過控機電傳動試驗指導(dǎo)書

1、機 電 傳 動 控 制（過 控 專 業(yè)）實 驗 指 導(dǎo) 書 吳 敬 兵 編 寫武漢理工大學(xué)機 電 學(xué) 院 2009 年 2月實驗一：三相異步電動機繼電器控制實驗一、實驗?zāi)康?.熟悉繼電器控制的原理；2.熟悉電機的繼電器直接起動控制；3.熟悉繼電器控制電機的y/ 轉(zhuǎn)換起動；二、實驗設(shè)備 1. 實驗電器； 2. 實驗臺等；三、實驗原理1. 繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理電氣自動控制系統(tǒng)的種類很多，以繼電器，接觸器及各種開關(guān)，按鈕等為主要器件構(gòu)成的控制系統(tǒng)，稱為繼電器控制系統(tǒng)；它可對機電一體化的各種運動進(jìn)行控制，如起動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、延時、速度及順序控制。這種控制方法簡單、直接，工作穩(wěn)定；從它的誕生之日

2、起，一直是機械設(shè)備及各類生產(chǎn)自動線控制中的主力；近年來，隨著其他控制方法的出現(xiàn)，繼電器控制系統(tǒng)的地位已大大減弱，目前主要用于各種開關(guān)量及簡單設(shè)備的控制中。繼電器控制系統(tǒng)中起主要控制作用的是各類低壓電器；凡是對電能的生產(chǎn)、輸送、分配及使用起控制、調(diào)節(jié)、檢測、轉(zhuǎn)換和保護(hù)作用的電工器械均可稱為電器。其中，用于交流頻率為50hz、額定電壓在1200 v以下，或直流額定電壓在i500v以下的電路，起控制，調(diào)節(jié)或通斷保護(hù)作用的電器稱為低壓電器。低壓電器的品種規(guī)格很多，結(jié)構(gòu)各異。按其用途可分為配電電器和控制電器；按動作方式可分為自動電器和手動電器；按觸點形式分為有觸點電器和無觸點電器等。接觸器接觸器是利用電

3、磁吸力使觸頭閉合或斷開的電器，是一種具有很強通性的電磁式電器。它可以頻繁接通或斷開交、直流主電路，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制；主要用來控制電動機，也可用于電容器，電阻爐和照明器具等電力負(fù)載的控制。接觸器的動、靜觸頭一般置于滅弧罩內(nèi)，近年來還出現(xiàn)了由晶閘管構(gòu)成的無觸點接觸器。交、直流接觸器的電磁機構(gòu)均由線圈、鐵心和銜鐵組成；交流接觸器的執(zhí)行機構(gòu)包括通，斷主電路的三對常開主觸頭和兩對常開、兩對常閉的通斷控制電路的輔助觸頭；直流觸器有兩對常開主觸頭。接觸器的圖形符號如圖2.3所示： 線圈 常開主觸點 常開輔觸點 常閉主觸點 常閉輔觸點 圖 1 接觸器的圖形符號繼電器繼電器是根據(jù)外界輸入的信號(電的成非電的)

4、來接通或斷開控制電路，以實現(xiàn)對電路自動控制或保護(hù)的電器。它具有輸入電路（又稱感應(yīng)元件）和輸出電路（又稱執(zhí)行元件），當(dāng)感應(yīng)元件的輸入量(如電流、電壓、溫度、壓力等)變化并達(dá)到某一定值時繼電器動作，執(zhí)行元件便接通或斷開控制回路。繼電器的種類繁多，常用的有中間繼電器，電壓電 圖 2 繼電器的結(jié)構(gòu)流繼電器、時間繼電器、熱繼電器以及溫度，壓力，計數(shù)，頻率，速度繼電器，固態(tài)繼電器等。 ( a ) ( b )圖 3 繼電器及其圖形符號當(dāng)線圈通電時，電磁鐵產(chǎn)生磁力，吸引銜鐵，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。線圈消失電后，復(fù)位彈簧使銜鐵返回原來的位置，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。圖1繼電器的線圈，常開觸點和常閉觸

5、點在電路圖的符號。一只繼電器可能有若干對常開觸點和常閉觸點；在繼電器電路圖中，一般用相同的由字母，數(shù)字組成的文字符號(如ka 2)來標(biāo)注同一個繼電器的線圈和觸點；繼電器在自動化控制中用途廣泛。繼電器的種類很多，其觸點形式有常開型、常閉型和切換型三種，它們在電路中的符號如圖所示。其主要技術(shù)參數(shù)如下：1工作電壓繼電器可靠工作時的電壓稱額定電壓。工作時輸入繼電器的電參量與該值相符。2吸合電流繼電器所有觸點從釋放狀態(tài)到達(dá)工作狀態(tài)的電參量最小值，但不能作為可靠工作值。3釋放電流繼電器所有觸點恢復(fù)到釋放狀態(tài)時所需電參量的最大值。4吸合時間繼電器從通電到觸點全部達(dá)到工作狀態(tài)所需的時間。 熔斷器熔斷器是低壓配

6、電系統(tǒng)和電力拖動系統(tǒng)中起過載和短路保護(hù)作用的電器，使用時，熔斷器串接于被保護(hù)的電路，當(dāng)流過熔斷器的電流大于規(guī)定值時，以其自身產(chǎn)生的熱使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)過載和短路保護(hù)。插入式熔斷器，螺旋式熔斷器，封閉管式熔斷器，新型式熔斷器；熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，使用維護(hù)方便、價格低廉、分?jǐn)嗄芰^高、限流能力良好等優(yōu)點，因此在強電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。2三相異步電機的繼電器控制異步電動機是一種基于電與磁相互依存又相互作用而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的機械；它的定子，轉(zhuǎn)子在電路中是彼此獨立的，但又是通過電磁感應(yīng)而相互聯(lián)系，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，即存在轉(zhuǎn)差率，故稱為異步電動機。

7、電機定子通入三相交流電時即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場為順時針轉(zhuǎn)動，靜止的籠形轉(zhuǎn)子切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流，通電導(dǎo)體在磁場中受力，且此轉(zhuǎn)矩與磁場旋轉(zhuǎn)方向一致，所以轉(zhuǎn)子便順著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動起來。電機起動方法主要有直接起動和降壓起動，直接起動的優(yōu)點是設(shè)備簡單，投資省，起動時間短；缺點是起動電流大，一般用于7kw 以下；三相異步電機的降壓起動方法很多，起動初始用較小的電壓，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至80% 額定轉(zhuǎn)速，立即改變額定電壓，使電機正常運轉(zhuǎn)；較為普遍的即是y/起動； 三相異步電動機的接線 圖 4 三相異步電動機內(nèi)接線 圖 5 三相異步電動機星形接法 圖 6 三相異步電動機三角形接法 直接啟動1本電路適用于電機功率

8、不大于22 kw交流電機的直接啟動，具有短路，過載，失壓保護(hù)，可以兩地控制，具有外部控制端子，圖中sb 2 ,sb 3 為外部控制按鈕，可以控制電機的啟停； 圖 7 三相異步電動機的直接啟動1 元件表：名 稱符 號規(guī) 格 型 號 數(shù) 量3kw7.5kw15kw22 kw斷路器qfc45ad/3pnc 100d1-1-1-1接觸器kmcj20-10， 線圈電壓380 vcj20-20 線圈電壓380 vcj20-40 線圈電壓380 vcj20-63 線圈電壓380 v1 111 熱繼電器kh1,kh2jr 16-20/3d jr 16-60/3d1111熔斷器fu1，fu2rt 14 (含熔體

9、 2a ) 2 2 2 2控制按鈕1sb1,1sb42sb1,2sb2lay 3-11 紅色lay 3-11 綠色11111111指示燈hg1,hg2hr1hr2ad11-25 紅色380vad11-25 綠色380v 11111111接線端子xtjh2-2.54444 直接啟動2本電路適用于電壓380v，電機功率不大于22 kw交流電機的直接啟動，具有短路，過載，失壓保護(hù)；可以兩地控制，具有外部控制端子，圖中1sb 2 ,1sb 3，2sb 2 ,2sb 3， 為外部控制按鈕，可以控制電機的啟停； 圖 8 三相異步電動機的直接啟動2主要元件： 名 稱符 號規(guī) 格 型 號 數(shù) 量3kw7.5k

10、w15kw22 kw斷路器qf1,qf2c45ad/3pnc 100d2-2-2-2接觸器km1,km2cj20-10， 線圈電壓380 vcj20-20 線圈電壓380 vcj20-40 線圈電壓380 vcj20-63 線圈電壓380 v2 222 熱繼電器kh1,kh2jr 16-20/3d jr 16-60/3d2222熔斷器fu1，fu2fu3, fu4rt 14 (含熔體 2a ) 4 4 4 4控制按鈕1sb1,1sb42sb1,2sb2lay 3-11 紅色lay 3-11 綠色22222222指示燈hg1,hg2hr1hr2ad11-25 紅色380vad11-25 綠色38

11、0v 22222222接線端子xtjh2-2.56666 星三角起動本電路適用于電壓380v，電機功率不大于75 kw定子繞組為三角形接法的交流電機星三角降壓起動控制，具有短路，過載，失壓保護(hù)；星三角起動電流不大于額定電流的2.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為全壓起動的三分之一，y/ 轉(zhuǎn)換由時間繼電器控制自動轉(zhuǎn)換；可以兩地控制，具有外部控制端子，圖中2sb 1 ,2sb 2 為外部控制按鈕，可以控制電機的啟停； 圖 9 三相異步電動機的y/啟動主要元件：名 稱符 號規(guī) 格 型 號 數(shù) 量15kw22kw45kw75 kw斷路器qfdz20y-100/3300dz20y-100/33001-1-1-1接觸器km

12、2km1,km3cj20-25， 線圈電壓380 vcj20-40 線圈電壓380 vcj20-63 線圈電壓380 vcj20-100 線圈電壓380 vcj20-160 線圈電壓380 v12 121212 熱繼電器kh1,kh2jr 16-60/3d jr 16-150/3d1111時間繼電器ktst3pa-b 線圈電壓220 v 1 1 1 1熔斷器furt 14 (含熔體 2a )1111控制按鈕1sb1,1sb2lay 3-11 紅色lay 3-11 綠色11111111指示燈hr,hg,htad11-25 紅色220vad11-25 綠色220v ad11-25 黃色220v11

13、1111111111電流表a6i2（電流范圍由電機電流決定）1111電流互感器talmzj-0.5（變流比由電流表決定 ）1111接線端子xtjh2-2.53333四、實驗內(nèi)容1熟悉繼電器控制的原理；2. 熟悉電機的繼電器直接起動控制；3. 熟悉繼電器控制電機的y/ 轉(zhuǎn)換起動；4. 設(shè)計繼電器控制的電機正反轉(zhuǎn)實驗。 五、實驗報告1. 熟悉繼電器控制的原理；2. 設(shè)計繼電器控制的電機正反轉(zhuǎn)實驗。3. 設(shè)計繼電器控制的電機y/ 轉(zhuǎn)換起動實驗。實驗二： 交流電機變頻調(diào)速實驗一、實驗?zāi)康?. 熟悉交流變頻電機的工作原理；2. 熟悉交流變頻電機的調(diào)速方法；3. 了解掌握三菱變頻調(diào)速器參數(shù)的設(shè)定。二、實驗

14、設(shè)備變頻調(diào)速實驗裝置； thj- 2 實驗臺；三、實驗原理1.交流異步電機的變頻調(diào)速原理交流異步電機是應(yīng)用廣泛的一種動力機械,其之所以能得到廣泛應(yīng)用,是由于它結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,運行可靠,維護(hù)方便,而且效率高,重量輕,價格低；但是其缺點之一即是調(diào)速性能差。在工業(yè)生產(chǎn)中由于工藝的要求，在需要電動機調(diào)速時可從兩方面著手：一是采用調(diào)速性能好的直流電機，二是應(yīng)用變頻調(diào)速新技術(shù)，使交流異步電機的運行可按生產(chǎn)工藝的要求調(diào)速。由電機學(xué)知,交流電機轉(zhuǎn)速公式: ； 其中：f 定子電源頻率，p 磁極對數(shù)，s 轉(zhuǎn)差率，n s 定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，n 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從式中可以看到，只能用變頻調(diào)速，并且是有效的方法。變頻調(diào)速的

15、主要環(huán)節(jié)是為交流電機提供變頻、變壓源的變頻器；變頻器可分為交直交變頻器和交交變頻器； 交直交變頻器分為電壓型和電流型。電壓型先將電網(wǎng)的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鳎俳?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可調(diào)的交流電壓。電流型是切換一串方波，方波電流供電，用于大功率。交交變頻器沒有中間環(huán)節(jié)，直接將電網(wǎng)的交流電變?yōu)轭l率和電壓都可調(diào)的交流電壓。目前，對于中小功率電機，主要使用的是交直交變頻器。對于進(jìn)給系統(tǒng)常用的交流同步電機,該電機沒有轉(zhuǎn)差率,電機轉(zhuǎn)速公式為: ；變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。常用三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。定子由鐵心及繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子繞組做成籠型，俗稱鼠籠型電動機。設(shè)

16、電流的流入端用 + 表示，電流的流出端用 表示 ： 圖1 三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時，在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對運動，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機轉(zhuǎn)動起來。電機磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用n1表示式中：f三相交流電源頻率，一般為50hz。 p磁極對數(shù)。當(dāng)p=1時，n1=3000r/min；p=2時，n1 = 1500r/min?？梢姶艠O對數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速n1越慢。轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速n比磁場的同步轉(zhuǎn)速n1要慢一點，所以稱為異步電機，這個差別用轉(zhuǎn)差率s表示： s = n1n）/ n1

17、100 ；當(dāng)加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動瞬間，n = 0，這時s = 1；起動后的極端情況n = n1，則s = 0，即s在01之間變化。一般異步電機在額定負(fù)載下的 s =（16）。綜合以上可以得出： n = 60f（1s）/ p ； 對于成品電機，其磁極對數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機調(diào)速的目的。但是，為了保持在調(diào)速時電機的最大轉(zhuǎn)矩不變，必須維持電機的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要作相應(yīng)調(diào)節(jié)。變頻器就是在調(diào)整頻率（variable frequency）的同時還要調(diào)整電壓（variable volt

18、age），故簡稱vvvf（裝置）。通過電工理論分析可知，轉(zhuǎn)矩與磁通量（最大值）成正比，在轉(zhuǎn)子參數(shù)值一定時，轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比。變頻器的工作原理即是把市電（380v、50hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（gto、gtr或igbt）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（spwm）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動異步電機，實現(xiàn)無級調(diào)速。上述的兩次變換可簡化為acdcac（交直交）變頻方式。利用變頻器可以根據(jù)電機負(fù)載的變化實現(xiàn)自動、平滑的增速或減速，基本保持異步電機固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點，具有效率高、范圍寬、精度高且能

19、無級變速的優(yōu)點，這對于水泵，風(fēng)機等設(shè)備是很適用的。 變頻電機一般設(shè)計以50 hz 為基準(zhǔn)點，5(3)50 hz為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50100 hz為恒功率調(diào)速，選用時應(yīng)考慮最低工作頻率。2. 變頻器的電路 主電路：給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路，如圖示。其主電路由三部分組成成，將工頻電源變換為直流功率的整流器，吸收在變頻器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的平波電路，以及將直流功率變換為交流功率的逆變器。另外異步電動機需要制動時有時要附加制動電路。 圖 2 變頻器的主電路 控制電路給異步電動機供電（電壓，頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制回路，如圖示，控制回路由以下電路組成：

20、頻率，電壓的運算電路，主電路 的電壓電流檢測電路，電機速度的檢測電路，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電機的保護(hù)電路。 圖 3 變頻器的控制電路 3. 三菱變頻調(diào)速器 變頻調(diào)速器的使用連接 變頻調(diào)速器的接線 變頻調(diào)速器的操作面板 變頻調(diào)速器的基本操作 變頻調(diào)速器的頻率設(shè)定運行 變頻調(diào)速器的參數(shù)設(shè)定 （例：pr.7 的設(shè)定值從“5 秒” 變?yōu)?“10秒”）： 變頻調(diào)速器的顯示為輸出電流（在顯示模式下，按下set 鍵時輸出電流被顯示） 使用電流輸入運行頻率的設(shè)定 （30 hz 下運行）四、實驗內(nèi)容1熟悉電機變頻調(diào)速控制的原理；2. 熟悉變頻器的應(yīng)用； 3. 熟悉使用變頻調(diào)速器的水泵流量調(diào)節(jié)使用變頻器后避免了閥門等阻力器造成的能耗，可實現(xiàn)最大幅度節(jié)能。使用調(diào)節(jié)器后可實現(xiàn)流量穩(wěn)定輸出，易實現(xiàn)流量的自動控制。五、實驗報告1. 熟悉變頻調(diào)速器控制的原理；2. 熟悉通過變頻器的水泵流量調(diào)節(jié)，實現(xiàn)水箱液位的定值控制。實驗三：三菱q系列plc和q172h運動控制器實驗一、實驗?zāi)康?、 掌握三菱q系列plc和q172h運動控制器的基本原理；2、 掌握三菱q系列plc和q172h運動控制器的編程環(huán)境；3、 掌握多cpu系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。2、 實驗內(nèi)容1、 實現(xiàn)原點回歸操作；2、 實現(xiàn)jo