過控機(jī)電傳動(dòng)試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、機(jī) 電 傳 動(dòng) 控 制（過 控 專 業(yè)）實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書 吳 敬 兵 編 寫武漢理工大學(xué)機(jī) 電 學(xué) 院 2009 年 2月實(shí)驗(yàn)一：三相異步電動(dòng)機(jī)繼電器控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉繼電器控制的原理；2.熟悉電機(jī)的繼電器直接起動(dòng)控制；3.熟悉繼電器控制電機(jī)的y/ 轉(zhuǎn)換起動(dòng)；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1. 實(shí)驗(yàn)電器； 2. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)等；三、實(shí)驗(yàn)原理1. 繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類很多，以繼電器，接觸器及各種開關(guān)，按鈕等為主要器件構(gòu)成的控制系統(tǒng)，稱為繼電器控制系統(tǒng)；它可對(duì)機(jī)電一體化的各種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，如起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、延時(shí)、速度及順序控制。這種控制方法簡(jiǎn)單、直接，工作穩(wěn)定；從它的誕生之日

2、起，一直是機(jī)械設(shè)備及各類生產(chǎn)自動(dòng)線控制中的主力；近年來，隨著其他控制方法的出現(xiàn)，繼電器控制系統(tǒng)的地位已大大減弱，目前主要用于各種開關(guān)量及簡(jiǎn)單設(shè)備的控制中。繼電器控制系統(tǒng)中起主要控制作用的是各類低壓電器；凡是對(duì)電能的生產(chǎn)、輸送、分配及使用起控制、調(diào)節(jié)、檢測(cè)、轉(zhuǎn)換和保護(hù)作用的電工器械均可稱為電器。其中，用于交流頻率為50hz、額定電壓在1200 v以下，或直流額定電壓在i500v以下的電路，起控制，調(diào)節(jié)或通斷保護(hù)作用的電器稱為低壓電器。低壓電器的品種規(guī)格很多，結(jié)構(gòu)各異。按其用途可分為配電電器和控制電器；按動(dòng)作方式可分為自動(dòng)電器和手動(dòng)電器；按觸點(diǎn)形式分為有觸點(diǎn)電器和無觸點(diǎn)電器等。接觸器接觸器是利用電

3、磁吸力使觸頭閉合或斷開的電器，是一種具有很強(qiáng)通性的電磁式電器。它可以頻繁接通或斷開交、直流主電路，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制；主要用來控制電動(dòng)機(jī)，也可用于電容器，電阻爐和照明器具等電力負(fù)載的控制。接觸器的動(dòng)、靜觸頭一般置于滅弧罩內(nèi)，近年來還出現(xiàn)了由晶閘管構(gòu)成的無觸點(diǎn)接觸器。交、直流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)均由線圈、鐵心和銜鐵組成；交流接觸器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括通，斷主電路的三對(duì)常開主觸頭和兩對(duì)常開、兩對(duì)常閉的通斷控制電路的輔助觸頭；直流觸器有兩對(duì)常開主觸頭。接觸器的圖形符號(hào)如圖2.3所示： 線圈 常開主觸點(diǎn) 常開輔觸點(diǎn) 常閉主觸點(diǎn) 常閉輔觸點(diǎn) 圖 1 接觸器的圖形符號(hào)繼電器繼電器是根據(jù)外界輸入的信號(hào)(電的成非電的)

4、來接通或斷開控制電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路自動(dòng)控制或保護(hù)的電器。它具有輸入電路（又稱感應(yīng)元件）和輸出電路（又稱執(zhí)行元件），當(dāng)感應(yīng)元件的輸入量(如電流、電壓、溫度、壓力等)變化并達(dá)到某一定值時(shí)繼電器動(dòng)作，執(zhí)行元件便接通或斷開控制回路。繼電器的種類繁多，常用的有中間繼電器，電壓電 圖 2 繼電器的結(jié)構(gòu)流繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器以及溫度，壓力，計(jì)數(shù)，頻率，速度繼電器，固態(tài)繼電器等。 ( a ) ( b )圖 3 繼電器及其圖形符號(hào)當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生磁力，吸引銜鐵，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。線圈消失電后，復(fù)位彈簧使銜鐵返回原來的位置，常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。圖1繼電器的線圈，常開觸點(diǎn)和常閉觸

5、點(diǎn)在電路圖的符號(hào)。一只繼電器可能有若干對(duì)常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)；在繼電器電路圖中，一般用相同的由字母，數(shù)字組成的文字符號(hào)(如ka 2)來標(biāo)注同一個(gè)繼電器的線圈和觸點(diǎn)；繼電器在自動(dòng)化控制中用途廣泛。繼電器的種類很多，其觸點(diǎn)形式有常開型、常閉型和切換型三種，它們?cè)陔娐分械姆?hào)如圖所示。其主要技術(shù)參數(shù)如下：1工作電壓繼電器可靠工作時(shí)的電壓稱額定電壓。工作時(shí)輸入繼電器的電參量與該值相符。2吸合電流繼電器所有觸點(diǎn)從釋放狀態(tài)到達(dá)工作狀態(tài)的電參量最小值，但不能作為可靠工作值。3釋放電流繼電器所有觸點(diǎn)恢復(fù)到釋放狀態(tài)時(shí)所需電參量的最大值。4吸合時(shí)間繼電器從通電到觸點(diǎn)全部達(dá)到工作狀態(tài)所需的時(shí)間。 熔斷器熔斷器是低壓配

6、電系統(tǒng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中起過載和短路保護(hù)作用的電器，使用時(shí)，熔斷器串接于被保護(hù)的電路，當(dāng)流過熔斷器的電流大于規(guī)定值時(shí)，以其自身產(chǎn)生的熱使熔體熔斷，從而自動(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)過載和短路保護(hù)。插入式熔斷器，螺旋式熔斷器，封閉管式熔斷器，新型式熔斷器；熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、重量輕，使用維護(hù)方便、價(jià)格低廉、分?jǐn)嗄芰^高、限流能力良好等優(yōu)點(diǎn)，因此在強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。2三相異步電機(jī)的繼電器控制異步電動(dòng)機(jī)是一種基于電與磁相互依存又相互作用而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械；它的定子，轉(zhuǎn)子在電路中是彼此獨(dú)立的，但又是通過電磁感應(yīng)而相互聯(lián)系，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即存在轉(zhuǎn)差率，故稱為異步電動(dòng)機(jī)。

7、電機(jī)定子通入三相交流電時(shí)即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靜止的籠形轉(zhuǎn)子切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流，通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，且此轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向一致，所以轉(zhuǎn)子便順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。電機(jī)起動(dòng)方法主要有直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)，直接起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，投資省，起動(dòng)時(shí)間短；缺點(diǎn)是起動(dòng)電流大，一般用于7kw 以下；三相異步電機(jī)的降壓起動(dòng)方法很多，起動(dòng)初始用較小的電壓，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至80% 額定轉(zhuǎn)速，立即改變額定電壓，使電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；較為普遍的即是y/起動(dòng)； 三相異步電動(dòng)機(jī)的接線 圖 4 三相異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)接線 圖 5 三相異步電動(dòng)機(jī)星形接法 圖 6 三相異步電動(dòng)機(jī)三角形接法 直接啟動(dòng)1本電路適用于電機(jī)功率

8、不大于22 kw交流電機(jī)的直接啟動(dòng)，具有短路，過載，失壓保護(hù)，可以兩地控制，具有外部控制端子，圖中sb 2 ,sb 3 為外部控制按鈕，可以控制電機(jī)的啟停； 圖 7 三相異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)1 元件表：名 稱符 號(hào)規(guī) 格 型 號(hào) 數(shù) 量3kw7.5kw15kw22 kw斷路器qfc45ad/3pnc 100d1-1-1-1接觸器kmcj20-10， 線圈電壓380 vcj20-20 線圈電壓380 vcj20-40 線圈電壓380 vcj20-63 線圈電壓380 v1 111 熱繼電器kh1,kh2jr 16-20/3d jr 16-60/3d1111熔斷器fu1，fu2rt 14 (含熔體

9、 2a ) 2 2 2 2控制按鈕1sb1,1sb42sb1,2sb2lay 3-11 紅色lay 3-11 綠色11111111指示燈hg1,hg2hr1hr2ad11-25 紅色380vad11-25 綠色380v 11111111接線端子xtjh2-2.54444 直接啟動(dòng)2本電路適用于電壓380v，電機(jī)功率不大于22 kw交流電機(jī)的直接啟動(dòng)，具有短路，過載，失壓保護(hù)；可以兩地控制，具有外部控制端子，圖中1sb 2 ,1sb 3，2sb 2 ,2sb 3， 為外部控制按鈕，可以控制電機(jī)的啟停； 圖 8 三相異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)2主要元件： 名 稱符 號(hào)規(guī) 格 型 號(hào) 數(shù) 量3kw7.5k

10、w15kw22 kw斷路器qf1,qf2c45ad/3pnc 100d2-2-2-2接觸器km1,km2cj20-10， 線圈電壓380 vcj20-20 線圈電壓380 vcj20-40 線圈電壓380 vcj20-63 線圈電壓380 v2 222 熱繼電器kh1,kh2jr 16-20/3d jr 16-60/3d2222熔斷器fu1，fu2fu3, fu4rt 14 (含熔體 2a ) 4 4 4 4控制按鈕1sb1,1sb42sb1,2sb2lay 3-11 紅色lay 3-11 綠色22222222指示燈hg1,hg2hr1hr2ad11-25 紅色380vad11-25 綠色38

11、0v 22222222接線端子xtjh2-2.56666 星三角起動(dòng)本電路適用于電壓380v，電機(jī)功率不大于75 kw定子繞組為三角形接法的交流電機(jī)星三角降壓起動(dòng)控制，具有短路，過載，失壓保護(hù)；星三角起動(dòng)電流不大于額定電流的2.5倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為全壓起動(dòng)的三分之一，y/ 轉(zhuǎn)換由時(shí)間繼電器控制自動(dòng)轉(zhuǎn)換；可以兩地控制，具有外部控制端子，圖中2sb 1 ,2sb 2 為外部控制按鈕，可以控制電機(jī)的啟停； 圖 9 三相異步電動(dòng)機(jī)的y/啟動(dòng)主要元件：名 稱符 號(hào)規(guī) 格 型 號(hào) 數(shù) 量15kw22kw45kw75 kw斷路器qfdz20y-100/3300dz20y-100/33001-1-1-1接觸器km

12、2km1,km3cj20-25， 線圈電壓380 vcj20-40 線圈電壓380 vcj20-63 線圈電壓380 vcj20-100 線圈電壓380 vcj20-160 線圈電壓380 v12 121212 熱繼電器kh1,kh2jr 16-60/3d jr 16-150/3d1111時(shí)間繼電器ktst3pa-b 線圈電壓220 v 1 1 1 1熔斷器furt 14 (含熔體 2a )1111控制按鈕1sb1,1sb2lay 3-11 紅色lay 3-11 綠色11111111指示燈hr,hg,htad11-25 紅色220vad11-25 綠色220v ad11-25 黃色220v11

13、1111111111電流表a6i2（電流范圍由電機(jī)電流決定）1111電流互感器talmzj-0.5（變流比由電流表決定 ）1111接線端子xtjh2-2.53333四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1熟悉繼電器控制的原理；2. 熟悉電機(jī)的繼電器直接起動(dòng)控制；3. 熟悉繼電器控制電機(jī)的y/ 轉(zhuǎn)換起動(dòng)；4. 設(shè)計(jì)繼電器控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 熟悉繼電器控制的原理；2. 設(shè)計(jì)繼電器控制的電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。3. 設(shè)計(jì)繼電器控制的電機(jī)y/ 轉(zhuǎn)換起動(dòng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二： 交流電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉交流變頻電機(jī)的工作原理；2. 熟悉交流變頻電機(jī)的調(diào)速方法；3. 了解掌握三菱變頻調(diào)速器參數(shù)的設(shè)定。二、實(shí)驗(yàn)

14、設(shè)備變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)裝置； thj- 2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)；三、實(shí)驗(yàn)原理1.交流異步電機(jī)的變頻調(diào)速原理交流異步電機(jī)是應(yīng)用廣泛的一種動(dòng)力機(jī)械,其之所以能得到廣泛應(yīng)用,是由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造容易,運(yùn)行可靠,維護(hù)方便,而且效率高,重量輕,價(jià)格低；但是其缺點(diǎn)之一即是調(diào)速性能差。在工業(yè)生產(chǎn)中由于工藝的要求，在需要電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)可從兩方面著手：一是采用調(diào)速性能好的直流電機(jī)，二是應(yīng)用變頻調(diào)速新技術(shù)，使交流異步電機(jī)的運(yùn)行可按生產(chǎn)工藝的要求調(diào)速。由電機(jī)學(xué)知,交流電機(jī)轉(zhuǎn)速公式: ； 其中：f 定子電源頻率，p 磁極對(duì)數(shù)，s 轉(zhuǎn)差率，n s 定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，n 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)氖街锌梢钥吹?，只能用變頻調(diào)速，并且是有效的方法。變頻調(diào)速的

15、主要環(huán)節(jié)是為交流電機(jī)提供變頻、變壓源的變頻器；變頻器可分為交直交變頻器和交交變頻器； 交直交變頻器分為電壓型和電流型。電壓型先將電網(wǎng)的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可調(diào)的交流電壓。電流型是切換一串方波，方波電流供電，用于大功率。交交變頻器沒有中間環(huán)節(jié)，直接將電網(wǎng)的交流電變?yōu)轭l率和電壓都可調(diào)的交流電壓。目前，對(duì)于中小功率電機(jī)，主要使用的是交直交變頻器。對(duì)于進(jìn)給系統(tǒng)常用的交流同步電機(jī),該電機(jī)沒有轉(zhuǎn)差率,電機(jī)轉(zhuǎn)速公式為: ；變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。常用三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。定子由鐵心及繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子繞組做成籠型，俗稱鼠籠型電動(dòng)機(jī)。設(shè)

16、電流的流入端用 + 表示，電流的流出端用 表示 ： 圖1 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時(shí)，在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。電機(jī)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用n1表示式中：f三相交流電源頻率，一般為50hz。 p磁極對(duì)數(shù)。當(dāng)p=1時(shí)，n1=3000r/min；p=2時(shí)，n1 = 1500r/min?？梢姶艠O對(duì)數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速n1越慢。轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速n比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1要慢一點(diǎn)，所以稱為異步電機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率s表示： s = n1n）/ n1

17、100 ；當(dāng)加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間，n = 0，這時(shí)s = 1；起動(dòng)后的極端情況n = n1，則s = 0，即s在01之間變化。一般異步電機(jī)在額定負(fù)載下的 s =（16）。綜合以上可以得出： n = 60f（1s）/ p ； 對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。但是，為了保持在調(diào)速時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，必須維持電機(jī)的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要作相應(yīng)調(diào)節(jié)。變頻器就是在調(diào)整頻率（variable frequency）的同時(shí)還要調(diào)整電壓（variable volt

18、age），故簡(jiǎn)稱vvvf（裝置）。通過電工理論分析可知，轉(zhuǎn)矩與磁通量（最大值）成正比，在轉(zhuǎn)子參數(shù)值一定時(shí)，轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比。變頻器的工作原理即是把市電（380v、50hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（gto、gtr或igbt）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（spwm）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。上述的兩次變換可簡(jiǎn)化為acdcac（交直交）變頻方式。利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速或減速，基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)，具有效率高、范圍寬、精度高且能

19、無級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于水泵，風(fēng)機(jī)等設(shè)備是很適用的。 變頻電機(jī)一般設(shè)計(jì)以50 hz 為基準(zhǔn)點(diǎn)，5(3)50 hz為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50100 hz為恒功率調(diào)速，選用時(shí)應(yīng)考慮最低工作頻率。2. 變頻器的電路 主電路：給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路，如圖示。其主電路由三部分組成成，將工頻電源變換為直流功率的整流器，吸收在變頻器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的平波電路，以及將直流功率變換為交流功率的逆變器。另外異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)有時(shí)要附加制動(dòng)電路。 圖 2 變頻器的主電路 控制電路給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓，頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制回路，如圖示，控制回路由以下電路組成：

20、頻率，電壓的運(yùn)算電路，主電路 的電壓電流檢測(cè)電路，電機(jī)速度的檢測(cè)電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電機(jī)的保護(hù)電路。 圖 3 變頻器的控制電路 3. 三菱變頻調(diào)速器 變頻調(diào)速器的使用連接 變頻調(diào)速器的接線 變頻調(diào)速器的操作面板 變頻調(diào)速器的基本操作 變頻調(diào)速器的頻率設(shè)定運(yùn)行 變頻調(diào)速器的參數(shù)設(shè)定 （例：pr.7 的設(shè)定值從“5 秒” 變?yōu)?“10秒”）： 變頻調(diào)速器的顯示為輸出電流（在顯示模式下，按下set 鍵時(shí)輸出電流被顯示） 使用電流輸入運(yùn)行頻率的設(shè)定 （30 hz 下運(yùn)行）四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1熟悉電機(jī)變頻調(diào)速控制的原理；2. 熟悉變頻器的應(yīng)用； 3. 熟悉使用變頻調(diào)速器的水泵流量調(diào)節(jié)使用變頻器后避免了閥門等阻力器造成的能耗，可實(shí)現(xiàn)最大幅度節(jié)能。使用調(diào)節(jié)器后可實(shí)現(xiàn)流量穩(wěn)定輸出，易實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)控制。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 熟悉變頻調(diào)速器控制的原理；2. 熟悉通過變頻器的水泵流量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水箱液位的定值控制。實(shí)驗(yàn)三：三菱q系列plc和q172h運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握三菱q系列plc和q172h運(yùn)動(dòng)控制器的基本原理；2、 掌握三菱q系列plc和q172h運(yùn)動(dòng)控制器的編程環(huán)境；3、 掌握多cpu系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 實(shí)現(xiàn)原點(diǎn)回歸操作；2、 實(shí)現(xiàn)jo