機電傳動控制

Electromechnical

TransmssionControl2006－2007學年ReferenceBook《機電傳動控制》（第三、四版）鄧星鐘華中科技大學出版社《機電傳動控制》趙永成中國計量出版社《機電傳動控制》張海根高等教育出版社《SPWM變頻調速應用技術》（第三版）張燕賓機械工業出版社《現代工業電子學ModernIndustrialElectronics》（第四版）T.J.Maloney科學出版社機電傳動控制概述機電傳動系統組成、目的電機驅動生產機械電動機＋控制系統＋機械傳動裝置電能與機械能的轉換生產機械啟動、停止、速度調節機電傳動控制概述舉例討論簡單系統風扇、吹風機、電動剃須刀…

單軸系統（p5）、多軸系統（p8）復雜系統電梯、提升機、輸送機、精密機床…機場行李分揀系統機電傳動系統的發展成組拖動一臺電動機＋傳動機構拖動各生產機械單電動機拖動一臺電動機拖動一臺生產機械多電動機拖動（自動化、現代化）一臺電動機只拖動某一個運動部件機電傳動控制概述機電控制系統的發展20世紀初，接觸器－繼電器控制電器（有級調速）30年代，連續控制系統（控制理論的起步）40和50年代，晶閘管、晶體管控制（無級調速）微電子、計算機集成數字化控制機電傳動控制概述課程內容、學時分配概述（1）斷續控制系統（9）繼電器－接觸器（基本器件、基本線路…）（3）

可編程控制器（結構、工作原理、基本指令…）（6）連續控制系統（24）直流電機（結構、工作原理、啟停調速特性…）（8）交流電機（結構、工作原理、啟停調速特性…）（8）控制電機（伺服電機、測速電機、步進電機…）（8）

機電傳動控制概述課程內容、學時分配調速控制系統（12）直流調速系統（調速系統基本要求，PWM調速）（6）交流調速系統（調壓調速、矢量變換、變頻調速）（6）總復習（2）實驗（6～8個）繼電器－接觸器控制線路PLC應用直流電機特性、交流電機特性步進電機工作特性機電傳動控制概述課程評估綜述報告（30）研究對象、研究意義、國內（外）發展狀況（研究機構、研究方法、結果、應用范圍、效益）、發展趨勢、參考文獻實驗報告（30）小組成員職責、實驗內容、方法、結果、分析開卷考試（40）基本原理及其應用機電傳動控制概述繼電器－接觸器控制系統常用低壓電器（2）電器（電氣元件） 接通、斷開電路 控制、調節、切換、檢測和保護電路（用電設備）低壓電器 交流電壓1200V/直流電壓1500V以下我國低壓電器的發展與趨勢

我國低壓電器產品大致可分為四代：第一代產品：20世紀60年代至70年代初

第二代產品：20世紀70年代末一80年代第三代產品：20世紀90年代第四代產品：20世紀90年代末至今第1代低壓電器（60年代一70年代初）主要產品為DW10，DZ10，CJ10等系列產品為代表的17個系列產品，性能水平相當于國外50年代水平，其性能指標低、體積大、耗材、耗能、保護特性單一、規格及品種少。現市場占有率為20％一30％(以產品臺數計算)。

主要產品為DWl5，DZ20，CJ20為代表，共56個系列。技術引進產品以3TB、B系列為代表．共34個系列。達標攻關產品40個系列，技術指標明顯提高，保護特性較完善，體積縮小，結構上適應成套裝置要求。現有市場占有率為50％一60％。第2代低壓電器（70年代末一80年代）主要產品為DW45，S，CJ45(CJ40)等系列產品第三代電器產品具有高性能、小型化、電子化、智能化、模塊化、組合化、多功能化等特征。但受制于通信能力的限制，不能很好地發揮智能產品的作用。現有市場占有率：5％一10％，如智能斷路器、軟起動器等。第3代低壓電器（90年代）不斷開發現場總線低壓電器產品。這種產品除了具有第三代低壓電器產品的特征外，其主要技術特征是可通信，能與現場總線系統連接。萬能式斷路器、塑殼式斷路器以及電動機控制、保護器

第4代低壓電器（90年代末至今）產品技術特征：①第四代低壓電器產品必須有完整的體系結構②帶有通信接口，能方便地與現場總線連接③整個體系產品強調標準化④可通信電器產品母體應是高性能、小型化、模塊化、組合化第4代低壓電器（90年代末至今）產品結構特征及基本功能①低壓電器產品中裝有微處理器②低壓電器帶有通信接口，能與現場總線連接③采用標準化結構，具有互換性，內部可更換部件采用模塊化結構④保護功能齊全⑤外部故障記錄顯示⑥參數閱量顯示⑦內部故障自診斷⑧能進行雙向通信第4代低壓電器（90年代末至今）我國從90年代起開發的第三代產品已帶有智能化功能，但是單一智能化電器在傳統的低壓配電、控制系統中很難發揮其優越性，產品價格相對較高，難以全面推廣。預計今后5—10年內，隨著通信電器的開發利用，我國第三代、第四代高檔次低壓電器產品市場占有率將從目前的5％增加到30％以上，從而大大促進我國低壓電器總體水平的提高。第4代低壓電器（90年代末至今）繼電器－接觸器控制系統低壓開關

刀開關Q/QG、組合開關QS、自動空氣開關QF主令電器

按鈕開關SB、主令控制器SL交流接觸器 基本原理：觸頭、滅弧裝置、鐵心、線圈

圖形符號KM繼電器

電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、熱繼電器

圖形符號KA/KV/K/FR熔斷器（保險絲）FU繼電器－接觸器基本控制線路（3）原理線路圖（基本組成）啟動控制線路（自鎖環節、保護電器）正反轉控制線路（正轉接觸器＋反轉接觸器＋復合按鈕）點動控制線路（按鈕＋中間繼電器）繼電器－接觸器控制線路設計簡介

繼電器－接觸器控制系統低壓開關（LowVoltageSwitch）

用來隔離、轉換、接通和分斷電路的控制電器刀開關（手動）組合開關（手動）自動空氣開關低壓開關－刀開關一、刀開關：又稱開啟式負荷開關，它是控制電器、手動電器、配電電器。1.組成：瓷底板、進線座、靜觸點、熔絲、出線座、刀片式的動觸點，手柄、外面裝有膠蓋。

低壓開關－刀開關膠蓋可以保證操作人員不會觸及帶電部分，并且分斷電路時產生的電弧也不會飛出膠蓋外面而灼傷操作人員。4.使用注意事項:(1)

垂直安裝在控制屏或開關板上決不允許倒裝

以防手柄因自重落下而引起誤合閘

(2)接線時應將電源線接上端、負載接下端

內裝熔絲作為短路和嚴重過載保護

(3)操作時分合閘動作應迅速

使電弧較快熄滅3.型號:

HK2-□/□?

∣∣∣∣

∣∣∣└極數

∣∣└───額定電流

∣└─────設計序號

└──────開啟式負荷開關

2.功能：手動操作快速閉合與斷開；

作為電源的引入開關或隔離開關；

用于小容量的三相異步電動機不頻繁地起動或停止的控制。低壓開關－刀開關刀開關HD/HS系列HD系列適用于交流50Hz、額定電壓至380V、直流至440V，額定電流至1500A的成套配電裝置中，作為不頻繁地手動接通和分斷交、直流電路或作隔離開關用。一般不用于切斷帶有電流的電路。二、組合開關：

又稱轉換開關，它是控制電器、手動電器、配電電器。1.組成：三個分別裝在三層絕緣件內的雙斷點橋式動觸片、與盒外接線柱相連的靜觸點、絕緣方軸、手柄。動觸片裝在附有手柄的絕緣方軸上，方軸隨手柄而轉動，于是動觸片隨方軸轉動并變更與靜觸點分、合的位置。

圖示為三極轉換開關

文字符號有時也用QS低壓開關－組合開關2.功能：作為電源的引入開關或隔離開關；

不頻繁通斷電路、電源與負載；

不頻繁操作小容量的三相異步電動機正反轉和星三角起動。3.型號:

HZ10-□□/□?

∣∣∣∣└極數

∣∣∣∣┍P──用于兩種電路的切換

∣∣∣└──┥

∣∣∣

└S──用于三種電路的切換

∣∣└─────

額定電流

∣└────────設計序號

└──────────組合開關4.使用注意事項:(1)安裝在控制屏面板上，面板上只能看到手柄，其他部分在屏內

以保證操作安全

(2)操作頻率不能過高，一般每小時不宜超過15--20次

操作頻率較高時，應當降容使用

(3)用于電動機可逆運行時，應在電機完全停止后，再進行反向操作

否則容易燒壞開關或造成弧光短路事故低壓開關－組合開關三、自動空氣開關(air-conditionedswitch)

又稱自動空氣斷路器，簡稱斷路器、自動開關。它既是控制電器，又可以對電路實施短路、過載、欠壓等保護，具有保護電器的功能。1.組成：彈簧、主觸點、鎖鉤、杠桿、過流脫扣器、欠壓脫扣器、熱脫扣器、手動的操作機構等低壓開關－空氣開關2.工作過程：

主觸點通常由手動的操作機構來閉合的，閉合后主觸點被鎖鉤鎖住。如果電路中發生故障，脫扣機構就在有關脫扣器的作用下將鎖鉤脫開，于是主觸點在釋放彈簧的作用下迅速分斷。a.過流脫扣器：在正常情況下，過流脫扣器的銜鐵是釋放著的，一旦發生嚴重過載或短路故障時，與主電路相串的線圈將產生較強的電磁吸力吸引銜鐵，而推動杠桿頂開鎖鉤，使主觸點斷開。b.欠壓脫扣器：在電壓正常時，吸住銜鐵，才不影響主觸點的閉合，一旦電壓嚴重下降或斷電時，電磁吸力不足或消失，銜鐵被釋放而推動杠桿，使主觸點斷開。c.熱脫扣器：當電路發生一般性過載時，過載電流雖不能使過流脫扣器動作，但能使熱元件產生一定的熱量，促使雙金屬片受熱向上彎曲，推動杠桿使搭鉤與鎖鉤脫開，將主觸點分開。

2.功能：自動開關廣泛應用于低壓配電線路上

也用于控制電動機及其他用電設備。

3.型號:

DZ20□-□□□□????

∣∣∣∣∣∣∣

塑殼式自動開關┘∣∣∣∣∣└輔助機構代號

設計序號-─┘∣∣∣└─-脫扣器代號

Y—一般型┐∣∣└------極數

J--較高型┼-┘└---------額定電流

G—最高型┘

4.使用注意事項:

(1)按規定垂直安裝，連接導線要按規定截面選用

(2)操作機構在使用一定次數后，應添加潤滑油。

(3)定期檢查觸頭系統，保證觸頭接觸良好低壓開關－空氣開關主令電器：用來發送控制指令或信號的操縱電器一、按鈕(button-normallyopen/closed/mixed)

控制電器、手動電器。通常用來接通或斷開小電流控制的電路。

1.組成：按鈕帽、復位彈簧、動觸點、靜觸點和外殼等組成。

按鈕根據觸點結構的不同，可分為常開按鈕、常閉按鈕、復合按鈕低壓電器－主令電器2.工作過程：

4.型號:

LA□--□□□???

∣∣∣∣∣∣

主令電器┘∣∣∣∣└結構形式代號

按鈕-─┘∣∣└─-常閉觸頭數

設計序號──-─┘└------常開觸頭數

5.使用注意事項:

(1)一般使用時，紅色為停滯、綠色為起動或運行

(2)高溫使用時加緊固墊圈,接線柱螺釘處加絕緣套管

(3)帶指示燈的按鈕不宜長久通電應設法減低燈泡電壓3.功能:（1）用于控制電路，發出控制指令。（2）發出指令去控制其他電器，再由其他電器去控制主電路、或轉移各種指令主令電器－按鈕按鈕LA18系列-2二、行程開關(MechanicalLimitSwitch)

又稱限位開關,是控制電器。可以完成行程控制或限位保護。

1.組成：彈簧、動觸點、靜觸點、順桿、推桿等組成。

2.工作過程：它的工作原理和按鈕相同，分為帶常開觸點和常閉觸點。外力作用下觸點動作，外力消失后復位；或保持此狀態，反方向力量作用下再復位。與按鈕的區別是外力不是手指的按壓，而是利用生產機械運動部件的擋塊碰壓而使觸點動作。主令電器－行程開關行程開關的種類很多，常用的行程開關有按鈕式、單輪旋轉式、雙輪旋轉式行程開關，他們的外形如所示。

主令電器－行程開關3.功能:（1）限制機械運動的位置或行程（2）使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動或自動往返運動等。

4.型號:

JLXK1-□□□???

機床電器-┘∣∣∣∣∣∣└常閉觸頭數

主令電器----┘∣∣∣∣└──常開觸頭數

行程開關-------┘∣∣└──----滾輪數目

快速----------┘└---------─設計序號4.使用注意事項:(1)安裝位置要牢固、準確

(2)滿足額定電壓和額定電流的要求

(3)滿足復位方式、觸點數量主令電器－行程開關三、萬能轉換開關：

是控制電器。多檔式、控制多回路的主令電器。

1.組成：操作機構、面板、手柄、數個觸頭座，用螺栓組裝成整體

觸頭座可有1—10層，每層均可裝三組觸頭，并由凸輪控制主令電器－萬能轉換開關由于每層凸輪可以做成不同的形狀，因此當手柄轉到不同位置時，通過凸輪的作用，可使各組觸頭按所需規律接通和分斷2.工作過程：兩位置三觸點五位置四觸點主令電器－萬能轉換開關3.外形如圖所示4.功能:（1）作為各種配電裝置的遠距離控制（2）電壓表、電流表的換向開關

（3）小容量電動機的起動、調速、換向主令電器－萬能轉換開關主令控制器LK16系列-2LK16系列非調整式主令控制器(簡稱控制器)主要用于作磁力控器的遙遠控制，適用于直流電壓至220V，交流電壓至380V，50HZ，長期工作電流為10A。按控制回路數分為12個回路與6個回路2種，按操縱方式分：手柄式與手輪式。符號：SL定義：用來自動地接通或斷開大電流電路的電器分：交流接觸器、直流接觸器組成：觸點系統、電磁機構、滅弧裝置低壓電器－接觸器Contactor接觸器－結構及工作原理接觸器是利用電磁吸力的原理工作的。電磁機構通常包括吸引線圈(coil)、鐵心和銜鐵三部分。圖1.2為接觸器的結構示意圖與圖文符號，（a）圖中，1、2，3、4是靜觸點，5、6是動觸點，7、8是吸引線圈，9、10分別是動、靜鐵心，11是彈簧。（b）圖中，1、2之間是常閉觸點，3、4之間是常開觸點，7、8之間是線圈。接觸器－結構及工作原理

（a）結構示意

（b）圖文符號圖1.2接觸器接觸器－結構及工作原理交流電磁鐵solenoid

缺點－振動解決對策－短路環接觸器－鐵心圖1.3短路環1－短路環2－鐵心

磁通分相－極面上的交變磁通分成兩個交變磁通，彼此存在相位差對應吸力也存在相位差－不會同時達到零值合成后的吸力在任一時刻都大于彈簧拉力－消除振動返回電弧產生：在觸點由閉合狀態過渡到斷開狀態的過程中，若電路電壓不低于10—20伏，電流不小于80~100mA，觸頭間就會產生電弧。氣體自持放電形式之一，是一種帶電質點的急流。電弧特點：外部有白熾弧光，內部有很高的溫度和密度很大的電流。接觸器－電弧產生及特點常用滅弧法：拉長電弧冷卻電弧將電弧分段接觸器－滅弧圖1.4滅弧柵1－滅弧室2－動觸點3－金屬柵片4－電弧5－靜觸點

電弧較弱－滅弧罩電弧較強－滅弧柵滅弧柵－數片鋼片制成的柵狀裝置，當觸點斷開發生電弧時，電弧進入柵片內，被分割為數段，迅速熄滅P32CJ20接觸器－型號、含義圖1。7。3接觸器－圖形符號、文字符號交流接觸器CJ20系列

CJ20系列交流接觸器用于交流50Hz，額定電壓至660V(個別等級至1140V)，電流至630A的電力線路中供遠距離頻繁接通和分斷電路以及控制交流電動機，并適宜于與熱繼電器或電子保護裝置組成電磁起動器，以保護電路或交流電動機可能發生的過負荷及斷相。圖1-1低壓電器－繼電器繼電器：用于控制電路、電流小，沒有滅弧裝置，可在電量或非電量的作用下動作。接觸器：用于主電路、電流大，有滅弧裝置，一般只能在電壓作用下動作。部分低壓電器產品的比較低壓電器－繼電器與接觸器的區別過電流繼電器欠電流繼電器電壓繼電器中間繼電器繼電器－電磁式型號、參數P41繼電器－電磁式圖形符號繼電器－電磁式定義：—當吸引線圈通電或斷電后其觸點經過一定延時再動作的繼電器。符號:KT電磁式阻尼式電子式（晶體管、數字式）繼電器－時間繼電器時間繼電器－阻尼式表2。3。1時間繼電器－阻尼式JS20系列晶體管式型號時間繼電器－阻尼式時間繼電器－圖形符號具有過載保護特性的過電流繼電器。長期過載、頻繁啟動、欠電壓、斷相運行均會引起過電流。用于：電動機或其他設備的過載保護和斷相保護。繼電器－熱繼電器熱繼電器－結構原理P512。4。3熱繼電器－型號、符號熱繼電器－接入電動機定子電路方式電動機定子繞組星形接法:

帶斷電保護和不帶斷電保護的熱繼電器均可接在線電路中。電動機定子繞組三角形接法:*帶斷電保護接在線電路中。*不帶斷電保護熱繼電器的熱元件必須串接在電動機每相繞組上。熱繼電器－接入電動機定子電路方式原理線路圖（基本規則）直接起動控制線路（自鎖環節、保護措施）正反轉控制線路（正轉接觸器＋反轉接觸器＋復合按鈕）點動/連續控制線路（按鈕＋中間繼電器）實際應用控制線路舉例（Y－

起動、順序起動、反接制動）繼電器－接觸器控制線路應用設計簡介

繼電器－接觸器基本控制線路LogicCircuitsusingMagneticRelaysLogicCircuitsusingMagneticRelaysRelationshipamongthethreepartsofanindustrialcontrolsystemMaybephysicallyremotefromeachotherMaybeinsamecabinetormaybeinseparatelocationsOperatorsettingsInformationaboutthesituationsinthesystem(positionsofmechanicaldevices,temperatures,pressures,etc.)Input(InformationGathering)Electricmotorstarters,solenoidvalvesforhydraulicorpneumaticsystems,cylinders,etc.Usuallymagneticrelaysorsolid-statecircuitryLogic(Decision-Making)Output(ActivatingDevices)異步機的直接起動----點動控制M3~ABCKMFUQKMSB動作過程主觸頭（KM）打開按鈕松開（SB）

線圈斷電dropped

電機停車。主觸頭（KM）閉合按下按鈕（SB）

線圈通電pickedup電機運行；控制電路主電路基本規則（工程化要求）滿足分析和設計的需要、便于閱讀和繪制主電路（粗線、左側）與控制電路（細線、右側）的區分控制線路電源線分列兩邊，各回路按照動作先后順序排列，自左向右、自上而下依次繪出各種電器元件的圖形符號和文字符號必須符合國家標準各電器元件按功能布置在線路上所有電器均按未通電或沒有外力作用的原始狀態或位置畫出

控制線路－電氣原理圖（展開線路圖）控制線路—電動機保護

電動機保護類型：失壓保護：采用接觸器、中間繼電器控制短路保護：加熔斷器過載保護：加熱繼電器聯鎖保護：電器聯鎖機械聯鎖M3~ABCKMFUQ主電路自鎖＋失壓保護Self-sealedandLow-voltageProtection采用接觸器（中間繼電器）實現自鎖和失壓保護控制，即當電源電壓<85%時，接觸器觸頭自動斷開，可避免燒壞電機；另外，在電源停電后突然再來電時，可避免電機自動起動而傷人。KMSB1KMSB2控制電路~電機工作時，若因負載過重而使電流增大，但又比短路電流小。此時熔斷器起不了保護作用，應加熱繼電器，進行過載保護。M3~ABCKMFUQFR過載保護：加熱繼電器熱繼電器的熱元件熱繼電器觸頭KMSB1KMSB2FR~鼠籠式電機的正反轉控制(1)FRKMFKMRKMRSBR該電路必須先停車才能由正轉到反轉或由反轉到正轉。SBF和SBR不能同時按下，否則會造成短路！ABCKMRM3~FUQFRSB1操作過程：SBF正轉SBR反轉停車KMFKMFSB1SBF~鼠籠式電機的正反轉控制(2)—

加聯鎖電器聯鎖(互鎖)作用：正轉時，SBR不起作用；反轉時，SBF不起作用。從而避免兩觸發器同時工作造成主回路短路。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRM3~ABCKMFFRFUQKMRSBR互鎖~鼠籠式電機的正反轉控制(3)—行程控制KMRM3~ABCKMFFUQFR行程控制實質為電機的正反轉控制，只是在行程的終端要加限位開關。正程逆程BA行程控制(1)正程限位開關STASTB逆程至右極端位置撞開STA

動作過程SB2正向運行電機停車（反向運行同樣分析）

控制電路KMFFRKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMRKMF限位開關~行程控制(2)--自動往復運動正程逆程電機工作要求：1.能正向運行也能反向運行

2.到位后能自動返回KMFUQFR電機繞組U1U2V1V2W1W2KM-YU1V1W1U2V2W2YW2V1V2U2W1U1KM-主電路例1:電機的Y－起動

KM-Y閉合，電機接成Y形；

KM-閉合，電機接成

形。KMFUQFRU1U2V1V2W1W2KM-YKM-KT主電路接通電源延時KM-KM-YY

轉換完成SB2

KMKTKM-YKM-KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY－起動控制電路FR~＃1電機M1控制要求：

1.M1

起動后，M2才能起動，

2.M2

可單獨停車。＃2電機M2例2

：順序控制順序控制（1）：兩電機只保證起動的先后順序，沒有延時要求。

FUKM2ABCFUM3~ABCKM1M3~主電路控制電路FR1KM1KM2SB3SB4KM2KM1SB1SB2KM1FRFR1FR2FR2~不可以

!

兩電機各自要有獨立的電源；這樣接，主觸頭（KM1）的負荷過重。M3~KM1FRKM2M3~KM2KM1SB2KM2KM1SB3SB1主電路控制電路這樣實現順序控制可不可以?~FRKM1SB1SB2KTFRKM1KM2KM2KM2KT順序控制

(2)：M1起動后，M2延時起動SB2

KM1KT

KM2

延時

KM2

M1起動KT

M2起動主電路同前控制電路~

實現M1起動后M2延時起動的順序控制，用以下電路