第3章 電機調(diào)速控制線路【第3講】

3電機調(diào)速控制線路3.8三相異步電動機的變頻調(diào)速控制線路3.9直流電動機的控制線路(以三菱FR-A540變頻器為例)3.9.3直流電動機的基本控制線路——起動和正反轉(zhuǎn)控制3.9.4直流電動機調(diào)速控制線路3.9.1直流電動機的基本原理3.9.2直流電動機的基本分類回顧2/4/20231機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.9直流電動機的控制線路3.9.4直流電動機調(diào)速控制線路常用方法：(1)電樞回路串電阻調(diào)速——即在直流電動機的電樞回路中串聯(lián)一只調(diào)速變阻器來實現(xiàn)調(diào)速的

方法，如圖所示：他勵直流電動機電樞回路串電阻調(diào)速原理圖電樞回路串電阻調(diào)速法只能使電動機的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以下范圍內(nèi)進行調(diào)速。調(diào)速范圍較小，且穩(wěn)定性較差，能量損耗較大。由于這種調(diào)速方法設(shè)備簡單，操作方便，所以在短期工作、容量較小且機械特性硬度要求不太高的場合，仍然使用這種調(diào)速方法。2/4/20232機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.9直流電動機的控制線路3.9.4直流電動機調(diào)速控制線路常用方法：(2)改變勵磁磁通調(diào)速——通過改變勵磁電流的大小來實現(xiàn)調(diào)速。下圖通過調(diào)節(jié)勵磁電路的附加電阻R來改變勵磁電流的大小，從而實現(xiàn)調(diào)速。他勵直流電動機調(diào)磁調(diào)速原理圖2/4/20233機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所改變勵磁電流進行調(diào)速的控制線路二相整流電路(1)電樞回路串電阻R啟動(2)制動時限流電阻調(diào)速電阻啟動按鈕停止按鈕啟動：按下起動按鈕SB2，KM2、KT得電吸合并自鎖，電動機M串電阻R起動，KT延時后使KM3吸合并自保，切除起動電阻R，啟動過程結(jié)束。工作過程2/4/20234機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所改變勵磁電流進行調(diào)速的控制線路調(diào)速：調(diào)節(jié)電阻器R3，改變電動機的轉(zhuǎn)速。停車制動：正常運行時，按下按鈕SB1，KM2及KM3斷電釋放，KM1通電吸合，通過R使能耗制動回路接通，同時短接電容C，電源電壓全部加于勵磁繞組實現(xiàn)制動過程中的強勵作用。松開按鈕SB1，制動結(jié)束，電路又處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。2/4/20235機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.9直流電動機的控制線路3.9.4直流電動機調(diào)速控制線路常用方法：(2)改變勵磁磁通調(diào)速——通過改變勵磁電流的大小來實現(xiàn)調(diào)速。(3)改變電樞電壓調(diào)速(4)混合調(diào)速：把調(diào)壓調(diào)速與調(diào)磁調(diào)速結(jié)合起來(1)電路回路串電阻調(diào)速2/4/20236機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.1步進電機的基本概念定義：步進電動機是一種把電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的電動機。用專用的驅(qū)動電源向步進電動機供給一系列的且有一定規(guī)律的電脈沖信號，每輸入一個電脈沖，步進電機就前進一步，其角位移與脈沖數(shù)成正比，電機轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，而且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。分類：根據(jù)勵磁方式的不同，步進電動機分為：反應(yīng)式——轉(zhuǎn)子無繞組勵磁式——轉(zhuǎn)子有繞組混合式（又叫永磁感應(yīng)式）——轉(zhuǎn)子無繞組，有磁鋼目前反應(yīng)式步進電動機應(yīng)用較多。

2/4/20237機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.2步進電機的基本結(jié)構(gòu)步進電機與一般電機結(jié)構(gòu)類似，除了托架、外殼之外，就是轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，線圈是繞在定子上。1)

定子——由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，由環(huán)形分配器送來電脈沖，對多相定子繞組輪流勵磁。2)

轉(zhuǎn)子——用硅鋼片疊成或軟磁性材料做成的凸極結(jié)構(gòu)。繞組定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心相磁通2/4/20238機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.2步進電機的基本結(jié)構(gòu)繞組定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心相磁通根據(jù)線圈的配置，可分為2相、3相、4相、5相等。3相步進電機是由三組線圈所構(gòu)成，如右圖所示。2/4/20239機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.3步進電機的工作原理◆定子上均勻地分布了六個磁極，每個磁極上繞有繞組?！艮D(zhuǎn)子上沒有繞組，且假設(shè)轉(zhuǎn)子僅有兩個齒。(1)三相單三拍■當(dāng)只有A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子將受到磁場拉力，旋轉(zhuǎn)到與A相繞組軸線對齊?！鰧相通電換接為只有B相繞組通電，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)到使其軸線與B相繞組軸線重合的位置?！鋈羧嗬@組按A-B-C輪流導(dǎo)電，每換接一相，則磁場軸線沿A-B-C方向轉(zhuǎn)過60°，步進電機轉(zhuǎn)子在空間上轉(zhuǎn)過一個角度，該角度稱為步距角。2/4/202310機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.3步進電機的工作原理(1)三相單三拍說明：“三相”——定子為三相繞組；“單”——每次只有一相繞組通電，如果每次有兩相通電，則稱為“雙”；“拍”——通電次數(shù)（即從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種通電狀態(tài)）。若三相繞組按A-B-C輪流導(dǎo)電，每換接一相，則磁場軸線沿

A-B-C方向轉(zhuǎn)過60°，其過程如右圖所示。2/4/202311機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.3步進電機的工作原理如果三相步進電機按A-AB-B-BC-C-CA-A方式通電，則一個通電周期共換接六次，故稱為三相六拍。每換接一相，則磁場軸線沿A-B-C方向轉(zhuǎn)過30°，其過程如右圖所示。(2)三相六拍三相步進電機按AB-BC-CA-AB方式通電。(3)三相雙三拍2/4/202312機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.3步進電機的工作原理式中：Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)；

m——相數(shù)；

K——與通電方式相關(guān)的系數(shù)；當(dāng)m相m拍通電時，

K=1；m相2m拍通電時，K=2。步距角定義：當(dāng)外加一個脈沖信號于步進電機時其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個角度所轉(zhuǎn)動的角度稱為步距角。三相六拍步距角：。步距角公式：30°？2/4/202313機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.4步進電機控制(1)功率放大器一般控制脈沖信號都很弱，必須經(jīng)過功率放大器才能驅(qū)動步進電機。應(yīng)用較多的步進驅(qū)動有：高低壓驅(qū)動、恒流斬波驅(qū)動、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動、細(xì)分控制驅(qū)動。L298：雙H橋式驅(qū)動器，恒流斬波驅(qū)動。(2)環(huán)形分配器控制系統(tǒng)輸出脈沖必須進行首先環(huán)形分配，使得步進電機繞組按照一定時序通斷電，然后才能經(jīng)功率放大驅(qū)動步進電機某一相繞組。脈沖環(huán)形分配方式：軟件環(huán)形分配——通過軟件依次給繞組通斷電。硬件環(huán)形分配——L297：步進電動機控制器（包括環(huán)形分配器）。2/4/202314機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.4步進電機控制——軟件分配四相八拍的步進電機2/4/202315機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.10.4步進電機控制——軟件分配OUT1OUT2OUT4OUT3IN1、IN2、IN3、IN4接P1.3口、P1.2口、P1.1口、P1.0口。2/4/202316機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所

AP1.3

BP1.2C

P1.1DP1.0十六制（P1口）

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0x09while(1){inti;for(i=1;i<=8;i++){switch(i){case1:P2OUT=0X08;break;case2:P2OUT=0X0c;break;case3:P2OUT=0X04;break;case4:P2OUT=0X06;break;case5:P2OUT=0X02;break;case6:P2OUT=0X03;break;case7:P2OUT=0X01;break;case8:P2OUT=0X09;break;}Delays();}}3.10.4步進電機控制——軟件分配2/4/202317機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.4步進電機控制——硬件分配方向信號脈沖信號使能信號2/4/202318機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.4步進電機控制西安驪山電子工業(yè)總廠：SH2024B2步進電機驅(qū)動器。2/4/202319機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.4步進電機控制A+紅A-綠B+黃B-藍(lán)OPTO：為輸入信號的公共端，OPTO端須接外部系統(tǒng)的VCC。DIR：方向電平信號輸入端，高低電平控制電機正/反轉(zhuǎn)。FREE：脫機信號(低電平有效)，當(dāng)此輸入控制端為低時，電機勵磁電流

被關(guān)斷，電機處于脫機自由狀態(tài)。CP：步進脈沖信號輸入，下降沿有效，信號電平穩(wěn)定時間不小于3us。2/4/202320機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3電機調(diào)速控制線路3.10步進電動機的調(diào)速控制3.10.4步進電機控制當(dāng)采用N步細(xì)分控制時，當(dāng)輸入N個步進脈沖時才相當(dāng)于運行一個電周期，電機轉(zhuǎn)動一個步距角

電流設(shè)定（位123）123電流123電流0000.5A1001.2A0010.6A1011.3A0100.8A1101.5A0111.0A1112.0A細(xì)分設(shè)定（位456）456細(xì)分?jǐn)?shù)456細(xì)分?jǐn)?shù)000110016001210132010411064011811164撥位設(shè)定ON=1OFF=0步進電機細(xì)分控制本質(zhì)：通過對步進電機的勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細(xì)分。2/4/202321機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所課后習(xí)題解答2/4/202322機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所第二章部分習(xí)題解答1.電氣系統(tǒng)圖主要有哪些？各有什么作用和特點？答：電氣原理圖、電器布置圖和電氣安裝接線圖。

電氣原理圖：根據(jù)控制線圖工作原理繪制，具有結(jié)構(gòu)簡單，層次分明。主要用于研究和分析電路工作原理。電氣布置安裝圖：主要用來表明各種電氣設(shè)備在機械設(shè)備上和電氣控制柜中的實際安裝位置，為機械電氣在控制設(shè)備的制造、安裝、維護、維修提供必要的資料。電氣安裝接線圖：是為了進行裝置、設(shè)備或成套裝置的布線提供各個安裝接線圖項目之間電氣連接的詳細(xì)信息，包括連接關(guān)系，線纜種類和敷設(shè)線路。2/4/202323機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所2.電氣原理圖中電QS、FU、KM、KA、KT、KS、FR、SB、SQ分別代表什么電氣元件的文字符號？答：QS刀開關(guān)、FU熔斷器、KM接觸器、KA中間繼電器、KT時間繼電器、KS速度繼電器、FR熱繼電器、SB按鈕、SQ行程開關(guān)。

2/4/202324機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所3.電氣原理圖中，電器元件的技術(shù)數(shù)據(jù)如何標(biāo)注？答：可以采用下面兩種方法：（1）電氣元件明細(xì)表：元器件名稱、符號、功能、型號、數(shù)量等；（2）用小號字體注在其電氣原理圖中的圖形符號旁邊。2/4/202325機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所4.什么是失電壓、欠電壓保護？采用什么電器元件來實現(xiàn)失電壓，欠電壓保護？答：失電壓保護：當(dāng)電力元件失去電壓時執(zhí)行相應(yīng)保護動作(如斷路器跳閘)的保護方式。主要采用接觸器來進行保護。欠電壓保護：是指在供電過程中由于某種原因，會出現(xiàn)電網(wǎng)電壓急劇降低，此時，開關(guān)自動跳閘，切斷供電電源。主要采用接觸器和電壓繼電器來進行保護。2/4/202326機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所5.點動、長動在控制電路上的區(qū)別是什么？試用按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、中間繼電器、接觸器等電器，分別設(shè)計出既能長動又能點動的控制線路。答：點動按鈕兩端并未并聯(lián)上能實現(xiàn)自鎖功能的接觸器常開觸點，反之，長動按鈕兩端并聯(lián)了自鎖按鈕。2/4/202327機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所5.點動、長動在控制電路上的區(qū)別是什么？試用按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、中間繼電器、接觸器等電器，分別設(shè)計出既能長動又能點動的控制線路。點動連動點動連動2/4/202328機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所7.在電動機可逆運行的控制線路中，為什么必須采用聯(lián)鎖環(huán)節(jié)控制？在圖2.7(c)中已采用了機械聯(lián)鎖，為什么還要采用電氣聯(lián)鎖？若兩種觸頭接錯，線路會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？答：可逆運行控制線路如下：若僅有電氣互鎖：電氣互鎖機械互鎖不足：要反轉(zhuǎn)，必須先按下SB1進行停轉(zhuǎn)，目的是斷開KM1先去電2/4/202329機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所答：(1)聯(lián)鎖控制是在控制線路中一條支路通電時保證另一條支路斷電。電氣互鎖控制過程為從一個運行狀態(tài)到另一個運行狀態(tài)必須經(jīng)過停止既“正-停-反”。雙重互鎖從一個運行狀態(tài)到另一個運行狀態(tài)可以直接切換既“正-反-?！薄?2)機械互鎖具有滯后特性，往往在0.1秒之后才會響應(yīng)。因此，一方面為提高可靠性，機械聯(lián)鎖在一些場合可靠性是無法保證的，如長距離、頻繁動作等場合。另一方面為保護元件，如線圈，如誤操作，機械部分卡住，線圈長時間帶電就會燒壞的。7.在電動機可逆運行的控制線路中，為什么必須采用聯(lián)鎖環(huán)節(jié)控制？在圖2.7(c)中已采用了機械聯(lián)鎖，為什么還要采用電氣聯(lián)鎖？若兩種觸頭接錯，線路會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？(3)不能正常運轉(zhuǎn)。2/4/202330機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所8.某機床的主軸和油泵分別由兩臺籠型異步電動機M1和M2來拖動。試設(shè)計控制線路，其要求如下：①油泵電動機M2啟動后主軸電動機M1才能啟動；②主軸電動機能正反轉(zhuǎn)，且能單獨停車；③該控制線路具有短路、過載、失壓欠壓保護。電源保護電源開關(guān)主軸電動機短路保護油泵電機主軸電機控制油泵電機控制12345672/4/202331機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所答：直接啟動：將電動機的定子繞組直接接入電源，在額定電壓下起動。主要優(yōu)點：簡單、方便、經(jīng)濟和啟動時間短，其啟動電流對電網(wǎng)的不利影響會隨著電源容量的增加而減小。主要缺點：當(dāng)電動機容量較大(大于10kw)，啟動時產(chǎn)生較大的啟動電流，會引起電網(wǎng)電壓下降。交流異步電動機直接啟動受到電源容量的限制，一般僅適用于功率在10kw以下的電動機。9.什么叫直接啟動？直接啟動有何優(yōu)缺點？在什么條件下可允許交流異步電動機直接啟動？2/4/202332機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所答：降壓啟動：利用起動設(shè)備將電壓適當(dāng)降低后加到電動機的定子繞組上進行起動，待電動機起動運轉(zhuǎn)后，再使其電壓恢復(fù)到額定值正常運行。降壓啟動方法：籠型異步電動機——(1)定子繞組中串接電阻降壓起動；【特點：起動轉(zhuǎn)矩小，加速平滑，但電阻損耗大。場合：電動機容量不大，起動不頻繁且平穩(wěn)。】(2)Y/△降壓起動；【特點：起動轉(zhuǎn)矩小，僅為額定值的1/3；轉(zhuǎn)矩特性差(起動轉(zhuǎn)矩下降為原來的l／3)。場合：電動機正常工作時定子繞組必須△接，輕載起動?！?3)自耦變壓器降壓起動；【特點：起動轉(zhuǎn)矩大(60%、80%抽頭)，損耗低，但設(shè)備龐大成本高。場合：重載起動?！?0.什么叫降壓啟動？有哪幾種方法？各有什么特點及適用場合？2/4/202333機電系統(tǒng)與測控技術(shù)研究所降壓啟動方法：(4)延邊三角形降壓起動?！咎攸c：起動時，定子繞組接成延邊三角形，以減小起動電流，待電動機起動后，再換接成三角形，使電動機在全壓下運行。場合：要求啟動轉(zhuǎn)矩較大的場合】繞線式異步電動機——(1)轉(zhuǎn)子繞組串