KA2同时得电吸合造成电源短路，在继电器线圈KA1（KA2）支路串接了继电器KA2（KA1）常闭触头，保证了线路工作时不会同时得电，从而达到电气互锁的目的。第四，加入了直流稳压电源部分。通过变压器降压、桥式整流、电容滤波以及稳压管稳压的直流稳压电源，将220 V交流电转换成了24 V直流电，能够为电路提供24 V直流稳压电源。第五，实验采用市场上通用的电器元件，易于购买，通用性强。

4 直流稳压电源及24 V直流电机正反转控制电路实验

4.1 实验目的

第一，熟悉直流稳压电源的组成和工作原理，观察电路各部分的作用。第二，通过24 V直流电机正反转控制电路的安装掌握实际安装电气的方法。第三，掌握220 V的单相交流电经过变压器降压、桥式整流、电容滤波等得到24 V直流电的操作流程。第四，掌握按钮SB、继电器KA的构造、连接方法和工作原理。第五，通过按钮SB的动作，观察电路的运行状况，理解继电器的自锁和电机的正反转的工作原理。

4.2 原理说明

直流稳压电源通常由整流变压器、单相桥式整流电路、滤波电路和稳压电路组成。了解各个环节的作用、原理和电压变化波形是掌握直流稳压电源的关键所在[4]。

在电动机正反转控制电路中，通过反接电源正负极实现电动机正反转功能，电路如图2所示。为了避免KA1和KA2同时得电吸合造成电源短路，在继电器线圈KA1（KA2）支路串接了继电器KA2（KA1）常闭触头，以保证两条线路在工作时不会同时得电，从而达到电气互锁的目的，保证电路安全。同时，此电路还具有短路、过载、欠压保护和失压保护等功能。

4.3 实验所需主要仪器及元器件

实验过程中所需的主要仪器及元器件包括24 V直流电机、继电器、熔断器、按钮、变压器、万用表、整流二极管、稳压二极管、电阻、电容以及连接导线等。

4.4 预习要求

开始实验之前，学生应预习直流稳压电路，熟悉变压、整流、滤波、稳压等主要过程，同时预习电动机正反转电路的控制原理。

4.5 实验内容

实验过程中，24 V直流稳压电路需要按照图2连接电路前半部分，且连接完成后必须经指导教师检查合格后方可通电进行操作。具体实验内容如下所示。

（1）调节变压器，使稳压电源输出电压为24 V。

（2）测量桥式整流输出电压。断开整流之后的电路，将1 kΩ的电阻接在整流电路之后，测量电阻两端的电压并记录。

（3）测量滤波电路的输出电压。断开滤波之后的电路，将1 kΩ的电阻接在滤波电路之后，测量电阻两端的电压并记录。

（4）测试电网电压波动时的稳压效果。将1 kΩ的电阻接在稳压电路之后，调节变压器，使其输出电压增加10%（或减小10%），测量1 kΩ电阻两端的电压并记录。

（5）测试负载电流变化时的稳压效果。将1 kΩ的电阻接在稳压电路之后，调节1 kΩ电阻，使其阻值分别为500 Ω、1.5 kΩ，测量电阻两端的电压并记录。

（6）实验完毕后，先将电源电压调至零，然后切断电源。

电气互锁的正反转控制线路需要按照图2连接电路后半部分，且连接完成后必须经指导教师检查合格后方可通电进行操作。具体实验内容如下所示。

（1）先开启电源总开关，按启动按钮后调节直流电源电路，使输出电压为直流24 V。

（2）按下正向启动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和继电器的工作情况。

（3）按下正向启动按钮SB2，观察并记录电动机和继电器的工作情况。

（4）按下停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和继电器的工作情况。

（5）再按下正向启动按钮SB2，观察并记录电动机的转向和继电器的工作情况。

（6）观察电动机启动、停止过程中直流稳压电源的工作情况，测量不同时间稳压电源的输出电压值并记录。

（7）实验完毕后，先按下停止按钮，然后切断电源。

4.6 结果分析

实验结束后，整理实验数据，画出稳压电源在整流、滤波、稳压等各部分的电压波形。简述电动机正反转控制过程，分析控制电路中自锁和互锁的原理和工作过程[5-6]。本实验具有以下优点：第一，电动机的正反转控制电路采用了24 V安全电压，保障了学生实验的安全性；第二，可以让学生依照电路图选用元器件和动手连接电路，提高了学生的操作能力，使理论和实践相结合，更易于学生掌握相关知识；第三，通过实验能够将电动机工作原理和直流稳压电源相结合，使学生明确电路的工作原理；第四，为提高学生的创新思维，鼓励学生自己选择合适的元件，从而设计具有实际功能的电路，让理论知识在实践中得到应用；第五，为提高学生的应用能力，把理论知识与实际使用相结合，即学生能够把实训装置中的各部分电路应用在实际设备仪器中，通过观察其工作过程理解它在整个仪器中的作用。

目前，江西医学高等专科学校已经将24 V直流电机正反转实训电路应用于日常教学，已经在3个专业、20多个班级、2 000多名学生中使用，学生普遍反映能够完成本实验，并得到了较理想的实验数据。通过实验加深了学生对理论知识的理解，教学效果良好。

5 结语

在电机的控制中，继电器-接触器控制是必不可少的环节，对于相关专业的学生而言，也是必须掌握的基本知识之一。目前，我国的教材教学一般采用380 V的三相交流电电路，而24 V直流电机正反转的相关研究未见文献和报道，但是24 V直流电机、继电器-接触器控制电路在生产实践中有着广泛应用。通过对课程进行教学改革，促进了学生理论知识与实际实践能力的结合，提高了学生的专业水平，增加了学生的就业优势。