機電行業(yè)機電傳動控制

1、機電傳動控制直流電動機地工作原理：當電樞在磁場中轉(zhuǎn)動時 ,線圈中也要產(chǎn)生感應電動勢 e, 這個電動勢地方向與電流或外加電壓地方向總是相反 ,所以稱為反電勢 ,它與發(fā)電機中電動勢地作用是不同地 .直流電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器三部分組成.主磁極用以生產(chǎn)氣隙磁場 ,以便電樞繞組在此磁場中轉(zhuǎn)動而感應電勢 .產(chǎn)生磁場可以有兩種方法 ,其一是采用永久磁鐵作主磁極 ,這樣地電機稱為永磁直流電機 ,極大部分地微、小型直流電機都采用這種方法； 其二是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場 ,幾乎所有地中、大型直流電機地主磁極都采用這種方法 .對于第二種方法 ,主磁極包括主磁極鐵芯和套在鐵芯上地勵磁繞組兩部分 .主

2、磁極鐵芯靠近電樞地擴大部分稱為極掌（或極靴） .電樞鐵芯用作電機磁地通路及嵌置電樞繞組 .為了減少渦流損耗 ,電樞鐵芯一般用 0.5 或 0.35 毫米厚地涂有絕緣漆地硅鋼片疊壓而成 .電樞繞組用以感應電勢和通過電流 ,使電機實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換.電樞繞組由許多用絕緣導線繞成地線圈組成.各線圈以一定規(guī)律焊接到換向器上而連接成一整體.換向器地作用對發(fā)電機而言 ,是將電樞繞組內(nèi)感應地交流電勢轉(zhuǎn)換成電刷間地直流電勢 .對電動機而言 ,則是將從電源輸入地直流電流轉(zhuǎn)換成電樞繞組內(nèi)地交變電流 .并保證每個磁極下電樞導體內(nèi)電流地方向不變 ,以產(chǎn)生方向不變地電磁轉(zhuǎn)矩 . 電刷地作用有二 ,其一是把轉(zhuǎn)動地電樞與外電

3、路相連接 ,使電流經(jīng)電刷流入電樞或從電樞流出；其二是它與換向器配合而獲得直流電壓 .電刷裝置由電刷、刷握、刷桿座和匯流條等部件構成 .根據(jù)電機勵磁方式地不同 ,直流電機有他 他勵、并勵、串勵、復勵 勵、并勵、串勵、復勵和永磁等形式并勵發(fā)電機電壓能建立地條件：首要條件是發(fā)電機地磁極要有剩磁 .其次是勵磁電流所產(chǎn)生地磁場地方向與剩磁磁場地方向相同 .勵磁回路地電阻應小于與電機運行轉(zhuǎn)速相對應地臨界電阻 .在復勵發(fā)電機地這兩個勵磁繞組中通人電流后,它們產(chǎn)生磁場地方向通常是相同地 .在并勵發(fā)電機中 ,其端電壓隨著負載電流地增大而下降 .但在復勵發(fā)電機中 ,當負載電流增大時 ,串勵繞組能自動增加磁通 ,以

4、補償端電壓地下降 .第1頁共8頁按勵磁方式地不同 ,直流電動機可以分為：他勵、并勵、串勵和復勵等形式.復勵直流電動機；這種直流電動機地主 這種直流電動機地主磁極上裝有兩個勵磁繞組 ,一個與電樞繞組串聯(lián) ,另一個與電 組串聯(lián) ,另一個與電樞繞組并聯(lián) ,所以復樞繞組并聯(lián) ,所以復勵電動機地特性兼有串勵電動機和并勵電動機地特點直流他勵電動機地調(diào)速： 三個改變根據(jù)直流他勵電動機處于制動狀態(tài)時地外部條件 根據(jù)直流他勵電動機處于制動狀態(tài)時地外部條件和能量傳遞情況,它地制動狀態(tài)分為和能量傳遞情況 ,它地制動狀態(tài)分為反饋制動、反饋制動、反接制動、能耗制動反接制動、能耗制動 .第四章合成磁場地幅值是不變地 ,在

5、旋轉(zhuǎn)過程中 ,其幅值（用旋轉(zhuǎn)矢量表示時）地軌跡是一個圓 ,故稱為原形旋轉(zhuǎn)磁場 .三相對稱電流按相序 A 、B、C 變化時 ,合成磁場地軸線也是依次從 A 相繞組軸線相繼移到 B、C 相繞組軸線 .也就是說 ,合成磁場地旋轉(zhuǎn)方向決定于三相繞組電流地相序 ,電流地相序改變 ,旋轉(zhuǎn)磁場地轉(zhuǎn)向隨之改變 .定子旋轉(zhuǎn)磁場地轉(zhuǎn)速與定子電流頻率成正比 ,與定子磁極數(shù)成反比1)1)型號；型號； 2)2)額定功率額定功率 P PN N； ； 3 3） ）額定電壓 額定電壓 U UN N ； ；4 4） ）額定頻率 額定頻率 f f ； ；5 5） ）額定電流 額定電流 I IN N ； ；6 6） ）額定轉(zhuǎn)速 額

6、定轉(zhuǎn)速 n nN N； ； 7 7） ）工作方式（額定）； 工作方式（額定）；8 8） ）升溫（或絕緣等級）； 升溫（或絕緣等級）； 9 9） ）電機重量 . 電機重量 .2、三相異步電動機地基本參數(shù)第五章電動機地高速小轉(zhuǎn)矩輸出與生產(chǎn)機械地低速大轉(zhuǎn)矩特性之間存在著不相匹配地矛盾 .力矩電動機是一種能夠滿足長時間低速運行甚至堵轉(zhuǎn)要求地高性能電機 .由于這一類電動機可以不經(jīng)過齒輪減速而直接與負載連接 ,因此簡化了機械結構 ,消除了齒輪減速傳動引起地齒隙誤差等 ,改善了機械特性和調(diào)節(jié)特性地線性度 .因此 , 廣泛應用在各種位置及速度伺服系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件 .§5.1 直流力矩電動機電動機地

7、高速小轉(zhuǎn)矩輸出與生產(chǎn)機械地低速大轉(zhuǎn)矩特性之間存在著不相匹配地矛盾 .力矩電動機是一種能夠滿足長時間低速運行甚至堵轉(zhuǎn)要求地高性能電機 .由于這一類電動機可以不經(jīng)過齒輪減速而直接與負載連接 ,因此簡化了機械結構 ,消除了齒輪減速傳動引起地齒隙誤差等 ,改善了機械特性和調(diào)節(jié)特性地線性度 .因此 , 廣泛應用在各種位置及速度伺服系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件 .直流力矩電動機地結構特第2頁共8頁點是電樞多做成扁平狀,以便能在與普通直流電動機具有相同體積和電壓下有較大地輸出轉(zhuǎn)矩 .定子磁極多為永磁多極 .為了減少轉(zhuǎn)矩脈動 ,電樞地槽數(shù)、 換向片數(shù)和串聯(lián)導體數(shù)設計得都比較多 .直流力矩電動機基本結構直流力矩電動機地結

8、構特點是電樞多做成扁平狀 ,以便能在與普通直流電動機具有相同體積和電壓下有較大地輸出轉(zhuǎn)矩 .定子磁極多為永磁多極 .為了減少轉(zhuǎn)矩脈動 ,電樞地槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導體數(shù)設計得都比較多在自動控制系統(tǒng)中 ,常常需要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為角位移 . 在自動控制系統(tǒng)中 ,常常需要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為角位移 .步進電動機就是一種用電脈沖進行控制、將電脈沖信號轉(zhuǎn) 步進電動機就是一種用電脈沖進行控制、將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應角位移地電動機 .步進電動輸入一個電脈沖就前換成相應角位移地電動機.步進電動輸入一個電脈沖就前進一步,其輸出地角位移與輸入地脈沖數(shù)成正比,轉(zhuǎn)速與進一步 ,其輸出地角位移與輸入地脈沖數(shù)成正比,轉(zhuǎn)速與脈

9、沖頻率成正比.它在數(shù)控開環(huán)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件,例 脈沖頻率成正比 .它在數(shù)控開環(huán)系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件 ,例如用在數(shù)字程序控制線切割機、 平面繪圖機中 . 如用在數(shù)字程序控制線切割機、平面繪圖機中 .使用最多地一種步進電動機是反應式步進電動機.永磁式 使用最多地一種步進電動機是反應式步進電動機.永磁式步進電動機和感應子式步進電動機地基本原理與反應步進步進電動機和感應子式步進電動機地基本原理與反應步進電動機相似 .第六章電器電器就是一種根據(jù)外界施加地信號和技術要求,能自動或手動地斷開或接通電路 ,斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù),以實現(xiàn)對電或非電對象地切換、控制、檢測、保護、變換和調(diào)節(jié)地電工器械.第七章可編

10、程控制器 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作地電子系統(tǒng) ,專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計地 .它采用一類可編程地存儲器 ,用于其內(nèi)部存儲程序 ,執(zhí)行邏輯運算 , 順序控制 ,定時 ,計數(shù)與算術操作等面向用戶地指令 ,并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型地機械或生產(chǎn)過程 .可編程控制器及其有關外部設備 ,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體 ,易于擴充其功能地原則設計 .PLC 特點： 1、抗干擾能力強 ,可靠性高 ,控制系統(tǒng)結構簡單； 2、編程方便 ,易于使第3頁共8頁用； 3、標準化地硬件和軟件設計 ,通用性強 ；4、完善地監(jiān)視和診斷功能； 5、控制功能強； 6、可適應惡劣地工業(yè)應用環(huán)境； 7、體

11、積小、重量輕、性能 /價格比高、省電 .功能： 1、邏輯控制 2、定時控制 3、計數(shù)控制 4、步進 (順序 )控制 5、PID 控制 6、數(shù)據(jù)處理： PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力 .7、通信和聯(lián)網(wǎng) 8、其它：適用于各種特殊控制地要求 ,如：高速 I/O, 定位伺服 ,HMI.分類：1 1、小型 、小型 PLC PLC 小型 PLC 地 I/O 點數(shù)一般在 128 點以下 .2 2、中型 、中型 PLC PLC 中型 PLC 采用模塊化結構 ,其 I/O 點數(shù)一般在 256 1024 點之間 .3 3、大型 、大型 PLC PLC 一般 I/O 點數(shù)在 1024 點以上地稱為大型 PLC硬件： PL

12、C 種類繁多 ,但其組成結構和工作原理基本相同 .用可編程序控制器實施控制 ,其實質(zhì)是按一定算法進行輸入輸出變換 ,并將這個變換予以物理實現(xiàn) ,應用于工業(yè)現(xiàn)場 .PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計 ,采用了典型地計算機結構 ,它主要是由 CPU、電源、存儲器和專門設計地輸入輸出接口電路等組成 .CPU CPU 是 是 PLC PLC 地核心 ,其主要作用是：地核心 ,其主要作用是：? 接受從編程器輸入地用戶程序,并存入程序存儲器中； ? 用掃描方式采集現(xiàn)場輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù) ,并存入相應地數(shù)據(jù)寄存器中,輸出狀態(tài)地刷新； ? 執(zhí)行用戶程序；? 完成通訊任務? 通過故障自診斷程序 ,診斷 PLC 地各種運

13、行錯誤 .PLC 地編程器用來生成PLC 地用戶程序 ,并對程序進行編輯、 檢查和修改 .編程器還可以將程序存儲在磁帶或磁盤中,并驅(qū)動打印機打印出帶注解地梯形圖程序或指令表程序 .各種編程器還可以用來監(jiān)視系統(tǒng)運行地情況.工作原理：掃描工作當 PLC 投入運行后 ,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段.完成上述三個階段稱作一個掃描周期.在整個運行期間 ,PLC 地 CPU 以一定地掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段.PLC 地 I/O響應時間為了增強 PLC 地抗干擾能力 ,提高其可靠性 ,PLC 地每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術 .為了能實現(xiàn)繼電器控制線路地硬

14、邏輯并行控制,PLC 采用了不同于一般微型計算機地運行方式（掃描技術）以上兩個主要原因,使得 PLC 地I/O 響應比一般微型計算機構成地工業(yè)控制系統(tǒng)慢一些,其響應時間至少等于一個掃描周期 ,一般均大于一個掃描周期.I/O 響應時間 : :指從 PLC 地某一輸入信號第4頁共8頁變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號地改變所需地時間.他勵直流電機地調(diào)速方法：改變電樞電路外串電阻R 改變電動機電樞供電電壓U 改變電樞主磁通 直流調(diào)速系統(tǒng)地性能指標：機電控制系統(tǒng)調(diào)速方案地選擇,主要是根據(jù)生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)提出地調(diào)速技術指標來決定. 械對調(diào)速系統(tǒng)提出地調(diào)速技術指標來決定 .技術指標有技術指標有靜態(tài)指標靜態(tài)指標

15、和和動態(tài)指標動態(tài)指標 .穩(wěn)定性準確性快速性調(diào)速范圍 D調(diào)速范圍是指系統(tǒng)在額定負載時電機地最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比.靜差度 S靜差度指電動機在某一轉(zhuǎn)速下運行時,負載由理想空載增加到額定值時所對應地轉(zhuǎn)速降n 與理想空載轉(zhuǎn)速n0 之比 .S=n/n0跟隨性能指標：當給定信號地變化方式不同時,輸出響應也不同（ 1）上升時間 tr 在階躍響應過程中 ,輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)定值 C所需時間 ,它反映動態(tài)響應地快速性 .（ 2）超調(diào)量 在階躍響應過程中 ,輸出量超出穩(wěn)態(tài)值地最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比地百分值 .（ 3）調(diào)節(jié)時間 ts 在階躍響應過程中 ,輸出衰減到與穩(wěn)態(tài)值之差進入± 5或±

16、 2 允許誤差范圍之內(nèi)所需地最小時間 ,稱為調(diào)節(jié)時間 ,又稱為過渡過程時間 .調(diào)節(jié)時間用來衡量系統(tǒng)整個調(diào)節(jié)過程地快慢 ,ts 小 ,表示系統(tǒng)地快速性好 .PWM 驅(qū)動裝置是利用全控型功率器件地開關特性來調(diào)制固定電壓地直流電源,按一個固定地頻率來接通和斷開,并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”與“斷開”時間地長短 ,改變直流電動機電樞上電壓地“占空比”來改變平均電壓地大小 ,從而控制電動機地轉(zhuǎn)速 .因此 ,這種裝置又稱為“開關驅(qū)動裝置” .PWM 系統(tǒng)在很多方面具有較大地優(yōu)越性：第5頁共8頁主電路線路簡單 ,需用地功率元件少；開關頻率高 ,電流容易連續(xù) ,諧波少 ,電機損耗和發(fā)熱都較小；低速性能好

17、,穩(wěn)速精度高 ,調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬 ,快速響應性能好 ,動態(tài)抗干擾能力強；主電路元件工作在開關狀態(tài) ,導通損耗小 ,裝置效率高；直流電源采用不控三相整流時 ,電網(wǎng)功率因數(shù)高 .脈寬調(diào)制地基本原理：可控開關S 以一定地時間間隔重復地接通和斷開,當 S接通時 ,供電電源 U.通過開關 S施加到電動機兩端 ,電源向電機提供能量 ,電動機儲能；當開關 S 斷開時 ,中斷了供電電源 U 向電動機提供能量 ,但在開關 S 接通期間電樞電感所儲存地能量此時通過續(xù)流二極管VD 使電動機電流繼續(xù)流通 .PWM 驅(qū)動裝置地控制結構可分為兩大部分：從主電源將能量傳遞給電動機地電路稱為功率轉(zhuǎn)換電路；其余部分稱為控

18、制電路.控制電路通常由恒頻率波形發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)制電路、脈沖分配與驅(qū)動電路、保護電路等基本電路組成.電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)是通過改變電磁離合器地勵磁電流來實現(xiàn)調(diào)速地,對異步電動機本身并不進行調(diào)速 .所謂變頻調(diào)速 ,就是通過改變電動機定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)調(diào)速地 . 在調(diào)速過程中 ,從高速到低速都可以保持有限地轉(zhuǎn)差功率 ,因而 ,具有高效率、 寬范圍和高精度地調(diào)速性能 .所以變頻調(diào)速是異步電動機調(diào)速最理想地一種方法 .由可知改變定子電源頻率就可以改變同步轉(zhuǎn)速和電動機地轉(zhuǎn)速 .矢量變換控制地基本思路 ,是以產(chǎn)生同樣地旋轉(zhuǎn)磁場為準則 ,建立三相交流繞組電流、兩組交流繞組電流和在旋轉(zhuǎn)坐標上

19、地正交繞組直流電流之間地等效關系.矢量控制方式地特征是：它把交流電動機解析成直流電動機一樣地轉(zhuǎn)矩發(fā)生機構 ,按照磁場與其正交電流地積就是轉(zhuǎn)矩這一基本地原理 ,從理論上將電動機地一次電流分離成建立磁場地勵磁分量和磁場正交地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩地轉(zhuǎn)矩分量 ,然后進行控制 .其控制思想就是從根本上改造交流電動機 ,改變其產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩地規(guī)律 ,設法在普通地三相交流電動機上模擬直流電動機控制轉(zhuǎn)矩地規(guī)律 .第6頁共8頁反饋：在自動控制系統(tǒng)中 ,把輸出量地一部分送回系統(tǒng)地輸入端 ,對控制對象進行控制 ,這一過程叫反饋 .開環(huán)系統(tǒng)：輸出端對輸入沒有實施任何控制.即沒有 “反饋 ”閉環(huán)系統(tǒng)地特點：將系統(tǒng)地輸出信息反送回到輸入端

20、 ,使輸出信息也參與對系統(tǒng)(當然也對輸出本身 )進行控制 .反饋控制系統(tǒng)（反饋系統(tǒng)） ：有了反饋后 ,就構成了閉環(huán)控制系統(tǒng) .負反饋系統(tǒng)：不管造成偏差地原因是什么 ,都利用負反饋方法來控制對象 ,使偏差消除或基本消除 ,從而使被控對象達到預定目標 .開環(huán)系統(tǒng)中 ,只有從施控者傳向被控者地控制信息,信息地傳遞是單方向地 .閉環(huán)系統(tǒng)中 ,不但有從施控系統(tǒng)傳向被控系統(tǒng)地控制信息 ,而且有從被控系統(tǒng)傳向施控系統(tǒng)地反饋信息 ,信息地傳遞是雙方向地 ,閉環(huán)系統(tǒng)中存在著信息地閉合回路 .基本結構：由傳感器、控制器、反饋裝置和執(zhí)行機構組成.傳感器:負責感受周圍物體和情況（收集信息和傳遞信息）-耳聰目明控制器:負責指揮（處理信息和作出決策）-指揮有方執(zhí)行器:負責執(zhí)行命令