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机电传动控制教案学院、系机械电子工程学院机电系任课教师任有志授课专业机械设计制造及其自动化课程学分课程总学时60学时课程周学时2006年2月20日机电传动控制教学进程周次课次章节计划学时教学手段教学环境22334455667788991010111112121313141415151616121212121212121212121212121212§
1.1§
1.2§
1.3§
2.1§
2.3§
2.4§
3.1§
3.2§
3.3§
3.4§
3.5§
3.6§
5.1§
5.2§
5.3§
5.4§
5.4§
5.5§
5.7§
5.8§
6.1§
6.2§
6.3§
6.4§
6.5§
6.7§
7.1§
7.2§
7.3§
7.4§
7.5§
7.6电动机原理习题讨论课§
8.1§
8.1§
8.2实验课继电器接触器控制实验习题讨论课§
8.3§
8.4§
9.1§
9.2实验课可编程序控制器认识实验§
9.3§
9.3实验课可编程序控制器编程练习§
10.1§
10.2§
10.3§
10.5§
10.6实验课晶闸管特性及触发原理§
11.1§
11.2§
11.3§
11.4§
12.1§
13.1§
13.2§
13.3§
13.4实验课题讨论课222222222222222222222222222222讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授讲授辅导讲授讲授讲授指导辅导讲授讲授指导讲授指导讲授讲授指导讲授讲授讲授讲授讲授讲授指导辅导多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室多媒体教室机电实验室多媒体教室第1次课2学时上次课复习本次课题(或教材章节题目)§
1.1目的和任务§
1.2发展概况§
1.3内容安排§
2.1运动方程式§
2.3生产机械的机械特性§
2.4稳定条件教学要求了解机电传动的目的、任务和发展概况,掌握机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性和机电传动系统稳定运行的条件重点机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件难点机电传动系统的运动方程、机电传动系统稳定运行的条件教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
1.
1、§
1.
2、§
1.3——
0.5学时§
2.
1、§
2.
3、§
2.4——
1.5学时课后作业习题
2.
10、
2.11参考资料第一章概述§
1.1机电传动的目的和任务
1.传动——运动的传递(能量)传动的分类(按机械动能传递方法)
(1)机械传动a.齿轮b.杠杆如自行车驱动力、链传动c.皮带d.机构等刹车、连杆机构传递力或力矩(机械能)(2〕流体传动a.液压与气动(压力能)b.液力传动(流体动能)
(3)机电传动电力拖动
(4)另外还有其它的传动方式注有时,在一个生产机械中由几种传动形式联合工作
2.机电传动-(本课程研究的内容)以电动机为原动机驱动生产机械的传动系统服务对象各种生产机械电能机械能—————电动机—————————生产机械它是一种由电能转变成机械能的传动系统,所以有时也称为电力传动或电力拖动
3.机电传动控制目前由于生产技术的不断发展,生产机械的自动化程度和生产精度不断提高,所以要求机电传动系统不仅完成能量转换的工作还要对传动过程进行控制本课程所研究的就是这二部分内容传动及控制所以课程名称叫《机电传动控制》
4.机电传动控制的任务———控制电动机驱动生产机械设备,实现具体的工作要求举例天车的吊起、制动机床切削过程电梯平稳升降及定位轧机的换向等§
1.2机电传动发展概况简单的可以分为a.成组拖动(传动)b.单电机拖动c.多电机拖动三个阶段从控制系统的功率器件上分类a.接触器和继电器时代b.电机放大机及磁放大机时代c.可控硅(晶闸管)另外,由于计算机技术的发展,又出现了a.模拟控制b.数字控制(数控机床)§
1.3内容安排
1.《机械电子》专业是一个以机为主机电结合的专业课程设置(具了解)基本上是这样的《电路基础》电学基础《模拟电子》电子技术(弱电)《数字电子》计算机技术《机电传动控制》包括了所有应掌握的强电内容用以上四门课程取代了机械专业的《电工学》课程
2.本门课包括以下几个方面
(1)电机原理及特性:交、直、特殊、三~七章
(2)电器及控制接触器,继电器;保护及控制器八章
(3)可编程序控制器(PC)原理及应用九章
(4)可控硅原理及应用:晶闸管十章
(5)调速系统:交流、直流电力拖动
十一、十二章
(6)步进电机调速系统:自动化十三章
3.课程特点综合性比较强(面宽)实践性比较强与生产实践联系较强(教学实验)
4.教学实验计划开五个
5.学时安排由于作者建议用90学时讲授,实际他用大约70学时我们目前安排了60个学时教学实验建议开八个实际开出了五个我们目前条件可开六个但学时数的关系开五个第二章机电传动的动力学基础§
2.1运动方程式
1.对于一个电动机输出轴上的运动情况有Tm电机的输出扭矩TL电机的负载扭矩ω为角速度J转动惯量n为转速k为常数
2.意义Tm与TL之差将产生加速度当TmTL时,加速当TmTL时,减速当Tm=TL时,匀速(平衡)
3.Tm与TL的正反以转速的方向为准(n)Tm与n同向时为正(拖动)反之为负(制动)TL与n反向时为正(制动)反之为负(拖动)解释提升重物升Tm为正,TL正降TL为负,Tm负(制动)第5页2个图§
2.3生产机械的机械特性机械特性生产机械转轴(电机轴)上的负载转矩和转速之间的函数关系分为以下几种§
2.
3.1恒转矩机械特性特点负载转矩为常数,TL=C可分为:反抗(摩擦)与n同号(总制动)位能方向一定反抗转矩位能转矩离心风机特性例切削力吊重物§
2.
3.2离心风机特性特点Tc=cn2与转速平方成正比§
2.
3.3直线型特性特点:TL=cn§
2.
3.4恒功率型特性特点:TL=c/n直线型恒功率型§
2.4机电传动系统的稳定运行条件电动机的机械特性是Tm=fn曲线及驱动扭矩和转速的函数关系生产机械的机械特性是TL=fn曲线及负载扭矩和转速的函数关系当电动机作为生产机械的原动机(动力源)时,两个函数中的n为同一个参数在运行中由运动方程式可知,要想稳定运行,速度应匀速不变及TL=Tm时及是稳定的一个条件所以系统稳定运行的条件之一是
1、电动机和生产机械的机械特性曲线应有交点此处Tm=TL(匀速)例曲线1和2,附合这个条件有a、b交点曲线1和3,不附合另外,应有抗干扰能力:当有外来干扰时会引起n变化当干扰消失后,n应恢复原状态所以另一个稳定条件是:
2、当有外加干扰使n变化时,干扰消除后n应能自行恢复到原状态这件条件的判断原则是:当n↑TmTL当n↓TmTL由运动方程看当干扰使n↑时干扰消除后希望n↓这时如Tm-TL0则负加速当干扰使n↓时干扰消除后希望n↑这时如Tm-TL0则正加速例ab两点a点,当n↑时Tm↓—Tm当干扰消除后由于在n处Tm-TL0所以n↓b点,当n↑时Tm↑—Tm当干扰消除后由于在n处Tm-TL0所以n↑到n直到a点处平衡第2次课2学时上次课复习机电传动系统的运动方程、各种生产机械的特性、机电传动系统稳定运行的条件本次课题(或教材章节题目)§
3.1直流电机的结构和工作原理§
3.2直流发电机§
3.3直流电动机的机械特性教学要求掌握直流电机的基本工作原理及特性,特别时直流电动机的机械特性重点直流电机的基本工作原理及特性难点直流电机的基本工作原理及特性教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
3.
1、§
3.2——1学时§
3.3——1学时课后作业习题
3.
3、
3.
4、
3.
5、
3.6参考资料第三章直流电机的工作原理电机的分类a发电机,电动机b直流,交流、步进特点直流电动机可以实现无级调速(优点)在传统的模拟控制系统中应用多交流电动机简单、便宜、但调速复杂步进电动机用脉冲工作、易于数字控制直流发电机一般用来为直流电动机配套;但可控硅取代很多的发电机§
3.1直流电机的基本结构和原理§
3.
1.1直流电机的结构主要部件励硅绕组(定子线圈)用来产生磁场电枢绕组(转子线圈)通有工作电流换向器保持电枢绕组的电流方向不变铁芯(定子、转子)导磁及支撑作用简述其它略§
3.
1.2直流电机的基本工作原理以单个电枢绕组线圈为例说明
一、发电机(根据右手定则)励磁绕组通电产生一磁场A点总与N极侧的一边相连B点总与N极侧的一边相连转子(电枢线圈)由原动机拖动,以转速n转动这时,N边切割磁力线产生电势指向外S边切割磁力线产生电势指向内AB两点就产生了电势E=KeΦn当有负载RL时,就产生电流I这时,E=KeΦn
二、电动机(根据左手定则)在AB两点加电压,在电枢中产生电流I则N边受力S边反向受力,形成转矩T=KmΦIa电枢转动后,切割磁力线产生反电势E=KeΦn当n到一定值后,Ia=(U-E)/Ra满足T后稳定下来注:在发电机中E=KeΦn是输出电势当Ia0时,T=KmΦIa(负载转矩)为原动机负载既Ia为负载在电动机中Tm=KmΦIa为输出动力Em=KeΦn为反电势当Tm大n↑[TM-TL=Jdω/dt]EM↑U-EM↓Ia=U-EM/Ra↓TM↓TM是负载§
3.2直流发电机对于直流电机按其励磁方法分为以下几种情况:他励磁绕组有独立的电源与电枢无关并励励磁绕组与电枢并联串励励磁绕组与电枢串联复励有串也有并励§
3.
2.1他励发电机
1.电原理图由于独立UfIf所以负载电流I=电枢电流Ia
2.空载特性当发电机空载(Ia=0)及转速(n)不变时,输出电势与励磁电流的关系曲线当If小时直线(不饱和)If大时,弯曲(开始饱和)If更大,平直(饱和,Φ不变)
3.外特性曲线当发电机转速(n)和励磁(Φ)不变时,输出电压(U)与负载电流I之间的关系曲线注当Ia↑RaIa↑U=E-IaRa↓§
3.
2.2并励发电机
1.电原理图由于IfI所以Ia≈I
2.电压建立过程由于事先没有励磁电压U所以If=0当电枢转动时,没有磁场所以不会产生E并励发电应满足以下几个条件
(1)在磁极上有剩磁(弱的磁场)当n↑产生一个小E产生一个小If
(2)励磁磁场与剩磁场的方向相同电压建立起来
(3)Rf不能太大两方面,一方面是线圈电阻,一是外接电阻
3.并励发电机的工作点一方面是空载曲线一方面是是励磁电流曲线共同决定当饱和弯曲后产生交点
4.外特性与他励一样,但由于U↓If↓所以所以U↓得多§
3.
2.3复励发电机
1.电原理图并励Ifb=U/Rfb串励If=Ia当I↑Ia↑U=E-IaRa↓If=U/Rfb↓ф↓ф↑U↑所以,复励发电机在一定的工作范围内外特性比较平坦§
3.3直流电动机的机械特性直流电动机由分为他励、并励、串励和变励§
3.
3.1他励电动机的机械特性电原理图由电路原理公式,推导出说明n0与输出转扭T无关所以称为理想空载转速;而Δn反映负载对转速的影响是负载引起的转速误差机械特性:(If)励磁电流与电枢电压(U)不变时转速n与扭矩T的关系曲线由上式可知机械特性如图机械特性硬度:β=dT/dn对于电机按值分类如下:绝对硬度β=∞硬β≥10软β<10三种在生产中都有应用机械特性分固有机械特性和人为机械特性固有在额定条件下(n)与T的关系人为人为改变参数时得到的机械特性如改变U,串联电阻R等
(一)他励直流电动机的固机械特性由
(二)人为机械特性
1.电枢串电阻由这时n0不变,而Δn则增加,特性如图
2.改变电压时(U)这时n0受电压变化而改变,而Δn则因与电压无关所以不变,特性如图
3.改变磁通由于磁饱和和线圈的原因只能减小Φ由当Φ下降时n0上升同时Δn也增加当太小时反电势E=KeΦn当TL大时Ia=U-E/Ra烧坏当TL小时E=KeΦn因为Φ所以n↑飞车所以Φ↓不能太多(并励比较人为特性降压时U)§
3.
3.2串励电动机这时Ia=If从而有
1.当T↓因为If=Ia也小(T=KmΦIa)
2.当T↑大时If=Ia↑;Φ饱和,平坦
3.不能空载(飞车)特点起动扭矩大用于吊车电车的驱动起动时特性软§
3.
3.3复励有串,他并励两个绕组具有两者的优点,可根据要求来设计,串、并磁场强度来达到所需的值第3次课2学时上次课复习直流电机的基本工作原理、直流他励电动机的固有机械特性和人为机械特性本次课题(或教材章节题目)§
3.4直流他励电动机的启动特性§
3.5直流他励电动机的调速特性§
3.6直流他励电动机的制动特性教学要求掌握直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性重点直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性难点直流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
3.
4、§
3.
5、——1学时§
3.6——1学时课后作业习题
3.
10、
3.
16、
3.
17、
3.18参考资料§
3.4直流他励电动启动特性
1.电动机的启动就是使n从0→nN的过程启动初期n=0;E=KeΦn=0(反电动势)这时Ia=U-E/Ra≈U/Ra一般Ra(电枢直流电阻)很小,以减小工作中的损耗和发热(Ia2Ra是发热量)所以这时Ia将很大达10--20IN结果可能会引起
(1)换向器打火
(2)产生很大的力矩,对负载产生冲击
(3)电路的保护器无法设计
2.所以一般的直流电动机不允许直接启动在启动时设法限制电枢电流一般的有以下两种方法
(1)降压启动使U从小到大逐渐增加到U
(2)电枢回路串联电阻启动注:对于降压启动需要电源电压可调
3.电枢串联电阻启动
(1)单段(串联一级电阻)当启动时KM断,这时从Tst开始按a变化当到TL时,KM合,由于n不能突变,所以从A到B点产生冲击T比较大,这时,有较大的Ia和T
(2)多段如图所示§
3.5直流他励电动机的调速特性电动机的调速是指电动机的外负载(T)不变的情况下,人为的改变电动机的工作参数,使工作速度发生变化的情况速度调节因生产机械提出的变速要求如汽车、车床速度变化由于T的变化引起(系统的特性决定)例如自行车调整变速器(变速比)如图所示:当TL→TL时这时速度变化n→n由于电动机有:当T不变时,影响的参数有UΦRa所以调速的方式可以有以下三种,变电压U;变磁通;变电阻R
一、串联电阻调速在电枢回路中串联电阻Rd改变其机械特性,引起调速由图可知当R↑时n↓(TL不变)特点
1、当R↑时β↓机械特性变软
2、TL越小Δn(速度变化)越小不同TL调速范围不一样
3、电阻耗能大(发热)由于Ia比较大,当R↑时I2R↑
4、不易实现无级调速大功率变阻器
5、调速的设备比较简单(分级调节)一般不常用这种方式
二、变电枢电压调速当U改变时,n0变当T不变时U→Un→n特点
1、当U改变时,引起n0变化这时Δn不变所以β不变,是一组平行线
2、不同的TL时,调速范围一样(Δn)
3、当n↓电源功率也↓节能
4、通过专门的电源,可实现无级调速
5、启动不需其它的设备(用降既可实现〕
6、电源设备,需要专门设计,现已配套用直流电动机的调速中,主要采用这种形式
三、改变磁通调速由电机人为特性可知可以改变励磁电流If由于磁路已饱和(额定φΝ处)If↑时φ不变所以只能在φΝ的范围内调节即弱磁调速特性如图当φ↓时n0↑Δn↑特点
1、只能弱磁调速(φ↓)可以无级变速调速范围在额定nΝ之上
2、φ↓引起机械特性变弱β↓
3、调速范围不大受电机的允许最高转速限制(机械,换向器等)
4、适用于恒功率调节由于φ↓使EF↓U-EF/Ra=Ia↑T↑n↑EF↑Ia↓(UIa=P不变)恒定§
3.6直流他励电动机的制动特性拖动电动:驱动负载运动工作制动:制止负载运动减速自然停车:断电后自然停止制动的用途:快速停车与位能转矩平衡精确定位.分类:反馈制动反接制动能耗制动.
3.
6.1反馈制动原理:当电动机工作在反馈制动状态时nn0位于二四相限TM反方向n=n0+Δn特点:转速较高.举例说明:放下重物
3.
6.2反接制动一.电源反接制动原理:将电源反接产生制动短时特点:电流大应串限流电阻U+E/Ra=Ia时间长会引起反转二.倒拉反接制动原理:增大Ra交点在四相限反转时才输出足够的扭矩Tm与负载平衡位能扭矩特点:调整Ra可改变制动的速度举例:提升重物
3.
6.3能耗制动原理:枢断电后串联电阻短路连接.n不为0时产生Ia及T=KeΦIa的制动转矩特点:调整电阻大小可改变制动性能举例:反抗转矩不会反向启动位能转矩速度稳定第4次课2学时上次课复习流他励电动机的启动特性、调速特性和制动特性本次课题(或教材章节题目)§
5.1异步电动机的结构和原理§
5.2异步电机的定子和转子§
5.3三相异步电机的转矩与机械特性§
5.4三相异步电机的启动特性教学要求了解异步电动机的基本结构,掌握异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性重点异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性难点异步电动机的工作原理、机械特性、启动特性教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
5.1——
1.0学时§
5.2——
0.2学时§
5.3——
0.5学时§
5.4——
0.3学时课后作业习题
5.
1、
5.
3、
5.6参考资料第五章交流电动机的工作原理交流电机分异步电动机:三相单相同步电动机:异步电动机结构简单、便宜是应用最多的一种电动机同步电动机特性绝对硬β→∞可以作为发电机使用§
5.1三相异步电动机的结构和工作原理§
5.
1.1三相异步电动机的结构定子、中间装有定子绕组及定子、铁芯、外壳转子、有的装绕组(有的是笼式)其它参见书略§
5.
1.2三相异步电动机的工作原理工作原理基于定子线圈能够产生一个旋转磁场,假设有一个旋转磁场来分析如图中N、S的磁场以n0旋转转子则切割磁力线而产生电流(右手定电流I方向)电流在磁场中切割磁力线而产生力及力矩(左手定方向)它与n0方向相同使转子转动起来在转子转动中,n比n0小原因转子力矩Tm=KmφIZ其中φ为旋转磁场磁通φ转子电流IZ=eZ/RZ其中RZ为转子电阻φ转子电势eZ=KeφΔn其中Δn=n0-n转子线圈切割磁力线的相对转速当n=n0时,eZ=0IZ=0Tm=0n0称为理想空载转速(同步转速)实际由于Tm不等于0;所以nn0由以上分析可知Δn=n0-n不等于0是保证交流电机运转的一个重要条件所以称为异步电动机以转差率来表示他的运行情况:S=n0-n/n0对于一般的异步电机(笼型)转子电阻RZ很小所以只需不大的S就能产生大的IZ和Tm一般的在额定转速时S为
0.015~
0.06比较小§
5.
1.3三相异步电动机的旋转磁场以上是基于在电机中有一个旋转磁场为根据分析的,这一节我们分析旋转磁场的产生
一、由于三相电源,所以定子中有三相绕组(120夹角)对于三相绕组中的电流也差120如图由图分析当电角度ωt=0时的合成磁场方向为0iA=Isinωt:iΒ=Isinωt+120:iC=Isinωt+240当ωt=0iA=0;iΒ=-A;iC=A磁场位置0度当ωt=60iA=A;iΒ=-A;iC=0磁场位置转60度当ωt=120iA=A;iΒ=0;iC=-A磁场位置转转120度依此类推下去,可知当三相交流电在定子绕组中产生三相电流后,则三相绕组电流的合成磁场是旋转的
二、旋转磁场的方向对于ABC三绕组如果将任意两根对调,则经分析可知向反方向旋转(请同学自己分析)作业对于交流异步电动机当需要反向时只需对调两根电源线既可(三根中任意)
三、旋转磁场的极数与旋转速度
1、上面讨论时在电机中有一对磁极(二极)它的极对数为p=1这时电流变化一个周期,磁场转一圈所以:磁场旋转速度(同步)为电源频率f(50Hz)×60=3000{r/min}
2、当把定子线圈做成两组(A,A’,B,B‘、C、C‘)各自串联时,如图这时各相绕组夹角60当ωt=0时磁场方向0度ωt=60时磁场方向30度ωt=120时磁场方向60度这时有两对N、S磁极既p=2当ωt转φ磁场转φ/2所以这时磁场旋转速度=60f/2=1500{r/min}注由于A、B、C的各相空间夹角为60=120/2所以当电源变化一个周期时,磁场只转半圈既圈/2极对数及极数极对数p极数(磁极数)=2p一般的对于对于p=2的电机称为四极电机人们通常以极数称呼电机,各种极数的电机的n02极(p=1)n0=3000()4极(p=2)n0=1500()6极(p=3)n0=1000()8极(p=4)n0=750()一般的额定转速低于这个值,如4极电机区1450左右§
5.
1.4定子绕组的线连接方式在三相电机的接线盒中有六个端子D
1、D
2、D
3、D
4、D
5、D6首端D1,2,3末端D4,5,6对于电动机有星形(Y)和三角形接法(Δ)对于星形Y对于Δ形对于一个电动机应根据铭牌和电源决定接法如三相电源380V时电机绕组是220V时,应Y接法电机绕组是380V时,应Δ接法一般的铭牌都给出了接法及对应电压如Y/Δ,380/220Δ380V§
5.2三相异步电动机的定子和转子电路§
5.
2.1定子电路分析过程略:结论:定子电路的感应电动势有效值E1=
4.44f1N1Φ切割旋转磁场产生定子电流频率f1=f电源频率定子电压U≈E1不考虑漏磁§
5.
2.2转子电路分析R2,X2结论:转子电流频率f2=Sf1转子感应电动势有效值E2=
4.44f2N2Φ=
4.44Sf1N2Φ切割旋转磁场速度Δn=n0-n启动时S=1E20=
4.44Sf1N2Φ=
4.44f1N2Φ常数E2=SE20转子感抗X2=2πf2L2=2πSf1L2启动时S=1X20=2πSf1L2=2πf1L2最大转子功率因数COSφ2=R/当n=0时COSφ2最大当n=nN时COSφ2最小§
5.
2.3额定值
1.型号
2.额定功率:PN
3.额定电压:UN
4.额定频率:fN
5.额定电流:IN
6.额定转速:nN
7.工作方式:连续短时重复短时
8.温升:绝缘等级
9.重量:
10.额定功率因数COSφ
211.额定效率ηN
12.额定转矩:启动最大
13.线绕转子电动机的滑环静止电压和电流电动机的额定转矩{P}N.M=
9.55{P}W/{n}r/min作业
5.
15.2§
5.3三相异步电动机的转矩与机械由于电动机的电磁转矩是它的输出,所以要研究电动机的机械特性T-n的关系§
5.
3.1三相异步电动转矩
一、转子电路功率因数COSφ2对输出扭矩T的影响
1、当i与E同相即电感为零时在每一磁极下面的转子导线电流同方向
2、当电阻为零时,i滞后E90度在每一磁极下面的导线电流一半对一半
3、当COSφ21时,导线电流一边大一边小产生电磁扭矩**(一般的笼型电机的转子电感比较小)
4、三相异步电动转矩§
5.
3.2三相异步电动的机械特性可分为固有机械特性和人为机械特性
一、固有机械特性在额定条件下(电压、频率、接线方式)电机的固有T-n特性曲线对于曲线如图它由四个特殊点决定
1、2020T=0时(同步S=0)称为理想空载工作点n=n
02、T=TN时S=S额定工作点这时SN=n0-nN/n0TN=
9.55PN/nNPN为电机额定功率(W)nN电机额定转速(r/min)SN额定转差率S=
0.06~
0.
0153、T=Tstn=0(S=1)启动工作点,这时R2为转子电阻X20为转子静止电抗U电源电压(定子)对于启动转矩Tst受
(1)电源电压,U影响较大,U波动,T平方关系变化
(2)转子电阻R2合适Tst有较大值
(3)电感X20大Tst下降一般用启动能力系数λst来表示电动机启动能力的好坏λst=Tst/TN(一般λst≥1)异步电机工作的条件是启动Tst≥负载TL
4、当T=TmaxS=Smn=nm临界工作点这时Tmax=KU2/2X20Sm=R2/X20由于TTmax∝U2所以电源波动对扭矩最大值影响很大在电机工作过程中负载变化(冲击)不能Tmax以过载能力系数λm来表示λm=Tm/TN一般鼠笼式为
1.8~
2.2线绕式
2.5~
2.2
二、人为机械特性人为改变参数(U,R或X1,R2等)
1、降低电源电压U当U下降时Tmax下降Tst下降n0Smnm不变这时曲线变化如图右
2、定子电路串电阻电抗(感)这时由于阻抗的分压作用使得U下降所以与上面相似区别是阻抗分压与电流大小有关,这时定子电压是变化的
(1)U下降
(2)串电阻
3、改变电源频率当改变f时,n0变化但由于X1,X20都变化不能只改变f一般使U/f=Const这时nc∝fSm∝1/fTst∝1/fTmax不变f↓n0↓Sm↑Tst↑Tmax不变
4、转子串电阻只有线绕式的转子能实现这时Tmax不变Sm↓§
5.4三相异步电动启动特性对于三相异步电动机启时,应保证:
1、有足够的启动转矩,TM≥TL能够正常启动
2、启动电流不会对电网造成大的冲击---使电压下降过多(影响其它电机工作)一般希望电流越小越好(在能启动的情况下)另外:满足启动过程平滑、安全简单、节能等实际上,当电动机在启动工作初期、由于n=0转子绕组切割磁力线的速度n0-n=n0转子感生电动势E大启动电流也大达5~7倍这时Cosφ不大 所以Tst不大§
5.
4.1鼠笼式异步电动机的启动方法
一、直接启动(全压启动)就是启动时,电动机直接加电网电压,这时启动电流比较大所以不是所有的电机都可能这样使用
1、一般的,当有独立的变压器供动力电时当电机功率30%变压器功率时(频繁)电机功率20%变压器功率时(不频繁)可以直接启动
2、当与照明合用时,应满足以下关系启动电流Ist/A3电源总容量/KVA额定电流IN/A44×电动机功率/KW(一般不允许电网电压下降5%)直接启动的经验数据表
5.1
二、电阻降压启动在定子中串联电阻(或电抗器贵)过程KM1合KM2断降压KM2合由人为特性,可知当串电阻时,启动力矩下降很快(平方)特点
(1)适用于空载启动(轻载)
(2)电阻耗能(电抗器太贵,体积大)
三、Y-Δ启动接线方法如图右工作过程:KM1合KM3合KM2开这时Y接法绕组电压220V(启动电压)KM3开KM2合KM1合这时Δ接法绕组电压380V工作电压这时启动电流I是直接启动的1/3启动扭矩T是直接启动的1/3特点
1、启动电流小,所需设备简单
2、力矩小,适于空载启动(轻载)
3、电机额定电压必须是380V形接法
4、有专门的Y-启动器
四、自耦变压器降压启动联接方法如图右工作过程KM1开,KM2,KM3合变压器降压启动K=N2/N1对于自耦变压器工作于降压方式时电压U2=KU1电流I1=I2-I=(K*I2)U1/U2=N1/N2=I2/I1=1/K图示于单相的工作情况由于U2=KUI2=K*I(I为全压U时的工作电流)这时,I1=K*I2=K2*I(原边电流只有实际启动电流的K2倍)启动扭矩,T2=K2Tst(因为U2=KU,而T∝U2)当KM1合,K2,KM3分时电机正常工作特点
1、在相同的启动电流下,从电网吸取的电流减小,即T相同时,I下降
2、自耦变压器副边有多个抽头,所以启动电压可选
3、启动设备多且体积大,成本比较高
4、不适于频繁启动(过电流工作)
5、有一定的启动转矩(适用轻载)
6、用在不能Y-Δ启动的场合,(Y形接法工作的电机)第5次课2学时上次课复习异步电动机的基本结构、工作原理、机械特性、启动特性本次课题(或教材章节题目)§
5.4三相异步电动机的启动特性§
5.5三相异步电动机的调速特性§
5.7单相异步电动机§
5.8同步电动机教学要求掌握三相异步电动机的调速特性;了解单相异步电动机工作原理和启动方法;了解同步电动机的工作原理、特点及应用重点三相异步电动机的调速特性难点三相异步电动机的调速特性教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
5.
4、§
5.5——1学时§
5.
7、§
5.8——1学时课后作业习题
5.
9、
5.11参考资料§
5.
4.2线绕式电动机的启动方法线绕电机,由于转子绕组可在启动时串联电阻改善特性所以有比较大的启动转矩和比较小的启动电流它的启动方法有两种
一、逐级切除启动电阻法由人为特性我们知道R2改变时,Tm=C,Sm=改变由于(Cosφ2改变)Tst改变,所以R2↑,Tst↑接线如图右特点
1、与直流电机启动类似用继电器切换
2、由于启动时,R2’=R2+RA+RB所以,转子功率因数Cosφ2↑有较大的启动转矩
3、适于带载启动
二、频敏电阻法在三相转子中串接-实心电抗器工作过程
1、当启动时n=0转子电流频率f2=f1较高所以感应电势E高,同时铁损(涡流发热产生)大相当于电阻R损大2当n↑后S↓f2=Sf1↓所以E↓R损↓
3、当n=nN后f2很小E≈0R损≈0可用开关短路(离心)所以称实心电抗器为频敏电阻一般为使X↓R损↑所以匝数不多特点
1、不用人工切换电阻(自动启动)2连续调节电阻变化启动过程平滑3由于电抗器的电感性质,使启动时功率因数Cosφ2略有下降§
5.7单相异步电动机§
5.
7.1单相磁场单相电动机的研究基础是单相交变磁场可分解成两个旋向相反大小相等的旋转磁场单相磁场的频率为f时其磁场转速为:n0=60f/p与三相相同当转子(笼型)放在磁场中时由于受两个方向相反大小相似的扭矩,所以不能转动动当外力使它转动后,同向磁场在转子中产生的电流频率为(n0-n)×f1/n0反向磁场在转子中产生的电流频率为(n0+n)×f1/n0由于反向电流的频率高所以XL电抗大(反电势大于感应电势)无法产生电流同向电流则由于f2T小而加大,产生扭矩输出转动起来结论:
1、单相磁场没有启动能力
2、启动后的方向取决于启动的方向§
5.
7.1单相异步电动启动方法
一、电容分相在电机定子中加入一启动绕组垂直于主绕组联接如图:由于电容移相作用,使BY中的电流超前于AX一个相角(一般为90)则成为一个旋转启动磁场当n↑后,断开QC即可当反转时,(不能换相)所以应使BY两个头对调即B-Y对调,由一组开关实现
二、罩极式单相异步电动机当有电压时与的磁通相位上差则与启动绕组的作用相当,不能反转§
5.8同步电动机的工作原理、特点及应用可发电、和电动大容量的电力传动系统中使用§
5.
8.1基本结构定子转子励磁绕组§
5.
8.2工作原理定子旋转磁场转子中加励磁产生极对数与定子相同的磁极旋转磁场作用下转子转动()所以叫同步电机特点
1、同步电机的转速不随负载而变化
2、可以通过调整转子励磁电流补偿功率因数(电网)
3、结构复杂,价格贵§
5.
8.3启动
1、当静止时,加励磁后转子产生磁极旋转磁场转一圈后产生-推-拉的两次转矩,所以不能转动
2、同步电机启动和采用异步启动转子上有笼型导体启动时,励磁绕组短路,或接一电阻,防止过电压,当接近后加励磁进入同步工作例题1有一台Y225M-4型三相异步电动机接法功率转速电压效率功率因数Ist/InTst/TnTm/Tn45kw1480r/min380v
92.3%
0.
887.
01.
92.2求额定电流InSnTnTmTst
(1)由PN=3UNINηCosφ则IN=PN/3UNINηCosφ=
84.2A
(2)SN=n0-nN/n0由nN=1480r/min知为4极电机P=2n0=1500r/min(60f/p)SN=0013
(3)由TN=
9.55PNW/nNr/min=
290.4N.M
(4)Tst=
1.9TN=
551.8N.M
(5)Tm=
2.2TN=
2.2×
290.4=
638.9N.M例2在上题中
(1)如果负载转矩为
510.2Nm试问在U=UN和U=
0.9UN时能否启动?
(2)采用Y-Δ换接启动时,求启动电流和起动转矩?这时,当负载为80%Tn和50%Tn时能否启动?解
(1)由Tst=
551.8Nm知a.当U=Un时,Tst=
551.8Nm
510.2Nm可以启动b.当U=
0.9UN时,由Tst∝U2知Tst=
0.92×Tst=447Nm
510.2Nm不能启动
(2)这时IstY=1/3IstΔ=7/3IN=
196.5ATstY=1/3TstΔ=
551.8/3=
183.9N.M当TL=
0.8TN=
232.
3183.9不能当TL=
0.5TN=
145.
2183.9可以第6次课2学时上次课复习三相异步电动机的调速特性;单相异步电动机工作原理和启动方法;同步电动机的工作原理、特点及应用本次课题(或教材章节题目)§
6.1交流伺服电动机§
6.2直流伺服电动机§
6.3力矩电动机§
6.4小功率同步电动机§
6.5测速发电机教学要求了解机电传动控制系统中的一些常用电机的基本结构,掌握各种控制电机的基本工作原理、主要特点,会正确选用重点各种控制电机的基本工作原理、主要特点难点各种控制电机的基本工作原理、主要特点教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
6.1——
0.5学时§
6.2——
0.5学时§
6.3——
0.5学时§
6.
4、§
6.5——
0.5学时课后作业习题
6.
4、
6.
10、
6.
15、
6.19参考资料第六章控制电机主要是应用于自动控制系统中的一些执行元件它们功率一般不大,完成控制信号的传递和变换动作灵敏精度高体积较小由于技术的完善普通电机性能的提高已无十分严格的界线(一般的控制场合开环)§
6.1交流伺服电机伺服(随动)随控制信号而动(执行)当有控制信号转信号大转速上升当无控制信号停特点(与普通电机相比)
1、调速范围广
2、惯性小
3、控制信号(功率)小§
6.
1.1两相交流伺服电机的结构
一、定子与单相电容式的异步电机的结构相似有两组相差90的绕组励磁绕组FW加励磁电源控制绕组CW加控制信号FW与CW的电流频率相同但不同电源
二、转子笼型转子与异步相似空心杯型转子空心薄壁筒特点细而长惯量小
三、接线方式定子:FW串电容后接励磁电源CW接控制信号符号:SM表示§
6.
1.2工作原理与单相类似当励磁FW接固定电压后控制CW有信号时,产生旋转磁场,转动起来要求当CW没有信号时应不转对于普通电机是不会停下来的这叫自转现象需要消除它§
6.
1.3自转的消除措施是想办法当Uc=0时(控制电压)电机产生制动转矩方法是增大转子电阻R2由Sm=R2/X20知当R2↑Sm↑(即nm↓)当Sm1时(即nm0)特性见图这时,负方向也类似当Uc=0单相运行时两个方向相反的旋转磁场在转子上产生的合力矩与转动方向相反(即制动)当Uc≠0时加强了一个方向的旋转磁场的强度使合力矩变成了与转动方向相同的方向从而转动起来Uc↑合力矩↑当Uc相位改变180时,加强了另一个方向的旋转磁场,使转子反转所以:
1、交流伺服电机的转子笼型采用电阻率很大的材料做(黄铜等)R2很大
2、杯型转子做成薄壁型(
0.2-
0.8mm)R2大惯量小
3、当Uc≠0时ⅠⅢ象限机械特性当Uc=0时ⅡⅣ象限机械特性§
6.
1.4特性应用
一、控制特性1.三种控制方法:
1、幅值控制Uc的幅值变化
2、相位控制Uc与Uf的相差φ当φ大时加强φ在0-90之间比较复杂
3、幅、相控制2.幅值控制的方法简单方法如图这时当Uc变化时曲线如图
二、应用举例方框图见书
三、交流伺服电机功率比较小(01-100W)但结构简单§
6.2直流伺服电机当功率大的系统中(1-600W)用直流伺服电机分类电磁式永磁式原理与普通直流相同只是转子细长以减小转动惯量(改善动态特性)因n=Uc/(Keφ)-R/(KeKmφ2)T知当Uc=0时n=0(T为反抗转矩)控制电枢控制改变电枢电压U磁场控制改变励磁电流I
四、交、直流比较交流结构简单可靠功率小直流特性硬、线性好、结构复杂(有换向器)§
6.3力矩电机一般电机n比较高(n小时不稳定)当工作中n不高时,可用减速器,但复杂动态不好力矩电机就是能输出低速大扭矩的伺服电机分类交流力矩电机异步与交流伺服同理,但形状扁平(不细长)同步直流力矩电机§
6.
3.1永磁式直流力矩电动机的结构特点
1、扁平形状
2、轴向短径向长
3、永磁励磁§
6.
3.2转矩和转速
一、转矩当磁极中的B(磁感应强度一定时)单根F=BIL=BIaLL为有效长度T=FND/2=BIaNL/2D当体积不变时由πD2L=C应D↑L↓当铜量不变及导线总长度及直径不变时应L↓N↑NL不变所以T=KD既D时T扭矩增加结论相同体积和用铜量(材料用量)情况下D越大扭矩T↑
二、转速由反电势ef=BLV(V为切割线速度)V=πDn/60(周长和转速)而电枢电压平衡为U=E+IaR当T=0时n=n0Ia=0U=E=1/2BNLπDn/60n0=120/πUa/NBLD=K/D既当D↑时n0↓§
6.
3.3特点应用适于低速大扭矩堵转时不易损坏(制造时)精度高反应快调速范围宽§
6.4小功率同步电机应用于小型而有恒速要求的装置中如记录纸,走纸机构、电唱机、录音机(高级)结构定子同异步转子无绕组分类按转子工作原理永磁式(高速)磁阻式(低速)磁滞式§
6.
4.1永磁式
一、结构与大功率原理相同只是转子用永久磁铁来取代电磁励磁
二、启动与大功率一样有笼型启动绕组但这时由于有磁场会产生一定的制动转矩,启动时负载小§
6.
4.2磁阻式减速同步电机
一、结构定子有内齿Zd导磁材料制造有三相绕组转子有外齿Zr导磁材料制造齿数:ZrZd且不为整数倍
二、工作原理由于ZrZd当旋转磁场在A点时,转子与A对应磁阻最小当旋转磁场在B点时,磁场转过角2π/Zd转子齿与定子B齿对齐(磁场的作用使磁阻最小)转过2π/Zd-2π/Zr=θ旋转磁场转速n0与转子转速n之比n0/n=KR=2π/Zd/2π/Zd-2π/Zr=Zr/Zr-ZdKR电磁减和系数n0=n电机转速n=1/KRn0=Zr-Zd/Zr60f/p由上可知当Z与Z之差小时而Z大时就越低作业
6.
2、
6.
5、
6.
6、(
6.9*磁组电机)§
6.5测速发电机第7次课2学时上次课复习机电传动控制系统中的一些常用电机,各种控制电机的基本工作原理、主要特点本次课题(或教材章节题目)§
6.7直线电动机§
7.1电动机容量选择的原则§
7.2电动机的发热与冷却§
7.3不同工作制下电动机容量的选择教学要求自学直线电动机结构、工作原理、特点及应用;了解电动机的发热与冷却,掌握电动机容量的选择重点电动机容量的选择难点电动机容量的选择教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
7.
1、§
7.2——1学时§
7.3——1学时课后作业习题
7.
3、
7.
4、
7.
5、
7.8参考资料第七章机电传动控制系统中电动机的选择§
7.1电动机的容量选择的原则电动机的容量工作中能输出的功率容量小
1、过载运行不能正常工作,启动,冲击
2、发热寿命短损坏容量小浪费效率选择容量的基本原则
(1)发热,电机工作中温度上升不超过允许值
(2)过载能力
1、电机的最大扭矩Tm最大冲击负载扭矩交流异步电动机)
2、最大电流Im〉最大负载电流(直流电动机)
(3)启动能力:有足够的启动能力电机的的负载扭矩启动负载扭矩交流异步电动机TLλstTN§
7.2电动机的发热与冷却
一、电动机发热的原因铜损:导线中流过电流时,在导线电阻上的损耗与I成正比(I2R)铁损:在铁芯中产生涡流后的损耗基本不变机械摩擦轴承,换向器运动器件磨擦不变
二、电动机的发热过程开始,温差小,散热差,温升快中间温差加大散热量(热平衡)升温的快慢用一个参数T来衡量发热时间常数Th
三、电动机的冷却过程与发热相反但停机后冷却风扇不转,所以散热时间常数Th’Th冷却过程很慢
四、电机过热的危害当电机发热到一定值时,会产生a烧坏线间绝缘b加速绝缘老化,缩短电机寿命要求:电机长时间工作时,其发热不应超过一定的上限,由此,可以按这个标准去选择电机功率(容量)在电机参数中绝缘等级与上限有关§
7.3不同工作制下电动机容量的选择电动机驱动负载持续时间不同,发热状况也不相同可以分为:连续短时重复短时在不同的方式下,电机的容量是不同的(输出功率可用来驱动的负载)§
7.
3.1连续工作制电机容量的选择
一、带恒定负载的电机容量选择
1、如果已知负载的功率PL,则可以按PNPL的关系直接选择就可以了
2、确定电机后,根据电机启动的工作方式有时要校验启动能力(与启动方式有关)当轻载启动时,可不校验
二、带变化负载的电动机容量的选择这时电机的发热量是变化的,所以温升也波动的不能按最大或最小功率来选择而按照等值法来计算电机功率等值法把变化的负载转化成一恒定等效的负载,这时两者的温升相同负载图根据电机的工作强制的负载变化关系图(直方图)可以是功率(电流或扭矩)是时间变化关系图(三种)(推导)这时电机的损耗为:ΔP+I12Rt1+ΔP+I22Rt2+…..其中,ΔP为铁损及机械损耗(基本不变)I2R铜损对于等效负载损耗ΔP+Id2RΣti当等效时,两式相等Id2Σti=I12t1+I22t2+…..效工作电流对直流电机T=KmφI∝I所以等效工作扭矩由P∝T·n当β大时T变化时n变化不大时P∝T所以当机械特性硬时等效功率以上结果,可以用恒负载法来选电机TNTd或PNPd既可所以这时电机的选择步骤为
1、做出负载变化图
2、用等值法计算出等效扭矩或功率(TdPd)
3、根据Td(Pd)用恒负载法来选定电机
4、效验启动能力及最大负载过载能力,如不满足应修正或重选作业
6.
9、
7.
4、
7.6§
7.
3.2短时工作制电机容量的选择短时工作制工作时间短,而停机时间长(如吸尘器等)短时工作的发热当温度没达到稳定值就开始冷却所以达不到最高温度这时选用电机方法不同
一、选用短时工作制的电动机有专门用于短时工作的电动机类型它们的功率PN和工作时间tN是相对应的如PN为20KWtN为30min的电机在20KW下连续运行不应超过30min当工作状况不对应时
1、可用等效功率法换算P2t=PS2tS(PStS为实际值)选用
2、选PN〉P的电机tN=t
3、校验启动能力
二、选用连续工作制的普通电机由于温升达不到稳定值,所以这时可大于电动机额定功率即可过载运行它的过载倍数K=PS/PNK值与(tS/Th)的值有关(tS实际工作时间)(Th发热时间常数)可由它们的关系曲线查得见P102图
7.6在短时工作过程中当小时,发热不主要,这时主要是电机的启动能力和过载能力所以短时工作过程选择连续工作制的普通电机步骤如下:
1、由(tS/Th)查得K
2、由PN≥PS/K取PN
3、校验过载能力和启动能力注
1、当(tS/Th)很小时(
0.3-
0.4以下)选择电机的主要依据是过载能力
2、当工作为变化负载时,还应先算出其等效功率Pd§
7.
3.3重复短时工作制这时工作时间tp(3~4)Th间歇时间to(3~4)T’h用暂载率来表征工作性质
一、选重复短时工作制的电动机这种电机的功率PN与暂载率是相关的(同一电机)不同的暂载率功率不同tp+to10min一般以εSN=25%为额定暂载率和标定额定功率PSN另外:还有15%40%60%的暂载率标准选择步骤如下:
1、当实际工作情况不同时,可用P2εSN=PS2εSPS为实际功率εS实际暂载率
2、由PSN≥P选择电机
3、校验:有必要的情况下可进行过载能力和启动能力校验
二、选用连续工作制电动机这时可认为连续工作的额定暂载率εSN=100%=1步骤如下:
1、由PS为实际功率εS为实际暂载率
2、这时可选用PN≥P的电机
3、校验启动及过载能力说明
1、当频繁启动、制动时、启动电流和制动电流会使发热量地增加
2、当εS10%时,可按短时工作制
3、当εS70%时,可按连续工作选择
4、当在一次重复中负载有变化、则先计算等效负载Pd
5、对于一次重复周期小于10min,当周期长时,就按短时工作计算另外:电动机的额定值是在一定条件下(环境温度、气压、湿度等)测得的不同条件下应修正第8次课2学时上次课复习电动机容量的选择本次课题(或教材章节题目)§
7.4电动机容量选择的统计法和类比法§
7.5晶闸管供电对电动机的影响§
7.6电动机的种类电压转速和结构形式的选择教学要求了解电动机种类、电压、转速、和结构型式的选择原则重点难点教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
7.
4、§
7.5——1学时§
7.6——1学时课后作业习题
7.
10、
7.11参考资料§
7.4电动机容量选择的统计法和类比法统计法根据大量的统计规律所得出的经验公式对于机床车床等参见书§
7.5晶闸管供电对电动机的影响
一、晶闸管(可控硅)整流的直流电源
1、用于直流电机
2、脉动直流,有谐波分量
二、电源脉动分量的影响
1、对直流电机的影响发热(铁损,铜损)换向变坏2对电网的影响电网中产生高次谐波干扰其它电器工作
三、减小脉动在电路中串联平波电抗器(及电感)起滤波作用X=2πfL则f↑X↑§
7.6电动机种类、电压、转速和结构型式的选择§
7.
6.1根据生产机械的负载性质选择电机类型原则能满足要求的前提下,选用价廉,易维护的电机包括:(调速要求、启动能力、机械特性)
(1)鼠笼式电机适用于不调速的场合机械特性较硬价廉启动条件要求高
(2)线绕转子电机适用经常启动和制动的工作场合也可小范围内调速但以机械特性变软为代价
(3)多级电机可分级变速适用于分几种速度工作的场合
(4)同步电机适用于恒速工作的场合,也可用于补偿功率因数
(5)直流电机可用于大范围无级调速的场合正反转但需配专用电源(也可用交流变频调速系统可取代)
(6)串励(复励)启动扭矩大的场合且恒功率调速§
7.
6.2电压等级应根据工作环境的电源情况一般三相380V电压工业动力电当大功率时3KV、6KV动力电民用220V单相电源国外110V单相电源§
7.
6.3转速电机的成本和生产机械减(加)速的成本当有适合的电机时直接选当不适合时,如低速工作时,综合考虑§
7.
6.4结构
(1)开启式要求环境清洁、干燥、价廉
(2)防护式下部通风对环境较干燥和清洁
(3)封闭式、自冷式、风冷式、密闭式适用于一般的工件条件、有尘土、潮湿等
(4)防爆式适用于矿山、油库等有易爆气体存在的场合第9次课2学时上次课复习电动机种类、电压、转速、和结构型式的选择原则本次课题(或教材章节题目)电动机原理习题讨论课教学要求通过习题,更好地掌握第1章到第7章的所学内容重点第3章习题,第5章习题难点第3章习题,第5章习题教学手段及教具辅导、讨论讲授内容及时间分配课后作业习题
7.
10、
7.11参考资料第10次课2学时上次课复习习题本次课题(或教材章节题目)§
8.1常用控制电器与执行电器教学要求熟悉各种控制电器的工作原理、作用、特点、表示符号和应用场所重点自动控制电器难点自动控制电器教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
8.
1.1——1学时§
8.
1.2——1学时课后作业习题
8.
1、
8.
2、
8.3参考资料第八章继电器-接触器控制系统用于拖动系统中的控制和保护如电机的启动停止及反转分级调速等§
8.1常用控制电器与执行电器一般的供电是500V以下所以一般的电器也都是在这种电压下工作的称为低压电器低压电器在500V(1200V)以下,用来接通或断开电路实现控制、调节、保护功能的电器装置分类动作性分非自动电器自动电器用途:控制电器保护电器执行电器工作原理分:电磁式其它§
8.
1.1非自动控制电器
一、刀开关(闸刀开关)
1、用途用做电源开关,控制不频繁的分断电流一般起隔电源的作用不直接分合电流
2、结构如图动刀片,静触头,小型刀开关还可安装熔断器
3、工作原理手推柄、转动、合闸注意事项手动分,合时由于速度慢,所以当带有大负载时不宜直接分合由其是电感负载分断直流这时,电流较大,会产生电弧大型刀闸有快速刀片见图
4、种类按照闸刀位置分单投,双投(掷)按照控制的路数分有单极、二极、三极等(刀)规格按电流小型5A、10A……大型100A、200A……1000A还分为刀闸开关、负荷开关(铁壳)
5、电路符号及代号
二、转换开关(组合开关)
1、用途在小电流的电路中,用来分断(隔离)电源,既取代刀开关,有时,还可以直接控制小型电动机因为它的体积小操作方便在机床中应用广泛
2、结构a)它一般由多片组成,每一片是一极多片在一起形成多极开关b)在每一片中有1~2组静触片(多投时、多组)(掷)有一个动触片c)在轴与壳体之间有定位装置
3、原理当转轴转到一个位置时,使动触片与一组静触片相接使D、C两线接通,转到另外位置时AB通,转到中位时,都断开单投时,只有两个位置
4、种类
(1)极数分单极
(2)位置(投)两位、三位
(3)电流
10、
20、
40、60A等
(4)倒顺开关(三位)
0、I、II专门用于电动机的正反转控制
(5)电压转换开关0位,不接通I位X1-D1II位X1-D1X2-D2X2-D3X3-D3X3-D2输入X
1、X
2、X3三相电源输出D1,D2,D3三相绕组端子(按一定按法联接的三个端子)
(5)电压转换开关接线
5、电路符号及代号符号同刀开关代号QB或Q§
8.
1.2自动控制电器在复杂的控制系统中,仅用手动控制是不能满足需要,且动力的电流强度很大,出事故时不易实现装置的保护,所以,现在大量使用了自动控制电器自动电器主要包括接触器、继电器-热继电器、电流继电器、电压继电器、速度继电器、压力继电器
一、接触器是一种电磁式电器是利用控制线圈的电信号、分断、合上主触点接通工作电路用途主要用于各种电路及电机等执行机构的主电路快速、通、断、实现控制及保护等功能分类按工作电流分交流接触器过断交流负载直流接触器通断直流负载工作原理有主触点电磁铁铁芯、线圈、动(街铁)铁芯反力机构弹簧辅助触点由控制信号、控制电磁铁的吸合,释放,电磁铁带动主触点通、断
1、交流接触器
(1)触头(电接触部件)用来接通或断开主电路的按接触形分为点接触小电流线接触指形,中大电流、流动接触面接触大电流时接触电阻及消除:加有弹簧有超行程触点材料最多是银、铜电阻小在小型、中型、接触器中触点用铜材镀银触点变化当触点常时工作时,变化,氧化物电阻大,且温度升高会加剧氧化作用所以,小中型用镀银触点(氧化后电阻不变化)大型用采用滚动接触产生A电弧不烧工作区B去除氧化层作用
(2)灭弧装置:电弧的产生空气电离作用、高温、燃烧灭弧直流与交流电弧原理使电弧拉长,冷却加速a.多断口式灭弧(双断口)使一段电弧变成两段而使电压为1/2,(小功率)b.磁吹灭弧利用-磁吹线圈产生磁场,使电弧中的载流子受到电磁力F(变流、直流、大功率)c.灭弧罩(纵缝灭弧)冷却用于直流d.吸弧栅片导磁好的栅片磁力吸弧栅片散热分隔电压用于交流接触中
(3)铁芯由硅钢片叠成,减小涡流在铁芯的端面上装有短路环,防止吸力过零震动噪声·对于交流电磁铁由于电压有过零,所以磁通也过零,这时吸力为零,产生振动·解决的方法是短路环,产生涡流后阻止磁通变化,产生与的相位差使总吸力不过零·所以交流接触器的短路环不能少
(4)线圈一个绕在骨架上的线圈单独成为一个零件特点由于是交流电压,所以工作中是电感性质,直流电阻很小注意当铁心开始吸合时,由于磁阻大,电感小,电流是工作电流的15倍所以频繁吸合工作时易发热当卡住不能吸合时易烧坏规格电压24V36V110V220V,380V交流(有时也可直流)
(5)结构(图)触点种类常开动合、常闭动断主触点辅助触点
(6)型号CJO专用CJ10普通CJ12重载荷、大电流100A~600ACJ20新型(改进型)(体积小)CJX小容量此外,引进型3TB西门子B系列德国ABB富士、三菱等日本
2、直流接触器用于分断直流电路
3、接触器符号、代号符号分开画线圈常开常闭触点代号KM分开画同一接触器相同代号
二、继电器用途主要用来传递信号和记忆各种状态分类电流继电器电压继电器速度继电器压力继电器热继电器时间继电器、延时断、延时通
1、电流继电器根据电流信号而动作欠电流小时动作电机励磁符号过电流大时动作电枢电流代号KA用途保护电器多用于直流控制系统中零励磁保护,电枢过载保护
2、电压继电器根据电压信号动作分为欠电压电压小时异步机工作时,T∝U2所以保护过电压电压大时用途保护电器符号代号KV
3、中间断电器用来保持某些状态和传递控制信号如当一个电机工作时,中间吸合实现互锁电流继电器动作时,触点容量或组数不够,由中间断电器传递放大符号代号K
4、热断电器(热保护器)用于保护电动机长时间过载发热,当大电流通过一定时间后,线圈发热而由双金属片发讯动作原理注意问题a.热继电器的额定电流应与电机相同,b.同一型号有不同规格,一个继电器的整定电流可调c.环境温度应相差不大d.不能用做短路保护(有惯性)见图e.也有带缺相保护的型号对于Y型可有可无对于型则断相保护时接入线、电路,否则相电路一般保护电机用的热断电器有三个热元件,分别接入三相,至少应有两相接入符号线圈触点代号KH另外,还有时间继电器第11次课2学时上次课复习接触器、继电器本次课题(或教材章节题目)§
8.1常用控制电器与执行电器教学要求熟悉各种控制电器的工作原理、作用、特点、表示符号和应用场所重点自动控制电器难点自动控制电器教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
8.
1.3——1学时§
8.
1.3——1学时课后作业习题
8.
4、
8.
5、
8.6参考资料§
8.
1.3主令电器·概括地说是一些发出控制信号的电器·主令电器的功能由操作人员(或由机械运动部件)操作主令电器,切换电路的工作状态(启动、停止等)·种类按钮、万能开关(转换开关),主令控制器一些专用的电器(凸轮控制器等)(用于电机的换向制动等)
一、按钮
1、功能是一种由人操作的发讯电器,控制电路的通断
2、结构常开触点
1、2常闭触点
3、4一般按钮有一对常开,一对常闭
2、符号常开(动合)常闭(动断)代号KH
4、种类1.)有多种颜色2.)可带灯或不带灯3.)急停4.)旋转带锁自锁形状、方、圆、凸出、平面
二、主令控制器与万能开关(也可称为转换开关)
1、功能;转(切)换不同的线路的工作状态(与波段开关相似,多刀多位)
2、结构内部可以有多组触点(开关)最多24个转轴可以有多个工作位置各个位置各触点的通断情况不一样(有一定的顺序组合)由凸轮实现各组触点的通断也可带减速装置
3、符号
4、代号SL注
1、一路有一个触点,可接通一个回路
2、为了表达清楚,还用状态表来说明通断情况
3、有的种类可由机械减速来操作(自动顺序工作)
5、万能开关也是多路的开关,但通常只有2至3个位置(状态)只能由手动切换符号同主令电器代号SO
三、行程开关
1、功能检测机械的工作位置,关发出控制信号
2、种类机械式滚轮,按钮,微动,电子式(接近式)无接触,其它内容后面讲述§
8.
1.4执行电器
一、电磁铁
1、功能把电能转换成机械推(拉)力和位移
2、原理通电时,电磁力使磁阻减小的方向推(拉)衔铁产生位移
3、符号与接触器线圈相同代号根据应用对象而定一般用YA如液压中(T、DT、K等)
4、种类·直流、交流单相三相所用电源·推式、拉式(工作方式)·制动用牵引、起重、专用(阀用)等(应用场合)
5、说明(
1、交流电磁铁直流电阻R小,启动工作电流I大,气隙大电感小吸合后气隙小电感大(电抗)电流小所以a.交流电磁铁不能被卡住后长时间通电b.不宜频繁吸、放(操作)c.吸力大-行程长(
2、直流电磁铁当失电时,有自感电动势(很高)所以a.应对电路如以保护(续流电路)b.吸力稳定,寿命长,行程短
二、电磁离合器
1、功能传递机械转动
2、原理摩擦力直流电磁铁推动
3、符号同电磁铁,代号YC
三、电磁夹具
1、功能用于工件的装夹,(磨床上的电磁吸盘)
2、符号同电磁铁,代号YH
3、优点、缺点方便、夹紧多工作、精度、第12次课2学时上次课复习主令电器、执行电器本次课题(或教材章节题目)§
8.2继电器-接触器控制的常用基本线路教学要求掌握继电器-接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理重点继电器-接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理难点继电器-接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
8.
2.1——
0.5学时§
8.
2.2——1学时§
8.
2.3——
0.5学时课后作业习题
8.
25、
8.
26、
8.27÷
8.
28、
8.29任意三题参考资料§
8.2继电器-接触器控制的常用基本线路§
8.
2.1继电器-接触器自动控制线路的构成线路图用路来表示的接线关系
一、分类一般可以分为两种实体接线图(安装线路图)每一条线路都画出来,每个点都画出来,按照实际安装形式,尺寸以一定比例画出来这种图不易读,复杂,但表示真实用于施工安装(与印刷电路板类似)电器原理图(电原理接线图)用电器符号,按一定规则画出来易读试设计维修的依据
二、规则1.主电路用粗线,控制电路用细线,分开画,有时分多张图纸2.控制电路电源线列两边,(母线)控制回路按照动作顺序自上至下(自左至右)平行绘制(支路)3.一个电器的各个部分分别画出在用到的支路中4.各电器及部件用规定的符号表示,每个电器有一个代号(文字符号),一个电器的各个部件用同一代号,同一类的不同电器以代号加序号区别5.原理途中的符号一段电视的状态表示,位置则以停机时的位置表示(开关零位)6.线路交叉处,连接打交点(节电),不连接不画原则每根线路都应编号一边单号,一边双号以控制目标分界7.必要时,应画出电磁动作顺序表如循环动作§
8.
2.2继电器-接触器自动控制的基本线路起动及保护电路
(1)启动及自保1)线路2)原理动作原理自保原理及原因
(2)保护装置工作中保证人及设备安全的装置1.短路电流保护1)熔断器(保险)a.原理电流大时熔化,切断电路b.种类丝式(保险丝)片式(保险片)安装形式插入式,密封管式螺旋式速度分普通快速c.熔断时间与电流大小有关当I/IN=2时30-40S当I/IN≤
1.25时长期工作d.选择:电压—安装形式电流—大于额定值说明:异步电机启动时有5-7倍额定值熔断器应在启动中不熔断2-3秒一般的以Ist/K=IN熔K=
1.6-
2.5轻载K大重载K小也可根据实验确定e.性能差易缺相f.符号:如图代号:FU2)过电流继电器用于直流电机电枢保护或线绕式电动机保护3)自动空气短路器用于自动程度高的保护.原理:略功能:a.短路保护:电流大于10倍整定值时断开.过电流脱扣器b.热保护:当长期过载
1.25倍时几十分钟.热脱扣器c.时亚保护:电压低时断开.电磁脱扣器特点:贵保护后可恢复有手柄开关符号:见图代号:QF或Q种类:分电机保护型10倍照明保护型6倍2.长期过载保护1自动空气短路器有这种功能2热继电器热保护器KH保护原理:当
1.25倍过载电流时间长KH断有时带缺相保护3.欠压保护接触器本身就有当系统没有适应加装以防电压恢复出问题.4.零励磁保护当I小时KA动作KM断开二.正反向控制电路
三、点动SS为一开关SB1长期启动、SB停止SB2点动
四、多电机互馈
五、多点控制
六、顺序控制
七、多速电机(固定)
八、电磁铁的线路§
8.
2.3生产机械中的几种自动控制方式生产机械的控制方法分类按控制信号(发迅)手动自动行程(位置)行程开关时间时间继电器速度控制速度继电器电流、温度、压力等相应控制元件
一、行程(位置)自动控制发迅装置行程开关
1、行程开关分类机械式接触式碰块电子式非接触式接近
(1)按钮式、碰块按下
(2)滑轮式、行程开关
(3)微动式、行程开关的芯由簧片、反弹位移小(X)定位准确
(4)按近开关、电子式寿命长、可靠、贵、频率高原理电感L变化、电容式、霍尔元件
(5)符号和代号行程ST;微动SM;接近SN
2、行程控制基本线路
(1)自动停车
(2)顺序控制
二、按时间的自动控制发迅装置为时间继电器
1、时间继电器分为空气式、电磁式、电子式等调节螺钉空气
(1)空气式(气囊式)时间继电器结构简单,便宜,定时误差大
(2)晶体管式时间继电器
(3)延时类型通电延时当线圈接电后,触点延时动作常闭-打开常开-闭合断电延时当线圈断电后,触点延时动作常闭-闭合常开-打开
(4)符号及代号KT通电延时延时动作方向断电延时
2、时间控制
(1)定时工作
(2)自耦降压启动注时间继电器是中间继电器,触点容量小,不能直接分合至主电路有延时触点与瞬动触点之分
三、按速度控制
1、速度继电器符号;代号KR
2、速度控制频敏电阻启动第13次课2学时上次课复习继电器-接触器控制的常用基本线路本次课题(或教材章节题目)继电器-接触器控制实验教学要求熟悉接触器、继电器等控制电器;连接控制电机正反转的控制电路重点连接控制电机正反转的控制电路难点连接控制电机正反转的控制电路教学手段及教具实验教学讲授内容及时间分配熟悉接触器、继电器等控制电器——1学时连接控制电机正反转的控制电路——1学时课后作业实验报告参考资料第14次课2学时上次课复习接触器-继电器实验本次课题(或教材章节题目)§
8.3继电器-接触器控制线路举例§
8.4继电器-接触器控制线路设计教学要求能分析较复杂的控制线路,并学会设计一些简单的控制线路重点分析、设计控制线路难点分析、设计控制线路教学手段及教具习题讨论讲授内容及时间分配§
8.3继电器-接触器控制线路举例——1学时§
8.4继电器-接触器控制线路设计——1学时课后作业参考资料§8.3继电器-接触器控制线路举例见书§8.4继电器接触器、控制线路设计
一、程序选择控制方式设计原理图选择电器元件实体接线圈(安装接线圈)
二、要求
(1)满足要求
(2)合理(线路、布局、元件参数)
(3)方便(维修、操作)
(4)安全(有各种保护措施)
(5)可靠一个电路要经过多次修改甚至试验后才能定型设计位经验是一个重要的因素
三、注意的问题
1、状态记忆电磁铁等,要有继电器来自锁记忆
2、并、串联的原则(与或关系)当“与”时串或时并
3、互锁关系有时需按定位的中间继电器触点不够多
4、手动与自动一般自动控制时,留有手动功能用主令开关等进行状态切换
5、一个支路中尽量安排一个接触器或电磁线圈
6、对容量大的电感就防干扰过电压
7、当初步设计后,进行简化简化接线压缩触点
8、防止相互干扰寄生及竞争
9、电器元件整定值应符合工作要求
10、画接线圈及线号、与原理图相符
11、列电器一览表第15次课2学时上次课复习继电器-接触器控制线路本次课题(或教材章节题目)§
9.1可编程序控制器的基本结构、工作原理和主要特点教学要求了解可编程序控制器的基本结构、工作原理、主要特点和用途重点可编程序控制器的工作原理难点可编程序控制器的工作原理教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
9.
1.1——
0.5学时§
9.
1.
2、§
9.
1.3——
1.5学时课后作业习题
9.
1、
9.
2、
9.
3、
9.4参考资料第9章可编程序控制器§
9.1可编程序控制器定义为工业环境设计的数字运算的电子系统(工业计算机)具有面向用户的指定系统82年ICE国际电工委员会及可编程序的存储器用途取代传统的硬接线式的电器控制装置,由软件程序来实现电器动作的逻辑关系名称PC过去叫PLC解释1、数字运算操作-电子计算机机(内部)2、为工业环境设计-工业计算机输入-开关(或模拟)信号输出-开关(或模拟)信号3、面向用户指令系统(易学习)对用户来说只把机器看成是一组继电器和触点4、有可编程的存储器(程序存储器)编程的过程是把内部的继电器及触点按你的要求连接(接线)起来构成系统的过程所以说可编程序控制器的控制逻辑逻辑是由软接线(软件编程)实现的(可修改)5、可扩充根据控制目标的要求,可增加某些控制功能模拟量输入,输出,PID上行通信,I/O扩展模块等等6、直接用于工业环境、抗干扰能力
一、PC机的基本结构内部为典型的计算机三总线结构从微机的角度出发:
1、CPU:通用的;如F系列为
8039、CPU、单片机的一种a.系统程序厂家固化好的b.工作方式扫描工作方式(有中断、查询等)
2、存储器分ROM和RAM1)ROM固化厂家的系统程序(控制CPU工作、扫描输入输出)2)RAM
①用户程序区存放用户程序当断电时用电池起保护作用;
②数据区各输入、输出继电器的状态(及各继电器的状态)称为数据表寄存器
3、现场输入接口现场的输入信号、输入端一般内部有隔离防护措施(分交流和直流两种)
4、现场输出接口接通或分断电磁阀;或接触器的线圈-----开关信号内部状态存储器的状态是运算的结果CPU把这个结果写到输出接口电路中去控制开关输出根据接口电路分为继电器输出型、晶体管输出型、可控硅输出型、
5、键盘及显示器1)键盘主机没有键盘,在编程器上可以进行各种编程输入及检查操作2)显示器在编程器上可以显示PC工作状态,编程的用户程序,错误信息
6、外存接口1)磁带机可用(录音机)磁带机来保存用户程序(备份)2)EPROM可接写有用户程序的EPROM芯片(不需电池)
7、其它接口有A/D、D/A、通信(RS232)上位链、CRT、PRT等
二、PC机的输入和输出信号
1、输入信号PC机对输入信号进行运算处理,产生输出信号进行控制分类交流数字、开关量直流模拟、过程信号注对于输入回路的接线原则4---7mA电流(左右)
2、输出信号是一个开关信号,对外说就可以认为是一个触点或开关分类当为
①继电器时可控制交、直流电路;
②晶体管时可控制直流电路;
③当可控硅可控制交流电路(直流开关不断)输出接点的保护直流交流注输出接点的工作电流应按说明书选定,不可超过
三、定时PC有两种定时方式软定时由程序设立,工作中不易改变硬定时由扩展定时模块提供,工作中可调
四、PC与传感器的接口
1、数字信号,高速计数单元
2、模拟信号A/D模块第16次课2学时上次课复习可编程序控制器的基本结构、工作原理和主要特点本次课题(或教材章节题目)§
9.2可编程序控制器的内部等效继电器电路教学要求理解可编程序控制器的内部等效继电器电路重点理解可编程序控制器的内部等效继电器电路难点理解可编程序控制器的内部等效继电器电路教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
9.2——2学时课后作业参考资料§
9.2可编程序控制器的的内部等效继电器电路
一、PC等效继电器对于使用者可以把PC机的内部数字寄存器,理解为相应内部继电器;当寄存器为1,即继电器通,反之,断继电器线圈与计算机存储器映射位的关系继电器接点与计算机存储器映射位的关系所以,PC说明书只给出了内部可用的继电器编号一般有以几种
1、输入继电器(由输入信号决定状态的寄存器单元及输入接口电路)
2、输出继电器(由运算结果决定的输出状态寄存器单元及输出接口电路)
3、时间继电器(可设定延时的寄存器单元由时间决定状态)
4、计数器(由带数值决定状态的寄存器)
5、辅助继电器(中间)(对外不可见的寄存器单元)分为断电保持和非断电保持
6、特殊继电器(表示一定特殊做含意的寄存器)
7、数据通道(一组数字寄存器,16位或8位一组不能单独使用)PC工作方式根据用户程序要求对输入和输出及中间继电器的状态,进行逻辑运算,并操作输出接口按运算结果改变的过程
二、PC机的编程语言分几种
1、图形式语言(梯形图)具有和继电器电原理图相似的形式,所以使用方便、易学习对于传统的电器设计者入门很快
2、文字语言为了输入方便,而对梯形图的文字表达
3、其它高级语言功能表图、发展方向注编程的过程就相当于对PC的继电器进行软接线的过程
三、等效电路举例
1、PC等效电路输入电路用户程序输出电路
2、PC的实际接线
3、PC的程序(梯形图)F系列三菱立石第17次课2学时上次课复习可编程序控制器的内部等效继电器电路本次课题(或教材章节题目)可编程序控制器认识实验教学要求理解可编程序控制器的工作原理重点理解可编程序控制器的工作原理难点理解可编程序控制器的工作原理教学手段及教具实验教学讲授内容及时间分配2学时课后作业参考资料第18次课2学时上次课复习可编程序控制器的认识实验本次课题(或教材章节题目)§
9.3可编程序控制器的编程和指令系统§
9.4可编程控制器的应用教学要求掌握C系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法以及应用实例重点C系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法难点C系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配本次课把教材的§
9.3可编程序控制器的编程和指令系统、§
9.4可编程控制器的应用两节分成以下三小节来讲§
9.3常用可编程序控制器§
9.4C系列P型机的指令系统§
9.5可编程控制器的安装及编程学时分配如下§
9.3——
0.5学时§
9.4——1学时§
9.5——
0.5学时课后作业习题
9.
9、
9.
10、
9.11参考资料§
9.3常用可编程序控制器国产进口F系列(三菱)C系列(立石OMRON)S系列西门子TI德州书中介绍的F系列受实验条件的影响,我们以立石OMRONC系列为例介绍:
一、OMRON的C系列机(指令向下兼容)C20型普及型I16点O12点不可扩28点扩展型I80O60(可扩展为)140点最大主机相同已以不多见!C系列P型机型号为C28P等配置可扩展,主机有多种不同点数的规格扩展也有多种不同点数的规格例C28P,主机,16入,12出C28P,扩,16入,12出C40P,主机,24入,16出C系列H型机,型号为C28H等与P型一样,只是加装有RS232接口,可直接与上位计算机通信C200C500C2000型小型或大型机,模块化结构,点数可由应用情况确定
二、C系列中型机的内部继电器及通道在C型机内部开关量以一个点(存储器的一位)来控制(继电器)运算中是以一个通道16位或16个继电器)为单位来进行的十六进制注F系列以8位为单位(8进制)
1、通道CHANNELCHC××P机中有5个输入通道00CH~04CH,最多16×5≈80点(I)5个输出通道05CH~09CH,最多12×5=60点(O)(注每CH中12~15不用)8个内部(中间)通道10CH~17CH,16×8=136个(包括1800~180718CH前8个)10个保持通道HR00CH~HR09CH160个32个数据通道DM00CH~DM63CH64个注通道号是数字运算及传送的基本单位16位
2、继电器每个CH中包括16个继电器(及CH中的1位),编号为××00~××15通道号继电号例输入00CH中为0000~0015注对于输出通道为前12位有对应输出端如
①05CH中为0500~0511而0512~0515,做内部继电器使用
②一个继电器是一个逻辑控制对象(单元)DM不能分位使用,及16位一起用
3、特殊继电器18通道的高8个继电器用于内部特殊功能(标志位)18081809191018111812181318141815~加电ON§
9.4C系列P型机的指令系统接点指令中用到的继电器的接点,常开;常闭状态与决定于继电器在程序中以继电器编号来表示线圈接线的控制目标状态取决于输入线路它们都是指令的操作数指令的组成形式与硬接线类似母线接点常开;常闭线圈
一、基本指令图形文字操作数操作数LD继电器号接点号支路起始第一个常开接点LDNOT继电器号接点号支路超始第一个常闭接点AND继电器号支路中串联常开接点ANDNOT继电器号支路中串联常闭接点OR继电器号支路并联常开接点ORNOT继电器号支路并联常闭接点OUT继电器号支路控制的继电器线圈例电机正反转编程,文字0000停0500正0001正0501反0002反
二、专用指令基本指令有专用键专用指令各种机型不一样,C系列输入为功能键FUN+功能号
1、NOP(空操作)(留空间,影响扫描时间)功能号00输入方式FUN
002、END(结束)[FUN01]END图形功能:程序结束符扫描时,判断是否结束
3、TR暂存继电器有专用键对应图形符号如右功能用来引起一个分支一个支路中可以用8个(TRO~TR7)例LDNOT0000OUTTROAND0001ANDNOT0501OUT0500LDTROAND0002ANDNOT0500OUT0501END注一个支路不重复,不同支路可重复
4、IL分支起点FUN02图形IL功能设定分支的起点
5、ILC分支结束FUN03图形ILC功能与IL连用确定分支范围举例与TR比较1可以通用2复杂时不能实现(用TR)3不成对时可用,但检查出错,不影响使用
6、JMPFUN04转移图形JMP
7、JMEFUN05转移结束图形JME功能成对出现确定一段条件转移程序例当0000OFF时不执行(保持状态)注JMP与JME不成对时可用,检查错可节省时间
8、SFT移位FUN10图形功能按输入状态移位指定通道,当CPON一次,CH1~CH2中低向高移位一次;IN决定低位状态R为复位端例LD0001LD0002LD0003SETO5CH首O5CH末注可多个通道连用,CH1CH
29、KEEP保持FUN11图形:右图功能把继电器X做为保持使用,当SON时,XON并保持(SOFF也不变)当RON时,XOFF,直到SON例LD0000LD0001KEEP0500(FUN11)
10、CNT与CNTRCNT计数器,无功能号(有键)图形CPCNTXR#c功能当CPON一次,计数器-1,当计数器为0时,CNTXONCPCNT00R#0005LD0000LD0001CNT00#0005CNTR循环计数FUN12图形当+ON一次C+1当由C0时ON当-ON一次C-1当由0C时ON例:
11、DIFU和DIFD前沿及后沿微分FUN13FUN14图形DIFUX当输入ON时XON一个扫描周期LD0001DIFU1000注可防锁死不能启动,改进后
12、TIM和TIMH定时TIM无功能号图形功能按时间常数T定时T/10秒,注:T单位,
0.1秒例当0000ON后10秒TIM00ONLD0000TIM00#0100注当TIMON后保持到0000OFF复位,需脉冲时:TIMH,FUN15(高速定时)图形功能时间常数的单位为
0.01S,则#0100时为1秒,TIMH,#0100时为10秒TIM
三、特殊功能继电器特殊功能继电器C系列机P型机有16个特殊功能继电器,分别是18通道的后8个19通道前8个分述如下1808电池报敬时ON指示灯1809扫描时间监控,T100msON,T130ms不工作1810高速计数器硬件清零时,ON一个T1811常OFF(在大型机中用)18121813常ON可恒控工作状态指示1814OFF1815加电复位,通电后ON第一个周期
19000.1S脉冲1:1占空比
19010.2S脉冲1:1占空比19021S脉冲1903BCD码错误,当码1001时ON1904进位标志,当运算进借位时ON,可由STC置,CLR清1905运算指令ON1906运算指令=ON1907运算指令ON§
9.5可编程控制器的安装及编程由内部等效电路知输入提供接点通,断信号;输出使用一个开关来控制目标
一、安装
1、输入接线C系列-P型机的输入为光电耦合器件(发光二极管)输入开关应控制一个电源来驱动二极管,所以在回路中应串接一个电源分为输入端(继电器号)公共端(COM)C系列P型机有带24V直流输入电源的机型这时接线简单无需配用电源,但如距离远时,不能用
2、输出接线输出端是一接触点(开关)可用于控制电路有时输出端的公共端是几个接点用一个有时是一个触点专用当合用COM时则接点的控制电源应一致
3、布线规定、干扰、注
①散热;
②屏蔽、接地;
③输入线的长短与电源、直流、交流;4维护空间修改程序(编程器可插),更换电池等5强电线不平行
二、编程
1、确定工作流程决定I/O点数,从而选定PC机型号
2、分配I/O及继电器当多个输出共用一个COM端时,应使这一控制组的电源一致
3、分块画出梯形图,再连接
4、输入及调试
5、存储存入磁带备份或写入EPROM
三、化简梯形图编好后,为节省存储空间及扫描时间,需化简原则
1、节省空间、时间;
2、便于输入;
3、保持原有时序逻辑;例
①②ANDLD
③LDALDCILANDBANDBLDEANDCORFLDDANDDOUTTROORLDANDEANDAORLDOUTLDTROANDFORLDOUTXILC
④LD0000LD0000OUT0501OUTTR0AND0001AND0001OUT0500OUT05004条LDTR0OUT0501
⑤保证时序0500ON工作一个扫描周期(微分)0500无法工作
四、编程举例书
9.7问题夹紧——正转——放松——反转接点分配输入输出松0500启动SB0000紧0501夹紧1ST0001正0502正转2ST0002反0503放松3ST0003反转4ST0004实验输出M1正500输入1SB上升0000M1反5012ST下降0001M2正5021ST放松到位0002M2反503KA夹紧到位00033ST00044ST0005不翻译,写出程序清单第19次课2学时上次课复习C系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法以及应用实例本次课题(或教材章节题目)实验课可编程序控制器编程练习教学要求掌握C系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法以及应用实例重点C系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法难点C系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法教学手段及教具实验教学讲授内容及时间分配2学时课后作业实验报告参考资料第20次课2学时上次课复习可编程序控制器编程实验练习本次课题(或教材章节题目)§
10.1电力半导体器件§
10.2单相可控整流电路教学要求掌握晶闸管的基本工作原理、特性和保护措施;基本可控整流电路的工作原理及其特点重点基本可控整流电路的工作原理难点基本可控整流电路的工作原理教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
10.1——1学时§
10.2——1学时课后作业习题
10.
1、
10.
2、
10.
3、
10.4参考资料第十章晶闸管及基本电路简述半导体技术两个方面集成电路—------------微电子学(弱电)功率电力半导体器件——电力电子学强电)功率半导体包括晶闸管双向晶闸管可关断晶闸管场效率晶体管大功率晶体管(达林顿复合管)大功率二极管特点
1、用小(比较小)的弱信号,控制大功率的电路(电压、电流)(与继电器接触器比);
2、通、断速度快(与继电器比)
3、损耗(发热)小
4、体积小成本低概括地说是弱电控制强电的桥梁数字控制是由于功率半导体的发展而高速发展起来的§
10.1电力半导体器件§
10.
1.1晶闸管(SCR)(可控硅)是最早出现的功率半导体器件
一、结构和符号
1、结构图见书由四层扩散了杂质的半导体(P型或N型)组成分为三个电极阳极A、阴极K、控制极G
2、符号、代号VS
二、工作原理
1、工作过程当SOFF时U=
0、U2=Asinωt、Ud当SONUG=E结论1当UG=0时,正反向均不导通;2当UG=E时,正向导通,反向不通3当导通后UG0时,依然导通,直到Id维持电注时阻断注
①当Id可以是几十(A)或上百(A)的电流,而对应IG只需几十(mA)就可实现控制;
②对应UG为几伏(3V~10V),U2为几百至几千伏;
③当VS导通后,UAK=1V左右(压降)导通前UAK=U2(可达上千伏电源电压)(可控硅)晶闸管可理解为一个脉冲触发接通的受控开关
2、晶闸管的导通条件1UAK0(正向电压加在阳阴极上);2UGK触发电压(IG触发电流)有触发信号;3导通后IG(UG)可消失
3、晶闸管的关断条件1UAK≤0(反向电压)2UG是否有都关断
①UG消失
②Id维持电流
三、晶闸管的伏安特性伏安特性阳极电压与阳极电流的关系
1、当反压时:不通当UURSM时,反向击穿(10ms)(反向不重复电压);
2、当正压时:1IG=0时,不通2当UUDSM时(正向击穿10ms)UDSM正向不重复峰值电压;3IG增加时,UBO下降,当IQ足够大时,UBO很小;4规定使正向电压(6V)导通的Ig称为触发电流,Ug称为触发电压
四、晶闸管的主要参数
1、断态重复峰值电压:URSM(晶闸管电压值)工作中可承受的电压最大值不应超过URSM一般选择时应大于工作峰值
1.5~2倍
2、反向重复峰值电压URRM反压值工作中可能承受的最大反压值,一般为(URRM-100V)
3、额定平均通态电流(正向平均)IT额定电流在40℃和标准散热条件下,全导通时(α=0),可连续通过的工频半波电流的平均值平均值IT与有效值I(交流)的关系I=
1.57IT(一个额定值的管子可通过的有效值大),所以如以有效值选晶闸管时应换算(K=
1.57波形系数)
4、维持电流IH当UG=0时(无触发时),维持导通的最小电流,当IdIH时,关断
五、型号及含义如KP10
六、判断好坏RGK正向小RKG大注万用表+极为负电池-极为正电池应注意§
10.
1.2其它半导体器件
一、双向晶闸管(TRIAC)符号:代号:VS工作方式当UG≠0时,UMT1UMT2;UGMT10或UMT2UMT1;UGMT10时,导通相当于两个可控硅反向并联工作,用于交流电路的控制
二、可关断晶闸管(GTO)VS当UG正时接通,当UG负时关断特点1可由触发脉冲通断;2关断比晶闸管快;3控制功率IG大(比晶闸管)
三、功率晶体管VT大功率的晶体管;特点1通断由Ib控制(无关断问题);2导通压降低(比晶闸管)(
0.3V~
0.8V);3由于放大有限,所以Ib大,应用中复合管(达林顿)放大倍数增加;4大功率管断态电压低,1400V以下;5控制功率大,Ib连续且IG
四、大功率二极管可以承受高电压大电流的二极管,3000V6000V100A200A等§
10.2单相整流电路可控硅的主要应用是交流变直流整流取代直流发电机组分为单相半波单相桥式三相零式三相桥式§
10.
2.1单相半波整流电路
一、带电阻负载当控制角为α时,0απ
二、带电感性负载当电源U2过零时,(ωt=kπ时)Id≠0当eL-U2〉0时,Id≠0,如IH时不关断,直到eL-U2≤0时IdIH这时a+θπ,当L上升,θ上升,Ud和Id下降输出电压不能满足要求
三、续流二极管的作用Id为一直流(平均值为)IdVS=θ/2π(Id)晶闸管§
10.
2.2单相桥式可控整流
一、单相半控桥两只晶闸管与两只二极管当U120时VS1触发当U210时VS2触发
1、电阻性负载电流与电压同相位
2、电感性负载当加续流二极管后θ/2π×Id=Ivs晶闸管π-θ/π×Id=Ivs续流二极管
3、反电势负载如电机电枢因为R较小而E大;电流脉动大、变化大,所以,工作条件差一般加平波电抗器第21次课2学时上次课复习晶闸管的基本工作原理、特性和保护措施;基本可控整流电路的工作原理及其特点本次课题(或教材章节题目)§
10.3三相可控整流电路§
10.5晶闸管的触发电路§
10.6晶闸管的串并联和保护教学要求掌握晶闸管的触发电路的基本工作原理重点晶闸管的触发电路的基本工作原理难点晶闸管的触发电路的基本工作原理教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
10.3——
0.5学时§
10.5——1学时§
10.6——
0.5学时课后作业习题
10.
10、
10.
12、
10.
13、
10.
17、
10.
18、
10.19参考资料§
10.5晶闸管触发电路晶闸管工作中需要触发信号这工作由触发电路完成常用触发电路单结晶体管、小晶闸管、晶体管(集成电路)§
10.
5.1对触发电路的要求
(1)电压和电流足够大触发电压4~10V触发电流满足晶闸管的要求(不同管值不同)
(2)触发脉冲宽度应大于晶闸的导通时间,10μs以上(20~50μs)
(3)不触发时,输出电压〈
0.1s~
0.2V可以负电压输出
(4)触发脉冲前沿要陡(10μs)保证触发时间的准确性
(5)触发脉冲应与主电路同步,应能移相§
10.
5.2单结晶体管触发电路用于中小功率的晶闸管电路中(50A)
一、单结晶体管的结构、特性
1、符号由两个PN结组成代号vu发射极-e、第一基极-b、第二基极-b
22、等效电路Rb1第一基极等效电阻Rb2第二基极等效电阻当b2(+),b1(-)时,(Ubb一定)A点电压η分压系数(
0.3~
0.9不同管子不一样)(分压比)
3、工作过程(当Ubb不变)
(1)当Ue〈UA时,V反压Id极不小;
(2)当Ue=UA时,V正压,但U正压降时,Ie不大,截止
(3)当Ue=UA+UD时(P)点Id上升(导通)Rb1减小出现负阻特性Ue下降Ie上升,P点为峰点(开始出现负阻特性的工作点)这时峰点电压U峰点电流I
(4)当Ue下降至V点时,电阻Rb1不再减小(当Ie上升Ue上升线性)这一点称为谷点(V)谷点电压Uv谷点电流Iv,P-V之间称为负阻区5当UeUv(当Ie下降、截止)
二、单结晶体管的自振荡电路
1、原理S(OFF到ON)接通后
(1)电容充电Ue=Uc上升当UcUp时截止、无电流Uc油续充电上升
(2)电容放电Uc=Up当Uc=Up时e与b1导通(负电阻区)Ie上升,C向R1放电在R1上产生电压Uo
(3)电容放电结束由于R1小Rb1导通也小而R较大,所以电流Ie由C提供但不能维持当电容放完电后,UcUv(谷点)时,R的电流IIv所以,截止,重新对电容充电反复上一过程
2、参数
(1)对于R(充电电阻)当Uc=Up时IR(流过R的电流)IP(当IRIP时UC不能上升)Rb1不减小导通)当Uc=UV时IRIV所以
(2)周期T=RCln[1/1-η]
(3)脉冲宽度决定于R
1、C(放电时间常数)一般C(
0.1~1μF)R1(50~100Ω)
(4)脉冲峰值电压Uom当UC=UP时导通UOM∝UP而UP=UA+UD=Ubb+UD,所以UOM∝(≈)ηUbb+UD当η大或Ubb大时,UOM也大
(5)峰点电压UP与和Ubb成正比当上升(或Ubb上升)时UP上升
(6)R2为温度补偿电阻(200Ω左右)
三、单结晶体管触发电路对于晶闸管中的触发脉冲应以过零点为起点,开始移相(同步)(α角的起点),所以需一个同步脉冲信号实际的触发电路如图所示T——同步变压器;DW——稳压二极管;RS——限流电阻;R——充电电阻;C——充电电容;R1——输出电阻;
1、同步电压
2、电容电压
3、触发信号
4、主电路电压电流
5、调压当改变R下降时,T下降(周期=)控制角α变小下降,θ增加上升同样当R上升时,α上升,θ下降§
10.6晶闸管的串并联保护§
10.
6.1串并联
一、并联需均流因为伏-安特性不一样
二、串联均压因为伏-安特性不一样§
10.
6.2过载保护
一、过电流
1、快速熔断器熔断时间(MS级)
2、过电流继电器动作时间
3、整流移相当I上升а上升
二、过电压
1、阻容
2、硒堆
3、压敏电阻第22次课2学时上次课复习晶闸管的触发电路的基本工作原理本次课题(或教材章节题目)实验课晶闸管特性及触发原理教学要求掌握晶闸管的特性及触发原理重点掌握晶闸管的特性及触发原理难点掌握晶闸管的特性及触发原理教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配2学时课后作业实验报告参考资料第23次课2学时上次课复习晶闸管的特性及触发原理实验本次课题(或教材章节题目)§
11.1机电传动系统的组成和分类§
11.2机电传动系统调速方案的选择教学要求了解机电传动控制系统的组成和分类、生产机械对调速系统提出的调速技术指标的要求重点生产机械对调速系统提出的调速技术指标的要求难点生产机械对调速系统提出的调速技术指标的要求教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
11.1——1学时§
11.2——1学时课后作业习题
11.
111.
211.3参考资料第十一章直流传动控制系统§
11.1组成和分传动系统的分类以执行设备分类直流传动系统直流电动机输出动力交流传动系统交流电动机输出动力特点比较交流、便宜、维修方便、结构简单、调速难直流、贵、结构复杂、调速方便、性能好继电器、接触器、控制系统(断续)调速系统(连续)§
11.
1.1机电系统的组成由电动机、强电控制电器、组成微电子控制元件由组成的方式可分为
1、开环控制系统由输入量来控制输出量的变化例输入励磁→控制器(发电机)--→被控对象电动机→输出n当实现调速时If上升-----→U上升------→n上升但当TL上升变化时n下降,(与n0无关)所以调速范围受到限制,当n小时Δn的比例大如:当Δn=10时n0=100时为10%波动,n0=10时为100%波动(变化率)调速范围D在额定负载下的最高转速nMAX与保证转速变化率时最低转速nMIN之比注当时,TN时的Δn产生Δn/nMIN(变化率)满足要求静差度S在某一速度参数参数下额定负载时的Δn与理想空载转速n0之比推导结果(S2为nMIN时的静差度)所以
1.调速范围与额定负载时的转速降ΔnN有关ΔnN小则D大;特性硬时ΔnN小,电动机的D大
2.S2应小于生产机械要求的S(满足)一般情况下S越小,D就越小
3.nMAX决定于生产机械和电动机本身一般系统中,我们希望系统的D大一些(适应生产要求)这时应想办法减小ΔnN,从而使对应于S2的nMIN下降,这时引入了
2、闭环控制系统例输入信号和输出信号比较后控制输出信号反馈信号,与输出量成比例的信号输入反馈传动测量输出§
11.
1.2自动控制系统的分类开环转速负反馈单环闭环电压负反馈电流正反馈电势负反馈多环§
11.2调速方案及选择§
11.
2.1调速方法机械、电气§
11.
2.2调速系统的指标
一、静态
1、静差度(稳定度)S不同机械不一样
2、调速范围
3、调速平滑性分级、连续、(无级调速)
二、动态指标(影响平滑性)
1、超调量
2、过渡时间T达到误差小于5%~2%以内所用的时间
3、振荡次数第24次课2学时上次课复习机电传动控制系统的组成和分类、生产机械对调速系统提出的调速技术指标的要求本次课题(或教材章节题目)§
11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统§
11.4晶体管-电动机直流脉宽调速系统教学要求掌握晶闸管-电动机直流传动控制系统中的单闭环直流调速系统,了解双闭环直流调速系统和可逆系统;理解晶体管脉宽调速系统的基本工作原理重点晶闸管-电动机直流传动控制系统中的单闭环直流调速系统,晶体管脉宽调速系统的基本工作原理难点晶闸管-电动机直流传动控制系统中的单闭环直流调速系统,晶体管脉宽调速系统的基本工作原理教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
11.3——1学时§
11.4——1学时课后作业习题
11.
411.
511.6参考资料§
11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统用得多(成本低)分为单闭环、双闭环、可逆系统§
11.
3.1单闭环系统反馈及调节器控制分比例P、积分I、微分D静态时有无偏差分有静差、无静差
一、有静差调速系统
1、组成及原理原理介绍公式推导机械特性方程为K0从ΔU到Ud的放大倍数=KPKSK开环放大倍数=γ/CeKPKS当无反馈时有比较看出
(1)当输入电压Ug相等时,则当闭环时,输入Ug比开环大1+K倍时n0f才与开环n0相同,所以反馈不能取消
(2)当开环与闭环输出相等时所以闭环系统在TN下的Δnf比开环时小了1+K倍静差度减小(S)
(2)当S2不变时,闭环系统的Df=(1+K)D扩大了调速范围注有静差因为:TL↓Ia↓(U-IaRa)↑当n↑UTg↑Uf↑ΔU↓Uk↓α↑Ud↓n’↓但不可能n=n’,否则UTg=原值,Uf不变、n上升,所以有静差Δn=n’-n∝K的大小放大器:可以是比例放大环节P、积分放大环节I、微分放大环节D
2、其它反馈速度反馈好,但贵,对测速电机要求高
(1)电压负反馈反馈系数Uf/U=αUg一定,当U↓→n↓→Ia↑→U↓→Uf↓→ΔU↑→UK↑→α↓→U↑→n↑可以稳压只能调整电源的输出电压U不变但不能调整由于IaRa造成的转速降一般是为了防止电压波动
(2)电压负反馈与电流正反馈结论;当
1、2项相等,这时由于E=KeΦn=Cen,所以Uf=负反馈信号与转速成比例,也称为转速反馈,(满足时)第25次课2学时上次课复习晶闸管-电动机直流传动控制系统中的单闭环直流调速系统本次课题(或教材章节题目)第12章交流调速系统,变频器使用知识教学要求掌握交流调速系统的基本原理与类型,熟悉系统的基本组成;了解交流电动机调速的特性、特点以及适用场合重点交流调速系统的基本原理难点交流调速系统的基本原理教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配2学时课后作业习题
12.
112.3参考资料第26次课2学时上次课复习交流调速系统的基本原理本次课题(或教材章节题目)§
13.1步进电机§
13.2步进电机的环形分配器教学要求掌握步进电机的基本结构和工作原理,以及主要技术指标与特性了解步进电机的驱动方式重点步进电机的工作原理、驱动方式难点步进电机的工作原理、驱动方式教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
13.1步进电机——1学时§
13.2步进电机的环形分配器——1学时课后作业习题
13.
1、
13.3参考资料第十三章步进电动机传动§
13.1步进电动机用途和特点由脉冲控制一个脉冲→转一个步距角(步)β,无积累误差速度与脉冲频率f通电顺序有关调速方便易于实现数字控制数控机床中开环控制系统(以脉冲数来计算工作位置)廉价的伺服系统(开环伺服)§
13.
1.1结构及原理分类一类有电磁机构和机械部分组成,棘轮爪等;速度低(手表等)二类靠电磁作用实现步进、速度快永磁(转子)式步进电机(转子为磁铁)反应式步进电机(转子为铁芯)混合式步进电机
一、反应式步进电机的结构定子分为多相绕组(三相、
四、六相等),各项在空间上等分圆周转子显极(凸极式)有Z个齿,分布在圆周上齿距角:τ=360/Z=2π/Z特点定子每相有两个磁极相对分布(一对);每个极上有多个齿;定子齿距角与转子齿距角相等;对于三相电机(ABC);当转子齿与A相对齐时,与B相差1/3齿距角(τ)、与C相差2/3齿距角(τ);当为m相时,相邻-相与转子错开(差)1/m齿距角=τ/m
二、工作原理通电方式
1、单三相时A-B-C-AA时,对齐;B时由磁阻最小原则,转过1/3齿距角(τ/3)C时转过2τ/3A时转过3τ/3=τ
2、双三拍AB-BC-CA-AB同上
3、单、双(2m拍)六拍时(M相2M拍)三相六拍A-→AB-→B-→BC-→C-→CA-→A当A-→B时磁极转60当A-→AB时磁极转30所以当:A-AB时1/2Xτ/3=τ/6CA-A时τ
三、步距角β与转速nβ为一个控制脉冲(一拍)所转的角度:m为相数Z转子齿数K为二拍/相单、双三拍=1,三相六拍=2转速§
13.
1.2步进电机特性(频率特性)
一、频率—力矩特性(矩频特性)f上升,T下降当高频时,起动力矩T减小影响矩频特性的因素:
1、工作方式三拍差六拍好
2、时间常数(线路)τ当τ上升f上升T下降(电流上升率)
3、电源电压当U上升,T上升§
13.2步进电机环形分配器§
13.
2.1驱动由于规定了工作方式,所以需要按一定的顺序为各相分配脉冲环形分配器就是做这样工作的环形分配器步进电机驱动电源步进电机§
13.
2.2环形分配器环分有硬件、软件
一、硬件略
二、软件原理查表法CBAHBX76343210指针10100000001A20300000011AB30200000010B40600000110BC50400000100C60500000101CA700指针取数表头表尾指针加第27次课2学时上次课复习步进电机的基本结构和工作原理,以及主要技术指标与特性;步进电机的驱动方式本次课题(或教材章节题目)§
13.3步进电机的驱动电路教学要求了解步进电机的各种驱动电路重点步进电机的各种驱动电路难点步进电机的各种驱动电路教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
13.
3.1单电压限流型驱动电路——1学时§
13.
3.2高低压切换型驱动电路——1学时课后作业习题
13.8参考资料§
13.3驱动电路§
13.
3.1单电压驱动L为绕组RC限流电阻可减小通电(上升时间常数)C通电前站充电,电流上升快V为续流R加速电流下降后沿变陡原理V=0时不通V=1时通V=0时断特性RC有耗能低频振荡V提高,R提高,可加速,但耗能大§
13.
3.2双电压功放导通U2供电(高压)V2截止i快速上升,U2in=0VT2截止U1通过V供电(低压)特点上升快且RC不用太大;起动力矩大,高频好;但有U信号需微分电路且多用了一个功率管恒流动功放电路用恒流源取代电阻RCVR续流VT1控制V
1、V2取压
0.7V1+V特点由V取代了RC从而功耗大为减少,减小了电源电压U第28次课2学时上次课复习步进电机的驱动电路本次课题(或教材章节题目)§
13.4步进电机的运行特性及选用中应注意的问题教学要求了解步进电机的运行特性及选用中应注意的问题重点步进电机的运行特性难点步进电机的运行特性教学手段及教具多媒体教学讲授内容及时间分配§
13.
4.1——1学时§
13.
4.2——1学时课后作业参考资料第29次课2学时上次课复习步进电机的运行特性、主要性能指标本次课题(或教材章节题目)实验课教学要求重点难点教学手段及教具指导讲授内容及时间分配2学时课后作业参考资料第30次课2学时上次课复习本次课题(或教材章节题目)习题讨论课教学要求通过习题加深对所学知识的印象;增强灵活运用知识的能力重点难点教学手段及教具讨论讲授内容及时间分配2学时课后作业参考资料IaIfUM_nUKeΦ-=RaKeKtΦ2T=n0-ΔnTnnUKeΦ-=RaKeKtΦ2TTnn0nUKeΦ-=Ra+KeKtΦ2Tn0TnIfMIa+_URfREn0UKeΦ=RaUTKeKmΦ2=-KeΦnTnn0MIa=If+_UETnIfMIa+_URfKMEKMKMKMIfMIa+_URfETLnTnnnUKeΦ-=Ra+RKeKtΦ2TTLn2R2n1nn3R3TR3R2R1TLnU2nnTU2U1nRa2Ra1R1R2R2〉R1NSn0FFZYXCBAABCXYZICIBiAZYXCBAZYXCBAωt=180ZYXCBAωt=120ZYXCBAωt=60ZYXCBAωt=0iAiBiCπ32π3π214365214365Tst=KR2U2R22+X20221≤+Tst=R2U2KR2+X220~QCCBXYANSNSNSSNNSSGFWCWUfSM~UcUFWCWCSM~Uc↑(+)(-)~UfφfWFφ1WCnω原动机负载E0=0U0=0转子静止时BR~Id=I12t1+I22t2+··ΣtiPd=P12t1+P22t2+··ΣtiTd=T12t1+T22t2+··ΣtitSP=PSttp+toε=工作时间工作时间+间歇时间=tp100%P=PSεSP=PSεSNεSεSN=PSεSQQQABCVI12路(刀)3ⅠⅡⅢⅣ位M~KMKKMKKKMKMSSSB1SBSB200000001000200030004050005010502050305040000000205000501050000010003050105000501END0001000005010500000200000500050105000501LD0001OR0500ANDNOT0000ANDNOT0501OUT0500LD0002OR0501ANDNOT0000ANDNOT0500OUT0501TR00000000105010500000205000501TR0ENDINCPRSFTCH1CH2000300020001INCPRSFTCH5CH5KEEPXSRKEEP0500SR00000001+CNTR-00R#0005TIM00#01000000TIM00#01000000TIMTIMH00#01000000ABCEDFXABCDEFX05000501050005010000000100010000050100000501050005010501050000000000050205010501000105010500050205020002050205030500050000030500000405030503ENDAKGU2UVSUdUGESERLUd~U2URSMUBSMUBO转折电压IUIHK双向型换向电流下降级数类型含意额定电压额定电流P普K快、S双晶闸管3CTX/Y额定电压(断态重复)额定电流(额定平均通态电流)晶闸管N型3极MT2MT1GGKAIbIeIcIeIcIbVSUdU2RLU2UgUdUVSα输出电压(平均值)(直流电)注这时θ=π-a导通角Ud=
0.45U221+COSαe-+VS-+L+U2-RU2UgUdUVSαU2LRVS+++-V-e-U212VS1VS2V1V2R(Id)Ud1+COSα2Ud=
0.9U2LV3V2V1VS2VS121U2UdILERidUdV2V1VS2VS121U2V3E+b2IeRb1Ubbb1b2eeARb2UAUe-b1UA=Rb1Rb1+Rb1Ubb=ηUbbUePUDUAIPIVUVVUPIeR2R1SERCb1eb2UOUCUP充电放电UOIR=E-UPRIPIR=E-UVRIVE-UVIVRE-UPIpαR31K/5WV2V1RURLRLb2eDWUDVS2VS1b1USR2R1Ub1CTUSUDωtωtUCωtUb1ωtURLΔn=Rfa+RdaKeKMΦ2D=nMAXnMIN变化率规定值S=n0-nNn0D=nMAXS2ΔnN(1-S2)D=nMAXnMINTGMUTGUKαUgUfnUdΔUKPKSn=K0UgCe1+K-RΣCe1+KIa=n0-Δnfn=K0UgCe-RΣCeIa=n0-Δnn0f=n01+KΔnf=Δn1+KMUKαUgUfUΔUKPKSRP+-+-+-IaRaMUKαUgUfUΔUKPKSRP-+-+-Rnf=Uab=UR2R1+R2-UR3R3+Ra+ER3R3+RaR1R2R3UfRa↑EabR2R1R3Ra=-ER3Uf=R3+RaCeR3R3+Ran=KfnR2R1R3Ra=-。