機電傳動控制課件

電機及拖動基礎1.1交流非同步電動機

交流非同步電動機按照轉子的結構型式分為籠型非同步電動機和繞線轉子非同步電動機?；\型非同步電動機因具有結構簡單、製造方便、價格低廉、堅固耐用、轉子慣量小、運行可靠等優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了極其廣泛的應用。繞線式非同步電動機因其轉子採用繞線方式，具有調速簡單、成本低的優(yōu)點，在吊車、捲揚機等中小設備中得到了廣泛的應用。

1.

非同步電動機的工作原理： 圖1-1是一臺三相非同步電動機，它主要由定子、轉子兩大部分構成，定子與轉子之間有一定的氣隙。定子是靜止不動的部分，由定子鐵心、定子繞組和機座組成。轉子是旋轉部分，由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。圖1-1

三相非同步電動機的結構圖1-軸承蓋；2-端蓋；3-接線盒；4-散熱筋；

5-定子鐵心；6-定子繞組；7-轉軸；

8-轉子；9-風扇；10-罩殼；11-軸承；12機座籠型非同步電動機的轉子繞組與定子繞組大不相同，它是在轉子鐵心槽裏插入銅條。再將全部銅條焊接在兩個端銅環(huán)上，如果將轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀象個籠子，如圖1-2所示，因此叫籠型轉子。對於中小功率，多採用鋁離心澆鑄而成。繞線式非同步電動機的轉子繞組與定子繞組一樣，由線圈組成繞組放入轉子鐵心槽裏，轉子可以通過電刷和集電環(huán)外串電阻以調節(jié)轉子電流的大小和相位的方式進行調速，如圖1-3所示。

圖1-2三相非同步電動機的結構圖a）籠型繞組；b）轉子外形圖1-3繞線式非同步電動機定轉子繞組及外加電阻的接線方式2.

非同步電動機的簡單工作原理：

如圖1-4所示。當定子接三相電源後，電動機內便形成圓形旋轉磁場。若轉子不轉，轉子籠型導條與旋轉磁場有相對運動，導條中有感應電動勢e，方向由右手定則確定。由於轉子導條彼此在端部短路，於是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時。電流方向同電動勢方向。轉子受力，產(chǎn)生轉矩T，即為電磁轉矩，方向與旋轉磁場同方向，轉子便在該方向上旋轉起來。圖1-4非同步電動機的工作原理

3.

非同步電動機的銘牌數(shù)據(jù)： 銘牌是電動機的身份證，認識和瞭解電動機銘牌中有關技術參數(shù)的作用和意義，可以幫助我們正確地選擇、使用和維護它。圖1-5是我國使用最多的Y系列三相感應電動機銘牌的—個實例。圖1-5Y系列三相感應電動機銘牌

圖1-6非同步電動機型號額定功率PN指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率，單位為kW；額定電壓UN指額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓．單位為V；額定電流IN指電動機在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時的線電流，單位為A；額定頻率fN我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz，國外有些國家採用60Hz。額定轉速nN指電動機定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時電動機的轉速，單位為r／min?？梢愿鶕?jù)額定轉速與額定頻率計算出電動機的極數(shù)P和額定轉差率SN。

雜訊值(LW)指電動機在運行時的最大雜訊。一般電動機功率越大，磁極數(shù)越少，額定轉速越高，雜訊越大。工作制式指電動機允許工作的方式，共有S1～S10十種工作制。絕緣等級絕緣等級與電動機內部的絕緣材料有關。它與電動機允許工作的最高溫度有關，共分A、E、D、F、H五種等級。連接方法有如圖1-7所示的Y/△兩種方式。請注意有些電動機只能固定一種接法，有些電動機可以兩種切換工作。但是要注意工作電壓，防止錯誤接線燒壞電動機。高壓大、中型容量的非同步電動機定子繞組常採用丫接線，只合三根引出線。對中、小容量低壓非同步電動機.圖1-7三相非同步電動機的引出線

a)出線端的排列b)丫連接c)△連接通常把定於三相繞組的六根出線頭都引出來。根據(jù)需要可接成Y型或△型，如圖1-8所示Y/△降壓起動、起動過程用丫連接(KM1閉合，KM2斷開)，起動過程結束後切換為△連接(KM2閉合，KM1斷開)。防護等級IP為防護代號，第一位數(shù)字(0～6)規(guī)定了電動機防護體的等級標準。第二位數(shù)字(0～8)規(guī)定了電動機防水的等級標淮。如IP00為無防護，數(shù)字越大，防護等級越高。共他對於繞線轉子電動機還必須標明轉子繞組接法、轉子額定電動勢及轉子額定電流．有些還標明了電動機的轉子電阻，有些特殊電動機還標明了冷卻方式等。圖1-8Y/△降壓起動的接線圖

4.

三相非同步電動機的機械特性： 在非同步電動機中，電動機電磁轉矩T與轉差s的關係T＝f(s)通常叫做T-s曲線。為了符合習慣畫法?？蓪-s曲線轉換成轉速n與轉矩T之間的關係曲線n＝f(T)，稱為非同步電動機的機械特性。分為固有機械特性和人為機械特性。固有機械特性

非同步電動機在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機械特性稱為固有(自然)機械特性，如圖1-9所示。曲線1為電源正相序時的固有機械特性；曲線2為負相序時的曲線。圖1-9電動機的固有機械特性

人為機械持性

非同步電動機的機械特性除與電動機的參數(shù)有關外，還與外加定子電壓Ul、定子電源頻率fl、定子或者轉子電路中串入的電阻或電抗等有關，將這些參數(shù)人為地加以改變而獲得的機械特性稱為非同步電動機的人為機械特性。圖1-9改變定子電源頻率時的人為機械特性

圖1-10轉子電路串電阻的人為機械特性

圖1-11改變電源電壓時人為機械特性

圖1-12定子電路外接電阻或電抗時的人為機械特性

5.

非同步電動機一般調速方法：

非同步電動機實際轉速n與電動機輸人定子電源頻率轉差率s和電動機磁極對數(shù)P的關係式為：n=60*f1/P*（1-s）?？梢钥闯?，非同步電動機的調速可通過改變磁極對數(shù)P、調節(jié)轉差率s、及改變定子頻率f1三種方式。常用的非同步電動機調速方法及其比較如下表所示，由表中的對比可以看出，PWM變頻調速是最理想的調速方式。下圖為常用的非同步電動機調速方法及其比較表：

1.2直流電動機的工作原理和運行特性

直流電動機的構造較複雜，價格也比交流電動機昂貴,維護維修也較困難。近年來，由於變頻調速技術的發(fā)展，在中小功率的電動機調速領域中，交流電動機正逐步取代直流電動機。儘管如此，由於直流電動機具有轉速穩(wěn)定、便於大範圍平滑調速、起動轉矩較大等優(yōu)點，因此，廣泛用於要求進行平滑、穩(wěn)定、大範圍的調速或需靈活控制起動、制動的生產(chǎn)機械。1.直流電動機的基本工作原理

： 直流電動機的基本工作原理是建立在電磁感應和電磁力的基礎上的。圖1-13為直流電動機的基本構成圖。 它主要由磁極、電樞、電刷及換向片(又稱整流子或轉換器)等三大部分構成。

N、S兩個磁極在工作時固定不動，故又稱定子。定子磁極用於產(chǎn)個主磁場。在永磁式直流電動機中(一般為小功率的直流電動機)，磁極採用永磁材料製成。充磁後即可產(chǎn)生恒定磁場。在他勵式直流電動機中，磁極由衝壓的矽鋼片迭加而成；外繞勵磁線圈，由外加勵磁電流才能產(chǎn)生磁場。在磁極的內側有一個安裝在軸承上可以轉動的鐵心。圖1-13直流電動機的基本構成團

圖1-14直流電動機的截面圖1-主極；2-勵磁繞組；3-附加極；4附加極繞組；5-極掌；6-極心；7-電樞；8-通份槽；

9-電樞繞組；10-空氣隙；11-軛2.直流自動調速系統(tǒng)的分類

： 按照直流自動調速系統(tǒng)中使用的直流電動機的種類不同，可分為普通直流電動機的調速系統(tǒng)和控制用直流伺服電動機的調速系統(tǒng)。 按照電動機調速控制系統(tǒng)有無回饋環(huán)節(jié)，可分為開環(huán)(手動)調速系統(tǒng)和閉環(huán)(自動)調速系統(tǒng)；在閉環(huán)調速系統(tǒng)中，又可分為單閉環(huán)調速系統(tǒng)和雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。 按照調速系統(tǒng)中採用的電力電子器件的不同，可分為晶閘管-電動機直流自動調速系統(tǒng)、電晶體-電動機直流自動調速系統(tǒng)和積體電路-電動機直流自動調速系統(tǒng)。3.直流電動機的一般調速方法

：

在直流電動機中，根據(jù)勵磁繞組連接方式的不同，可分為他勵、並勵、串勵和複勵四類電動機、而在調速系統(tǒng)中用得最多的是他勵電動機。圖1-15為直流他勵電動機與直流並勵電動機的原理圖。圖1-15直流他勵電動機與直流並勵電動機的原理圖

3.直流電動機的一般調速方法有三種：

調節(jié)串入電樞回路的外加電阻Rad，(調阻調速法或電阻控制法)調節(jié)電動機的電樞供電電壓U(調壓調速法或電壓控制法)調節(jié)電動機的主磁通Φ(調磁調速法或勵磁控制法)圖1-16具有三段附加電組的他勵電動機控制電路

圖1-17改變電樞電壓調速的特性圖1-18弱磁調速的特性

1.3伺服控制電動機的工作原理和運行特性

1.3.1步進電動機的工作原理和運行特性:

步進電動機的輸入電源是一種脈衝電壓，有一個輸入脈衝，電動機轉過一個固定角度。它是一種“一步一步”地轉動的電動機，其轉過的角度與輸入的電脈衝個數(shù)嚴格地成比例，故因此而得名。改變輸入其脈衝的頻率，就可以在很廣的範圍內平滑連續(xù)地調整輸出轉速。它還是目前唯一能進行開環(huán)控制的執(zhí)行電器，廣泛用於簡易經(jīng)濟性數(shù)控裝置的改造和設計中。1.步進電動機的分類

：

反應式轉子用高導磁係數(shù)的材料製造，做成齒型，無線圈，靠定子和轉子之間的感應電磁力產(chǎn)生力矩並維持相互間的位置。永磁式轉子用永久磁鋼製成，產(chǎn)生轉矩時兼有吸引力和排斥力。在無勵磁情況下能保持轉矩，每步轉角不能做得很小?；旌鲜睫D子由永久磁鋼製成，同時也做成齒狀；定子也與反應式定子相似。它具有反應式和永磁式兩種方式的優(yōu)點，但結構複雜。

2.反應式步進電動機的工作原理：

步進電動機由定子和轉子組成，定子上的磁極和轉子都有齒，定子磁極上的磁寬和磁槽必須和轉子上的磁寬和磁槽相等。圖1-19為徑向反應式步進電動機結構原理示意圖，它的定子上有6個磁極，極距角為60°、每圖1-19徑向反應式步近電動機結構原理示意圖個磁極都看作是一個齒。每個磁極上都裝有控制繞組，形成A、B、C三相繞。圖1-19徑向反應式步近電動機結構原理示意圖

3．混臺式步進電動機工作原理

：

混合式步進電動機由定子和轉子組成。定於鐵心與反應式步進電動機相同，每個極上有小齒和控制繞組。轉子的結構與水久磁鋼的電磁減速式同步電動機相同。以兩相混合式步進電動機為例，其結構原理如圖1-20所示。 轉子為對稱的兩段磁鋼，軸向充電後，—段是N極，另一段是S極。定子對應轉子也分兩段，但實際上按一段處理，兩段定子鐵心上裝有同一個兩相對稱控制繞組，如圖1-20b所示。圖1-20混合式步進電動機結構原理圖a)S極性轉子徑向剖面圖b)軸向視圖c)N極性轉子段徑向剖面圖圖1-21兩相繞組接線圖

4.步進電動機的主要特性

：

步距角及步距誤差靜態(tài)矩角特性和最大靜轉矩最大起動轉矩最大起動頻率連續(xù)運行頻率圖1-22步進電動機距角特性

圖1-23步進電動機最大起動轉矩

1.3.2伺服電動機：

伺服電動機把輸入的信號電壓變?yōu)檗D軸的角位移或角速度輸出，轉軸的轉向與轉速隨信號電壓的方向和大小而改變，並正能帶動一定大小的負載，在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。伺服電動機又稱為執(zhí)行電動機。 伺服電動機有直流和交流兩大類。1.單相非同步電動機：

單相非同步電動機就是指用單相交流電源的非同步電動機。單相非同步電機的運行原理和三相非同步電機基本相同，但有其自身的特點。單相非同步電動機通常在定子上有兩相繞組，轉子是普通籠型的。根據(jù)定子兩個繞組在定子上的分佈以及供電情況的不同，可以產(chǎn)生不同的起動待性和運行待性。單相電阻分相起動非同步電動機；單相電容分相起動非同步電動機；單相電容運轉非同步電動機；單相電容起動與運轉非同步電動機單相罩極式非同步電動機。一般單相非同步電動機有以下幾種類型：

相定子繞組通電時的機械特性

：

單相非同步電動機定子兩相繞組是主繞組m及副繞組a，它們一般是在空間上相差90°電角度的兩個分佈繞組，通電時產(chǎn)生空間正弦分佈的空間磁通勢。首先分析只有一相繞組通電時的機械特性.

單相非同步電機中，籠型轉子在正轉磁通勢或反轉磁通勢分別作用下受的電磁轉矩T+或T-，與籠型轉子在三相非同步電動機正向旋轉磁通勢(電源相序為正)或反向旋轉磁通勢(電源相序為負)分別作用下受的電磁轉矩是完全一樣的，T+＝f(s)與T-＝f(s)兩條轉矩特性如圖1-24所示。圖1-24主繞組通電時的機械特性曲線

兩相繞組通電時的機械特性：

當單相非同步電動機主繞組與副繞組同時通入不同相位的兩相交流電流時,—般情況下產(chǎn)生橢圓旋轉磁通勢F。一個橢圓旋轉磁通勢也可以分成兩個旋轉磁通勢,—個是正轉磁通勢F+，一個是反轉磁通勢F-，F(xiàn)+≠F-?；\型轉子在F+作用下產(chǎn)生電磁轉矩T+，T+＝f(s)為正向轉矩特性。在F-作用下，產(chǎn)生電磁轉矩T-＝f(s)為反向轉矩特性。這樣合成轉矩特性T＝f(s)，即機械特性為不過座標原點的一條曲線。當T+＞T-時，電動機的T＝f(s)、T+＝f(s)、T-＝f(s三條曲線如圖1-25所示。圖1-25單相非同步電動機的起動特性

各種類型的單相非同步電動機：

圖1-26單相電阻分相起動非同步電動機接線圖和向量圖

圖1-27單相電容分州起動非同步電動機接線圖和向量圖

圖1-29單相電容運轉非同步電動機

圖1-30單相電容起動與運轉非同步電動機

圖1-31單相罩極式非同步電動機的結構及向量圖

2直流伺服電動機

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直流伺服電動機就是微型的他勵直流電動機，其約構與原理都與他勵直流電動機相同。按磁極的種類劃分為兩種：一種是永磁式直流伺服電動機，它的磁極是永久磁鐵；另—種是電磁式直流伺服電動機，它的磁極是電磁鐵，磁極外面套著他勵勵磁繞組。圖1-32直流伺服電動機的特件a)機械特性b)調節(jié)特性3交流伺服電動機

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交流伺服電動機就是兩相非同步電動機，它的定子上有空間相差90°電角度的兩相分佈繞組，一相為勵磁繞組f，一相為控制繞組K，轉子為籠形。交流伺服機必須象直流伺服機一樣具有伺服性。為了滿足信號電壓強時轉速高、信號電壓弱時轉速低這一要求，可以讓信號強時電機氣隙磁通勢接近圓形旋轉磁通勢，弱時橢圓度大接近脈振磁通勢就行。而對於要求信號電壓消失，即UK＝0後，電動機不轉必須採用相應技術措施才能實現(xiàn)。圖1-33交流伺服電動機自轉現(xiàn)象的避免

交流伺服電動機利用控制信號電壓UK的大小和相位的變化，控制轉速隨之變化.改變UK的大小與相位即實現(xiàn)對交流伺服電動機的控制，控制方法主要有三種：幅值控制、相位控制和幅值—相位控制。圖1-34交流伺服電動機帽值控制(a)控制接線圖(b)Ff最大瞬間圖1-35幅值控制時的機械特性與調節(jié)特性(a)機械特性(b)調節(jié)特性

圖1-36相位控制圖1-37幅值-相位控制

1.4力矩電動機

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力矩電動機是一種把伺服電動機和驅動電動機結合而發(fā)展成的一種電動機，它輸出較大的轉矩，直接拖動負載運行，同時它又受控制信號電壓的直接控制進行轉速調節(jié)。在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。圖1-38直流力矩電動機

a）分裝式b）內裝式

1.5微型同步電動機

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微型同步電動機與交流同步電動機一樣，轉子轉速恒為同步轉速n0，使用在轉速要求恒定的裝置中．例如電唱機、答錄機、電視設備、電鐘、時間機構、記錄儀錶裝置、陀螺儀等。

微型同步電動機的定子結構與非同步電動機定子是一樣的，有單相的也有三相的，定子繞組通電後建立氣隙旋轉磁通勢。轉子的極數(shù)與定子極數(shù)相同，依據(jù)轉子不同的類型，微型同步電動機分成永磁式、反應式和磁滯式幾種。1.永磁式微型同步電動機

： 永磁式微型同步電動機的轉子是一個永久磁鐵，N、S極沿著圓周方向交替排列。當電動機運行時，定子產(chǎn)生轉速為n0的旋轉磁通勢，轉子則以n0轉速隨之同步旋轉，圖1-38為永磁式微型同步電動機永磁轉子，（a）為永久磁鐵，（b）為起動繞組。圖1-38永磁式微型同步電動機永磁轉子

（a）永久磁鐵（b）起動繞組

2.反應式微型同步電動機： 反應式微型同步電動機的轉子由鐵磁材料製成，其縱軸與橫軸方向的磁阻大小相差比較多，縱軸方向的磁阻最小，橫軸方向的磁阻最大，縱鈾與橫抽相差90°空間電角度縱軸與定子磁極軸線夾角為θ，規(guī)定轉子縱軸逆時針方向領先定子磁極軸線時，θ為正。圖1-39磁阻不對稱時的反應轉矩

圖1-40反應式微型同步電動機轉於沖片（a）外反應式（b）內反應式（c）內外反應式

3.磁滯式同步電動機

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磁滯式同步電動機轉子由硬磁材料製造。硬磁材料的磁滯現(xiàn)象非常顯著，其磁滯回線寬，剩磁與矯頑力數(shù)值很大，反應出硬磁材料磁化時，阻礙磁分子運幼的相互間摩擦力甚大。鐵磁材料在交變磁化時，磁滯現(xiàn)象表現(xiàn)為B滯後於H—個時間角。磁滯式同步電動機轉子，是處於旋轉磁化狀態(tài)，磁滯現(xiàn)象表現(xiàn)為鐵磁材料的磁通勢滯後於外磁通勢一個空間角。圖1-41硬磁材料轉子的磁化

圖1-42磁滯式電動機的轉子（a）轉子結構（b）非磁性套筒（c）磁性套筒1-套筒2-硬磁材料的有效環(huán)3-擋環(huán)數(shù)控系統(tǒng)概述

單元一基本概念一、數(shù)控系統(tǒng)的基本概念

1.數(shù)控—數(shù)字控制的簡稱

2.數(shù)控系統(tǒng)—用數(shù)字控制技術實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)

3.數(shù)控機床—數(shù)控系統(tǒng)與機床本體的結合體

二、數(shù)控系統(tǒng)的組成1.數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、驅動裝置、機床電器邏輯控制裝置四部組成，機床本體為被控對象。輸入/輸出裝置數(shù)控裝置驅動控制裝置機床電器邏輯控制裝置機床

程式清單資訊載體編程器CAD/CAM系統(tǒng)上位機程式清單通信線路輸出裝置電腦數(shù)字控制裝置（CNC）可編程控制器(PLC)主軸控制單元速度控制單元主軸電機機床進給電機位置檢測器2.電腦數(shù)控系統(tǒng)的組成採用電腦數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)稱為CNC?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)採用PLC。3.Fanuc0i-C數(shù)控系統(tǒng)的主要部件電源模組主軸模組伺服模組圖中：數(shù)控裝置（背面）正面：顯示器、鍵盤機床I/O模組4.Fanuc0i-C數(shù)控系統(tǒng)的部件連接

三、數(shù)控系統(tǒng)的主要工作過程

軌跡插補、位置控制程式輸入-加工資訊預處理-開關量控制狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)輸入內部外部程式編輯器磁片、電腦通信數(shù)控加工程式譯碼幾何、工藝數(shù)據(jù)開關量控制PLC刀具交換、切削液開關等插補同步調節(jié)器回饋位置處理M:電動機W:位置感測器給定量：X

單元二數(shù)控系統(tǒng)的分類一、按被控機床的運動軌跡分類

1.點位控制數(shù)控系統(tǒng)

2.直線控制數(shù)控系統(tǒng)

3.輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)

二、按伺服系統(tǒng)分類

1.開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)進給脈衝步進電機驅動裝置工作臺步進電動機2.半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)指令值位置比較電路速度控制電路伺服電機工作臺3.全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)指令值位置比較電路速度控制電路伺服電機速度回饋位置回饋AC工作臺

三、按數(shù)控系統(tǒng)功能水準分類

1.經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)

2.普及型數(shù)控系統(tǒng)3.高檔型數(shù)控系統(tǒng)

單元三數(shù)控加工資訊預處理一、數(shù)控加工資訊的解碼

以程式段為單位處理用戶加工程式，將其中的輪廓信息、加工速度和輔助功能資訊等翻譯成便於電腦處理的資訊格式，存放在指定的記憶體中。

二、刀具補償計算

1.刀具長度補償

不補償正補償負補償

2.刀具半徑補償

刀具半徑補償?shù)膱?zhí)行過程分為：刀補建立（2）、刀補進行（3）、刀補撤銷（5）三個步驟，刀補僅在二維座標內進行。

三、進給速度處理脈衝增量插補方式速度處理

因為：F=60δf所以：f=F/（60δ）Hz

F：編程時的進給速度mm/min

；

δ：脈衝當量mm；

f：脈衝源的頻率Hz。數(shù)據(jù)採樣插補方式速度處理

ΔL=K?F?Ts/（60×1000）mm

ΔL：一個插補週期對應的進給位移mm；K：速度倍率；

F：編程時對應的進給速度mm/min

；Ts：插補週期ms。

1.進給速度計算

2.加/減速控制前加減速和後加減速加減速特性曲線線性加/減速指數(shù)加/減速S曲線加/減速

單元四輪廓插補原理一、插補技術

機床數(shù)控系統(tǒng)的核心技術之一是插補技術，在已知運動軌跡的起點與終點座標、軌跡的曲線方程，由數(shù)控系統(tǒng)即時地計算出各個中間點座標的過程，稱為插補。

二、插補方法分類

1.脈衝增量插補法

在計算過程中不斷向各個坐標軸發(fā)出相互協(xié)調的進給脈衝，驅動坐標軸電機運動。常用的有：逐點比較法與數(shù)字積分法，用於以步進電動機為驅動裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

2.數(shù)據(jù)採樣插補法採用小段直線逼近給定軌跡，插補輸出的是下一個插補週期內各軸要運動的距離，故可達到很高的速度，其中電腦通常包含在伺服控制環(huán)內。

三、逐點比較插補法(動畫)

1.插補計算步驟

第一拍：偏差判別第二拍：座標進給第三拍：偏差計算第四拍：終點判別開始偏差判別座標進給偏差計算到終點？結束YN

2.插補計算實例（逐點比較法）

A(6,4)YX第一象限直線插補軌跡工作節(jié)拍序號偏差判別座標進給偏差計算終點判別1F0=0+ΔXF1=F0–Ye=-410-1=92F1=-4+ΔYF2=F1+Xe=29-1=83F2=2+ΔXF3=F2–Ye=-28-1=74F3=-2+ΔY

F4=F3+Xe=47-1=65F4=4+ΔXF5=F4–Ye=06-1=56F5=0+ΔXF6=F5–Ye=-45-1=47F6=-4+ΔYF7=F6+Xe=24-1=38F7=2+ΔXF8=F7–Ye=-23-1=29F8=-2+ΔY

F9=F8+Xe=42-1=110F9=4+ΔXF10=F9–Ye=01-1=0單元五刀補與插補原理演示(軟體

錄影)一、刀補演示1.車刀長度補償

2.銑刀半徑補償

二、插補演示1.直線逐點比較插補法

2.圓弧逐點比較插補法

繼電器—接觸器控制系統(tǒng)

機床不僅需要有電動機拖動。而且還需要一套控制裝置，即各類電器，用以實現(xiàn)各種工藝要求。電器就是控制電的器具，它能接通或斷開電路以實現(xiàn)電路或非電對象的切換、控制、保護和調節(jié)。機床中的控制電器多居低壓電器．它是指工作在交直流1200v以下的電路中的電氣設備。電器的種類很多，分類的方法也很多。按用途可分以下三類：

(1)信號及控制電器用於發(fā)送控制指令及實現(xiàn)控制電路中邏輯運算、延時等功能的電器。如：按鈕開關、行程開關、刀開關、中間繼電器、時間繼電器、速度繼電器。(2)執(zhí)行電器用於完成傳動或實現(xiàn)某種動作的電器。如：接觸器、電磁闊、電磁離合器。

(3)保護電器用於保護電路及用電設備的電器。如：溶斷器、熱繼電器、電流(壓)繼電器。1．信號及控制電器（1）非自動切換信號及控制電器1)按鈕（SB）按鈕的作用是發(fā)布命令，控制其他電器的動作，短時接通或斷開小電流。在控制電路中用于遠距離操縱接觸器、繼電器等從而控制電動機的起動、反轉、停止。常態(tài)時，動斷(常閉)觸點閉合，動合(常開)觸點斷開。按下按鈕，動斷(常閉)觸點斷開，動合(常開)觸點閉合，鬆開按鈕，在複位彈簧作用下使觸點複位。為避免誤動作，將鈕帽做成不同的顏色來區(qū)別，如以紅色作為停止按鈕，綠色作為起動按鈕。。按鈕的選擇根據(jù)所需的觸點數(shù)、觸點型式及顏色選用。2)刀開關（Q）刀開關又名閘刀，主要用于接通和切斷長期工作設備的電源。刀開關的種類很多，根據(jù)通路的數(shù)量可分為單極、雙極和三極。一般刀開關的額定電壓不超過500V。額定電流有10A到上千安培多種等級，有的刀開關附有熔斷器。主要根據(jù)電源種類、電壓等級、工作電流、所需極數(shù)選擇刀開關。3)行程開關（ST）行程開關又稱為限位開關。是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，用于反映機構的運動方向或所在位置，可實現(xiàn)行程控制及極限位置的保護。行程開關分為有觸點式和無觸點式兩種，常見無觸點式行程開關為高頻振蕩型接近開關，它是由裝在運動部件上的一個金屬片接近或離開振蕩線圈來實現(xiàn)控制的。接近開關有使用壽命長、操作頻率高、定位精度好、反應迅速的特點，有觸點行程開關動作原理與按鈕類似，動作時碰按行程開關的頂桿。按結構可分為直動式、滾輪式和微動式三種。直動式結構簡單，因其觸點的分合速度取決于擋塊的移動速度，當擋塊的移動速度低于0.4m／min時，觸點切斷太慢，使電弧在觸點上停留太長，易於燒蝕觸點。此時可以選用有盤形彈簧機構能暫態(tài)動作的滾輪式行程開關，其特點是通斷時間不受擋塊的移動速度的影，動作快；缺點是結構複雜，價格高。為克服直動式結構的問題，還可以選用有彎片狀彈簧的微動式行程開關，這種行程開關更為靈巧，敏捷，缺點是不耐用。（2）自動切換信號及控制電器自動切換信號及控制電器是指主要借助電磁力或某個物理量的變化自動進行切換的電器，如電磁繼電器等。繼電器主要用於傳遞控制信號，其觸點通常接控制電路中。繼電器種類很多，電氣控制系統(tǒng)中常用的主要有電磁式中間繼電器、速度繼電器、時間繼電器。繼電器的工作特點是階躍式的輸入輸出特性，

見圖2-1。當繼電器輸入量由零增加到x2以前，繼電器輸出為零；當輸入量x增加到x2時，繼電器吸合，通過其觸點的輸出量突變?yōu)閥1並保持不變。若x再增加，輸出y1不變。當x減少到x1時，繼電器釋放。輸出y從y1降到零。x再小，輸出仍為零。圖2-1繼電器特性曲線

1)中間繼電器（K）中間繼電器也是一種電壓繼電器，其主要用途是進行電路的邏輯控制或實現(xiàn)觸點的轉換和擴展(增加觸點的數(shù)量和容量)，故觸點的數(shù)量多(可多達六對或更多)，觸點通斷電流大(額定電流5A～10A)，動作靈敏(功作時間小於0.5s)。2)速度繼電器（KS）速度繼電器是測量轉速的元件。它能反映轉動的方向以及是否停轉、因此廣泛用于異步電動機的反接制動中。其結構和工作原理與籠型電動機類似，主要有轉子、定子和觸點三部分。其中轉子是圓柱形永磁鐵，與被控旋轉機構的軸連接，同步旋轉。定于是籠形空心圓環(huán)，內裝有籠形繞組、它套在轉子上，可以轉動一定的角度。當轉子轉動時，在繞組內感應出電動勢和電流，此電流和磁場作用產(chǎn)生扭矩使定子柄向旋轉方向轉動、撥動簧片使觸點閉合或斷開。當轉子轉速接近零(約100r/min)，扭矩不足於克服定子柄重力．觸點系統(tǒng)恢復原態(tài)。JYl速度繼電器結構原理圖如圖2-2所示。

圖2-2JYl速度繼電器結構原理圖

(1.轉子2軸3.定子4.繞組5.定子柄6.靜觸點7.動觸點8.簧片)2．執(zhí)行電器3)時間繼電器（KT）時間繼電器是用來定時的電器件。按工作方式可分為通電延時動作型和斷電延時動作型兩類；按動作原理分為空氣阻尼型、電磁式、電動機式、半導體式。常見空氣阻尼型時間繼電器有JS7-A型。延時範圍為0.4～180s。

接觸器是一種接通或切斷電動機或其他負載主電路的自動切換電器。它是利用電磁力來使開關打開或斷開的電器，適用於頻繁操作、遠距離控制強電電路，並具有低壓釋放的保護性能。接觸器通常分為交流接觸器和直流接觸器。其主要結構包括觸點系統(tǒng)、電磁機構、滅弧機構以及反作用彈簧等。其工作原理是當線圈得電後，銜鐵被吸合，帶動三對主觸點閉合，接通電路，輔助觸點也閉合或斷開；當線圈失電後，銜鐵被釋放，三對主觸點複位，電路斷開，輔助觸點也斷開或閉合。選擇接觸器主要考慮以下參數(shù)：（1)觸點通斷電源種類：交流或直流；（2)主觸點額定電壓和電流；（3)輔助觸點種類、數(shù)量及觸點額定電流；（4)電磁線圈的電源、種類及頻率。

(2)電磁閥

電磁閥由閥體和電磁鐵組成，在氣動或液動的系統(tǒng)中用來控制流向、流速與通斷。閥門的開閉由電磁鐵推動滑閥移動操縱的，即控制電磁鐵就是控制電磁閥。電磁閥一般無輔助觸點，需借助中間繼電器傳遞邏輯關係。電磁閥的結構性能用其位置數(shù)和通路數(shù)表示，“位”是指滑問位置，“通”是指流體的通道數(shù)，常用的有兩位三通、兩位四通、三位五通等。兩位四通電磁閥結構圖和功能符號如圖2-3所示。圖2-3二位四通電磁閥結構圖和功能符號3．保護電器(1)熔斷器(FU)

熔斷器是一種在短路或嚴重超載時利用熔化作用而切斷電路的保護電器，它主要由熔體和熔斷管組成。其中熔體既是敏感元件又是執(zhí)行元件。由易溶金屬製成，熔斷管用瓷、玻璃或硬制纖維製成。熔斷器種類很多，常見有:插入式、螺旋式、封閉管式和自複式。選擇熔斷器，主要選擇熔斷器的額定電壓、熔斷器額定電流等級和熔體的額定電流。對沒有衝擊電流的電路，熔體的額定電流應稍大於線路工作電流，對有衝擊電流的電路，熔體的額定電流應取為最大電流的0.4倍。(2)熱繼電器（KR）

熱繼電器是利用電流熱效應原理進行]作的—種保護電器、它在電路中主要用於超載保護。電動機具備一定的超載能力，在實際運行中，只要超載不嚴重，時間較短，溫升不超過容許值，電動機仍能工作。若超載嚴重，時間長，使電動機溫升過高，會老化繞組絕緣，嚴重時還會使繞組燒毀，因此電動機長時間工作需超載保護裝置。但熱繼電器有慣性、對短時間大電流不會立即動作、不能用於短路保護。熱繼電器的選揮主要是根據(jù)電動機的額定電流來確定型號與規(guī)格，熱繼電器元件的額定電流應接近或賂大於電動機的額定電流。在一般情況下，可選用兩相結構的熱繼電器。在惡劣工作環(huán)境可選用三相結構的熱繼電器。(3)電流(電壓)繼電器電流繼電器的作用是反映電路中電流的變化，需將其線圈串在被測電路中，為不影響電路正常工作，要求線圈的匝數(shù)少、導線粗、阻抗小。電壓繼電器的作用是反映電路中電壓的變化，和電流繼電器相比其線圈要並聯(lián)在被測電路，故要求線圈的匝數(shù)多、導線細。電流(電壓)繼電器主要用於保護電路中，按其用途又可分為過電流(電壓)繼電器和欠電流(電壓)繼電器。前者是電流或電壓超過規(guī)定值時銜鐵吸合，後者是電流或電壓低於規(guī)定值時銜鐵釋故。2.2電氣控制線路基本環(huán)節(jié)1．電路控制線路的繪製原則電氣線路根據(jù)電流和電壓的大小可分為主電路和控制電路。主電路是流過大電流或高電壓的電路，如電動機所在的電路；控制電路是流過小電流或低電壓的電路，如接觸器和繼電器的線圈所在電路以及耗能低的保護電路、聯(lián)鎖電路。電氣控制線路的表示方法有三種：

(1)電氣設備安裝圖表示各種電氣設備在機床、機械設備和電氣控制拒的實際安裝位置。各電氣元件的安裝位置是由機床結構和工作要求決定的，如電動機要和被拖動的機械部件在一起，行程開關應放在要取得信號的地方，操作元件放在操作方便的地方，一般電氣元件放在電氣控制拒內。(2)電氣設備接線圖表示電氣設備之間實際接線情況。繪製接線圖時應把各電器的各個部分(如觸點與線圈)畫在一起，文字符號、元件連接順序、線路號碼編制必須與電氣原理圖一致。電氣設備接線圖和安裝圖用於安裝接線、檢查維修和施工。(3）電氣控制原理圖電氣控制原理圖表示電氣控制線路的工作原理、以及各電氣元件的作用和相互關係，而不考慮電氣設備的實際安裝位置和實際接線情況。在繪製電氣控制原理圖時，一般應遵循以下原則(以圖2-4為例)：

1)所有電動機、電器等元件都應採用國家最新統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字元號來表示。

2)電器控制線路分主電路和控制電路。一般主電路畫在左側或上方，控制電路畫在右側或下方。

3)同一電路的不同部分(如線圈、觸點)分散在圖中不同部位。

4)電氣控制線路的全部觸點均按“平常狀態(tài)”給出，“平常狀態(tài)”對于接觸器、繼電器等是指線圈未通電時的觸點狀態(tài)，對按鈕行程開關等是指沒有受到外力時的觸點狀態(tài)。2．電氣控制線路基本環(huán)節(jié)任何一個複雜的電氣控制線路、總是由一些基本的控制環(huán)節(jié)、輔助環(huán)節(jié)和保護環(huán)節(jié)組成，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，按照一定的規(guī)律組合起來的。因此，掌握這些基本的控制環(huán)節(jié)是學習和設計複雜電氣控制電路的基礎。（1）點動、長動和停車

機床常常需要試車或調整對刀，刀架、橫樑、立柱需快速移動等，此時需要所謂的“點動”動作，即按下按鈕，電動機轉動，帶動生產(chǎn)機械運動；放開按鈕，電動機停轉，生產(chǎn)機械就停止運動。如圖2-4正常工作時又要求連續(xù)工作，按下啟動按鈕，接觸器KM的線圈通電，其主控觸點KM吸合，電動機啟動，此時輔助觸點也吸合；若鬆開按鈕，接觸器KM線圈通過其輔助觸點可以繼續(xù)保持通電，維持其吸合狀態(tài)，電動機繼續(xù)轉動。這裏是用接觸器的輔助觸點KM來代替按鈕閉合導通回路。這種利用接觸器本身的觸點來使其線圈保持長期通電的環(huán)節(jié)、叫“自鎖（保）環(huán)節(jié)”。要停車時，按下停車按鈕，接觸器KM的線圈失電，主觸點斷開，電動機失電停轉。長動與點動的主要區(qū)別是電器能否自鎖。如果生產(chǎn)機械既要能點動又要能連續(xù)工作。則可以采用圖2-5電路來實現(xiàn)。正常起動時，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1帶電並自保，需點動工作時，按下點動按鈕SB3，其常開觸點閉合，接觸器KM1通電，但SB3的常閉觸點將KM的自鋇電路切斷，手—離外按鈕，接觸器KM1失電，從而實現(xiàn)了點動控制。

圖2-4雙向起動反接制動控制電路

圖2-5既可點動又可自鎖控制線路（2）多點控制在大型機床設備中，為了操作方便或安全起見，常用到多點控制。這時的電氣控制線路、即使較複雜，常常也是動合和動斷觸點串聯(lián)或並聯(lián)組合而成。現(xiàn)把它們的相互關係歸納為以下幾個方面：

1)動合觸點串聯(lián)當要求幾個條件同時具備時，才使電器線圈得電動作，可用幾個常開觸點與線圈串聯(lián)的方法實現(xiàn)。

2)動合觸點並聯(lián)當在幾個條件中、只要求具備其中任一條件，所控制的繼電器線圈就能得電，這可以通過幾個動合觸點並聯(lián)來實現(xiàn)。

3)動斷觸點串聯(lián)當幾個條件僅具備一個時，被控制電器線圈就斷電，可用幾個動斷觸點與被控制電器線圈串聯(lián)的方法來實現(xiàn)。

4)動斷觸點並聯(lián)當要求幾個條件都具備時、電器線圈才斷電，可用幾個動斷觸點並聯(lián)，再與被控制的電器線圈串聯(lián)的方法來實現(xiàn)。圖2-6為兩地點控制的電路圖。圖2-6兩地點控制圖2-7起動順序控制圖2-8停止順序控制（3）聯(lián)鎖和互鎖

1）聯(lián)鎖在機床控制線路中，常要求電動機或其他電器有一定的得電順序。某些機床主軸須在液壓泵工作後才工作；龍門刨床工作臺移動時，導軌內必須有足夠的潤滑油；在銑床旋轉後，工作臺方可移動。這種先後順序關係稱為聯(lián)鎖。

2）互鎖在機床控制制線路中，要求兩個或多個電器不能同時得電動作，相互之間有排他性，這種關係稱為互鎖。如控制電動機的正反轉的兩個接觸器如同時得電，將導致電源短路。在比較複雜的機床中，不僅運動方向上有互鎖關係，各運動之間也有互鎖關係。故常用操作手柄和行程開關形成機械和電氣雙重互鎖。（4）電動機正反向工作自動控制因大多數(shù)機床的主鈾或進給運動都需要兩個方向運行，故要求電動機能夠正反轉。我們知道，只要把電動機定子二相繞組任意兩相調換一下接到電源上去，電動機定子相序即可改變，從而電動機就可改變轉向了。如果我們用兩個接觸器KM1和KM2來完成電動機定子繞組相序的改變，那麼控制這兩個接觸器KMl和KM2來實現(xiàn)正轉與反轉的啟動和轉換控制線路就是正反轉控制線路。見圖2-9。從圖2-9主回路上看，如果KMl和KM2同時接通，就會造成主回路的短路，故需要應用前述的互鎖環(huán)節(jié)，即兩線圈動斷觸點互相串聯(lián)在對方的控制回路中，這樣當一方得電時，由於其動觸點打開，使另一方線圈不能通電，此時即使按下按鈕，也不能造成短路。從圖2-9中可以看出，如果電動機正在正轉，想要反轉，需先停止正轉，然後才能啟動反，顯然操作不方便?？梢允褂醚}合按鈕解決這一問題，正反轉可以直接切換，使用複合按鈕同時還可以起到互鎖作用。這是由於按下SB2時，只有KMl可得電動作，同時KM2回路被切斷。同理按下sB3時，只有KM2可得電動作，同時KMl回路被切斷。圖2-9接觸器互鎖正反轉控制

但只用按鈕進行聯(lián)鎖，而不用接觸器動斷觸點之間的聯(lián)鎖，是不可靠的。在實際中可能出現(xiàn)這樣的情況，由於負載短路或大電流的長期作用，接觸器的主觸點被強烈的電弧“燒焊”在一起，或者接觸器的機構失靈，使銜鐵卡住總是在吸合狀態(tài)，這都可能使主觸點不能斷開，這時如果另一接觸器動作，就會造成電源短路事故。如果用的是接觸器動斷觸點進行聯(lián)鎖．不論什麼原因，只要一個接觸器是吸合狀態(tài)，它的聯(lián)鎖動斷觸點就必然將另一接觸器線圈電路切斷，這就能避免事故的發(fā)生。圖2-10按鈕和接觸器雙重聯(lián)鎖正反轉控制線路。圖2-10按鈕和接觸器雙重聯(lián)鎖正反轉控制線路2.3電動機的保護環(huán)節(jié)短路保護、過電流保護、故保護及欠電壓保護等。1．短路保護當電動機繞組的絕緣、導線的絕緣損壞時，或電氣線路發(fā)生故障時，例如正轉接觸器的主觸點未斷開而反轉接觸器的主觸點閉合都會產(chǎn)生短路現(xiàn)象。此時，電路中會產(chǎn)生很大的短路電流，它將導致產(chǎn)生過大的熱量，使電動機、電器和導線的絕緣損壞。因此、必須在發(fā)生短路現(xiàn)象時立即將電源切斷。常用的短路保護元件是熔斷器和斷路器。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護的電路中，當電路發(fā)生短路或嚴重超載時，它自動熔斷，從而切斷電路，達到保護的目的。斷路器(俗稱自動開關)，它有短路、超載和欠電壓保護功能。通常熔斷器比較適用於對動作準確度要求不高和自動化程度較差的系統(tǒng)中。在發(fā)生短路時很可能造成一相熔斷器熔斷，造成單相運行；但對於斷路器只要發(fā)生短路就會自動跳閘，將三相電路同時切斷。斷路器結構複雜，廣泛用於要求較高的場合。2．過電流保護由於不正確的起動和過大的負載轉矩以及頻繁的反接制動，都會引起過電流。為了限制電動機的起動或制動電流過大，常常在直流電動機的電樞回路中或交流繞線轉子電動機的轉子回路中串入附加的電阻。若在起動或制動時，此附加電阻已被短接，就會造成很大的起動或制動電流。另外，電動機的負載劇烈增加，也要引起電動機過大的電流，過電流的危害與短路電流的危害一樣，只是程度上的不同，過電流保護常用斷路器或電磁式過電流繼電器。將過電流繼電器串聯(lián)在被保護的電路中，當發(fā)生過電流時，過電流繼電器KA線圈中的電流達到其動作值，於是吸動銜鐵，打開其常閉觸點，使接觸器KM釋放，從而切斷電源。這裏過電流繼電器只是一個檢測電流大小的元件，切斷過電流還是靠接觸器。如果用斷路器實現(xiàn)過電流保護．則檢測電流大小的元件就是斷路器的電流檢波線圈，而斷路器的主觸點用以切斷過電流。3．熱保護熱保護又稱長期超載保護。所謂超載是指電動機的電流大於其額定電流。造成超載的原因很多，如負載過大、三相電動機單相運行、欠電壓運行等。當長期超載時，電動機發(fā)熱，使溫度超過允許值，電動機的絕緣材料就要變脆，壽命降低、嚴重時使電動機損壞，因此必須予以保護。常用的超載保護元件是熱繼電器。熱繼電器可以滿足這樣的要求：當電動機為額定電流時，電動機為額定溫升，熱繼電器不動作；在超載電流較小時，熱繼電器要經(jīng)過較長時間才動作；超載電流較大時，熱繼電器則經(jīng)過較短時間就會動作。由於熱慣性的原因，熱繼電器不會因電動機短時超載衝擊電流或短路電流而立即動作。所以在使用熱繼電器作超載保護的同時，還必須設有短路保護，並且選作短路保護的熔斷器熔體的額定電流不應超過4倍熱繼電器發(fā)熱元件的額定電流。4．欠電壓與零電壓保護當電動機正在運行時，如果電源電壓因某種原因消失，為了防止電源恢復時電動機自行起動的保護稱為零電壓保護，零電壓保護常選用零壓保護繼電器KHV。當電動機正常運行時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路不正常工作，可能產(chǎn)生事故。因此，需要在電源電壓降到一定允許值以下時，將電源切斷，這就是欠電壓保護。欠電壓保護常用電磁式欠電壓繼電器K當電動機正常運行時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路不正常工作，可能產(chǎn)生事故。因此，需要在電源電壓降到一定允許值以下時，將電源切斷，這就是欠電壓保護。欠電壓保護常用電磁式欠電壓繼電器KV來實現(xiàn)。欠電壓繼電器的線圈跨接在電源兩相之間，電動機正常運行時，當線路中出現(xiàn)欠電壓故障或零壓時，欠電壓繼電器的線圈KV得電，其常閉觸點打開，接觸器KM釋放，電動機被切斷電源。對於按鈕起動並具有自鎖環(huán)節(jié)的電路，本身已具有零電壓保護功能，不必再考慮零電壓保護。2.4電氣控制線路設計的常見問題通過前面的學習，我們已經(jīng)知道可將電器元件的動合，動斷觸點進行種組合，形成基本控制環(huán)節(jié)，可滿足各種控制要。從前面的討論還可以看出，機床控制過程的開始和結束、以及中間狀態(tài)的轉換都是借助於按動按鈕(人工)實現(xiàn)的，而實際系統(tǒng)中還經(jīng)常伴隨著行程(位置)、時間、電流(力或轉矩)、速度等物理量的變化。如何根據(jù)這些物理量的變化而實現(xiàn)自動控制呢?關鍵是將這些物理量(模擬量)用相應的檢測裝置轉換成開關量並應用於控制線路中。我們在本節(jié)中將對此進行討論。1．行程控制線路行程控制就是按照被控制對象的位置變化進行控制。行程控制需要行程開關來實現(xiàn)，當運動部件到達某一位置或在某一段距離內時，行程開關動作並使其動臺觸點閉臺，動斷觸點斷開。其控制線路如圖2-11a）所示。在圖2-11a）所示的控制線路中，行程開關ST1的動斷觸點串聯(lián)在KM1控制電路中，而它的動合觸點是與KM2的起動控制按鈕SB2並聯(lián)、這樣當工作臺由KM1控制前進到一定位置碰觸到ST1時，由於ST1斷觸點受壓斷開，KM1失電，工作臺停止前進；而ST1動合觸點受壓閉合，起動KM2，KM2得電自鎖，控制工作臺自動退回；當退至原位觸碰ST2時，ST2動斷觸點斷開，又使KM2關斷，使工作臺停止後退。繼而ST2動合觸點閉合又重新起動KM1，使工作臺再次前進；即實現(xiàn)了工作臺的自動往復工作。2．時間控制線路時間繼電器具有延時動作觸點，以這種觸點發(fā)出的開關信號作為受控系統(tǒng)的轉換信號，是時間控制線路的關鍵。時間繼電器有通電延時型和斷電延時型兩類。圖2-13是時間繼電器控制串電阻降壓起動控制線路。起機時按起動按紐SB1，KM1得電自保，電動機串電阻降壓起動；同時KT1得電工作計時；當計時時間到，其延時閉合的常開接點閉合，KM3得電自保，切斷串聯(lián)起動電阻，同時切斷KM1和KT1供電電源。完成電動機的串電阻降壓起動。圖2-13時間繼電器控制串電阻降壓起動控制線路

圖2-14為三相非同步電動機Y-Δ降壓起動的主回路及控制線路，KT為得電延時型時間繼電器。在正常運行時，電動機定子繞組是連接成三角形的，起動時把它連接成星形，起動完成後再恢復成三角形。從主回路可知KM1和KM2主觸點閉合，使電動機接成星形，並且經(jīng)過一段延時後KM2主觸點斷開，KM1和KM3主觸點閉合再接成三角形，從而完成降壓起動，而後再自動轉換到正常速度運行。控制線路的工作過程是：按下SB2，KMl得電自鎖，KMl在電動機運轉期間始終得電；KM2和時間繼電器KT1也同時得電，電動機Y接起動。延時一段時間後，KT1延時觸點動作，首先是延時動斷觸點斷開，使KM2失電．主回路中KM2主觸點斷開，電動機起動過程結束；隨之KM2互鎖觸點複位，KT1延時動合觸點閉合，使KM3得電自鎖，且其互鎖觸點斷開，又使KT1線圈失電，KM2不容許再得電。電動機進入Δ接線正常運行狀態(tài)。圖2-14時間繼電器控制Y-Δ降壓起動控制線路

圖2-15時間繼電器控制交流電動機能耗制動控制線路

圖2-15是時間繼電器控制的交流電動機能耗制動控制線路圖。三相非同步電動機的能耗制動是在電動機定子繞組交流電源被切斷後，在定於兩相繞組間加進直流電源，產(chǎn)生一個恒定磁場，利用慣性轉動的轉子切割其磁力線所產(chǎn)生的轉子電流在磁場中受力，從而產(chǎn)生制動力矩使電動機快速地停車在圖2-15控制線路中，SB1用於起動，SB2用於制動，KM2為制動用接觸器。若在電動機正在運行時，按下SB2，KM1斷電，切除交流運行電源。制動接觸器KM2及時間繼電器KT1得電，KM2得電自鎖使直流電接入主回路進行能耗制，KT1得電開始計時。當速度接近零時，延時時間到，KT1的延時動斷觸點打開，KM2失電，主回路中KM2主觸點打開，切斷直流電源，制動結束。

圖2-16是時間繼電器控制的雙速電動機自動加速控制電路圖。雙速電動機在機床，諸如車床、銑床等中都有較多應用。雙速電動機是由改變定子繞組的磁極對數(shù)來改變其轉速的。如圖2-16主電路所示，若將出線端1、2、3接電源，4、5、6懸空。每相繞組中兩線圈串聯(lián)，有四個極對數(shù)，低速運行；如將出線端1、2、3短接，4、5、6接電源，每相繞組中兩線圈並聯(lián)，極對數(shù)減半，有兩個極對數(shù)，高速運行。起動時，按起動按紐SB2，KT2立即得電、KM1、KA1得電自保，電動機低速起動；KA1得電後，KT2失電並開始計時；當延時時間到，KM1失電，KM2得電，電動機高速運行；自動完成加速控制雙速電動機的加速控制。圖2-16時間繼電器控制雙速電動機自動加速控制電路

3．速度控制圖2-15為一雙向反接制動的電氣控制線路。按下正向起動按鈕SB2，接觸器KM1吸合併自保，電動機正轉。當電動機正轉時．正向速度繼電器KSl常閉觸點打開，常開觸點閉合，為制動做好準備。由於KM1互鎖觸點作用，KM2不會通電。欲使電動機停轉，按一下停止按鈕SB1，KMl停電釋放，反向接觸器KM2立即吸合。電動機定子電源反相序，因而是反接制動，轉速迅速下降，當轉速接近零時，速度繼電器的正向常開觸點KS1斷開，KM2斷電釋放，反接制動結束。問題：在停車期間、如遇調整、對刀等，需用手轉動機床主軸，則速度繼電器的轉子也將隨著轉動，其動合觸點閉合，反向接觸器得電動作，電動機處子反接制動狀態(tài)，不利於調整工作。為解決這個問題，控制線路中停止按鈕使用了複合按鈕SB4，如圖2-18所示，這樣在用手轉動電動機時，雖然KS的動臺觸點閉合，但只要不按停止按鈕SB4，反向接觸器不會得電，電動機也就不會反接於電源。只有操作停止按鈕SB4時，制動線路才能接通。圖2-17雙向反接制動的電氣控制線路圖2-18改進的雙向反接制動的電氣控制線路

4．電流控制電流的強、弱既可作為電路或電器元件保護動作的依據(jù)，也可反映機床控制中其他物理量如卡緊力或扭矩等控制信號的大小。通常電流控制是借助於電流繼電器來實現(xiàn)的，當電路中的電流達到菜一預定值時，電流繼電器的觸點動作，切換電路，達到電流控制的目的。圖2-19為龍門刨床利用電流控制實現(xiàn)橫樑自動夾緊的線路。扳動夾緊手柄，STi被壓動，夾緊電動機正轉，夾緊；當夾緊力達到預定值時，KA動作，自動切斷KMl線圈回路，停止夾緊。圖2-19電流控制線路以上我們介紹的幾種基本電氣控制線路實際上對應的是四種一般控制原則，即行程控制原則、時間控制原則、電流控制原則和速度控制原則，簡單總結如下：

1)行程控制原則就是根據(jù)生產(chǎn)機械運動部件的行程或位置，利用行程開關控制電路的工作狀態(tài)。

2)時間控制原則就是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求．利用時間繼電器按一定的時間間隔發(fā)出切換信號，控制電路的工作狀態(tài)。

3)電流控制原則是根據(jù)主回路電流變化，利用電流繼電器控制電路工作狀態(tài)。

4)速度控制原則是根據(jù)電動機的轉速變化，利用速度繼電器等電器來控制電動機的運行狀態(tài)。應該注意的是，上述幾種一般控制原則，在實際應用時並不相互矛盾、彼此獨立，倒是常常結合在一起，形成複合電氣控制線路。2.5電氣控制線路的一般設計方法電氣控制線路的設計方法一般有兩種，即一般設計法和邏輯設計法。一般設計法又稱經(jīng)驗設計法，是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，利用各種典型的線路環(huán)節(jié)組合設計而成。這種設計方法比較簡單，但要求設計人員必須熟悉大量的控制線路，具有豐富的設計經(jīng)驗。在設計過程中往往需要經(jīng)過反復修改，即使這樣設計出來的線路可能不是最簡、最佳方案。邏輯設計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，利用邏輯代數(shù)來分析、設計線路的。用這種方法設計的線路比較合理，特別適合完成較複雜的生產(chǎn)工藝所要求的控制線路。但是邏輯設計法難度較大，不易掌握。這裏僅介紹一般設計法。用一般設計方法設計控制線路時的設計思路和應注意的幾個原則如下：1．用一般設計方法設計控制線路時的設計思路1)應最大限度地瞭解生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制線路的要求。設計之前，電氣設計人員要調查清楚生產(chǎn)要求、工藝要求、每一程式的工作情況和運動變化規(guī)律，所需要的保護措施、並對同類或接近產(chǎn)品進行調查、分析、綜合，作為具體設計電氣控制線路的依據(jù)。2)根據(jù)工藝要求和工作程式，逐一畫出運動部件或執(zhí)行元件的控制電路。合理運用各控制原則；將成熟的常用環(huán)節(jié)組合應用於控制電路中，對需要保持元件狀態(tài)的電路，要加自鎖環(huán)節(jié)；對於電磁閥和電磁鐵等無記憶功能的元件，應利用中間繼電器進行記憶。3)根據(jù)控制要求將手動與自動選擇、點動控制、各種保護環(huán)節(jié)等分別接入線路。

4)線路完善，簡化線路，去除多餘線路和觸點。5)選擇電器件，確定動作整定值。6)設計接線圖，編寫設計檔。2．在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應力求簡單、經(jīng)濟1)儘量選用標準、常用或經(jīng)過實際考驗過的線路和環(huán)節(jié)。2)減少連接導線的數(shù)量和長度。圖2-20所示兩線路在原理上完全相同，但在實際接線時所需連接導線的數(shù)量和長度卻不同。c）、d）的接線是不合理的，因為按鈕在操作臺上，而電器在電氣櫃內，這樣a）中操作臺和電氣櫃的實際引線為三條，c）中的實際引線則為四條；對於多點控制的b）、d）而言，因需兩地操作，b）比d）也少用連接導線。3)儘量縮減電器的數(shù)量，採用標準件，並盡可能選用相同型號。4)應減少不必要的觸點以簡化線路，這樣也可以提高可靠性。在簡化過程中，主要著眼於同類性質的合力，同時應注意觸點的額定電流是否允許。5）控制線路在工作時，除必要的電器必須通電外，其餘的儘量不通電以節(jié)約能源。圖2-20電氣元件的合理接線

3．保證控制線路工作的可靠和安全

為了保證控制線路工作可靠，應儘量選用機械和電器壽命長、結構堅實、動作可靠、抗干擾性能好的電器。同時應注意以下幾點：

1)設計電路時，應正確連接電器的線圈。在設計控制電路時，電器線圈的一端應統(tǒng)一接在電源的同一端。使所有電器的觸點在電源的另一端、這樣當電器的觸點發(fā)生短路故障時，不致引起電源短路，同時安裝接線也方便。

2)在交流控制電路中不能串聯(lián)接入兩個電器的線圈。當兩個交流線圈串聯(lián)使用時，其中某一個至多只能得到一半的電源電壓．由於電壓與線圈阻抗成正比，兩個電器動作總是有先有後，不可能同時吸合。假如交流接觸器KM1先吸合，由於KMl的磁路閉合，線圈的電感顯著增加，因而在該線圈上的電壓降也相應增大，從而使另一個接觸器KM2的線圈電壓達不動作電壓。因此兩個電器需要同時動作時其線圈應該並聯(lián)連接。3)在控制線路中應避免出現(xiàn)寄生電路。在控制線路的動作過程中，那種意外接通的電路叫寄生電路(或叫假回路)。圖2-23是一個具有指示燈和熱保護的電路。在正常工作時，能完成起動、停止和信號顯示。接觸器KM2工作時，苦熱繼電器KR動作，線路就出現(xiàn)了寄生電路，如圖2-23中虛線所示，使接觸器KM2有可能繼續(xù)保持而不能釋放，起不了保護作用。4)線上路中儘量避免許多電器依次動作才能接通另一個電器的控制電路。5)設計的線路應能適應所在電網(wǎng)的情況。根據(jù)電網(wǎng)容量的大小、電壓、頻率的波動範圍以及允許的衝擊電流數(shù)值等決定電動機的起動方式是直接起動還是減壓起動。6)線上路中採用小容量繼電器的觸點來控制大容量接觸器的線圈時，要計算繼電器觸點斷開和接通容量是否足夠。如果不夠，必須加小容量接觸器或中間繼電器，否則工作不可靠。7)在控制線路中充分考慮各種聯(lián)鎖關係以及各種必要的保護環(huán)節(jié)，以避免因誤操作而發(fā)生事故。圖2-23寄生電路

2.6設計舉例下麵通過一個實例介紹電氣統(tǒng)制線路的一般設計方法。擬設計某機床主電動機控制線路。要求：1)可正反轉；2)雙向點動控制13)雙向反接制4)有短路和超載保護。1．電路設計(1)主電路設計點動時要頻繁起動，定子回路應串入限流電阻，反接制動時為減少制動電流，定子回路也應串入限流電阻。而在正常正反轉運轉時，應旁路限流電阻。故主電路應具有正反轉選擇和是否串入限流電阻選擇功能、如圖2-24所示，正常正反轉運轉時，KM主觸點應閉合；點動或制動時，KM主觸點應斷開。圖2-24車床電氣原理圖(2)控制電路設計圖2-25點動控制線路

圖2-26正反向及制動控制線路

1)點動控制點動時定子回路應串入限流電阻，按下按鈕SB4，接觸器KM1得電吸臺。它的主觸點閉合，KM4不得電，電動機的定子繞組經(jīng)限流電阻R和電源接通．電動機在較低速度下正向起動。鬆開按鈕SB4，KMl斷電，電動機停止轉動。在點動過程中．繼電器KM線圈不通電，KMl線圈不會自鎖。反方向時類同。見圖2-25。2)主軸電動機的反接制動控制反接制動時定子回路也應串人限流電阻。速度繼電器與被控電動機是同軸聯(lián)結的，當電動機正轉時．速度繼電器正轉動合觸點KSl閉合；電動機反轉時，速度繼電器的反轉動合觸點KS2閉合。當電動機正向旋轉時，接觸器KMl和KM都處於得電動作狀態(tài)，速度繼電器正轉動合觸點KS1閉合，這樣就為電動機正轉時的反接制動做好了準備。當要停車制動時，按下制動按鈕SBI，各接觸器都失電；鬆開按鈕SB1，經(jīng)正轉動合觸點KSl接通反轉接觸器KM2。當電動機的轉速下降到速度繼電器的複位轉速時，速度繼電器KSl動合觸點斷開，切斷了接觸器KM2線圈的通電回路，電動機停止。電動機反轉時的制動與正轉時的制動相似，見圖2-26。

3)主電動機的正反轉控制電路主電動機正轉由正向起動按鈕SB2控制，按下按鈕SB2時，接觸器KM首先得電動作，它的主觸點閉合將限流電阻短接。接觸器KM的輔助觸點閉合使接觸器KM1得電吸合，電動機在滿電壓下正向起動。反向時按下起動按鈕SB3，KM2的主觸點將三相電源反接，電動機在滿電壓下反向起動。KMl和KM2的動斷觸點分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到了電動機正轉與反轉的電氣互鎖作用。

4)電動機超載及聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)完成各控制功能後還應考慮電動機正反向控制的互鎖，電動機超載保護、短路保護等。2．線路的完善和校驗控制線路初步設計完後，可能還有衝突和不合理的地方、需進一步校驗，並簡化線路。3．選擇電器件，確定參數(shù)和型號(略)。習題與思考題22-1試述“自鎖”、“聯(lián)鎖”、“互鎖”的含義，並舉例說明各自的作用。2-2短路保護、過電流保護及熱繼電器保護有何區(qū)別?各自常用的保護元件是什麼?2-3為什麼電動機應具有零電壓和欠電壓保護?2-4試以行程原則和時間原則來設計某機床工作臺往復移動。要求在原位和終點間往復移動，當往復時間超時，立即返回並燈光報警。2-5電磁繼電器與接觸器的區(qū)別主要是什？’2-6為什麼熱繼電器不能作短路保護而只能作長期超載保護？熔斷器則相反，為什麼?2-7設計一臺專用機床的電氣控制線路圖。該專用機床採用鑽孔倒角組合工具加工零件的孔和倒角。其加工工藝是：快進→工進→停留光刀→快退→停車。專用機床採用三臺電動機，其中M1為主運動電動機；M2為工進電動機；M3為快速移動電動機。設計要求：1)工作臺工進至終點或返回原位，均有限位開關使其自動停止,為保證工進定位準確，要求採用制動措施2)快速電動機要求有點動調整。3)只有主電動機工作時方能工作進給,工作進給時禁止快進。4)設置緊急停止按鈕並返回。5)有短路、超載保護。2-8試設計一臺電動機的控制線路，要求能正反轉並實現(xiàn)能耗制動。2-9試設計一條自動運輸線，有兩臺電動機：Ml拖動運轉機，M2拖動卸料機。要求：

1)Ml先起動後，才允許M2起動；

2)M2先停止，經(jīng)一段時間後M2才自動停止，且M2

可以單獨停；

3)兩臺電動機均有短路、超載保護。2-10圖2-27為機床自動間歇潤滑的控制線路圖，其中接觸器KM為潤滑油泵電動機起停用接觸器(主電路未畫出)，控制線路可使?jié)櫥幸?guī)律地間歇工作。試分析此線路的工作原理，並說明開關s和按鈕sB的作用。]2-11試分析下列線路的工作原理，並說明線路中用了哪些基本的控制環(huán)節(jié)。進給伺服驅動系統(tǒng)主編張愛紅（2007版）一、數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求

精度高回應快、無超調調速範圍寬二、進給伺服系統(tǒng)的分類

步進驅動系統(tǒng)直流伺服驅動系統(tǒng)交流伺服驅動系統(tǒng)單元一步進驅動系統(tǒng)一、步進驅動系統(tǒng)的組成

數(shù)控裝置環(huán)形分配器指令脈衝步進電動機功率放大器電源步進電動機齒輪箱工作臺

步進驅動系統(tǒng)沒有位置回饋回路與速度回饋回路，一般用於對速度和精度要求不高的中、小型經(jīng)濟型數(shù)控機床上。二、步進驅動系統(tǒng)的控制工作臺位移量的控制hM

進給脈衝的數(shù)量

定子繞組通電狀態(tài)變化次數(shù)

步進電動機轉子角位移機床工作臺位移量，由此得出：

脈衝當量：δ=θh/(360i)其中：θ為步進電動機步距角；h為滾珠絲杠螺距；i為減速齒輪的減速比。

2.工作臺進給速度控制

進給脈衝頻率f定子繞組通/斷電狀態(tài)的變化頻率f步進電動機轉速ω工作臺的進給速度F。步進驅動系統(tǒng)的進給速度：F=60δf(mm／min)其中：f為輸入到步進電動機的脈衝頻率。3.工作臺運動方向控制

輸入脈衝信號的迴圈順序方向定子繞組中電流的通斷迴圈順序電動機的轉動方向工作臺進給方向。

三、步進電動機1.