电气控制与PLC教学文案.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气控制与PLC,参考书目：,电气控制与可编程控制器应用 吴晓君 杨向明主编,中国建筑工业出版社 2004年,电气控制与PLC 孙平主编,高等教育出版社 2004年,新一代可编程计算机控制器技术 齐 蓉编著,西北工业大学出版社 2000年,可编程控制器应用技术与实例 袁任光编著,华南理工大学出版社 1997年,电气控制与PLC 程周主编,电子工业出版社 2003年,现代电气控制及PLC应用技术王永华主编,北京航天航空大学出版社2003年,名词释疑,1、控制：,为得到某种结果而施加的某种技术措施或手段所产生的作用。,2、电气控制：,用电力的办法实现对设备或系统的各种工作状态的控制，以满足用户需求。,3、电气控制技术：,面向工程实际，着重解决工程中电气控制所遇到的各种问题，实现对设备或系统各种工作状态控制的技术保障与措施。,4、自动化：,在没有人的直接干预下，通过一定的技术、装置，按预定规则，就能达到预期目标从而提高效率的过程。,5、PLC：,一种数字式，应用计算机技术的自动控制装置。,6、系统：,相关元素有机组合的整体。,7、网络：,无边际的系统；,扩大了的系统；,信息节点之间的通信链路（Link）。,8、设备：,从事生产活动的机械装置；,系统的具体表现形式。,9、电路：,设备的动力部分（通路）；,系统中一个有特定内涵、不可或缺的分支。,第一章 常用低压电器,第一节 低压电器的基本知识,第三节 控制,继电器,第二节 接触器,第四节 熔断器,第五节 开关电器,第六节 主令电器,本章小结,本章作业,P36：2、4、5、6、10、12、13,第一节 低压电器的基本知识,一、电器,在电路中，实现电量与非电量之间的转换、控制、保护、调节、检测等功能的器件或装置。,二、分类,按,工作电压,等级分：以AC1200V、DC1000V为界，有高压电器、低压电器,按,电源性质,分：直流电器、交流电器,按电器的,动作方式,分：手动电器和自动电器,按电器的,用途,分：开关、主令、控制、保护和执行电器,第一节 低压电器的基本知识,按,有无触点,分：有触点电器和无触点电器,按,工作原理,分：电磁式电器和非电量控制电器,按,电器功能,分：控制电器和配电电器,按使用环境分：工业、农业、船舶、军用、特种电,器等,三、低压电器特点,量多面广，结构各异,大多数为电磁式电器，原理相同，组成相近,感受部分(检测部分)电磁电器的电磁系统,执行部分 电磁电器的触点系统,第二节 接触器,一、属性,频繁通断,交直流回路和大容量控制电路。,二、用途,是电气控制中最常用、最主要的自动切换电器。,电磁式电器；,具有低压释放保护功能；,适用于频繁操作、远距离或自动控制。,三、特点,第二节 接触器,四、结构和工作原理,接触器是利用电磁吸力的原理工作的。接触器主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，结构简图如图1-1所示。,图,1-1,接触器结构简图,1,主触头,2,常闭辅助触头,3,常开辅助触头,4,动铁心,5,电磁线圈,6,静铁心,7,灭弧罩,8,弹簧,第二节 接触器,线圈加额定电压，,通入电流，产生磁场，,铁芯、衔铁和气隙形成,回路，产生电磁力，将,衔铁吸向铁芯，常闭触,头断开，常开触头闭合；,线圈电压消失，触头恢,复常态。,第二节 接触器,1.电磁系统,电磁系统组成,电磁系统包括三部分：动铁心（衔铁）、静铁心、电磁线圈。,电磁系统的三种铁心形状：U型（C型）、E型、O型（环形）。,电磁系统电磁线圈两类：直流线圈、交流线圈。,第二节 接触器,图1-2 接触器电磁系统的结构图,a)衔铁绕棱角转动拍合式 b)衔铁转轴转动拍合式 c)衔铁直线运动螺管式,第二节 接触器,(2)吸力特性,电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线称为吸力特性。吸力特性随励磁电流的种类(交流或直流)，励磁线圈的连接方式(并联或串联)不同而不同。电磁吸力可近似地按下式求得,F410,5,B,2,S,式中，F为电磁吸力，B为气隙磁感应强度，S为铁心截面积。,当铁心截面积S为常数时，电磁吸力F与B,2,成正比，也可认为F与气隙磁通,2,成正比,即F,2,。励磁电流,第二节 接触器,的种类对吸力特性有很大影响，因此下面对交、直流电磁机构的吸力特性分别讨论。,交流电磁机构的吸力特性,设线圈外加电压U不变，交流电磁线圈的阻抗主要决定于线圈的电抗，电阻忽略不计，则,当电压频率f、电磁线圈的匝数N和相线圈外加电压U为常数时，气隙磁通,也为常数，则电磁吸力也为常数，即F与气隙大小无关。实际上，考虑到漏磁通的影响，其电磁吸力F随气隙的减小略有增加。,第二节 接触器,直流电磁机构的吸力特性,因线圈外加电压U和线圈电阻不变，流过线圈的电流I也为常数，即不受气隙,变化的影响，根据磁路定律,=IN/R,m,1/R,m,，式中R,m,为气隙磁阻，则F,2,1/R,2,m,1/,2,，即电磁吸力F与气隙,的平方成正比。,(3)反力特性,电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。反作用力包括弹簧力、衔铁自身重力、摩擦阻力等。,第二节 接触器,(4)反力特性与吸力持性的配合,为了保证使衔铁能牢牢,吸合，反力特性必须与吸力,特性配合好，如图1-3所示。,图1-3 吸力特性与反力特性的配合,1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性 3反力特性,2.触头系统,触头是接触器的执行部件，用来接通或断开被控电路。,类型,材料,一般采用铜材料制成；对于小容量电器常,用银质材料制成。,主触头,分类,辅助触头,桥式触头,指形触头,第二节 接触器,主要用于通断负载工作电流回路，通常为,3,对常开触点。,主要用于电路的控制与联锁，又称联锁触头，有常开、常闭之分，数量由器件自身结构决定。,3.灭弧系统,电弧,危害,延长了切断故障的时间；,高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；,形成飞弧造成电源短路事故。,灭弧措施,吹弧,拉弧,栅片灭弧,多断口灭弧,利用介质灭弧,改善触头表面材料,第二节 接触器,实质是：电器通断瞬间，带负荷的触头周围空间的大气绝缘层被瞬间击穿，形成空间电流。又称气体放电。,触头闭合时，由于动、静触头相互接近，间距减小，电弧短，危害性不大；断开时，触头间距增大，电弧拉长，若无措施，会产生危害。,电器带负荷通断电路，若触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。,第二节 接触器,五、交直流接触器特点,接触器按其主触头所控制主电流的种类可分为交流接触器和直流接触器两类。,1.交流接触器,交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。,交流接触器结构图,绝缘支架,静铁芯,吸引线圈,灭弧罩,主触头,动铁芯,辅助常开触点,第二节 接触器,辅助常闭触点,(1)单相交流电磁机构特性,原因,iI,m,Sin,t,i,=,m,Sin,t,f,2,F,m,Sin,2,t,当 i=0 时：,=0；f=0,因而，电磁机构在工作时,会产生振动和噪声。,第二节 接触器,f,i,t,i,f,0,第二节 接触器,解决办法,在单相交,流电磁铁铁芯,的端面嵌装一,个自成回路的,金属环，也称,分磁环或短路,环。,结论：,单相交流电磁机构中，由于短路环的存在，产生了时间上不同时为零的两相磁通，在电磁机构通电期间，电磁吸力始终大于弹簧反力，使衔铁牢牢吸合，消除了振动与噪音。,第二节 接触器,1,f1,t,f,0,f2,f1+f2,i,2,i,f,2,1,f,1,注：,i 系,2,产生的感应电流,系 i产生的感应磁通,Fx f,1,+f,2,第二节 接触器,2.直流接触器,直流接触器线圈通以直流，主触头接通、切断直流主电路。,对于250A以上的直流接触,器往往采用串联双绕组线圈。,在电路刚接通瞬间，保持,线圈被常闭触头短接，可使起,动线圈获得较大的电流和吸力。,当接触器动作后，常闭触头断开，两线圈串联通电，由于电源电压不变，所以电流减小，但仍可保持衔铁吸合，因而可以节电和延长电磁线圈的使用寿命。,图1-11,直流接触器双绕组线圈接线图,第二节 接触器,六、分类,直流,交流,单极,双极,三极 适用于一般常规控制,四极 适用于单相双控回路,五极 适用于多速电机控制或,自耦降压调速起动。,接触器,KM,常闭辅助触点,线圈,KM,常开辅助触点,KM,七、图符,第二节 接触器,主触点,KM,八、型号意义,第二节 接触器,CJ,热带产品代号,(,TH,),极数 以数字表示，三极产品省略,A、B改型产品；Z直流线圈；S锁扣；K矿用产品,主触点额定电流A,辅助代号：Z重任务；X消弧；B栅片去游离灭弧,交,流接,触,器拼音缩写,设计序号,CZ,常闭,(,NC,),主,触点数,常开,(,NO,),主,触点数,辅助触点代号、数量,主触点额定电流A,直,流接,触,器拼音缩写,设计序号,1.额定电压,交流接触器：,127、220、380、500V,直流接触器：,110、220、440、660V,交流接触器：,5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A,直流接触器：,40、80、100、150、250、400、600A,2.额定电流,3.吸引线圈额定电压,交流接触器：,36、110（127）、220、380V,直流接触器：,24、48、220、440V,九、接触器的主要技术指标,第二节 接触器,接触器持续通电,8,小时，主触点温升不超过规定时，主触头所允许流过的最大工作线电流,主触头所允许承受的最大工作线电压,接触器线圈工作电压,十、接触器的使用选择原则,第二节 接触器,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；,根据负载性质选用相应使用类别；,接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；,额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流;,吸引线圈的额定电压、电流应与所在控制电路的额定电压、电流等级一致；,辅助触点数量应能满足控制要求；,经济实用性。,一、控制继电器概述,1.定义,是一种根据电量(电流、电压)或非电量(时间、速度、温度、压力)等参数的变化，自动接通和断开控制电路，以完成控制或保护任务的自动控制电器。,2.功能,在控制(小电流)电路中，实现控制、放大、联锁、保护和调节等功能。,3.特点,用于切换小电流的控制电路；,触点容量不大于,5A,；,可以对各种电量或非电量的变化作出反应；无灭弧装置。,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器,4.分类,按用途分,控制、保护和中间；,按应用系统分,电力用和拖动控制用；,按动作原理分,电磁式、感应式、电动式、电子式、,机械式、热力式等；,按输入参数分,电流、电压、时间、速度、压力等；,按动作时间分,瞬时、延时继电器。,第三节 控制继电器,二、电磁式继电器特性,1.结构,由电磁系统、触点系统、调节机构、绝缘支架等。,2.分类,电压继电器；,电流继电器；中间继电器；时间继电器；控制继电器等。,第三节 控制继电器,3.特性,即：电磁式继电器的输入-输出特性，为一介跃函数。,又称回环特性/继电特性。,吸合特性,y,f,=,0 x,x,2,y,max,x,x,2,释放特性,y,x,=,0 x x,1,y,max,x,x,1,y,max,x,y,0,x,1,y,x,y,f,x,2,释放时间：线圈失电到衔铁完全释放所用时间,4.主要技术参数,第三节 控制继电器,额定电压、电流,调节范围,动作响应时间,返回系数,K,x,2,x,1,1,1,无调节功能,吸合时间：线圈得电到衔铁完全吸合所用时间,普通继电器0.050.15s,快速继电器0.0050.05s,线圈和触点正常工作时的电压或电流的允许值,(,额定值,),指控制继电器的吸合值,(,释放值,),、整定值,三、常用电磁式继电器介绍,1.电压/电流继电器,用途,设备或系统的电压/电流的自动控制与保护。,特点,电压继电器,线圈并联在电路中，匝数多、导线细、,阻抗大；,电流继电器线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。,分类,按线圈工作电源性质分,按被控电路电源性质分,按继电器工作特性分,第三节 控制继电器,过电压/过电流继电器,欠电压/欠电流继电器,直流型：过流、,欠流、欠压,交流型：,过流、过压、,欠压,直流型、交流型(单、三相)、交/直流型,过电流继电器,I,KA,KA,KA,第三节 控制继电器,欠电流继电器,KA,KA,I,KA,图符,欠电压继电器,KA,KA,U,U,KA,第三节 控制继电器,电流继电器,电压继电器,产品,第三节 控制继电器,说明,过压,(,流,)继电器,欠压(流)继电器,交流过压(流)继电器,电磁机构无需短路环。因为，过压,(,流,),继电器线圈在正常工作条件下，衔铁不吸合，只有当信号参数超过继电器的设定值时，衔铁吸合，动断,(,NC,),触点打开，切断电路电源，在对系统实现了保护的同时继电器线圈也因失电，使得衔铁释放。,线圈接入额定值工作时，衔铁吸合，一,旦电压降低到额定值的,(,0.10.6,),U,N,或,电流超过,(,0.10.2)I,N,时，衔铁释放，动合,(,NO,),触点打开，电路得到保护；一旦工作值上升恢复到额定值时，衔铁再次吸合。,线圈接入额定值工作时，衔铁不动作，只有当电压超过设定值(,1.05 1.2,),U,N,或电流超过(,0.7 4,),I,N,时，衔铁吸合，动断(,NC,)触点打开，电路得到保护；一旦工作值降低到释放值以下时，衔铁迅速释放，触点复位。,2.中间继电器,第三节 控制继电器,用途,5A以下电路中的信号转换。触点扩展及电路控制等。,特点,实质上是一种电压继电器。结构和,工作原理与接触器相似。触点组合有,40、04、44、62、80,几种。,图符,KA,KA,KA,第三节 控制继电器,型号意义,JZ,用途特征代号,常闭触点数,常开触点数,中间继电器拼音缩写,设计序号,选用原则,线圈工作电压应与所在回路工作电压保持一致；,触点电压应与被控回路电压保持一致；,触点数量应能满足控制需求。,用途,设备或系统的滞时控制。,特点,检测元件得到信号后，执行元件要延迟一段时间后才动作的自动控制电器。,分类,按构成原理分,电磁式、电动式、空气阻尼式、晶体管式、数字式,按延时方式分,通电延时型、断电延时型,3.时间继电器,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器,空气式时间继电器结构,第三节 控制继电器,工作原理,第三节 控制继电器,图符,第三节 控制继电器,注：,图符中的限定符号 /不可忽略或省略，圆弧开口方向，即为触点延时后的动作方向。,KT,KT,KT,KT,KT,KT,KT,KT,第三节 控制继电器,选用原则,线圈工作电压等级应与控制回路电压等级保持一致；,延时范围应满足控制要求；,触点数量不足时，可通过中间继电器扩展。,1.热继电器,用途,常与接触器配合用于三相异步鼠笼式电动机的过载保护和断相保护。,特点,利用电流热效应原理工作，依电机发热状况而动作的自动保护电器。,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,四、非电磁式继电器,型式,双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器,结构,由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。,工作原理,第三节 控制继电器,第三节 控制继电器,图符,型号意义,FR,断相保护,D,热继电器拼音缩写,设计序号,热元件个数,热继电器规格,JR,FR,FR,FR,Y接法,U,L,=,3U,P,I,L,=I,P,正常情况下,Z,A,=Z,B,=Z,C,=Z,U,AB,=U,BC,=U,CA,=U,L,I,A,=I,B,=I,C,=I,P,=I,L,P=3U,P,I,P,Cos,=,3U,L,I,L,Cos,第三节 控制继电器,断相保护分析,Z,B,U,L,U,L,I,A,I,B,I,C,A,B,Z,A,C,Z,C,FR,故障情况下，设U,B,=0，,那么,即：,P,=,U,L,I,Cos,Z,B,A,Z,A,C,Z,C,FR,U,L,I,U,L,Z,A,+Z,C,I,=,第三节 控制继电器,若断相前后，功率保持不变，则有：,P=P,即：,3U,L,I,L,Cos,=U,L,I,Cos,I,I,L,Cos,Cos,3,则：,结论：,Y,接法三相交流电机运行中发生断相事故时，,在功率不变条件下，另外两相绕组中流过的线电流,I,是正常线电流,I,L,的,K,倍，且,K,1。,由于Y,接法时，,I,L,=I,P，,因而，过载的相电流可以准确的反映在线电,流上，因此，对Y,接法交流异步电机，无论采用三,元件或二元件的热继电器，均可实现断相保护。,第三节 控制继电器,接法,U,L,=,U,P,I,L,=,3,I,P,正常情况下,Z,A,=Z,B,=Z,C,=Z,U,AB,=U,BC,=U,CA,=U,L,=U,P,I,A,=I,B,=I,C,=I,L,P=3U,P,I,P,Cos,=,3U,L,I,L,Cos,FR,Z,A,Z,B,Z,C,A,B,C,U,L,U,L,I,A,I,B,I,C,I,AB,I,BC,I,CA,第三节 控制继电器,故障情况下，设U,B,=0，则：,A,C,FR,Z,A,Z,B,Z,C,I,C,I,A,I,L,I,L,=,Z,U,AC,Z,=,(Z,A,+Z,B,),Z,C,2,3,Z,=,I,CP,Z,C,U,AC,=,Z,U,AC,=,3Z,2U,AC,=,=,3,2,I,L,I,AP,=,I,L,-,3,2,I,L,=,3,1,I,L,对,接法电机来说，每相绕组允许通过的相电流,I,P,=3,-1,I,L。,若断相前后电路中的线电流保持不变，即：,I,L,I,L,那么，断相后，C绕组上有：,I,CP,I,CL,=,3,2,I,L,=,3,2,3I,P,1.15I,P,第三节 控制继电器,结论：,接法的三相交流电机运行中发生断相事故时，在线电,流不变条件下，电机绕组内的相电流发生了严重的不平衡，,跨接全压的一相绕组内流过的故障电流是其额定相电流,1.15,倍，而另两绕组由于串接在全压之间，使得该支路中流过的,故障电流正好等于绕组额定相电流,。这时，,由于通过热继电,器热元件的故障电流仍小于热元件的动作整定值，热继电器,不会动作，致使电机绕组过热，严重时，将烧毁电机。因此，,接法的电机在选用热继电器作过载断相保护时，必须选用,三元件并具有断相保护功能的热继电器。因为断相的不确定性，采用两元件的热继电器已不能很好地起到保护作用。,第三节 控制继电器,选用原则,选用时，型号、热继电器规格、电流调节范围三个技术参数缺一不可；,热元件的额定电流可按鼠笼电机额定电流的,95105,确定；,电流调节范围应在热元件额流的,15,左右为宜,。,保护特性分析,Q=I,2,Rt,但对于交流电机而言：,Q=,3,UICos,t,显有：I,t,-,1,即：I与t互为倒数。可见，,热继电器的保护具有一定的延时性。,第三节 控制继电器,说明,线绕式电机不宜采用热继电器作过载保护，这是因为热元件的热惯性，对瞬间过载反应不灵敏所致；,热继电器不宜作短路保护；,接法的三相交流电机若采用熔断器作短路保护，则必须选用带断相保护功能的热继电器作该电机的过载保护装置。,对于频繁可逆运行或反复短时工作制的电机的过载保护应采用其它方法或选用具有过载保护特性的电机。,用途,利用异步电机转速，实现快速制动。,参数,动作转速：,120rpm,复位转速：,T,N,，电机方能起动，否,则不能起动；,起动转距过大，会使传动机构受,到冲击而损坏。,中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。,第三节 三相异步电动机的调速,D,T,ST,1,T,S,0,C,B,A,第三节 三相异步电动机的调速,转矩与电功率的关系：,5.几个重要特性,最大转矩与电源电压的关系：,启动转矩与电源电压的关系：,自适应负载能力：,指电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整的能力。,T,ST,U,1,2,；T,ST,与转子电阻R,2,有关。,T,max,U,1,2,，且与转子电阻,R,2,无关，而,R,2,越大,s,c,也越大。,第三节 三相异步电动机的调速,转差率与转矩的关系：,当电源频率,f,、极对数,p,不变，负载转矩,T,恒定的条件下，电机工作点的转差率只与转子回路电阻的大小有关：,R,2,增大，S 增大，由转速公式可知：1S 减小，n 降低，从而达到调速目的。,第三节 三相异步电动机的调速,三、交流电机调速分类,由上公式可知：,三相异步电动,机电气调速,改变同步转速调速,改变转差,率调速,改变电动机绕组的极对数,(,只适于鼠笼式,),改变电源频率,降压调速,绕线式异步电动机转子回路串电阻调速,二、交流电机调速原理,从三相异步电动机的转速公式,可以看到电机转速：与,电源频率,f,1,有关,；与,电机磁极对数,p,有关,；与,转差率s,有关。,第三节 三相异步电动机的调速,四、调速方法与特点,1.变极调速,原理,由电机原理、转速公式可知：,通过改变电动机定子绕组的接线，改变电动机的磁极对数；,转速与磁极对数成反比。,分类,三速 2Y/2Y/2Y、2,/2,/2Y、2,/2Y/2Y,双速 2Y/,、2Y/Y,四速 与绕组结构、控制要求有关。,鼠笼电机,单绕组,双绕组,四速,/2Y/,/2Y,三速,/Y/2Y,双速 Y/,、Y/Y,第三节 三相异步电动机的调速,控制电路,双速电机调速,-YY恒功率调速,Y-YY恒转矩调速,第三节 三相异步电动机的调速,双速电机调速（一）,电路 简介,KM1主触点,构成接的低速,接法；,KM2,与,KM3,用于将U1、V1、,W1端短接，并在U2、V2、W2 端,通入三相交流电,源，构成YY接的,高速接法。,第三节 三相异步电动机的调速,控制实现,此电路中，采用按钮、接触器，实现,-YY,变速起动和运行：,按钮SB1实,现低速起动和运行；按钮 SB2，,使 KM2、KM3,线圈通电自锁，,用于实现 YY 变,速起动和运行。,第三节 三相异步电动机的调速,本电路中，采用转,换开关 SA，手动控制实,现,-YY 变,速起动和运,行。,双速电机调速（二）,第三节 三相异步电动机的调速,三速电机调速,三速电机定子有2套绕组，1套可作为接法和YY接法的双速绕组，另1套为Y型接法的中速绕组。,第三节 三相异步电动机的调速,SB1用于KM1的起停控制,SB2用于KM2的起停控制,SB3用于KM3和KM4的起停控制。,低速,Y中速,YY,高速,第三节 三相异步电动机的调速,特点,设备简单，特性较硬，运行平稳。调速范围：空载转速n,0,以下。属于有级调速；,适用于起货机、锚机等设备，国产常为-YY(,4/2p,恒功率)；国外常为 Y-YY（,4/2p,恒转矩）。,特性曲线,当电源电压降低时起动转矩会减小；,当适当增加转子绕组的电阻会使起动转矩有所增加。,方法,鼠笼式异步电机降压调速；,绕线式异步电动机转子回路串电阻调速；,滑差电机。,第三节 三相异步电动机的调速,2.改变滑,(转),差率调速,原理,可知：,根据前述的电机重要公式,第三节 三相异步电动机的调速,特点分析,降压调速,原理：,降压调速属于改变转差,率调速。因为降低定子电压U，n,0,和,临界转差率S,m,=R,2,/X,20,不变，但T,max,U,2,减小。对于恒转矩型负载，T减小，,则n减小，从而达到调速目的。,特点：,这种方法对于恒转矩型,负载调速范围很小，而对于通风机型,负载，调速范围则比较大。,一般用于带通风机型负载的电动机。,T,2,T,st,T,m,T,st,T,m,T,st,T,m,U,U,U,U,N,T,O,n,n,0,第三节 三相异步电动机的调速,绕线式转子串电阻调速,原理：,转子串电阻调速,属于改变转差率调速。因为,转子电路外串联电阻R,S,后，,n,0,和T,max,不变，而临界转差,率S,c,随R,S,而变化，R,S,S,c,机械特性越软，转速越低。,特点：,这种调速方法简,单，能够满足一般多级调速,要求，属有级调速（转速只,能逐档变化），调速和起动电阻可共用。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上，如起重、卷扬等设备。,T,2,T,st,T,max,T,st,T,st,T,st,R,s,n,T,O,n,n,0,Sc,第三节 三相异步电动机的调速,滑差电机调速,滑差电机，又称电磁调速电动机。具有测速负反馈环节的交流无级调速驱动装置，能在比较宽广的转速范围内进行平滑的无级调速。,组成:,由Y系列三相异步电动机、涡流离合器、测速发电机、控制器等组成.,外形见产品图。,第三节 三相异步电动机的调速,原理：,异步电机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是提供滑差离合器励磁线圈励磁电流的装置。,滑差离合器是一种电,磁的机械传动耦合器，通,常由主动和从动两个部分,构成，通过电刷与直流电,源联接，调节励磁电流的,大小，即可改变磁极的磁,场强度，于是改变从动部,分的转速。滑差离合器调速所产,生的损耗功率以热能形式消耗在滑差离合器内部。,1-原动机 2-工作气隙 3-主轴 4-输出轴 5-磁极 6-电枢,第三节 三相异步电动机的调速,特点：,交流无级调速，机械特性硬度较高；,结构简单、工作可靠、维护方便、价格低廉；,调速范围大，一般可达10,:,1，有特殊要求,(,如轮转机,),时亦可达50,:,1；,可调节转矩。,励磁电源一般为单相可控硅整流，控制功率较小，一般在100以下。,由于摩擦和剩磁的存在，当负载转矩小于10%额定转矩时就可能失控。,没有制动力矩，只能单向运行。,调速特性,第三节 三相异步电动机的调速,当负载一定时，励磁电流 I,f,的大小决定从,动部分转速的高低，励磁电流愈大，转速愈高；反之，励磁电流愈小，转速就愈低。根据这一,特性，可以利用电气控制电路非常方便地调节,从动部分的转速。,当励磁电流一定时，从动部分转速将随着负载转矩增加而急剧降低，并且这种下降在弱励磁电流的情况下更加严重，它具有较软的机械特性，这种软的机械特性在许多情况下，不能满足生产机械的要求。为了获得范围较广，平滑而稳定的的调速特性，通常采用速度负反馈的措施，使电磁滑差离合器具有较硬的机械特性。,整流器,逆变器,-,+,整流器先将50Hz的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流电，供给鼠笼式异步电动机。由此可得到电动机的无级调速，并具有硬的机械特性。,M,3,f,可变,3 50Hz,VVV f,变频调速就是改变电源电压的频率，从而改变电动机的转速。,第三节 三相异步电动机的调速,3.变频调速,第三节 三相异步电动机的调速,原理,变频调速属于改变同步转速。,根据,n,0,=60f,1,/p,及,n=(1-s)60f,1,/p,可知:改变频率f,1,，同步转速 n,0,改变，转子转速 n 也改变，机械特性也变。,目的,主要是节能调速和工艺调速。,节能调速,用于具有平方转矩负载特性的风机、泵类机构的转速控制，其变频调速控制方式比传统的用风门或阀门调节方式节约能量30%40%;,工艺调速,是根据生产工艺要求进行调速，它能够实现电机软起动，减少对电网的冲击；能提高系统控制精度和生产效率；可扩大调速范围，提高电机的转速和电压。,第三节 三相异步电动机的调速,特点分析,无级调速,(,类似直流调速,),；,特性硬度不变，转速平稳；,变频器较贵，初次投资较大。,方法,采用变频器。,调速特性,T,max,T,f,恒转矩调速区,恒功率调速区,第三节 三相异步电动机的调速,五、调速方法小结,改变极对数调速,优点,无附加转差损耗，效率高；,控制电路简单，易维修，价格低；,与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调,速。,缺点,有级调速，不能实现无级平滑的调速；,由于受到电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现23种极对数的有级调速，调速范围相当有限。,第三节 三相异步电动机的调速,定子调压调速,优点：线路简单，装置体积小，价格便宜，使用、维修方便。,缺点：调速过程中增加转差损耗，此损耗使转子发热，效率较,低；调速范围比较小；要求采用高转差电机，比如特殊,设计的力矩电机，所以特性较软，适用于 55kW 以下的,异步电动机。,电磁转差离合器调速,优点：结构简单，控制装置容量小，价值便宜；运行可靠，维,修容易；无谐波干扰。,缺点：速度损失大，因为电磁转差离合器本身转差较大，所以,输出轴的最高转速仅为电机同步转速的8090；调,速过程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低。,改变滑差率调速,第三节 三相异步电动机的调速,变频调速,优点,无附加转差损耗，效率高，调速范围宽；,对于低负载运行时间较长，或起、停较频繁的场合，可以达,到节电和保护电机的目的。,缺点,技术较复杂，价格较高。,转子串电阻调速,优点：技术要求较低，易于掌握；设备费用低；无电磁谐波,干扰。,缺点：串铸铁电阻只能进行有级调速。若用液体电阻进行无,级调速，则维护、保养要求较高；调速过程中附加的,转差功率全部转化为所串电阻发热形式的损耗，效率,低；调速范围不大。,第三节 三相异步电动机的调速,六、变频器,(,Variable Voltage Variable Frequency Inverter VVVF,),简介,特点,无需任何附加机械装置，专用于普通交流电机实现无级调,速的自动控制装置；,自身不受电源频率影响，启动电流小，容量可达MW级；,高效节能、线路简单。使用方便；,性价比优于同容量直流调速装置；,低频区,(,5Hz,)调速效果差，对交流机而言，无影响；,电机可高速、小型化。,第三节 三相异步电动机的调速,分类,按用途分类,通用型,适于一般工业设备的变频调速与节能控制；,专用型,特定控制对象的拖动与调速。,按容量分类,中小容量,输出电压400V左右，容量在500KVA以下；,大容量,输出电压600V以上，容量在8500KVA以下。,按变频方式分类,交交变频,将固频交流电直接变为频率可调的,交流电；,交直交变频,将固频交流电整流后再变为频率,可调的交流电。,按主回路方式分类,电压型,输出电压的频率可调，电压幅值不变；,电流型,输出电流的频率可调，电流幅值不变。,按变频控制实现方式分类,PAM 型,脉冲调幅式；,PWM型,脉宽调制式。,第三节 三相异步电动机的调速,VVVF调速控制方式,V/F控制,异步电机转速与定子电源频率和极对数 p 有关，改变,就可平滑地调节同步转速。但 f 上升或下降可能会引起磁路饱和,转矩不足，但由于电机最大转矩T,max,(,U,1,/f),2,所以在改变 f 的,同时，需调节定子电压。使气隙磁通维持不变、U,1,/f为常数，电,机效率不下降。,V/F控制简单，通用性优良，调速范围,1:10,。但因是开环控制，调速精度低、范围小，过流能力低，10Hz以下调速有困难。,只能用在调速精度和动态响应要求不高的场合，如风机、泵机控制、流水线上的工作台转动。,第三节 三相异步电动机的调速,转差频率控制,由电机学基础知识可知。异步电动机转矩与气隙磁通、转差频率 f,2,的关系为：,f,2,只要保持气隙磁通一定，控,制转差频率 f,2,就能控制电机转矩。,转差频率控制较 V/F 控制复杂，控制精度、过电流能力较,V/F控制有所提高，调速范围,1:20，低频区调速有困难。,但由于,维持磁通 和转矩恒定的基本关系式是从稳态机械特性上推导,出来的，没有考虑电机电磁惯性的影响，所以动态转矩仍没得,到控制，动态响应效果仍不理想。只适用于要求一般的同步运,转及精度定位的场合。,第三节 三相异步电动机的调速,矢量控制,矢量控制是在交流电动机上模拟直流电机控制转矩的规律，,将定子电流分解成相应于直流电机的电枢电流分量和励磁电流分量，并分别进行任意控制。矢量控制能够对转矩进行控制，获得,和直流电机一样的优良性能，调速范围,1:,100以上，它适用于要,求快速响应或对起动、制动有严格要求或替代直流机的场合。,直接转矩控制,直接转矩控制,(,DTC,),的变频调速是目前正在发展的调速方式，它无需像矢量控制那样进行复杂的矢量变换运算，直接由定子空,间矢量分析三相电动机的数学模型，并决定其控制量。DTC能够,用开环方式对转速和转矩进行控制，它的 PWM 波形直接由转矩,决定，其控制性能比PWM磁通矢量控制方式更优越。,第三节 三相异步电动机的调速,VVVF应用范围,节能,主要针对具有负平方转矩负载特性设备的拖动电机。因为，这,类负载的特点是：,Tn,2,P n,3,=P,(,n,2,/n,1,),3,可见：,当电机完全启动，正常运行后，只需要一小部分维持功率即可。此时，变频器从电网中取用的功率也将会下降。,P,vvvf,=P,M,/,vvvf,M,提高工效、产品质量、设备自动化,在大批量、需连续作业的生产流水线进行诸如脱水、干燥、烘烤、压延、拉伸等作业要求的控制、联动无级调速等。,第三节 三相异步电动机的调速,提高可靠性、舒适性,以全面提高系统运行的安全性、可靠性或以提供舒适性为主要目标，针对能源、交通以及如电梯、空调等特种或专业设备设施上的应用。,第四节 电路图阅读与分析,一、摇臂钻电气图,设备结构,底座,工作台,主轴,摇臂,主轴电机,立柱,升降丝杠,电源箱,操作盘,升降电机,冷却液管,冷却泵,液压泵,操作手柄,工作灯,第四节 电路图阅读与分析,运动机构,臂运动机构：,沿立柱的升降；,绕立柱的旋转；,夹紧与放松。,主轴箱：,沿摇臂的平移；,纵向进给；,钻削,夹紧与放松。,液压与冷却泵：,提供液压动力；,提供冷却液；,第四节 电路图阅读与分析,电控特点与要求,控制系统组成,电控、液控、机控三部分。,摇臂,有升降、旋转运行要求；,主轴箱,有水平移动、纵向进给、钻削进给要求；,液压系统,提供摇臂及主轴箱所需的紧、松时的动力；,控制要求,有手/机动控制要求；有保护要求；有提供照明、,信号显示要求；有联锁动作要求；,阅读电路图,主电路,Q 电路电源开关 FU 短路/过载保护电器,M1 主轴箱电机,M2 摇臂升降电机,M3 液压泵电机,M4 冷却泵电机 SA1为其电源开关。,第四节 电路图阅读与分析,辅助电路,T 控制变压器 提供127V/6.3V/36V 三种电压；,SA2/FU3 为工作灯EL的电源开关及短路保护；,SB1/SB2 主轴箱启停按钮；,KM1/FR1 为主轴电机M1的接触器/热继电器；,SB3/SB4 为摇臂升/降点动复合按钮；,SQ1/SQ2 升/降极限保护/摇臂放松信号；,KM2/KM3 为升降电机M2的可逆接触器；,KM4/KM5/FR2 液压泵电机M3的可逆接触器/热继电器；,SQ3 摇臂夹紧信号；,SB5/SB6 液压电磁阀控制按钮；,SQ4 主轴箱夹紧/放松信号；,HL1/HL2/HL3 夹紧/放松/主轴旋转信号指示。,第四节 电路图阅读与分析,摇臂钻电路图,第四节 电路图阅读与分析,电路阅读,准备,Q闭合，电路得电，待运行；,启动运行,按下SB2 KM1得电吸合 常开触点闭合，自保；,常开触点闭合，HL3亮，运行显示。,主触点闭合，M1得电启动运行。,钻削加工时，只需通过操作手柄实现手/自动进给。,摇臂升降及放松、夹紧,第四节 电路图阅读与分析,按下SB3,KT得电吸合 瞬动常开触点闭合,KM4得电吸合 M4得电，逆时针启动运行,延时常闭触点断开 KM5联锁；,延时常开触点闭合 YV得电,摇臂放松 碰撞SQ2 常闭断开 KM4失电释放 M3停止供油,常开闭合 KM2得电吸合,KM2常闭断开 与KM3联锁,KM2主触点闭合 M2得电，逆时针启动运行,摇臂上升 碰撞SQ1 常闭断开 KM2失电释放 M2断电，停止,KT失电释放,瞬动常开触点断开 KM4失电释放 M4失电，停止；,延时闭合的常闭触点闭合 KM5得电吸合，M3得电，顺时针启动运行；,延时断开的常开触点断开 YV失电，摇臂开始夹紧 碰撞SQ3 夹紧完成。,第四节 电路图阅读与分析,冷却泵运行,手动操作SA1，即可实现对冷却泵电机M4的控制。,电路保护,Q 电源隔离与联络；,FU1 电路短路总保护；,FU2 M2/M3及辅助回路保护；