第四章控制工程中常用驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)

第四章控制工程中常用的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)4.1繼電接觸式控制系統(tǒng)在以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的生產(chǎn)機(jī)械中，要根據(jù)生產(chǎn)過程的要求對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動(dòng)等方面的控制。

對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制常要用到開關(guān)、繼電器及接觸器等控制電器組成的控制電路——這種控制電路稱為繼電接觸式控制系統(tǒng)。

控制電器可分為兩大類：手動(dòng)電器，如按鈕、組合開關(guān)及閘刀開關(guān)等；自動(dòng)電器，如繼電器、接觸器及行程開關(guān)等。4.1.1電氣控制線路的圖形、文字符號(hào)1、圖形符號(hào)及文字符號(hào)(1990年1月1日開始執(zhí)行的)由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的GB/T4728.1~5-2005及其GB/T4728.6~13-2008

《電氣圖用符號(hào)》及GB/T6988-2008《電氣制圖》和GB/T7159-1987《電氣技術(shù)中的文字符號(hào)制訂通則》。常用電氣圖形符號(hào)和文字符號(hào)如P99的表4-1和表4-2，表4-3所列。2、接線端子標(biāo)記符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4026-1983《電器接線端子的識(shí)別和用字母數(shù)字符號(hào)標(biāo)記接線端子的通則》。4.1.2電氣原理圖畫法1、電氣控制線路的定義以各類電機(jī)或其他執(zhí)行電器為被控對(duì)象，以繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)、保護(hù)元件等器件組成的控制線路，通稱為電氣控制線路，即繼電接觸式控制系統(tǒng)。2、電氣控制線路的表示方法

電氣控制原理圖、電氣設(shè)備安裝圖和電氣設(shè)備接線圖三種動(dòng)作電流范圍整定值

CW6132型普通車床電氣原理圖

繪制電氣原理圖應(yīng)遵循的原則①所有電器元件的圖形、文字符號(hào)必須采用國(guó)家規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。②電器控制線路根據(jù)電路通過的電流大小可分為主電路和控制電路。③采用電器元件展開圖的畫法，即同一電器元件的各部件可以不畫在一起，但需用同一文字符號(hào)標(biāo)出。④所有按鈕、觸頭均按沒有外力作用和沒有通電時(shí)的原始狀態(tài)畫出。⑤控制電路的分支線路，原則上按照動(dòng)作先后順序排列?！魣D面區(qū)域的劃分按被控對(duì)象和控制功能的不同進(jìn)行劃分。電氣控制原理圖電氣設(shè)備安裝圖各種電氣設(shè)備在機(jī)械設(shè)備和電氣控制柜中的實(shí)際安裝位置安裝圖機(jī)械設(shè)備的工作要求機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)的機(jī)械部件傳感器與被檢測(cè)信號(hào)的來(lái)源點(diǎn)電氣元件的操作、檢修等需求信號(hào)傳輸?shù)男枨?，電纜的分布等等CW6132型車床控制盤電器布置圖電器元件的布置應(yīng)注意以下幾方面：①體積大和較重的電器元件應(yīng)安裝在電器安裝板的下方，而發(fā)熱元件應(yīng)安裝在電器安裝板的上面。②強(qiáng)電、弱電應(yīng)分開，弱電應(yīng)屏蔽，防止外界干擾③需要經(jīng)常維護(hù)、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低。④電器元件的布置應(yīng)考慮整齊、美觀、對(duì)稱。外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器安裝在一起，以利安裝和配線。⑤電器元件布置不宜過密，應(yīng)留有一定間距。如用走線槽，應(yīng)加大各排電器間距，以利布線和維修。CW6132型車床電氣設(shè)備安裝布置圖電氣設(shè)備接線圖各種電氣設(shè)備之間的實(shí)際接線情況CW6132型車床電氣互連圖4.1.3籠型電動(dòng)機(jī)（三相籠型異步電動(dòng)機(jī)）的起動(dòng)控制線路三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的控制線路大都由繼電器、接觸器和按鈕等有觸點(diǎn)的電器組成。其基本的控制線路有：直接起動(dòng)控制線路、正反轉(zhuǎn)控制線路、減壓起動(dòng)控制線路、點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)動(dòng)的控制線路、多地點(diǎn)控制線路、順序控制線路和自動(dòng)循環(huán)控制線路。

1、直接起動(dòng)控制線路

KM12FRFU1SB1SB2KMKMFR控制電路主電路QFU2M3~M3~FRSB1SB2FRKMKMKMFUABC控制電路具有的功能1、短路保護(hù)FU2、過載保護(hù)FR3、失壓、欠壓保護(hù)KM4、自鎖KM5、SB2起動(dòng)按鈕6、SB1停車按鈕Q若將控制電路中的自鎖觸點(diǎn)KM除去，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制。按下起動(dòng)按鈕電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)，一松手就停止。點(diǎn)動(dòng)控制在生產(chǎn)中也是常見的。M3~FRSB1SB2FRKMKMKMFUABC此時(shí)，無(wú)自鎖。Q2、籠型電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制線路FRFUKMFSKMR要使電動(dòng)機(jī)給夠?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)，只要把接到電源的任意兩根聯(lián)線對(duì)調(diào)一頭即可。為此用兩個(gè)接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求。設(shè)KMF為實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)的接觸器，KMR

為實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)的接觸器。ABCUVW合上S

接通電源其主觸點(diǎn)閉合讓KMF線圈通電

三相電源ABC分別通入電機(jī)三相繞組UVW，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。其主觸點(diǎn)閉合讓KMR線圈通電

三相電源ABC通入電機(jī)三相繞組變?yōu)锳—U

未變，但B—W，C—V。電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)KMF線圈斷電，主觸點(diǎn)打開，電機(jī)停。M3~→電機(jī)正轉(zhuǎn)并自鎖

主電路籠型電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制線路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRSM3~KMRKMRSBRKMRKMFKMR控制電路動(dòng)作次序按SBF→

KMF通電動(dòng)合觸點(diǎn)閉合→實(shí)現(xiàn)互鎖功能合上S接通電源動(dòng)斷觸點(diǎn)打開按SB1

→KMF斷電→電機(jī)停轉(zhuǎn)按SBR→

KMR通電動(dòng)合觸點(diǎn)閉合→

實(shí)現(xiàn)互鎖功能動(dòng)斷觸點(diǎn)打開→電機(jī)反轉(zhuǎn)并自鎖缺點(diǎn)：要想改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，必須先按停止按鈕。3、籠型異步電動(dòng)機(jī)的減壓?jiǎn)?dòng)控制線路

較大容量的籠型異步電動(dòng)機(jī)（大于10kw）直接啟動(dòng)時(shí)，電流為其額定電流的4—8倍，過大的啟動(dòng)電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的沖擊，所以一般采用減壓方式來(lái)啟動(dòng)，即起動(dòng)時(shí)降低電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，起動(dòng)后恢復(fù)，降低電壓可以減小起動(dòng)電流，不產(chǎn)生大的電壓降，減小對(duì)線路電壓的影響。降壓起動(dòng)的方式：◆“Y-Δ”換接◆定子串電阻◆自藕變壓器◆磁控式軟啟動(dòng)器◆目前最先進(jìn)最流行的電子軟啟動(dòng)器星-三角形減壓起動(dòng)控制線路定子繞組星形連接狀態(tài)下起動(dòng)電壓為三角形連接直接起動(dòng)電壓的。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為三角形連接直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的，起動(dòng)電流也為三角形連接直接起動(dòng)電流的。4.1.4電氣控制線路的設(shè)計(jì)一、電氣控制設(shè)計(jì)的一般原則二、電氣控制設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和內(nèi)容三、電氣控制原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟四、電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)方法◆最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)工藝對(duì)電氣控制的要求，這些生產(chǎn)工藝要求是電氣控制設(shè)計(jì)的依據(jù)?！粼跐M足控制要求前提下，設(shè)計(jì)方案力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、合理，不要盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)?！粽_、合理地選用電器元件，確保控制系統(tǒng)安全可靠地工作?！魹檫m應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制設(shè)備時(shí)，設(shè)備能力留有適當(dāng)裕量。一、電氣控制設(shè)計(jì)的一般原則電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)和編制出電氣設(shè)備制造和使用維修中必備的圖樣和資料等。包括電氣原理圖設(shè)計(jì)和電氣工藝設(shè)計(jì)兩部分。1、電氣原理圖設(shè)計(jì)內(nèi)容◆

擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書◆選擇電氣拖動(dòng)方案和控制方式◆

確定電動(dòng)機(jī)類型、型號(hào)、容量、轉(zhuǎn)速◆設(shè)計(jì)電氣控制原理框圖，確定各部分之間的關(guān)系，擬訂各部分技術(shù)指標(biāo)與要求二、電氣控制設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和內(nèi)容◆

設(shè)計(jì)并繪制電氣控制原理圖，計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)◆

選擇電氣元件，制定元件目錄清單◆

編寫設(shè)計(jì)說明書2、電氣工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容◆

依據(jù)電氣原理圖，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖◆

對(duì)總原理圖進(jìn)行編號(hào)，繪制各組件原理電路圖，列出各部件的元件目錄表◆設(shè)計(jì)組件電器裝配圖、接線圖，圖中應(yīng)反映元件的安裝方式和接線方式◆

編寫使用維護(hù)說明書◆

根據(jù)選定的拖動(dòng)方案和控制方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理框圖，擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)。◆

根據(jù)各部分的要求，設(shè)計(jì)出原理框圖中各部分的具體電路。對(duì)于每一部分電路的設(shè)計(jì)都是按照主電路→控制電路→聯(lián)鎖與保護(hù)→總體檢查，反復(fù)修改與完善的步驟來(lái)進(jìn)行。◆

繪制系統(tǒng)總原理圖。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分電路聯(lián)成一個(gè)整體，完善輔助電路，繪成系統(tǒng)原理圖?！?/p>

合理選擇電氣原理圖中每一電器元件，制訂出元器件目錄清單。三、電氣控制原理圖設(shè)計(jì)的基本步驟經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和邏輯設(shè)計(jì)法兩種1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求和加工過程，利用各種典型的基本控制環(huán)節(jié)加以修改補(bǔ)充、完善，最后得出最佳方案。若沒有典型的控制環(huán)節(jié)可采用，則按照生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，一般應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：四、電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)方法（1）保證控制線路工作的安全和可靠性電器元件要正確連接，電器的線圈和觸頭連接不正確，會(huì)使控制線路發(fā)生誤動(dòng)作，有時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的事故?！艟€圈的連接在交流控制線路中，線圈不能串聯(lián)接入兩個(gè)電器線圈，如下圖。兩個(gè)電器需要同時(shí)動(dòng)作時(shí)，線圈應(yīng)并聯(lián)連接。KAKM1KM2◆電器觸頭的連接同一個(gè)電器的常開觸頭和常閉觸頭位置靠得很近，不能分別接在電源的不同相上。如下圖所示不正確正確◆線路中應(yīng)盡量減少多個(gè)電器元件依次動(dòng)作后才能接通另一個(gè)電器元件，如下圖所示。

◆應(yīng)考慮電器觸頭的接通和分?jǐn)嗄芰?，若容量不夠，可在線路中增加中間繼電器，或增加線路中觸頭數(shù)目。增加接通能力用多觸頭并聯(lián)連接；增加分?jǐn)嗄芰τ枚嘤|頭串聯(lián)連接。（2）控制線路力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)◆盡量減少觸頭的數(shù)目◆

盡量減少連接導(dǎo)線◆

盡量減少電器元件的帶電時(shí)間減少觸頭數(shù)目減少連接導(dǎo)線不合理合理（3）防止寄生電路控制電路在正常工作或事故情況下，發(fā)生意外接通的電路叫寄生電路。若控制電路中存在寄生電路，將破壞電器和線路的工作順序，造成誤動(dòng)作：如圖所示電路在正常工作時(shí)能完成正、反向起動(dòng)，停止時(shí)信號(hào)指示，但當(dāng)熱繼電器FR（K）動(dòng)作時(shí)，線路出現(xiàn)了寄生電路，圖中虛線所示，使正向接觸器KM1不能釋放，起不了保護(hù)作用。（4）應(yīng)具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)◆短路保護(hù)◆過流保護(hù)◆欠電壓◆過載保護(hù)◆零電壓保護(hù)電氣控制線路常用保護(hù)環(huán)節(jié)（5）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的應(yīng)用舉例◆工藝簡(jiǎn)介右圖為鉆削加工時(shí)刀架的自動(dòng)循環(huán)示意圖，具體要求為：自動(dòng)循環(huán)：即刀架由位置1移動(dòng)到位置2進(jìn)行鉆削加工后自動(dòng)退回位置1，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。無(wú)進(jìn)給切削：即鉆頭到達(dá)位置2時(shí)不再進(jìn)給，但鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行無(wú)進(jìn)給切削以提高工件加工精度?？焖偻＼嚕和＼嚂r(shí)，要求快速停車以減少輔助工時(shí)。SQ2SQ1◆控制線路的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)主電路確定控制電路的基本部分刀架前進(jìn)、后退的控制線路設(shè)計(jì)控制電路的特殊部分刀架的自動(dòng)循環(huán)控制無(wú)進(jìn)給切削的實(shí)現(xiàn)快速停車的實(shí)現(xiàn)2、邏輯設(shè)計(jì)法邏輯設(shè)計(jì)法是把電器控制線路中的接觸器、繼電器等電器元件線圈的通電和斷電、觸頭的閉合和斷開看成是邏輯變量，線圈的通電狀態(tài)和觸頭的閉合狀態(tài)設(shè)定為“1”態(tài)；線圈的斷電狀態(tài)和觸頭的斷開狀態(tài)設(shè)定為“0”態(tài)。根據(jù)工藝要求將這些邏輯變量關(guān)系表示為邏輯函數(shù)的關(guān)系式，再運(yùn)用邏輯函數(shù)基本公式和運(yùn)算規(guī)律對(duì)邏輯函數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，然后由簡(jiǎn)化的邏輯函數(shù)式畫出相應(yīng)的電氣原理圖，最后再進(jìn)一步檢查、完善，以期得到既滿足工藝要求，又經(jīng)濟(jì)合理安全可靠的最佳設(shè)計(jì)線路。用邏輯函數(shù)來(lái)表示控制元件的狀態(tài)，實(shí)質(zhì)上是以觸頭的狀態(tài)作為邏輯變量，通過簡(jiǎn)單的“邏輯與”、“邏輯或”、“邏輯非”等基本運(yùn)算，得出其運(yùn)算結(jié)果，此結(jié)果即表明電器控制線路的結(jié)構(gòu)。例：兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的起?？刂颇硻C(jī)床由兩臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)M1與M2拖動(dòng)，其控制要求為：1、M1