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3電機(jī)調(diào)速控制線路3.8三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制線路3.9直流電動(dòng)機(jī)的控制線路(以三菱FR-A540變頻器為例)3.9.3直流電動(dòng)機(jī)的基本控制線路——起動(dòng)和正反轉(zhuǎn)控制3.9.4直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制線路3.9.1直流電動(dòng)機(jī)的基本原理3.9.2直流電動(dòng)機(jī)的基本分類回顧2/4/20231機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動(dòng)機(jī)的控制線路3.9.4直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的電樞回路中串聯(lián)一只調(diào)速變阻器來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的
方法,如圖所示:他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速以下范圍內(nèi)進(jìn)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(jī)械特性硬度要求不太高的場(chǎng)合,仍然使用這種調(diào)速方法。2/4/20232機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動(dòng)機(jī)的控制線路3.9.4直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制線路常用方法:(2)改變勵(lì)磁磁通調(diào)速——通過改變勵(lì)磁電流的大小來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。下圖通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電路的附加電阻R來改變勵(lì)磁電流的大小,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)磁調(diào)速原理圖2/4/20233機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所改變勵(lì)磁電流進(jìn)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(dòng)(2)制動(dòng)時(shí)限流電阻調(diào)速電阻啟動(dòng)按鈕停止按鈕啟動(dòng):按下起動(dòng)按鈕SB2,KM2、KT得電吸合并自鎖,電動(dòng)機(jī)M串電阻R起動(dòng),KT延時(shí)后使KM3吸合并自保,切除起動(dòng)電阻R,啟動(dòng)過程結(jié)束。工作過程2/4/20234機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所改變勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)速的控制線路調(diào)速:調(diào)節(jié)電阻器R3,改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。停車制動(dòng):正常運(yùn)行時(shí),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(dòng)回路接通,同時(shí)短接電容C,電源電壓全部加于勵(lì)磁繞組實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過程中的強(qiáng)勵(lì)作用。松開按鈕SB1,制動(dòng)結(jié)束,電路又處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。2/4/20235機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.9直流電動(dòng)機(jī)的控制線路3.9.4直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制線路常用方法:(2)改變勵(lì)磁磁通調(diào)速——通過改變勵(lì)磁電流的大小來實(shí)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(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念定義:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的電動(dòng)機(jī)。用專用的驅(qū)動(dòng)電源向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)供給一系列的且有一定規(guī)律的電脈沖信號(hào),每輸入一個(gè)電脈沖,步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步,其角位移與脈沖數(shù)成正比,電機(jī)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(lì)磁方式的不同,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為:反應(yīng)式——轉(zhuǎn)子無繞組勵(lì)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(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多。
2/4/20237機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.2步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)與一般電機(jī)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(duì)多相定子繞組輪流勵(lì)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(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.2步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)是由三組線圈所構(gòu)成,如右圖所示。2/4/20239機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理◆定子上均勻地分布了六個(gè)磁極,每個(gè)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(gè)齒。(1)三相單三拍■當(dāng)只有A相繞組通電時(shí),轉(zhuǎn)子將受到磁場(chǎng)拉力,旋轉(zhuǎn)到與A相繞組軸線對(duì)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(chǎng)軸線沿A-B-C方向轉(zhuǎn)過60°,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子在空間上轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,該角度稱為步距角。2/4/202310機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.3步進(jìn)電機(jī)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(chǎng)軸線沿
A-B-C方向轉(zhuǎn)過60°,其過程如右圖所示。2/4/202311機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理如果三相步進(jìn)電機(jī)按A-AB-B-BC-C-CA-A方式通電,則一個(gè)通電周期共換接六次,故稱為三相六拍。每換接一相,則磁場(chǎng)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(jìn)電機(jī)按AB-BC-CA-AB方式通電。(3)三相雙三拍2/4/202312機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.3步進(jìn)電機(jī)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(shí),
K=1;m相2m拍通電時(shí),K=2。步距角定義:當(dāng)外加一個(gè)脈沖信號(hào)于步進(jìn)電機(jī)時(shí)其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度所轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.4步進(jìn)電機(jī)控制(1)功率放大器一般控制脈沖信號(hào)都很弱,必須經(jīng)過功率放大器才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。應(yīng)用較多的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)有:高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流斬波驅(qū)動(dòng)、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)、細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)。L298:雙H橋式驅(qū)動(dòng)器,恒流斬波驅(qū)動(dòng)。(2)環(huán)形分配器控制系統(tǒng)輸出脈沖必須進(jìn)行首先環(huán)形分配,使得步進(jìn)電機(jī)繞組按照一定時(shí)序通斷電,然后才能經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器(包括環(huán)形分配器)。2/4/202314機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.4步進(jìn)電機(jī)控制——軟件分配四相八拍的步進(jìn)電機(jī)2/4/202315機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3.10.4步進(jìn)電機(jī)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(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所
AP1.3
BP1.2C
P1.1DP1.0十六制(P1口)
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被關(guān)斷,電機(jī)處于脫機(jī)自由狀態(tài)。CP:步進(jìn)脈沖信號(hào)輸入,下降沿有效,信號(hào)電平穩(wěn)定時(shí)間不小于3us。2/4/202320機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所3電機(jī)調(diào)速控制線路3.10步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制3.10.4步進(jìn)電機(jī)控制當(dāng)采用N步細(xì)分控制時(shí),當(dāng)輸入N個(gè)步進(jìn)脈沖時(shí)才相當(dāng)于運(yùn)行一個(gè)電周期,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(jìn)電機(jī)細(xì)分控制本質(zhì):通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制,使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。2/4/202321機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所課后習(xí)題解答2/4/202322機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)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(diǎn)?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(jī)械設(shè)備上和電氣控制柜中的實(shí)際安裝位置,為機(jī)械電氣在控制設(shè)備的制造、安裝、維護(hù)、維修提供必要的資料。電氣安裝接線圖:是為了進(jìn)行裝置、設(shè)備或成套裝置的布線提供各個(gè)安裝接線圖項(xiàng)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(jī)電系統(tǒng)與測(cè)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(hào)?答:QS刀開關(guān)、FU熔斷器、KM接觸器、KA中間繼電器、KT時(shí)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(jī)電系統(tǒng)與測(cè)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(hào)、功能、型號(hào)、數(shù)量等;(2)用小號(hào)字體注在其電氣原理圖中的圖形符號(hào)旁邊。2/4/202325機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所4.什么是失電壓、欠電壓保護(hù)?采用什么電器元件來實(shí)現(xiàn)失電壓,欠電壓保護(hù)?答:失電壓保護(hù):當(dāng)電力元件失去電壓時(shí)執(zhí)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作(如斷路器跳閘)的保護(hù)方式。主要采用接觸器來進(jìn)行保護(hù)。欠電壓保護(hù):是指在供電過程中由于某種原因,會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓急劇降低,此時(shí),開關(guān)自動(dòng)跳閘,切斷供電電源。主要采用接觸器和電壓繼電器來進(jìn)行保護(hù)。2/4/202326機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所5.點(diǎn)動(dòng)、長動(dòng)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(jì)出既能長動(dòng)又能點(diǎn)動(dòng)的控制線路。答:點(diǎn)動(dòng)按鈕兩端并未并聯(lián)上能實(shí)現(xiàn)自鎖功能的接觸器常開觸點(diǎn),反之,長動(dòng)按鈕兩端并聯(lián)了自鎖按鈕。2/4/202327機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所5.點(diǎn)動(dòng)、長動(dòng)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(jì)出既能長動(dòng)又能點(diǎn)動(dòng)的控制線路。點(diǎn)動(dòng)連動(dòng)點(diǎn)動(dòng)連動(dòng)2/4/202328機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所7.在電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)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(jī)械聯(lián)鎖,為什么還要采用電氣聯(lián)鎖?若兩種觸頭接錯(cuò),線路會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象?答:可逆運(yùn)行控制線路如下:若僅有電氣互鎖:電氣互鎖機(jī)械互鎖不足:要反轉(zhuǎn),必須先按下SB1進(jìn)行停轉(zhuǎn),目的是斷開KM1先去電2/4/202329機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)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(shí)保證另一條支路斷電。電氣互鎖控制過程為從一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)到另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)必須經(jīng)過停止既“正-停-反”。雙重互鎖從一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)到另一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)可以直接切換既“正-反-?!?。(2)機(jī)械互鎖具有滯后特性,往往在0.1秒之后才會(huì)響應(yīng)。因此,一方面為提高可靠性,機(jī)械聯(lián)鎖在一些場(chǎng)合可靠性是無法保證的,如長距離、頻繁動(dòng)作等場(chǎng)合。另一方面為保護(hù)元件,如線圈,如誤操作,機(jī)械部分卡住,線圈長時(shí)間帶電就會(huì)燒壞的。7.在電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)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(jī)械聯(lián)鎖,為什么還要采用電氣聯(lián)鎖?若兩種觸頭接錯(cuò),線路會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象?(3)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2/4/202330機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所8.某機(jī)床的主軸和油泵分別由兩臺(tái)籠型異步電動(dòng)機(jī)M1和M2來拖動(dòng)。試設(shè)計(jì)控制線路,其要求如下:①油泵電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)后主軸電動(dòng)機(jī)M1才能啟動(dòng);②主軸電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn),且能單獨(dú)停車;③該控制線路具有短路、過載、失壓欠壓保護(hù)。電源保護(hù)電源開關(guān)主軸電動(dòng)機(jī)短路保護(hù)油泵電機(jī)主軸電機(jī)控制油泵電機(jī)控制12345672/4/202331機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所答:直接啟動(dòng):將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接入電源,在額定電壓下起動(dòng)。主要優(yōu)點(diǎn):簡單、方便、經(jīng)濟(jì)和啟動(dòng)時(shí)間短,其啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的不利影響會(huì)隨著電源容量的增加而減小。主要缺點(diǎn):當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大(大于10kw),啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流,會(huì)引起電網(wǎng)電壓下降。交流異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)受到電源容量的限制,一般僅適用于功率在10kw以下的電動(dòng)機(jī)。9.什么叫直接啟動(dòng)?直接啟動(dòng)有何優(yōu)缺點(diǎn)?在什么條件下可允許交流異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)?2/4/202332機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所答:降壓啟動(dòng):利用起動(dòng)設(shè)備將電壓適當(dāng)降低后加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上進(jìn)行起動(dòng),待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后,再使其電壓恢復(fù)到額定值正常運(yùn)行。降壓啟動(dòng)方法:籠型異步電動(dòng)機(jī)——(1)定子繞組中串接電阻降壓起動(dòng);【特點(diǎn):起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,加速平滑,但電阻損耗大。場(chǎng)合:電動(dòng)機(jī)容量不大,起動(dòng)不頻繁且平穩(wěn)?!?2)Y/△降壓起動(dòng);【特點(diǎn):起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,僅為額定值的1/3;轉(zhuǎn)矩特性差(起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降為原來的l/3)。場(chǎng)合:電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)定子繞組必須△接,輕載起動(dòng)?!?3)自耦變壓器降壓起動(dòng);【特點(diǎn):起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大(60%、80%抽頭),損耗低,但設(shè)備龐大成本高。場(chǎng)合:重載起動(dòng)?!?0.什么叫降壓啟動(dòng)?有哪幾種方法?各有什么特點(diǎn)及適用場(chǎng)合?2/4/202333機(jī)電系統(tǒng)與測(cè)控技術(shù)研究所降壓啟動(dòng)方法:(4)延邊三角形降壓起動(dòng)。【特點(diǎn):起動(dòng)時(shí),定子繞組接成延邊三角形,以減小起動(dòng)電流,待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后,再換接成三角形,使電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。場(chǎng)合:要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的場(chǎng)合】繞線式異步電動(dòng)機(jī)——(1)轉(zhuǎn)子繞組串
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