機(jī)床電氣控制技術(shù)課件

機(jī)床電氣控制技術(shù)課件第一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日調(diào)速即速度調(diào)節(jié)，是指在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的不同轉(zhuǎn)速要求(由于負(fù)載或電源擾動(dòng)而引起的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，則不叫調(diào)速)。

圖4-1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速圖4-2開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日二、電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速的類型按電源種類可分為直流和交流兩大類。直流調(diào)速系統(tǒng)通常有以下幾類：(1)直流發(fā)電機(jī)—直流電動(dòng)機(jī)(G—M)系統(tǒng)圖4-3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(2)交磁放大機(jī)—直流電動(dòng)機(jī)(SKK—M)系統(tǒng)(3)晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)(SCR—M)系統(tǒng)(4)脈寬調(diào)制—直流電動(dòng)機(jī)(PWM)系統(tǒng)該系統(tǒng)是用一定頻率的三角波或鋸齒波，把模擬控制電壓切割成與三角波同頻率的矩形波。從電工學(xué)得知，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T、轉(zhuǎn)速n功率P的關(guān)系通式為式中Km——與電機(jī)結(jié)構(gòu)及特性有關(guān)常數(shù)。(1)恒功率調(diào)速(2)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

第四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-4恒功率調(diào)速特性圖4-5恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性第五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日不同工作機(jī)械要求的調(diào)速范圍不同，不同類型電動(dòng)機(jī)在不同調(diào)速方式下所能達(dá)到的調(diào)速范圍也不同。三、調(diào)速的性能指標(biāo)1.調(diào)速范圍(D)等于在額定負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比，即第六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日2.調(diào)速的平滑性(Φ)第七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日3.靜差度(S)即速度的穩(wěn)定度。式中ne——額定負(fù)載下的實(shí)際轉(zhuǎn)速。靜差度S常用百分?jǐn)?shù)表示，故又稱靜差率。顯然，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，控制系統(tǒng)的靜特性愈硬，由負(fù)載變動(dòng)而引起的轉(zhuǎn)速降落愈小，靜差度S愈小，穩(wěn)速精度愈高。第八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，一般是根據(jù)設(shè)備費(fèi)用、能源損耗、運(yùn)行及維擴(kuò)費(fèi)用多少來綜合評價(jià)的。四、擴(kuò)大調(diào)速范圍的途徑由前述可見，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下限nmin要受到靜差度S指標(biāo)的限制，相應(yīng)調(diào)速范圍D亦受靜差度S的限制。該拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差度、靜態(tài)速降和最高空載轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：第九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-6轉(zhuǎn)速與S的關(guān)系圖4-7速度負(fù)反饋控制系統(tǒng)第十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-7所示是一具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)壓電源是用差值電壓ΔU控制輸出電壓Ud的部件，直流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速n受Ud的控制，測速反饋電路的輸出電壓Uf比例于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n。當(dāng)給定電壓Ug一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)M有一對應(yīng)轉(zhuǎn)速n。若負(fù)載擾動(dòng)引起轉(zhuǎn)速變化，通過測速反饋電路的反饋電壓Uf變化，自動(dòng)調(diào)整差值電壓ΔU變化，使調(diào)壓電源的輸出電壓Ud變化，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n又趨于原值。第十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日4-2直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一、直流電動(dòng)機(jī)的基本調(diào)速方式及其調(diào)速特性從電工學(xué)可知，圖4-8所示的他激直流電動(dòng)機(jī)有以下方程，即圖4-8他激直流電動(dòng)機(jī)原理式中Ud——電動(dòng)機(jī)的電樞電壓；Ed——電動(dòng)機(jī)的反電勢；

T——電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；Ce——電動(dòng)機(jī)的電勢常數(shù)；

Ct——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Φ——主磁極的磁通；

Id——電樞電流；Rd——電樞繞組電阻。第十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-9調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性A1—固有特性A2、A3…—人為特性直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式也就是它的調(diào)速公式，即第十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日1.改變電樞電壓的調(diào)速方式(調(diào)壓調(diào)速)調(diào)壓調(diào)速具有：調(diào)節(jié)細(xì)，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，平滑性好；物性硬度不變，相對穩(wěn)定性好；調(diào)速過程能耗低，可節(jié)省降壓起動(dòng)設(shè)備，經(jīng)濟(jì)性好；調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。第十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日為使電機(jī)容量得到充分利用，應(yīng)使電樞電流保持Id=Ied，此時(shí)磁通與轉(zhuǎn)速成反比：故轉(zhuǎn)矩也與轉(zhuǎn)速成反比：直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，調(diào)磁調(diào)速為恒功率調(diào)速.2.改變勵(lì)磁磁通的調(diào)速方式(調(diào)磁調(diào)速)第十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日所謂恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速，是指在電機(jī)不超過發(fā)熱條件限制下，按可調(diào)的不同轉(zhuǎn)速長期工作時(shí)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩或額定功率的調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速的調(diào)速特性剛好滿足常用的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率機(jī)械負(fù)載特性的要求。圖4-10調(diào)磁調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性第十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日1.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋晶閘管調(diào)速系統(tǒng)(SCR-M)(1)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋ＳＣＲ-M系統(tǒng)的組成和工作原理圖4-13轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)第十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日TG電樞兩端電動(dòng)勢Ecf為式中Cef——測速發(fā)電機(jī)的電勢常數(shù)；

Φcf——測速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁通。穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，其調(diào)整過程如下：(2)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋SCR-M系統(tǒng)靜特性分析第十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日系統(tǒng)的靜特性是指穩(wěn)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電樞電流Id之間的關(guān)系，即n=f(Id)。式中ΔE——晶閘管正向管壓降(一般ΔE<1.2V)；

RΣ——電樞回路總電阻。其表達(dá)式為第十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日其中r′——主變壓器全部漏抗折算到次級的等效電阻；

rtz——主變壓器次級繞組電阻；

rp——平波電抗器繞組電阻；

Rd——電動(dòng)機(jī)電樞繞組電阻。圖4-14轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖第二十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第二十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日該系統(tǒng)開環(huán)的總響應(yīng)為閉環(huán)系統(tǒng)的總響應(yīng)可寫為第二十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日比較式(4-9)與式(4-10)可得據(jù)式(4-4)可知有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍Db為：式中Dk——該系統(tǒng)開環(huán)時(shí)調(diào)速范圍。第二十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日綜上所述，當(dāng)負(fù)載相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降Δnb減小為開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)速降Δnk的1/(1+K)；如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速相同，而對靜差度的要求也一樣，那么，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍Db是開環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍Dk的(1+K)倍。圖4-15靜特性比較1—有反饋2—無反饋第二十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日例4-1某龍門刨床工作臺采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋SCR-M系統(tǒng)。解：1)開環(huán)系統(tǒng)額定負(fù)載下的靜態(tài)速降為：開環(huán)系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)速下的靜差度為：第二十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日顯然，Sedk=21.6%>5%，不能滿足要求。2)額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)靜態(tài)速降為：第二十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日額定負(fù)載下最低轉(zhuǎn)速時(shí)靜差度為：第二十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日式中ned1——額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速；

ned2——額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速；Δned——額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降落；

n02——電動(dòng)機(jī)最低理想空載轉(zhuǎn)速；

S2——額定負(fù)載下最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差度。2.電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)若電壓負(fù)反饋的電阻分壓比與電流正反饋電阻R，能滿足關(guān)系式：第二十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日則反饋電壓為(1)電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)其調(diào)速過程為第二十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日可見，電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)具有自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速作用；在一定程度上擴(kuò)大調(diào)速范圍。只有電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的靜特性如圖4-17之曲線2，與開環(huán)特性1相比減小了靜態(tài)速降。但與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)靜特性曲線4相比軟得多?？梢?，由電樞壓降增量ΔIdRd引起的轉(zhuǎn)速降落未能得到補(bǔ)償。第三十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(2)電流正反饋環(huán)節(jié)其反饋電壓IdR與給定電壓Ug同極性，且與負(fù)載電流Id成正比，故當(dāng)Id增大時(shí)，ΔU也隨之增大，使電動(dòng)機(jī)端電壓高于原值，來補(bǔ)償ΔIdRd，從而使轉(zhuǎn)速基本不變。圖4-16帶有電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)第三十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日附加電流正反饋的電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的靜特性曲線如圖4-17之3所示，其特性硬度接近轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)。如果式(4-13)成立，則曲線3與4重合。圖4-18是該閉環(huán)系統(tǒng)的框圖。圖4-18帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)圖4-17各種系統(tǒng)靜特性1—開環(huán)系統(tǒng)2—電壓負(fù)反饋系統(tǒng)3—電壓負(fù)反饋和電流正反饋系統(tǒng)4—轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)第三十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日3.電流負(fù)反饋的應(yīng)用電流截止負(fù)反饋電壓IdRb與負(fù)載電流Id成正比，Ub是比較電壓，由另外電源供給。圖4-19帶有電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)第三十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日Ub和二極管V決定了產(chǎn)生電流截止負(fù)反饋的條件。當(dāng)Id不大且IdRb≤Ub時(shí)，二極管V截止，電流負(fù)反饋不起作用，對系統(tǒng)放大電路無影響。當(dāng)Id大到IdRb>Ub時(shí)，二極管V導(dǎo)通，電壓(IdRb-Ub)通過二極管以并聯(lián)負(fù)反饋的形式加到放大器的輸入端，減弱ΔU的作用，降低Udα從而減小Id。帶電流截止負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖4-21所示。第三十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-21帶有電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)靜特性圖4-20帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)框圖圖4-22電壓微分負(fù)反饋第三十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日這種兩段式的特性是挖土機(jī)必須具備的特性，稱之為“挖土機(jī)特性”。在電動(dòng)機(jī)起、制動(dòng)過程中，電流截止負(fù)反饋既能限制電流的峰值不會超過Idz，又能保證具有允許的最大起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并能縮短起動(dòng)、制動(dòng)過渡過程，因此電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)幾乎被各種調(diào)速系統(tǒng)所采用。4.電壓微分負(fù)反饋第三十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-22為電壓微分負(fù)反饋原理電路。圖中電樞電壓通過C3R2支路加到放大觸發(fā)電路的輸入端，若選擇電樞電壓升高時(shí)微分值的極性與ΔU的極性相反，則構(gòu)成并聯(lián)電壓微分負(fù)反饋形式。5.采用PI調(diào)節(jié)器的SCR-M轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)(1)PI調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用運(yùn)算放大器的輸入與輸出的關(guān)系來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)，故把這種運(yùn)算放大器稱為調(diào)節(jié)器。第三十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日PI調(diào)節(jié)器是同時(shí)具有比例運(yùn)算和積分運(yùn)算兩種作用的放大器，其電路結(jié)構(gòu)和特性如圖4-23所示。輸出電壓ΔU2可寫成式中Kp=R2/R1——PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

τi=R1C2——PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。由式(4-15)可知，調(diào)節(jié)器輸入電壓ΔU1為一恒值時(shí)，輸出電壓ΔU2由一階躍變量和第三十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日隨時(shí)間線性增長的兩部分組成。變化規(guī)律如圖4-23b)所示。圖4-23比例積分調(diào)節(jié)器的原理和特性a)原理圖b)特性第三十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(2)帶有PI調(diào)節(jié)器的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中起維持轉(zhuǎn)速不變的作用，亦稱速度調(diào)節(jié)器。給定電壓Ug與轉(zhuǎn)速反饋電壓Ucf之差作為調(diào)節(jié)器的輸入電壓ΔU1，輸入等效電路與圖4-23a)相同。調(diào)節(jié)器的輸出ΔU2=Uk送入觸發(fā)電路，控制整流輸出電壓Udα，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n?？梢奝I調(diào)節(jié)器中比例調(diào)節(jié)器的作用是縮短調(diào)節(jié)過程，積分調(diào)節(jié)器的作用是最終消除第四十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日偏差，帶有PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)無靜差調(diào)速系統(tǒng)，在要求更高的場合，可采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器組成雙閉環(huán)系統(tǒng)，此外在調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的還有比例——積分——微分(PID)調(diào)節(jié)器等調(diào)速環(huán)節(jié)。圖4-24帶PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)第四十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日四、直流電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速原理晶體管有兩種工作狀態(tài)：放大狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)晶體管脈沖調(diào)速的方式主要有以下幾種：(1)脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)速(2)脈沖頻率調(diào)制調(diào)速(3)混合調(diào)制調(diào)速一個(gè)固定的直流電壓U經(jīng)開關(guān)K的控制作用第四十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日來改變加到電動(dòng)機(jī)電樞上的電壓。假定開關(guān)K的開閉周期(即序列脈沖周期)為T，每次閉合的時(shí)間為τ，則電機(jī)電樞兩端的平均電壓為圖4-25脈沖調(diào)速原理a)線路圖b)波形圖第四十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日因此，電機(jī)電樞兩端的平均電壓與導(dǎo)通率ST成正比。當(dāng)T不變(頻率固定)時(shí)，只要改變開關(guān)K閉合的時(shí)間τ，亦即改變導(dǎo)通率，就可以改變電樞兩端的平均電壓(如圖中τ1→τ2，則Ud1→Ud2)，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通常開閉周期T選得比電機(jī)的時(shí)間常數(shù)小得多，因此用PWM方式對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速是不會引起轉(zhuǎn)速脈動(dòng)的。第四十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日給定電壓Ug：用來設(shè)定電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。放大器：對綜合信號進(jìn)行放大作為觸發(fā)電圖4-26DT006直流無級調(diào)速系統(tǒng)方框圖第四十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日路的輸入，放大器的放大倍數(shù)越大，系統(tǒng)的調(diào)速精度越高。晶閘管整流器：它包含了觸發(fā)電路和可控整流回路，輸出可變的直流電壓。電壓負(fù)反饋和電流正反饋：電壓微分負(fù)反饋：電流截止負(fù)反饋：其作用是將主電路的電流限制在允許值之內(nèi)。4-3交流電機(jī)調(diào)速控制第四十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日一、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理及調(diào)速方式由電機(jī)學(xué)可知，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為式中n1——電機(jī)同步轉(zhuǎn)速；S——轉(zhuǎn)差率；f1——定子供電頻率；P——電機(jī)定子繞組極對數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式相應(yīng)可分為三種：第四十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(1)變極調(diào)速——對鼠籠式異步電機(jī)可通過改變電機(jī)繞組的接線方式，使電機(jī)從一種極對數(shù)變?yōu)榱硪环N極對數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的有級調(diào)速。(2)變頻調(diào)速——通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能。(3)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速——對于繞線式異步電動(dòng)第四十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日機(jī)，調(diào)節(jié)串聯(lián)在轉(zhuǎn)子繞組中的電阻值(調(diào)阻調(diào)速)；轉(zhuǎn)子電路中引入附加的轉(zhuǎn)差電壓(串級調(diào)速)；調(diào)整電機(jī)定子電壓(調(diào)壓調(diào)速)和采用電磁轉(zhuǎn)差離合器(電磁離合器調(diào)速)改變氣隙磁場等方法均可實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)差率S，對電機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速。晶閘管技術(shù)的應(yīng)用方式可分為三類：交流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容豐富，技術(shù)復(fù)雜，涉及多學(xué)科理論和面臨大量實(shí)際問題，異步電動(dòng)機(jī)的各種調(diào)速方法可見表4-2。第四十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第五十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日二、晶閘管交流調(diào)壓及逆變電路原理1.晶閘管交流調(diào)壓電路如圖4-27b)所示的對稱交流電壓波形，改變控制角α就可改變Rfz上交流電壓的大小，其電壓有效值為式中U——輸入交流電壓有效值。我們把這種晶閘管調(diào)壓方式稱為相位控制方式。第五十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-27單相交流調(diào)壓a)電路b)波形圖4-28通斷控制方式的負(fù)載電壓波形第五十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日2.晶閘管逆變電路從交流電轉(zhuǎn)換成直流電的過程叫整流，而把相反的過程叫逆變。實(shí)現(xiàn)逆變的裝置叫逆變器。一套晶閘管電路既能整流又能逆變，則稱為變流器。逆變器由逆變電路和換流電路組成，其簡單原理如下：(1)逆變器工作原理逆變器實(shí)際電路很多，圖4-29a)所示為一種橋式逆變器原理圖。第五十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(2)逆變器的換流從橋式逆變器工作可知，在任何瞬時(shí)每個(gè)橋臂上至多只能有一個(gè)SCR導(dǎo)通，另一個(gè)必須截止。當(dāng)由前一個(gè)SCR換為后一個(gè)圖4-29逆變器工作原理a)原理線路b)波形c)晶閘管組成的逆變器第五十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日SCR導(dǎo)通時(shí)，前一個(gè)必須可靠地關(guān)斷，這個(gè)過程稱作換流過程，它是整個(gè)逆變器能否正常工作的關(guān)鍵。圖4-30強(qiáng)迫換流原理圖第五十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日三、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速與串級調(diào)速1.異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速圖4-31異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的機(jī)械特性a)普通鼠籠轉(zhuǎn)子的特性b)高電阻轉(zhuǎn)子的特性c)具有頻敏特性轉(zhuǎn)子的特性第五十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日當(dāng)轉(zhuǎn)子處于高速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路電流頻率低，電阻值就減??；反之，電阻值加大，這就可以使電機(jī)具有近似垂直于T軸的機(jī)械特性，如圖4-31c)所示。低速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子電阻值自動(dòng)增大，所以不但能限制轉(zhuǎn)子電流，而且還能自動(dòng)增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。具有頻敏特性的異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)壓調(diào)速時(shí)，仍存在調(diào)速范圍不大，低速運(yùn)行穩(wěn)定性差、損耗大等問題。第五十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日2異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速(1)串級調(diào)速原理這種調(diào)速方法簡單方便，但存在著以下缺點(diǎn)：i)調(diào)速是有級的，不平滑。ii)串入較大附加電阻后，電機(jī)的機(jī)械特性變得很軟。iii)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，效率甚低，電能消耗很大。第五十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(2)串級調(diào)速的特點(diǎn)及應(yīng)用串級調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍一般可達(dá)4∶1，目前已在交流傳動(dòng)中得到日益廣泛的應(yīng)用。圖4-32轉(zhuǎn)子串Ef的串級調(diào)速原理圖·第五十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日四、異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)定子繞組每相感應(yīng)電勢式中k1——定子繞組等值匝數(shù)，k1<1；ω1——定子繞組的實(shí)際匝數(shù)；f1——定子電源的頻率；Φ——?dú)庀吨械拇磐?。如果略去定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動(dòng)勢第六十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日近似等于定子外加電壓又從電機(jī)轉(zhuǎn)矩式中I2——轉(zhuǎn)子電流；cosφ2——轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)；Ct——轉(zhuǎn)矩常數(shù)。1.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速第六十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日在略去定子阻抗壓降后可近似得出因此要求定子端電壓要與頻率成比例地變化，即式中，腳標(biāo)e為額定頻率時(shí)的數(shù)值，系數(shù)第六十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日αF=f1/f1e。異步電動(dòng)機(jī)在變頻變壓時(shí)的機(jī)械特性為式中r1——定子電阻；r——轉(zhuǎn)子電阻折算值；X1——定子漏感抗；X——轉(zhuǎn)子漏感抗折算值；P——極對數(shù)。第六十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日將式(4-20)代入上式得上式可簡化為第六十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日不同αF時(shí)的電機(jī)機(jī)械特性為一簇平行曲線，如圖4-33中虛線所示。同理可以導(dǎo)出變頻調(diào)速時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩圖4-33U1/f1=常數(shù)時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性圖4-34恒Tm調(diào)速時(shí)U1與f1的關(guān)系第六十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日對于任意頻率f1則有第六十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日3.恒功率調(diào)速第六十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率若U1按下列規(guī)律控制，即第六十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日式中，Te為額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩。第六十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日4.恒電流調(diào)速在變頻調(diào)速時(shí)，若保持異步電動(dòng)機(jī)定子電流為一恒值，這種變頻調(diào)速的控制方式稱為恒流變頻調(diào)速控制方式。圖4-35恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性圖4-35恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性第七十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-36給出了異步電動(dòng)機(jī)的電流矢量圖，定子電流I1、轉(zhuǎn)子電流I和勵(lì)磁電流Im之間有如下關(guān)系：第七十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日將式(4-32)和(4-34)代入式(4-31)中得從而求出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及最大轉(zhuǎn)矩第七十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-37恒流控制調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性圖4-38電壓型變頻器基本結(jié)構(gòu)第七十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日五、變頻器的分類及特點(diǎn)這里指的是由晶閘管和大功率晶體管等半導(dǎo)體電力器件構(gòu)成的靜止變頻器，這類變頻器具有重量輕、體積小、維護(hù)方便、慣性小和效率高等優(yōu)點(diǎn)。變頻器按裝置的形式可分為兩類：第一類是把固定頻率、固定電壓的交流電源變換成為電壓和頻率都可調(diào)的交流電源，稱為交—交變頻器或直接變頻器。第二類是把固定電壓和固定頻第七十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日率的交流電源先整流成幅值可變的直流電源，然后再將此直流電源變換成頻率可調(diào)的交流電源，稱為交—直—交變頻器或間接變頻器。第七十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日1.電壓型變頻器圖4-38是電壓型變頻器動(dòng)力電路的基本結(jié)構(gòu)框圖，它由可控整流器、濾波器和逆變器三部分組成。這種變頻器的特點(diǎn)是在直流側(cè)并聯(lián)了一個(gè)濾波電容，用來貯存能量以緩沖直流回路與電機(jī)之間的無功功率傳輸。逆變器把直流變成三相交流輸出，控制逆變器換流觸發(fā)脈沖的相位，就能改變交流電的第七十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日頻率，簡單的三相電壓型逆變器動(dòng)力電路(不包括換流部分)結(jié)構(gòu)如圖4-39所示。圖4-39三相橋式逆變電器圖4-40三相逆變器輸出波形第七十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-41為一種電壓閉環(huán)、頻率開環(huán)的電壓型變頻系統(tǒng)的方框圖，控制系統(tǒng)的調(diào)壓部分由電壓調(diào)節(jié)器和控制角調(diào)整器組成，調(diào)頻部分由U/F變換器和脈沖分配器組成。圖4-41電壓型變頻系統(tǒng)方框圖第七十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日2.電流型變頻器電流型變頻器與電壓型變頻器在結(jié)構(gòu)上主要有兩點(diǎn)不同：一是在中間直流濾波電路上沒有大電容，而是在直流回路中串入了大電感，利用大電感來限制電流的變化，用以吸收無功功率，因串入了大電感，故電源的內(nèi)阻很大，類似于恒電流源，逆變器輸出電流為比較平直的矩形波。二是在逆變器中沒有為吸收無功功率而與晶閘管反并聯(lián)的二極管，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角為2π/3。第七十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第八十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日六、脈寬調(diào)制型(PWM)變頻器及異步電動(dòng)機(jī)矢量控制原理1.脈寬調(diào)制型變頻器前面所介紹的電壓型變頻器(見圖4-38)即采用了可控整流器加可控逆變器的控制方式，可控整流器用于電壓控制，可控逆變器用于頻率控制。脈寬調(diào)制方法是通過大功率晶體管GTR或門極可關(guān)斷晶閘管GTO等具有自關(guān)斷能力第八十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日電力器件的快速通斷作用把直流電壓在交流半周期中變換成一系列等幅脈沖的一種方法。圖4-42脈沖寬度調(diào)制型變頻系統(tǒng)圖4-43正弦波脈沖調(diào)制第八十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日正弦脈沖調(diào)制如圖4-43所示，用一個(gè)等腰三角形的載波與所要求的頻率正弦信號相比較，在兩波交點(diǎn)處控制電力器件的開或關(guān)，從而決定了所產(chǎn)生的脈沖位置，在整個(gè)半周期中，輸出脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，即脈沖寬度逐漸加大，然后再逐漸變小，在一定位置上的脈沖寬度，必須與脈沖所在位置的正弦波下包含的面積成比例。矢量變換控制的基本想法是把交流異步電第八十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)，能夠象直流電動(dòng)機(jī)一樣進(jìn)行控制。矢量變換控制的基本思路如下：任何拖動(dòng)系統(tǒng)均服從于基本運(yùn)動(dòng)方程式，即直流電動(dòng)機(jī)電樞電流控制方式被認(rèn)為是具有控制性最優(yōu)良的傳動(dòng)特性，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流Id間的關(guān)系為第八十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流I2的關(guān)系是其中，氣隙磁通Φ、轉(zhuǎn)子電流I2、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cos都是轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，顯然都是難以直接控制的。比較容易控制的是定子電流I1，而它又是I2的折合值與勵(lì)磁電流Im的矢量和。第八十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日矢量變換控制的基本思路是按照不同情況下的繞組產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場這一等效原則出發(fā)的。要達(dá)到上述目的必須解決磁通Φ相位角θ0、合成電流I1以及相位角ε的測試。磁通Φ和相位角θ0的測試，可以采用磁通觀測器也可以測圖4-44矢量變換第八十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日試三相定子電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到，I1和ε是直接對三相定子電流進(jìn)行檢測，再進(jìn)行2/3的坐標(biāo)變換得到，在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中采用了矢量變換理論和一整套矢量變換法。七、變頻調(diào)速的功率接口及系統(tǒng)實(shí)例通常齒輪變速式的主軸轉(zhuǎn)速最多只有30級可供選擇，無法進(jìn)行精細(xì)的恒線速控制，而且還必須定期維修離合器板。第八十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-45所示是將通用型富士變頻器FVR075G7S-4EX應(yīng)用于數(shù)控車床主軸調(diào)速的功率接口配置情況。圖4-45變頻器應(yīng)用于數(shù)控車床第八十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日圖4-46為一工件加工例子。工件既有臺階又有錐度，要求工件在整個(gè)加工過程中保持恒線速切削，以保證加工表面粗糙度的一致性和實(shí)現(xiàn)高效率、高精度切削。圖4-46的下方即為變頻器調(diào)速過程。圖4-46工件形狀例與運(yùn)行模式第八十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日5-1可靠性的基本概念一、可靠性的定義與重要性控制元件或系統(tǒng)應(yīng)具備各種功能以滿足使用要求?？煽啃院褪褂脳l件有很大關(guān)系?？煽啃耘c使用時(shí)間有關(guān)，用得愈久可靠度愈低。第五章機(jī)床電氣控制的可靠性第九十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日可靠性與規(guī)定的功能有關(guān)，同一產(chǎn)品在相同條件下和同一時(shí)間內(nèi)，喪失不同功能的概率是不同的。二、固有可靠性和使用可靠性產(chǎn)品由制造廠按要求制造并按標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)來保證的可靠性稱為固有可靠性。三、可修復(fù)產(chǎn)品和不可修復(fù)產(chǎn)品有觸點(diǎn)控制電器元件發(fā)生接觸失效(即觸頭閉合后，接觸電阻過大的失效)以后，往往第九十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日不經(jīng)修復(fù)就能在下一次閉合時(shí)自行恢復(fù)正常，因而對于具有接觸功能的元件來說具有類似可修復(fù)產(chǎn)品的性質(zhì)。5-2失效與可靠性特征量一、失效率工作到某一時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品在其后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率稱為失效率λ，有第九十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日式中F(t)——在t以前發(fā)生失效的累積概率；f(t)——失效分布密度函數(shù)。在λ為常數(shù)時(shí)，由上式可得當(dāng)可修復(fù)產(chǎn)品的失效或自行恢復(fù)的失效服從指數(shù)分布時(shí)，失效率的倒數(shù)稱為平均無故障工作時(shí)間MTBF(MeanTimeBetweenFailure)第九十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日MTBF也可作為可靠性特征量，表示相鄰兩次失效的間隔時(shí)間的平均值。二、早期、偶然、耗損失效早期失效的失效率隨使用時(shí)間的增長而減小，直至進(jìn)入偶然失效期。因各種偶然因素而發(fā)生的失效稱為偶然失效，偶然失效和使用條件關(guān)系很大。耗損失效隨時(shí)間的增加而加大。第九十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日失效率隨時(shí)間變化的曲線形狀類似浴盆，稱為浴盆曲線(圖5-1)。三、可靠度與可靠壽命圖5-1浴盆曲線圖5-2可靠度函數(shù)曲線第九十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日控制電器元件失效率在很多情況下服從下式當(dāng)m=1時(shí)λ是常數(shù)，反映偶然失效；當(dāng)m＞1時(shí)λ是t的增函數(shù)，反映耗損失效；當(dāng)m＜1時(shí)λ是t的減函數(shù)，反映早期失效。令C=m/t0，由上式可得第九十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日如果t從早期失效結(jié)束時(shí)算起，則耗損失效期R(t)為式中R(t)——t時(shí)的可靠度；m——形狀參數(shù)；t0——尺寸參數(shù)；γ——位置參數(shù)。第九十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日符合上式的概率分布稱為威伯爾分布，影響這種分布有三個(gè)參數(shù)：m大表示一批產(chǎn)品壽命集中；t0大表示可靠壽命長；γ大表示耗損故障發(fā)生得晚。5-3可靠性設(shè)計(jì)一、可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括制訂可靠性指標(biāo)，可靠性預(yù)測，可靠性分配以及與提高可靠性有關(guān)的具體設(shè)計(jì)工作和可靠性審查。本節(jié)只介紹前三個(gè)內(nèi)容。第九十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日二、可靠性指標(biāo)的制定對可靠性特征量的要求稱為可靠性指標(biāo)。制訂可靠性指標(biāo)的工作包括確定指標(biāo)項(xiàng)目和指標(biāo)數(shù)值。三、可靠性預(yù)測可靠性預(yù)測分為定性或定量的兩類。關(guān)于定量的可靠性預(yù)測，只介紹符合下列條件的情況：1.系統(tǒng)中任一元件失效將導(dǎo)致系統(tǒng)失效，這種系統(tǒng)稱為可靠性串聯(lián)系統(tǒng)；第九十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日2.所有元件時(shí)期失效都已排除；3.所有元件在進(jìn)入耗損失效期之前進(jìn)行調(diào)換。這時(shí)系統(tǒng)失效率λs符合下式式中λs——系統(tǒng)失效率；λi——第i個(gè)元件的失效率；n——元件數(shù)。第一百頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日四、可靠性分配5-4提高可靠性的途徑一、電氣控制系統(tǒng)方案的選擇在選擇方案時(shí)，應(yīng)考慮盡量減小控制元件數(shù)、接點(diǎn)數(shù)和焊點(diǎn)數(shù)，以降低系統(tǒng)的失效率。二、控制元件的選用正確選用控制元件的品種、規(guī)格是提高元件使用可靠性的關(guān)鍵。第一百零一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日三、控制元件的工作環(huán)境塵埃不但會引起電接觸故障，而且可以降低絕緣性能、增加交流磁系統(tǒng)極面粘住的危險(xiǎn)，因此必須采用必要的防塵措施，對于對可靠性要求較高的系統(tǒng)，控制元件應(yīng)裝入塵埃不能侵入的罩殼或電柜內(nèi)。機(jī)床上的控制元件常工作在有潤滑油或切削油的地方，這時(shí)必須選用防油型電器或采取防油措施。四、篩選和預(yù)防性更換第一百零二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日件進(jìn)入耗損失效期以后，失效率將明顯上升。為了防止這種情況影響系統(tǒng)的可靠性，可以在有效壽命(或偶然故障期)將結(jié)束時(shí)，不管元件是否損壞，也進(jìn)行更換。五、現(xiàn)場失效調(diào)查提高可靠性的辦法從根本上是應(yīng)以現(xiàn)場失效調(diào)查和分析著手。第一百零三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)工作，包括機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)兩個(gè)主要部分，兩者是同時(shí)開始，交叉進(jìn)行的。6-1機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的基本原則一、機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的基本要求二、機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟第六章機(jī)床電氣控制電路設(shè)計(jì)第一百零四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日1)擬定電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件(任務(wù)書)；2)確定電力傳動(dòng)方案和控制方案；3)確定電動(dòng)機(jī)容量；4)設(shè)計(jì)電氣控制原理圖；5)選擇電氣元器件及裝置；制定電氣設(shè)備裝置、元件、器件的清單及備件，易損件的清單；6)繪制電氣安裝圖、位置圖、互連圖；7)設(shè)計(jì)電氣柜、操作臺、配電板及非標(biāo)準(zhǔn)器件與零件；第一百零五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日8)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書及使用說明書。包括順序說明、維修說明及調(diào)整方法。三、電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)條件通常以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式表達(dá)。四、機(jī)床電力傳動(dòng)方案的確定1.確定機(jī)床傳動(dòng)的調(diào)速方式機(jī)床傳動(dòng)的調(diào)速方式一般可分為機(jī)械調(diào)速和電氣控制調(diào)速。第一百零六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日前者是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變速機(jī)構(gòu)或液壓裝置，對機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)速。后者是采用直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，以達(dá)到機(jī)床無級和自動(dòng)調(diào)速的目的。2.傳動(dòng)方式與其負(fù)載特性相適應(yīng)3.電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)的要求在機(jī)床的傳動(dòng)控制中，采用電氣控制電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)是較為簡單的一種控制方式。第一百零七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日對于其他一些要求起制動(dòng)頻繁、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確的精密機(jī)床設(shè)備，除必須采用限制電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)電流以外，還需要采用反饋控制系統(tǒng)、高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或其他較復(fù)雜的控制方式，以滿足機(jī)床的控制要求。五、機(jī)床電氣控制方案的確定1.機(jī)床電氣控制方案的可靠性一個(gè)系統(tǒng)或產(chǎn)品的質(zhì)量，一般包括技術(shù)性第一百零八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)。設(shè)計(jì)的可靠性就是使一個(gè)系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足可靠性指標(biāo)。可采用有觸頭的繼電接觸器控制系統(tǒng)。對于在控制中需要進(jìn)行模擬量處理及數(shù)學(xué)運(yùn)算的，輸入輸出信號多，控制要求復(fù)雜或控制要求經(jīng)常變動(dòng)的，控制系統(tǒng)要求體積小、動(dòng)作頻率高、響應(yīng)時(shí)間快的、可根據(jù)情況采用可編程控制、數(shù)控及微機(jī)控制方案。第一百零九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日六、控制方式的選擇控制方式主要有時(shí)間控制、速度控制、電流控制及行程控制。時(shí)間控制方式是利用時(shí)間繼電器或PC的延時(shí)單元，它將感測系統(tǒng)接受的輸入信號經(jīng)過延時(shí)一段時(shí)間后才發(fā)出輸出信號，從而實(shí)現(xiàn)電路切換的時(shí)間控制。速度控制方式是利用速度繼電器或測速發(fā)電機(jī)，間接或直接地檢測某機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)速度，來實(shí)第一百一十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日現(xiàn)按速度原則的控制。電流控制方式是借助于電流繼電器，它的動(dòng)作反映了某一電路中的電流變化，從而實(shí)現(xiàn)按電流原則的控制。七、確定電動(dòng)機(jī)容量電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算的基本步驟是：首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械提供的功率負(fù)載圖P=f(t)或轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖Ml=f(t)預(yù)選一臺電動(dòng)機(jī)，然后根據(jù)負(fù)載進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，將檢驗(yàn)結(jié)果第一百一十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日與預(yù)選電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定容量太大或太小，再重新選擇，直到電動(dòng)機(jī)容量得到充分利用(電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定溫升接近其額定溫升)，最后再校驗(yàn)其過載能力與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足拖動(dòng)要求。圖6-1PLV與P2關(guān)系圖6-2某機(jī)床負(fù)載圖P2—電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出功率PLV—考慮到有功及無功總損耗功率的當(dāng)量損耗功率第一百一十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百一十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日當(dāng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性很硬，以致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在整個(gè)工作過程中可以認(rèn)為近似不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率近似與轉(zhuǎn)矩成正比。此時(shí)，等效負(fù)載P為對不同電機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以得到PLV與P2的關(guān)系(圖6-1)。第一百一十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日由關(guān)系圖可看出：當(dāng)P2較小時(shí)，小容量電機(jī)損耗小。P2增大時(shí)，小電機(jī)PLV上升比大電機(jī)快，曲線出現(xiàn)了交點(diǎn)。這就說明：在某一區(qū)間內(nèi)，大電機(jī)的PLV損耗比小電機(jī)還少。6-2機(jī)床常用電器元件選擇一、電器元件的可靠性二、電器元件選擇的基本原則1.根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電器元件類型。第一百一十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日2.確定元器件承載能力的臨界值及使用壽命。3.確定元器件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況。4.確定元器件在應(yīng)用時(shí)所需的可靠性等。三、電器元件的選擇1.各種按鈕、開關(guān)的選用(1)按鈕第一百一十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日按鈕是短時(shí)切換小電流控制電路的開關(guān)，根據(jù)控制功能選擇按鈕的結(jié)構(gòu)型式及顏色等。根據(jù)同時(shí)控制的路數(shù)，選擇觸頭對數(shù)及類型。(2)刀開關(guān)刀開關(guān)主要用于接通和切斷長期工作設(shè)備的電源。(3)組合開關(guān)組合開關(guān)主要用于電源引入與隔離，也叫電源隔離開關(guān)。第一百一十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日表6-2是HZ2的主要技術(shù)參數(shù)。(4)行程開關(guān)根據(jù)控制功能、安裝位置、電壓電流等第一百一十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日級、觸頭種類及數(shù)量來選擇結(jié)構(gòu)和型號。機(jī)床上常用的有LX2、LX19、JLXK1型行程開關(guān)及JXW-11，JLXK1-11型微動(dòng)開關(guān)。LXK3系列行程開關(guān)主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表6-3。

第一百一十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(5)自動(dòng)開關(guān)(自動(dòng)空氣開關(guān))自動(dòng)開關(guān)又稱低壓斷路器。常用的有DZ10系列(額定電流分10，100，200，600A四個(gè)等級)。小容量的有DZ4，DZ5(額定電流25A，50A兩級)。2.接觸器選用接觸器的選用，主要考慮主觸頭的額定電流、額定電壓、吸引線圈的電壓等級，其次考慮鋪助觸頭的數(shù)量和種類、操作頻率等。

第一百二十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量Pe，用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主觸頭的額定電流式中K——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，一般取1～1.4；Ue——電動(dòng)機(jī)額定線電壓(V)；Iec——被選定接觸器的額定電流；Uec——被選定接觸器的額定電壓；第一百二十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日Uex——線路額定電壓；IC——接觸器主觸頭電流；Pe——被控電機(jī)功率(kW)。3.中間繼電器的選用機(jī)床上常用JZ7系列中間繼電器，新產(chǎn)品有JDZ1系列、CA2-DN1系列及仿西門子3TH的JZC1系列等，表6-7是幾種中間繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。4.時(shí)間繼電器的選用第一百二十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日時(shí)間繼電器的類型有：電磁式、空氣阻尼式、晶體管式和電動(dòng)機(jī)式等。JS7系列是應(yīng)用較多的空氣式時(shí)間繼電器，代替它的新產(chǎn)品是JSK1其技術(shù)參數(shù)見表6-8。5.熱繼電器的選用熱繼電器主要對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。選擇熱繼電器主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來確定熱繼電器的額定電流及熱元件的電流等級。第一百二十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百二十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百二十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百二十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百二十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百二十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日熱元件的額定整定電流值，一般按電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95～1.05倍選用。過去常用的熱繼電器為JR0系列，新產(chǎn)品有JRS1系列、LR1-D系列及西門子3UA系列，表6-9為熱繼電器主要技術(shù)參數(shù)。6.熔斷器選用其主要類型有：插入式、螺旋式、填料封閉管式等。機(jī)床上常用螺旋式，其主要技術(shù)參數(shù)見表6-10。第一百二十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百三十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日第一百三十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日對單臺電動(dòng)機(jī)長期工作(不經(jīng)常起動(dòng))，則對于頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，上式系數(shù)為3～4。

第一百三十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日式中Ir——熔體額定電流；Ied——電動(dòng)機(jī)額定電流；Iemax——容量最大的電動(dòng)機(jī)之額定電流；∑Ied——除容量最大的電動(dòng)機(jī)之外，其余電動(dòng)機(jī)額定電流之和。7.控制變壓器的選擇式中Sb——變壓器所需容量(VA)；第一百三十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日∑Sxc——控制電路在最大負(fù)載時(shí)工作的電器所需要的功率(VA)，對于交流電器(交流接觸器、交流中間繼電器及交流電磁鐵等)，Sxc應(yīng)取該電器的吸持功率值，一般認(rèn)為這些電器功率因素近似相等；Kb——變壓器容量的儲備系數(shù)，一般取1.1～1.25。此時(shí)，Sb按下式計(jì)算，即第一百三十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日式中∑Sjq——所有同時(shí)起動(dòng)的交流接觸器、交流中間繼電器在起動(dòng)時(shí)所需要的總功率(VA)；∑Sdq——所有同時(shí)起動(dòng)的電磁鐵在起動(dòng)時(shí)所需要的總功率(VA)；KL——電磁鐵的工作行程Lg與額定行程Le之比的修正系數(shù)第一百三十五頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日常用交流電磁電器的起動(dòng)與吸持功率(約為視在功率)由表6-11所示。第一百三十六頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日按功用分類有：牽引電磁鐵、閥用電磁鐵；按電源分有交流和直流兩大類。機(jī)床常用牽引電磁鐵有MQ1和MQ2系列產(chǎn)品，其選用規(guī)格型號與技術(shù)參數(shù)見表6-12。第一百三十七頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日9.控制電路中某些電阻的計(jì)算(1)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)限流電阻的計(jì)算由下式近似計(jì)算，即第一百三十八頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日式中Rq——每相起動(dòng)限流電阻的阻值(Ω)；第一百三十九頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日Ie——電動(dòng)機(jī)的額定電流(A)；Kq——不加電阻時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流與額定電流之比(可查手冊)；Kqr——加入起動(dòng)限流電阻后，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流與額定電流之比。式中Tq——電動(dòng)機(jī)不加起動(dòng)電阻時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；第一百四十頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日Te——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；Kt——電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比(可查手冊)(2)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)電阻計(jì)算按下式計(jì)算式中Kzr——接入限流電阻后，反接制動(dòng)電流與額定電流之比。第一百四十一頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mzr可估算為6-3機(jī)床電氣電路設(shè)計(jì)一、原理圖設(shè)計(jì)的一般原則設(shè)計(jì)控制電路原理圖時(shí)，必須遵循以下幾個(gè)原則：(1)控制系統(tǒng)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求；(2)力求控制電路安全可靠，簡單經(jīng)濟(jì)；第一百四十二頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日(3)合理選擇各種電器元件；(4)符合人機(jī)關(guān)系，便于維修。二、控制電路電源選擇及主回路設(shè)計(jì)1.控制電路電源的選擇控制電路電源由表6-15所示進(jìn)行選擇。第一百四十三頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日2.主電路設(shè)計(jì)對于三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，要考慮的主要問題是：根據(jù)工藝要求，如何選擇主電路電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式，正反轉(zhuǎn)控制及主電路的保護(hù)環(huán)節(jié)。式中Seb——電源變壓器額定容量(kVA)；Ig——電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)電流(A)；第一百四十四頁，共一百六十三頁，2022年，8月28日Ie——電動(dòng)機(jī)額定電流(A)；Pe——電動(dòng)機(jī)額定功率(kW)；三、控制電路的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本步驟(1)收集分析現(xiàn)有國內(nèi)外同類型機(jī)床的電氣控制電路，使控制系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)原則。(2)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)