1、印刷光電技術（第1版）主編：錢軍浩主編：錢軍浩目目 錄錄v第一章第一章 緒緒 論論v第二章第二章 印刷設備常用低壓電器印刷設備常用低壓電器v第三章第三章 印刷設備中常用電機與控制印刷設備中常用電機與控制v第四章第四章 印刷設備中基本控制電路印刷設備中基本控制電路v第五章第五章 印刷設備中常用的控制電路印刷設備中常用的控制電路v第六章第六章 常用機型典型電路分析常用機型典型電路分析v第七章第七章 印刷過程控制系統印刷過程控制系統v第八章第八章 印刷機電氣維修印刷機電氣維修第四章 印刷設備中基本控制電路 主講人：錢軍浩主講人：錢軍浩v印刷機械中常用的控制電路主要包括電動機的起動制動、反向和調速電路

2、等，而任何復雜的控制電路，又都是由一些簡單的環節有機組合而成。本章主要介紹繼電接觸控制線路的基本環節和一些新的控制方法，這些新的控制方法與繼電接觸控制相配合，可大大提高印刷機械自動化的控制程度。第一節 三相異步電動機控制電路v絕大多數生產機械都是由電動機來拖動的，而應用最廣的是三相交流異步電動機，印刷機械也不例外。電動機是通過電氣控制線路進行控制的，由于印刷機械的結構不同，加工任務不同等等，對自動控制線路的要求差別很大，因此，雖然電氣控制線路的型式多樣，結構各異，但都可以認為它們是由某些典型的基本控制環節組成的。這些基本環節主要指異步電動機的起動、正反轉、制動和調速控制線路。v三相交流異步電機

3、分繞線式異步電動機和籠形異步電動機兩種。三相繞線式異步電動機的優點之一是可以通過滑環在轉子繞組中串接外加電阻，來達到減小起動電流，提高轉子電路的功率因數和增加起動轉矩的目的，它一般應用于要求起動轉矩較高的場合。籠形異步電動機具有結構簡單、價格便宜、堅固耐用等一系列優點，所以在生產現場得到了廣泛的應用。據統計，在一般工礦企業中，籠形異步電動機的數量占電力拖動設備總臺數的85%左右，所以下面重點介紹籠形異步電動機的控制線路。一、三相籠形異步電動機直接起動控制線路v圖4-1為三相籠形異步電動機直接起動控制線路。它是一個常用的最簡單的控制線路。它的主電路由刀開關QS、熔斷器FU、接觸器KM的主觸頭、熱

4、繼電器FR的熱元件及電動機M構成。控制回路由起動按鈕SB2、停止按鈕SBl、接觸器KM的線圈及其常開輔助觸點、熱繼電器FR的常閉觸點構成。1線路工作原理 v起動時，合上QS，引入三相電源。按下SB2則KM的線圈通電，接觸器主觸頭閉合，電動機接通電源直接起動運轉。同時與SB2并聯的常開輔助觸點KM閉合，使接觸器吸引線圈經兩條路通電，這樣當手松開起動按鈕，SB2自動復位時，接觸器KM的線圈仍可通過該輔助觸頭使線圈繼續通電，從而保持電動機的連續運行。這種依靠接觸器自身輔助觸點而使其線圈保持通電的現象稱為自鎖。起自鎖作用的輔助觸點稱為自鎖觸點。要使電動機M停止運轉，只要按下停止按鈕SBl，將控制電路斷

5、開即可。這時接觸器KM斷電釋放，KM的常開主觸頭將三相電源切斷，電動機停止運轉。當手松開按鈕后，SBl的常閉觸點在復位彈簧的作用下，雖又復位到原來的常閉狀態，但接觸器線圈已不再能依靠自鎖觸點通電了，因為原來閉合的自鎖觸點早已隨著接觸器的斷電而斷開。2電路中的保護環節 v(1)熔斷器熔斷器FU在電路中起短路保護作用。在電路中起短路保護作用。當主電路發生短路故障時，熔斷器能迅速熔斷，斷開主電路，切斷電源，從而保護了電動機。v(2)熱繼電器熱繼電器FR具有過載保護作用。具有過載保護作用。由于熱繼電器的熱慣性比較大，所以即使熱元件流過幾倍額定電流，熱繼電器也不會立即動作。因此在電動機起動時間不太長的情

6、況下，熱繼電器是經得起電動機起動電流的沖擊而不動作的。只有在電動機較長時間過載下FR才動作，去斷開控制電路，使接觸器斷電釋放，電動機停止運轉，從而實現電動機的過載保護。v(3)欠壓保護和失壓保護是依靠接觸器本身的電磁機構來實現的。當電源電壓由于某種原因而嚴重欠壓或失壓時，接觸器的銜鐵自行釋放，電動機停止運轉。而當電源電壓恢復正常時，接觸器線圈也不能自動通電，只有在操作人員按下起動按鈕SB2后，電動機才會起動，這種保護又稱零壓保護。控制線路具備了欠壓和失壓保護能力之后，有如下優點:v防止了電動機在電壓嚴重下降時的低壓運行；v避免了電源電壓恢復時電動機同時起動而造成的電壓嚴重下降，以及電動機的突然

7、起動運轉可能造成的設備和人身事故。二、三相籠形異步電動機的正反轉控制線路v在印刷機械或包裝流水線工作過程中，往往要求電動機能夠實現可逆運行。如操作臺的上升與下降、傳送帶的前進與后退等等，這就要求電動機可以正反轉。由電動機原理可知，若將電動機正轉的三相電源中的任意兩相對調，即可使電動機反轉。所以可逆運行控制線路實質上是兩個方向相反的單向運行線路，為了避免誤操作引起電源間的短路事故，必須在這兩個相反方向的單向運行線路中加設必要的互鎖。按照電動機可逆運行操作順序的不同，有“正一停一反”和“正一反一停”兩種控制線路。1電動機“正一停一反”控制線路 v圖4-2a為“正一停一反”控制線路。該圖利用兩個接觸

8、器的常閉觸點KMl、KM2起相互控制作用，即利用一個接觸器通電時，其常閉輔助觸點的斷開來鎖住對方線圈的電路。這種利用兩個接觸器的常閉輔助觸點互相控制的方法叫做互鎖，起互鎖作用的觸點稱為互鎖觸點。v圖4-2a控制線路作正反向操作控制時，必須首先按下停止按鈕SBl，然后才能反向起動，因此它是“正一停一反”控制線路。 2電動機“正一反一停”控制線路 v在生產實際中為了提高勞動生產率，減少輔助工時，要求直接實現正反轉的變換控制。由于電動機正轉的時候，按下反轉按鈕時首先應斷開正轉接觸器線圈線路，待正轉接觸器釋放后再接通反轉接觸器，所以可采用兩個復合按鈕來實現該功能。其控制線路如圖4-2b所示。v在這個線

9、路中，正轉起動按鈕SB2的常開觸點用來使正轉接觸器KMl的線圈瞬時通電，其常閉觸點則串聯在反轉接觸器KM2線圈的電路中，用來使之釋放。反轉起動按鈕SB3也和SB2同樣使用，當按下SB2或SB3時，首先是常閉觸點斷開，然后才是常開觸點閉合。這樣在改變電動機運轉方向時，就不必按SBl停止按鈕了，可直接操作正反轉按鈕即能實現電動機運轉方向的改變。 三、三相籠形異步電動機降壓起動控制線路v容量較大的籠形異步電動機(大于lOkW)因起動電流很大，所以一般都要采用降壓起動的方式來起動。起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，起動后再將電壓恢復到額定值，使之在額定電壓下運行。因為電樞電流和電壓成正比，所以降低

10、電壓可以減小起動電流，不致在電路中產生過大的電壓降，以減小對線路電壓的影響。v常用的降壓起動方法有定子電路串電阻(或電抗)起動、星形一三角形起動、自耦變壓器及延邊三角形起動等等。自耦變壓器降壓起動方法適用于起動較大容量的電動機，起動轉矩可以通過改變自耦變壓器抽頭的連接位置得到改變，它的缺點是自耦變壓器價格較貴，體積較大，而且不允許頻繁起動。延邊三角形降壓起動控制有一定的優點，但其電機制造工藝比較復雜，目前應用較少，所以下面重點介紹串電阻(或電抗)和星形-三角形降壓起動控制。1定子串電阻降壓起動控制線路 v圖4-3是定子串電阻降壓起動控制線路。電動機起動時在三相定子電路中串接電阻，使電動機定子繞

11、組電壓降低，起動結束后再將電阻短接，電動機在額定電壓下正常運行。這種起動方式由于不受電動機接線形式的限制，設備簡單，因而在中小型機械中應用較廣。有些場合也常用這種串電阻降壓方法限制點動及制動時的電流。v圖4-3中，合上電源開關QS，按起動按鈕SB2，接觸器KMl得電吸合并自鎖，電動機串電阻R起動。接觸器KMl得電同時，時間繼電器KT得電吸合，其延時閉合常開觸點的延時閉合使接觸器KM2不能得電，經一段延時后，KM2得電動作，將主回路電阻R短接，電動機在額定電壓下進入正常運轉階段。v從主電路看，只要KM2得電就能使電動機正常運行。但線路圖4-3a在電動機起動后，KMl和KT的線圈一直帶電，這是不必

12、要的。這樣的控制線路既耗能又產生了故障源，所以它是不好的控制方法。圖4-3b解決了這個問題。接觸器KM2得電后，用其常閉觸點將KMl及KT的線圈電路切斷，同時KM2自鎖。這樣在電動機起動后，只有KM2得電使之證常運行。v起動電阻一般采用由電阻絲繞制的板式電阻或鑄鐵電阻，電阻功率大，能夠通過較大電流，但能量損耗較大，為了節省能量，可采用電抗器代替電阻，但電抗器價格較貴，成本較高。2星形-三角形降壓起動控制線路 v凡是正常運行時定子繞組接成三角形的籠形異步電動機，可采用星形一三角形的降壓起動方法來達到限制起動電流的目的。v起動時，定子繞組首先接成星形，待轉速上升到接近額定轉速時，將定子繞組的接線由

13、星形變成三角形，電動機便進入正常運行狀態。這樣在起動時，電動機每相繞組上的電壓為額定值的1/3，電流為三角形接法時的，從而減小了起動電流對電網的影響。v星形一三角形降壓起動線路圖如圖4-4所示。起動時，按下按鈕SB2，接觸器KMl、KM3與時間繼電器KT的線圈同時得電，電動機接為星形降壓起動。KT設定值到時，KM3失電，KM2得電，電動機接為三角形，投入正常運行。v星形一三角形起動控制的優點是結構簡單、價格便宜；缺點是起動轉矩只能降為三角形接法時的1/3，轉矩特性差，所以這種方法適合于空載或輕載起動的場合。四、三相籠形異步電動機的制動控制線路v由于慣性的作用，電動機從切除電源到完全停止旋轉，總

14、要經過一段時間，這往往不能適應某些生產機械工藝的要求。無論是從提高生產效率，還是從安全及準確定位等方面考慮，都要求電動機能迅速停車，所以這就要求對電動機進行制動控制。制動方法一般有兩大類:機械帶動和電氣制動。機械制動是利用機械裝置來強迫電動機迅速停車，如抱閘停車；電氣制動實質上是在電動機停車時，產生一個與電動機原來旋轉方向相反的制動轉矩，迫使其轉速迅速下降。下面介紹電氣制動控制線路。1反接制動控制線路 v反接制動是利用改變電動機電源的相序，使定子繞組產生相反方向的旋轉磁場，從而產生制動轉矩的一種制動方法。v由于反接制動時，轉子與旋轉磁場的相對速度接近于兩倍的同步轉速，所以定子中流過的反接制動電

15、流相當于全電壓直接起動時電流的兩倍，因此反接制動的特點之一是制動迅速、效果好，但沖擊電流較大，該方法通常僅適用于lOkW以下的小容量電動機。為了減小沖擊電流，通常要求在電動機主電路中串接一定的電阻以限制反接制動電流。這個電阻稱為反接制動電阻。反接制動的另一要求是在電動機轉速接近于零時，及時切斷反相序電源，以防止反向再起動。v反接制動的關鍵在于電動機電源相序的改變，且當轉速下降接近于零時，能自動將電源切除。為此采用了速度繼電器來檢測電動機的速度變化。在120300Or/min范圍內速度繼電器觸點動作(閉合)，當轉速低于10Or/min時，其觸點恢復原位(斷開)。v圖4-5為反接制動的控制線路。需

16、要注意的是，圖中速度繼電器KS的觸點是未受激勵時的狀態，這是電氣制圖中的規定畫法，在電動機正常旋轉時，它處于閉合狀態。分析線路圖時要注意到這一點。v起動時，按下起動按鈕SB2，接觸器KMl通電并自鎖，電動機M得電旋轉。在電動機正常運轉時，速度繼電器KS的常開觸點閉合，為反接制動作好了準備。停車時，按下停止按鈕SB1，使其常閉觸點斷開，接觸器KMl線圈斷電，從而電動機M斷電。由于慣性，此時電動機的轉速還很高，KS的常開觸點依然處于閉合狀態，所以SBl常開觸點閉合時，反接制動接觸器KM2線圈通電并自鎖，其主觸點閉合，使電動機定子繞組得到與其正常運轉時相序相反的三相交流電源，電動機進入反接制動狀態，

17、這時電動機轉速迅速下降。當其轉速接近于零時，速度繼電器常開觸點復位，接觸器KM2線圈電路被切斷，防止了電動機的反向再起動，到此反接制動結束。2能耗制動控制線路 v所謂能耗制動，就是當電動機脫離三相交流電源之后，在定子繞組上加一個直流電壓，使其通入直流電流，利用轉子感應電流與靜止磁場的作用來達到制動的目的。根據能耗制動時間控制原則，可用時間繼電器進行控制，也可以根據能耗制動速度控制原則，用速度繼電器進行控制。 v圖4-6為時間原則控制的能耗制動控制線路。在電動機正常運行時，若按下停止按鈕SBl，電動機由于KMl斷電釋放而脫離三相交流電源，這時直流電源則由于接觸器KM2線圈通電使KM2主觸點閉合而

18、加入定子繞組，時間繼電器KT線圈與KM2線圈同時通電并自鎖，于是電動機進入能耗制動狀態。當其轉子的慣性速度接近于零時，時間繼電器延時打開常閉觸點，斷開接觸器KM2線圈電路。由于KM2常開輔助觸點的復位，時間繼電器KT線圈的電源也被斷開，電動機能耗制動結束。圖中KT的瞬時常開觸點的作用是考慮KT線圈發生斷線等故障時，只要使停止按鈕SBl處于按下的狀態，電動機就能迅速制動，兩相的定子繞組不至于因自鎖回路的存在而長期接入能耗制動的直流電流。v圖4-7為速度原則控制的能耗制動控制線路。該線路與圖4-6控制線路基本相同，這里僅在控制線路中取消了時間繼電器KT的線圈及其觸點電路，但在電動機軸端安裝了速度繼

19、電器KS，并且用KS的常開觸點取代了KT延時打開的常閉觸點。這樣一來，該線路中的電動機在剛剛脫離三相交流電源時，由于電動機轉子的慣性速度仍然很高，速度繼電器KS的常開觸點仍然處于閉合狀態，所以接觸器KM2線圈能夠依靠SBl按鈕按下通電自鎖。于是兩相定子繞組獲得直流電源，電動機進入能耗制動狀態。當電動機轉子的慣性速度接近于零時，KS的常開觸點復位，接觸器KM2線圈斷電而釋放，能耗制動結束。v能耗制動比反接制動消耗的能量少，其制動電流也比反接制動電流小得多，但能耗制動的效果沒有反接制動的效果明顯，能耗制動還需要一個直流電源，控制線路相對比較復雜，通常能耗制動適用于電動機容量較大和起動、制動頻繁的場

20、合。五、三相籠形異步電動機的點動和多點控制線路v1點動控制線路。生產實際中，有的生產機械需要點動控制，還有些生產機械在進行調v整工作時采用點動控制。v圖4-8a是最基本的點動控制線路。當按下點動起動按鈕SB時，接觸器KM通電吸合，其主觸點閉合使電動機接通電源。當手松開按鈕時，接觸器KM斷電釋放，其主觸頭斷開，電動機停止旋轉。v圖4-8b是帶手動開關SA的點動控制線路。當需要點動時將開關SA打開，操作按鈕SB2即可實現點動控制。當需要連續工作時合上SA，將自鎖觸點接入，即可實現連續控制。v圖4-8c中增加了一個復合按鈕SB3，在點動控制時，按下點動按鈕SB3，其常閉觸點先斷開自鎖電路，常開觸點后

21、閉合，接通起動控制電路，KM線圈通電，主觸點閉合，電動機起動旋轉。當松開SB3時，KM線圈斷電，其主觸點斷開，電動機停止旋轉。若需要電動機連續運轉，則按起動按鈕SB2即可，停機時需按停止按鈕SBl。一般來說，復合按鈕中的常開觸點閉合、常閉觸點斷開或常開觸點斷開、常閉觸點閉合之間是有一個間隔時間的，不然就起不到復合按鈕的作用了。在電動機“正一反一停”控制線路中，已使用過復合按鈕。本例中在按下按鈕SB3時，必須是其常閉觸頭先斷開，常開觸頭后閉合；而在松開按鈕SB3時，必須是常開觸點先斷開，常閉觸點后閉合，這樣才能達到點動的目的。因此，有時復合按鈕質量好壞也影響著控制線路功能的能否實現。2多點控制線

22、路 v在生產流水線或機械設備中，為了操作上的方便和工藝上的要求，有時需要在多處對其臺電動機實行起停控制。圖4-9就是一個電動機多點控制線路。v從圖中可以看出起動按鈕是并聯的，即當按下任何一處的起動按鈕，接觸器線圈都能通電并自鎖；各停止按鈕是串聯的，即當按下任何一處停止按鈕后，都能使線圈斷電。通過對多點控制線路的分析，可得出一個普遍性結論：若幾個電器都能控制某接觸器通電，則這幾個電器的常開觸點應并聯連接到該接觸器的線圈電路中，即邏輯“或”的關系；若幾個電器都能控制某接觸器斷電，則這幾個電器的常閉觸點應串聯連接到該接觸器的線圈電路中，即常閉觸點邏輯“與”的關系。 六、三相籠形異步電動機調速控制線路

23、v對于三相異步電動機，其轉速公式為： 對數為電動機定子繞組的極為電源的頻率速為電動機的理想空載轉為電動機的轉差率式中所以其中pfnspfsnsrPfnnsn000;:/60)1 (:)/(/60)1 (v從上式中可以看出，三相異步電動機的調速措施有:改變電動機的極對數P(變極調速)；改變轉差率s；改變電源供電頻率f（變頻調速）。v電磁轉差調速電機，又稱為滑差電機，它的調速原理就是通過改變轉差率，來實現調速的。滑差電機已在第三章中講述，這里重點介紹異步電動機的變極調速和變頻調速的工作原理。1交流雙速電動機控制線路 v對于只需要分檔調速的機械設備，用三相交流雙速電機驅動是合適的。印刷包裝機械中也常

24、用這類調速電機，如輥印式餅干成形機、簡易的塑料注塑機、吹膜機等，常用雙速電機驅動。v我們知道籠形異步電動機轉子繞組的極對數能夠隨著定子繞組的極對數變化而變化，也就是說籠形異步電動機轉子繞組本身沒有固定的極對數，所以變更極對數的調速方法一般僅適用于籠形異步電動機。改變定子繞組的連接，或者說變更定子繞組每相電流的方向是改變電動機定子繞組極對數的方法之一。我們以三相繞組的其中一相作一些分析(其它兩相相同)。v圖4-10表示一臺4/2極雙速電機的A相繞組，在制造時它就被分成兩部分，每一部分為一相繞組的一半，通稱半相繞組，對圖中的每相繞組，我們用一個繞組元件來代表，將其在平面展開。圖4-10a中的兩個半

25、相繞組A1一Xl與A2一X2按順序串聯，電流由Al流進，X2流出。應用右手螺旋定則可以確定此時繞組在圓周空間形成的磁場為四極(P=2)。如果我們把兩個半相繞組并聯起來如圖4-10b所示，則電流將由Al、X2流進，Xl、A2流出，即第一個半相繞組的電流反向，應用右手螺旋定則可以確定，此時繞組在圓周空間所形成的磁場為兩極(即P=l)。將一相繞組推廣到三相繞組，可以畫出三相電機繞組改極后的電路圖，如圖4-11所示。v圖4-11為4/極的交流雙速異步電動機定子繞組接線示意圖。圖4-11a將電動機定子繞組的Ul、Vl、Wl三個接線端接三相交流電源，而將電動機定子繞組U2、V2、W2三個接線端懸空，三相定

26、子繞組接成三角形。此時每相繞組的、線圈串聯，電動機以四極低速運行。若將電動機定子繞組的U2、V2、W2三個接線端子接三相交流電源，而將另外三個接線端子Ul、Vl、Wl連在一起，則原來三相端子繞組的三角形接線立即變為雙星形接線，此時每相繞組中的、線圈相互并聯，于是電動機便以兩極起動高速運行，如圖4-11b所示。v雙速電動機的起動方法一般是用手柄操作的雙速開關(不能帶負荷起動)，另一種是用交流接觸器來連接出線端以改變電動機轉速，其控制線路如圖4-12所示。v圖4-12a中的SB2和SB3為低速和高速起動按鈕，當按下SB2時，KMl接觸器通電，將電動機端子繞組接成三角形，電動機以低速運轉。若按下按鈕

27、SB3，則KMl斷電釋放，并接通KM2將電動機定子繞組接成雙星形，電動機以高速運轉。在有些場合需要電動機以三角形低速起動，然后自動地將轉速加快到雙星形高速運行礎起動到運行這段時間可以用時間繼電器來調節，其控制線路如圖4-12b所示。該線路中的時間繼電器KT是用來調節電動機起動到運轉的時間的。當按下SB2時，時間繼電器KT通電，KT的瞬時閉合延時打開的常開觸點立即閉合，使接觸器KMl通電，將電動機端子繞組接成三角形起動，并通過中間繼電器KA使時間繼電器KT斷電，經過一定時間后，KT的常開觸點斷開，接觸器KMl斷電，而使接觸器KM2通電，電動機便自動地從三角形變成雙星形運轉，完成了自動加速的過程。

28、2交流異步電動機的變頻調速 v交流異步電機的調速措施有三種，變轉差率調速的方法是在調速過程中不改變同步轉速。v而僅依靠改變轉差率來改變轉速的方法，因為在低速時轉差率大，轉差損耗大，所以這種方法效率較低。變極調速雖然改變同步轉速，但它只有有限的幾級，屬于有級調速，不能獲得平滑調速和實現自動調節。變頻調速是通過改變定子供電頻率以改變同步轉速來實現調速的方法，它具有調速平滑、效率高、范圍大、精度高、可靠性高等優點，是交流異步電機較理想的調速方法。v（1)變頻調速運行原理。變頻調速運行原理。在忽略定子阻抗壓降的情況下，異步電動機定子電路的電壓平衡方程為:v U1E1=4.44f1N1mKw1f1mv

29、式中:U1一一為定子繞組電源電壓; f1一一為定子繞組電源頻率;vE1一一為定子繞組感應電動勢; m一一為電動機每極氣隙磁通。vN1一一為定子繞組匝數; Kw1一一為定子繞組系數。v從上式可以看出，供電電源頻率的變化，不僅會影響電動機的運行速度，而且還會影響電動機內部氣隙磁通的大小，從而影響電動機的運行性能。下面從兩個方面來說明這個問題。v基頻(即額定頻率fe，一般為50Hz)以下調速。當f1下降時，旋轉磁場的轉速no下降，磁場切割定子繞組的速度降低，定子繞組內的感應電動勢E1也隨之下降。如果電網電壓U1的大小保持不變，則勢必使勵磁電流增大，從而使磁通m增大。這樣一方面降低了電動機的功率因數，

30、另一方面還會影響到電動機的負載能力。為防止磁路飽和，就應使m保持不變，于是從上式可知:v U1/f1=常數v上式表明，在基頻以下變頻調速時，應使電壓和頻率按比例配合調節，實現恒磁通調速。我們知道只要氣隙磁通保持不變，則調速過程中電動機的負載能力就能保持不變，所以基頻以下的調速屬于恒轉矩調速。v基頻以上調速。在基頻以上調速時，因為電動機額定電壓的限制，所以按比例升高電壓是很困難的，因此只好保持電壓不變，即U1=常數。但當頻率f1升高而超過額定頻率時，氣隙磁通將下降，使得m小于額定值。這樣在額定的定子電流下，電動機的輸出轉矩將下降，電動機得不到充分利用。通過推證，這種情況下應使，即要求系統作恒功率

31、運行，才能保證調速過程中電動機的負載能力保持不變，因此基頻以上的調速屬于恒功率調速。v一般情況下，變頻調速系統大都作為恒轉矩調速系統來使用。v(2)變頻調速器簡介。變頻調速器簡介。變頻調速的實現必須選用變頻器，不同的變頻器可以構成不同的變頻調速系統。變頻器主要分為兩大類：交-直-交變頻器和交-交變頻器。交-直-交變頻器亦稱間接變頻器，它首先將恒頻恒壓的交流電經整流器變成幅值可調的直流電，然后再經逆變器變成頻率、電壓可調的交流電。交-交變頻器亦稱直接變頻器，它是將恒頻恒壓的交流電直接變成頻率、電壓可調的交流電。下面簡要介紹一下各種類型變頻器的特點。v交-直-交電壓型變頻器。交-直-交電壓型變頻器

32、的工作原理如圖4-13a所示。它的中間直流濾波元件采用大電容，并接于整流橋的輸出端，因而電源阻抗很小，類似于電壓源，因此它稱為電壓型變頻器。電壓型變頻器由于直流電壓穩定，所以電動機轉速的精度取決于變頻器輸出頻率精度和電動機本身的轉差率，受負載電流變化影響較小，因而在電壓型變頻調速系統中可采用開環控制。它的主要缺點是本身沒有再生發電制動能力，電流控制困難，動態響應較差，線路結構較復雜。所以交-直-交電壓型變頻器多用于不經常起動、制動，對快速性要求不高的場合。v交-直-交電流型變頻器。交-直-交電流型變頻器的工作原理如圖4-13b所示。它的中間直流濾波元件采用高阻電感，它串接于整流橋和逆變橋之間的

33、直流電路中，電源阻抗很大，對負載來說，其輸出是一個恒流源的性質，其輸出電流跟隨給定信號變化而變化，受負載電壓變化影響很小。因此稱為電流型變頻器。電流型變頻器具有較多突出的優點，特別是電能的回饋較易實現，能得到高轉速，它的控制電流能力好，動態響應快，線路較簡單可靠。所以它適用于大、中功率傳動裝置和要求頻繁起動、制動，且動態性能要求較高及調速范圍寬的生產機械，特別是異步電動機單機運行時，使用電流型變頻器更為合適。它的主要缺點是功率因數不變，另外輸出電壓波形有脈沖毛刺，必須設置可靠的過電壓保護環節。v脈寬調制型變頻器。上面所介紹的交-直-交變頻器都有兩套可控功率級，分別控制電壓和頻率，所以控制裝置復

34、雜，對電網而言，功率因數較低。70年代后發展起來的脈寬調制(PWM)型變頻器也是交-直-交變頻器的一種，它采用二極管整流器提供恒定的直流電壓，變頻變壓的任務由PWM型逆變器完成，其工作原理如圖4-14所示。v逆變器若采用快速晶閘管元件，可實現高頻脈寬調制，不僅系統的動態響應好，而且輸出波形得到改善，調速系統的轉矩脈動較小。由于PWM型變頻器調速有許多優點，因此得到了廣泛的應用和研究。v交一交變頻器。交-交變頻器的工作原理與直流可逆調速系統有相似之處，它也由兩套工v反并聯的晶閘管整流電路組成，正半周由正組整流器供電，負半周由負組整流器供電，其工作原理如圖4-15所示。v交-交變頻器與交-直-交變

35、頻器調速系統相比，其優點是：僅有一級功率變換，損耗小，效率高；可以自然換流，不需附加換流電路；容易實現四相限運行；低頻時輸出電壓波形好，可降低轉矩脈動和諧波損耗。其缺點是：最高頻率受電源頻率限制，一般不超過電源頻率的二分之一；主電路所需晶閘管較多，控制電路較復雜。交-交變頻器一般用于低速、大容量的場合。v(3)變頻器的組成。變頻器的組成。變頻器主要由主回路、控制回路和保護回路組成，如圖4-16所示。主回路給異步電動機提供調壓調頻電源，該電源輸出電壓或輸出電流及頻率，由控制回路的控制指令進行控制。而控制指令則根據外部的運轉指令進行運算獲得。對于需要更精密速度或快速響應的場合，運算還應包含由變頻器

36、主回路和傳動系統檢測出來的信號。保護回路的構成，除應防止因變頻器主回路的過壓、過流引起的損壞外，還應保護異步電動機及傳動系統等等。v主回路。給異步電動機提供調頻調壓電源的電力變換部分稱為主回路。圖4-17所示為典型的電壓型變頻器的一個例子。如圖所示，主回路由三部分組成:將交流工頻電源變換為直流電的“變流器部分”，吸收在變流器部分和逆變器部分產生的電壓脈動的“平滑回路部分”以及將直流電變換為交流電的“逆變器部分”。另外，異步電動機需要快速制動時，有時需要附加“制動回路部分”。v交流器部分如圖4-17所示，采用二極管變流器，它可以把工頻電源變換為直流電源。如利用兩組晶閘管變流器組成可逆變流器，由于

37、其電流方向可逆，所以可以進行再生制動。平滑回路部分在變流器部分整流后的直流電壓中，含有電源六倍頻率的脈動電壓，此外逆變器部分產生的脈動電流也使直流電壓波動。為了抑制電壓波動，采用電抗和電容來吸收脈動電壓(電流)。當變頻器容量較小時，如果電源和主回路的構成器件有余量，可以省去直流電抗而采用簡單的平滑電路。v逆變器部分同變流器部分相反，逆變器部分是將直流電變換為所要求頻率的交流電。如圖4-17所示，以確定的時間使六個開關元件導通、關斷就可得到三相交流電輸出。v制動回路部分異步電動機在再生制動區域使用時(轉差率為負)，再生能量貯存于平滑回路的電容器中，它使直流電壓升高。一般來說，由機械系統(包括電動

38、機)慣性積累的能量比電容器貯存的能量大，需要快速制動時，可以使用可逆變流器向電源反饋或設置制動回路(開關和電阻)把再生能量消耗掉，以免直流回路電壓上升。v控制回路。給主回路提供控制信號的回路稱為控制回路。如圖4-16所示，僅以控帶回路A部分構成控制回路時，無速度檢測環節，這稱為開環控制。在控制回路B部分增加了速度檢測環節，這稱為閉環控制，它可以使異步電動機的速度控制得更為精確。控制回路主要由以下回路組成：頻率、電壓的運算回路、主回路的電壓/電流檢測回路、電動機的速度檢測回路、將運算回路信號進行放大的驅動回路以及逆變器和電動機的保護回路。v保護回路。變頻器控制回路中的保護回路可分為變頻器保護和電

39、動機保護兩個方面。對變頻器的保護包括瞬時過電流保護、過載保護、再生過電壓保護、瞬時停電保護、接地過電流保護以及冷卻風機異常保護等等。對電動機的保護包括過載保護和超頻(超速)保護等。另外還有其它一些保護。第二節 基本控制電路v基本控制電路主要包括時間控制、速度控制、行程控制以及電流控制等電路。下面將以電路實例作一一介紹。 一、時間控制電路 v時間繼電器的應用范圍很廣，它在電路中起著控制時間的作用，如電動機的起動、制動等都是由時間繼電器來自動完成，這種由時間繼電器來控制電器的動作順序，以完成操作任務的控制電路稱為時間控制電路。v例如，用時間繼電器控制的三相鼠籠式異步電動機反接制動的控制線路。反接制

40、動是利用改變電動機電源的相序，使定子繞組產生的旋轉磁場與轉子慣性旋轉方向相反，因而產生制動作用的一種制動方法。v圖4-18是時間繼電器控制的反接制動的控制線路，使用了斷電延時式的時間繼電器KT的一個延時斷開式常開觸點。由于反接制動時，轉子與定子旋轉磁場的相對速度接近于2倍的同步轉速；所以，定子繞組中流過的反接制動電流相當于全電壓起動時電流的2倍。為此，一般在lOkW以上的電動機反接制動時，應在主電路中串接一定的電阻，如圖4-18中的R(稱為反接制動電阻)，以限制反接制動電流。在制動時，線路的動作順序如下:v在制動時，線路的動作順序如下:v KM1通電電動機運行v 按SB2 KT通電v KM2斷

41、電v KM1斷電KM2通電制動開始v 按SB1 KT斷電（延時）KM2斷電制動結束二、速度控制電路v根據電動機轉速的變化，由速度繼電器來自動換接控制線路的控制電路，稱為速度控制電路。v速度繼電器的結構及動作原理在第二章第二節已詳細介紹，它是由套有永久磁鐵的軸與被控制的電動機軸相連，直接接受電動機軸的速度信號，使速度繼電器的外環(定子)旋轉，帶動觸點動作來換接控制電路。當電動機轉速為120300Or/min的范圍內，速度繼電器觸點動作，當轉速低于1OOr/min時，其觸點恢復原位。v速度繼電器常用于反接制動電路中，很多印刷機的主電機就是采用速度繼電器進行反接制動的，如LPll01型全張單面凸版輪

42、轉印刷機的主電機2DZ是用速度繼電器反接制動的。下面舉例說明反接制動的控制方法。v例如，速度繼電器控制的可逆運行的反接制動控制線路。圖4-19所示是電動機可逆運行的反接制動控制電路。速度繼電器KAz用于正轉制動，KAF用于反轉制動，交流接觸器KMz用于電動機正轉時失壓或欠壓保護，KMF用于反轉時失壓或欠壓保護。線路的動作次序如下:v正轉和制動。v按SBzKMz通電電動機正轉KAz動作；v按SBKMz斷電KMF通電制動開始轉子轉速n接近零時，KAz復位KMF斷電制動結束。v反轉和制動。v按SBFKMF通電電動機反轉KAF動作;v按SBKMF斷電KMz通電制動開始轉子轉速n接近零時，KAF復位KM

43、z斷電制動結束 v幾種常用的速度傳感器：v（1）測速發電機。）測速發電機。測速發電機的工作原理類似于發電機，它能將轉速轉換成電壓信號。測速發電機具有線性度好、靈敏度高和輸出信號強等優點，在工業自動控制系統中廣泛用于自動檢測和調節電機轉速，檢測范圍為20400r/min，精度為0.20.5。v測速發電機分為直流測速發電機和交流測速發電機兩大類。直流分為永磁式和電磁式兩種，交流分為同步和異步兩種。v直流測速發電機在恒定勵磁和負載不大的情況下，輸出電壓可近似地認為與轉速成正比，電樞反轉時，輸出電壓的極性相反，可由極性判別旋轉方向。與交流測速發電機相比，直流測速發電機有較高的精確度和靈敏度，但它的結構

44、復雜，價格較高，且因電刷與換向器之間的滑動接觸，影響工作的可靠性，并易產生火花而引起對電場的干擾。v交流測速發電機在勵磁電壓恒定的情況下，當輸出繞組的負載很小時，其輸出電壓與轉速近似地成正比，其頻率與轉速無關，等于勵磁電壓的頻率。當電機反轉時，輸出電壓的相位將變化180，通常可以根據輸出電壓的相位來判別旋轉方向。（2）磁電式轉速傳感器）磁電式轉速傳感器 v。磁電式轉速傳感器的結構如圖4-20所示，在待測軸上裝有一個磁性齒盤，當待測軸轉動時，齒盤也隨之轉動，齒盤中的齒和間隙交替通過永久磁鐵的磁場，即交替改變空氣隙的大小，從而不斷改變磁路的磁阻，使鐵芯中的磁通量發生突變，在線圈內產生脈沖電動勢，其

45、頻率與待測軸的轉速成正比。磁電式轉速傳感器配上數字測速儀，即可直接讀出轉速和頻率，檢測范圍為0400Or/min。v（3）光電轉速傳感器。）光電轉速傳感器。光電轉速傳感器分直射式和單頭反射式兩種，前者的結構原理如圖4-21a所示，輸入軸與待測軸相連，光通過開孔盤和縫隙板照射到光敏元件上。開孔盤上有20、30、60、個小孔，開孔盤轉一周，光敏元件接受光的次數等于盤上的開孔數。若開孔數為60，記錄時間為t秒，總脈沖數為N，則轉速n為:vn=60N/(60t)=N/t(r/min) v單頭反射式光電轉速傳感器的結構原理如圖4-21b所示，測速盤上粘貼黑白分明的條帶，為方便計數，條帶一般選60條，黑白

46、條帶的寬度應大于投射光的寬度。光源發出的光經半透鏡反射，再經透鏡會聚到測速盤上的條帶，反射光經半透鏡到達光敏元件。v光電轉速傳感器可直接與數字頻率計配套使用，也可方便地送入微型計算機系統。三、行程控制電路v根據運動部件的行程位置，由行程開關自動換接控制線路，這種電路稱為行程控制電路，行程控制的主要電器元件是行程開關。行程開關又稱限位開關，其開關動作是由裝在運動部件上的擋塊來撞動的。v如下例子：J2108A型對開單色膠印機的主收紙臺的升降電路。圖4-22所示是它的主收紙臺的升降控制電路。其中，SQ1、SQ2、SQ3和SQ4是行程開關(限位開關)，主收紙臺升降電動機6M為三相異步電動機，正轉時帶動

47、主收紙臺上升，反轉時帶動主收紙臺下降。交流接觸器6KMz、6KMF控制6M電機作正、反轉。v主收紙臺的升降有主臺升、主臺降、自動微降及手動升降四種方式。按下主臺升按鈕SB1，交流接觸器6KMz得電，串接在6M電機主回路的常開觸點6KMz吸合，電動機6M正轉，主收紙臺上升。當主臺上升到一定高度時，將行程開關SQ3觸壓(SQ3安裝在一定高度處)，線圈6KMz斷電，6M停止正轉，主臺便停止上升。v按下主臺降按鈕SB2，交流接觸器6KMF通電，電動機6M反轉，收紙臺下降。當主臺下降到限定位置時，將行程開關SQ4觸壓時，主臺可自動停止下降。在齊紙板上裝有微動的行程開關SQ1，當主收紙臺上的紙堆增高到一定

48、程度時，紙堆側垂面將SQ1觸壓，SQ1的常開觸頭閉合，交流接觸器6KMF吸合，主收紙臺自動下降。當紙堆臺離開SQ1時，SQ1的常開觸點復位，6KMz失電，電動機6M停止反轉，此時主收紙臺便完成了一次自動的微量下降。若紙堆再次增高，電路將重復進行上述動作。對主收紙臺進行手動升降時，可打開電機6M尾端的小蓋，這時，行程開關SQ2被觸壓，將常閉觸頭斷開，切斷電動升降電路。以保證手動升降操作的安全。此時，插入手柄搖動即可使主收紙臺上升成下降。四、電流控制電路v由電路中通過電流繼電器電流的大小來自動換接電路的方式稱為電流控制。該電路稱為電流控制電路。如下例，直流電動機的過流保護控制電路。圖4-23是直流

49、電動機的過電流保護的控制電路，過電流繼電器KA的線圈串在電動機的電樞繞組回路，其常閉觸點串入起動電路中。當電動機電流超過KA的電流整定值時，過流繼電器KA的觸點釋放，使接觸器KM1失電，KM1常開觸點復位，電動機斷電而得到保護。圖中T為電動機的勵磁線圈，KM2為另一接觸器的觸點，它能切換起動電阻RQ。電流控制電路常用于過流保護或欠流保護，一般印刷設備都采用了這種控制方式，限于篇幅，這里不一一舉例。五、溫度控制與檢測電路v溫度是印刷包裝過程中一個重要的工藝參數。例如在食品包裝中為了使食品符合衛生要求，并延長食品的保存期，必須對包裝容器和內裝物進行殺菌，其主要手段是高溫和低溫殺菌。制作包裝容器的塑

50、料注塑機中加熱環的溫度控制，軟包裝生產線上塑料薄膜復合時的粘膠溫度控制，制袋機中的熱封溫度控制等，對生產作業的順利進行和保證產品質量，具有重要意義。以溫度為被控制量的溫度自動控制系統在包裝與印刷機中應用十分廣泛。v要對溫度進行控制，首先要用測溫元件檢測溫度，然后才能通過溫度控制器(調節器)予以控制制。在包裝機熱封或塑料成型裝置中，對測溫元件的要求是:v(1)尺寸小。由于加熱輥、加熱板、滾輪的尺寸和體積都不大，小型的測溫元件有利于安裝。v(2)時間常數要小。由于被加熱部分熱慣性小，因此測溫元件必須有小的時間常數以便提高檢測靈敏度。v常用的測溫元件有電接點溫度計、熱電偶、熱電阻和半導體測溫元件等。

51、溫度調節大多采用晶閘管調壓方法，加熱元件多采用電阻絲，為了提高溫控精度，使加熱輥各處溫度均勻一致，有的印刷包裝機中采用油溫式加熱技術。（一）電接點溫度計溫控系統v電接點溫度計是在普通溫度計中，裝有可移動的鉑絲電極，當溫度升至規定值時，水銀柱與鉑絲電極接觸，電路被接通，發出控制信號。電接點溫度計按測溫范圍分為050、0100和0300幾種，分度值小則誤差小。v以下內容從略六、壓力檢測與控制電路v壓力也是印刷包裝過程中的重要參數之一。例如食品的高溫殺菌，通常是利用蒸汽，借調節蒸汽的壓力和流量來保證殺菌溫度的恒定的。這里說的壓力就是物理學中的壓強。在工程上往往不用絕對壓力，而用表壓力。表壓力與絕對壓

52、力的關系為:v P表=P絕對-P大氣（當地）或P絕對=P表+P大氣（當地）v由上式可見，當絕對壓力P絕對低于當地大氣壓力P大氣時，表壓力將出現負值。習慣上將絕對壓力低于大氣壓力的情況稱為負壓或真空。一般真空度用絕對壓力表示，負壓的絕對值愈大，即絕對壓力愈低，則真空度愈高。v壓力的法定單位為N/m2，稱為帕斯卡或簡稱帕(Pa)，lPa相當于l.019716lO-1mm水柱、1.01971610-5mm汞柱、1.01971610-5工程大氣壓(kg/cm2)。v為了進行壓力控制，人們設計了各種壓力調節裝置，然而不管哪種調節裝置，其原理都是通過改變閥門開度，即改變物料輸送過程中的流通面積，來改變流道

53、阻力而進行壓力調節的,在包裝作業中自動檢測壓力、手動調壓的方式，目前應用廣泛，而壓力自動控制系統尚不普及。七、計量供給檢測與控制電路v印刷包裝過程中內裝物的計量供給是十分重要的一環。計量是否及時準確，直接影響到包裝品的質量，它與內裝物本身的質量一樣，關系到生產廠家的信譽與消費者的利益，內裝物是多種多樣的，隨其種類形態不同，物理化學性質不同，價格高低不同，包裝方式和規格不同，對計量精度的要求也不同。即便是同一種物品，由于銷售的需要，也會采用不同的規格進行包裝。因此，計量供給過程相當復雜。v計量供給一般分為計重、計容、計數三大類。例如包裝奶粉要計測重量(克數)，包裝口服液要計測容積(毫升數)，包裝

54、香煙要計測數量(支數)。目前計容供給多采用計量杯、螺桿容積計量器、計量泵等機械方法，在自動包裝機械書籍上都有介紹。一些細小物品如木螺釘、圖釘、回形針之類，雖包裝盒上標明內裝多少個，但往往采用計測一定個數的重量的方法，改計數供給為計重供給。計重供給應用范圍廣，精度也較高，在本節中重點介紹計重供給自動控制的原理及方法。八、計數供給檢測與控制電路v在自動包裝機作業過程中，許多內裝物品是具有規則形狀的塊狀、顆粒狀或棒枝狀產品，諸如香煙、香皂、糖果、鉛筆、餅干、書籍等。這些物品大多數按規定的標準實行自動加工，其重量和形體均勻一致，且大多數實行計數定量包裝，如香煙20支一小包，書籍10本一包，圖釘100個

55、一盒等。第三節 可編程控制電路v可編程控制器簡稱PC，是一種新型的自動控制裝置。它將傳統的繼電器技術、計算機技術融為一體，專門為工業控制而設計，具有功能性強、通用靈活、可靠性高、環境適應性好、編程簡單、使用方便，以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優點，因此在工業上的應用越來越廣泛。一、可編程控制器的原理v（一）可編程控制器的硬件系統v可編程控制器的硬件是指組成可編程控制器的各個結構部件。圖4-85是PC的硬件框圖。 vPC采用典型的計算機結構，由中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入輸出(I/0)接口，電源、編程器、I/0擴展機及其它外部設備組成。v以下介紹各部分的作用:1中央處理單元(CPU)

56、 vCPU是PC的運算、控制中心，用以實現邏輯運算、算術運算，并對全機進行控制。它按照PC中系統程序所賦予的功能，完成以下任務:v(1)接收并存貯從編程器鍵入的用戶程序和數據;v(2)用掃描的方式接收現場備檢測點的狀態或數據，并存入輸入狀態表或數據寄存器中;v(3)診斷電源、PC內部電路工作狀態和編程過程中的語法錯誤等;v(4)PC進入運行狀態后，從存貯器中逐條讀取用戶程序，經過指令解釋后，按指令規定的任務產生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路，分時、分渠道地去執行數據的存取、傳送組合、比較和變換等動作，完成用戶程序中規定的邏輯運算或算術運算等任務;v(5)根據運算結果，更新有關標志位的狀態

57、和輸出狀態寄存器表的內容，再由輸出狀態表的位狀態或數據寄存器的有關內容，實現輸出控制、制表打印或數據通訊等功能。2存貯器 v存貯器，用來存貯數據或程序。它包括可以隨機存取的存取存貯器(RAM)和在工作過程中只能讀出，不能寫入的只讀存貯器(ROM)。vPC配有系統程序存貯器和用戶程序存貯器，分別用以存貯系統程序和用戶程序，而系統程序不需要用戶干預。因而，PC產品樣本中所列的存貯器均指用戶程序存貯器而言。v用戶存貯器用來存貯通過編程器輸入的用戶程序。對中小型PC機的用戶存貯器，其存貯容量一般在8K字節以下；大型PC可達256K字節。通常，用戶程序中，繼電器接點占一個字節容量，計時器/計數器和某些功

58、能需占用210個字節的容量，而其它一些更復雜的功能指令需占用的容量就更大。v目前，PC的用戶程序存貯器常用的有CMOSRAM存貯器、EPROM或EEPROM存貯器。其中MOS RAM存貯器用鋰電池作備用電源。一旦交流電源停電，可用鋰電池供電，以保持RAM內停電前的數據。鋰電池壽命一般為510年。vRAM中的用戶程序可以用EPROM寫入器寫入到主機外的EPROM芯片中。寫入了用戶程序的EPROM又可以通過外部設備接口與主機相連接，然后讓主機EPROM中的程序還行。3輸入/輸出(I/0)點(或稱模塊) vI/0模塊是CPU與現場I/0設備或其經外部設備之間的連接部件。PC提供了各種操作電平和輸出驅

59、動能力的I/0模塊和各種用途的I/0功能模塊供用戶選用。v一般PC均配置I/0電平轉換模塊及電氣隔離模塊。輸入電平轉換是用來將輸入端不同電壓或電流的信號源轉換成微處理器所能接收的低電壓信號。輸出電平轉換是用來將微處理器控制的低電壓信號轉換為控制設備所需的電壓或電流信號。vPC在微處理器部分與I/0回路之間采用了光電隔離措施，這樣能有效地隔離微處理器與I/0回路之間的聯系，而不致引起PC故障或誤動作。此外，某些PC還具有一些功能的I/0模塊。如串/并行變換，數據傳送、誤碼校驗、A/D或D/A變換以及其它功能控制等。v由于PC機種類很多，各種I/0模塊更是琳瑯滿目，下面介紹幾種常用的I/0模塊，在

60、PC設計中，正確選用I/0模塊是很重要的。 v(1)開關量輸入模塊。開關量輸入模塊。開關量輸入模塊的作用是接收現場的開關信號，并將輸入的電平信號轉換為PC內部的電平信號。v開關量輸入模塊按照使用的電源不同，分為直流輸入模塊、交流輸入模塊和交直流輸入模塊。下面列舉幾種輸入模塊的原理電路。v直流輸入模塊。其原理電路如圖4-86所示，圖中下部只畫出對應于一個輸入點的輸入電路。各個輸入點所對應于一個輸入點的輸入電路。各個輸入點所對應的輸入電路均相同，它們有一個公共端子C，即有一個公共匯集點，因此又稱直流匯點輸入方式。v當輸入端的現場開關接通時，模塊內部的24V直流電源經LED、光電耦合器、限流電阻、反