控制系統(tǒng)綜合應用

緒論機電傳動與控制1機電傳動的目的和任務腦心臟骨骼五官四肢控制系統(tǒng)動力裝置檢測裝置執(zhí)行機構(gòu)機械本體②①人體五大要素機電一體化五大要素機電傳動系統(tǒng)示意圖控制設備電動機傳動裝置工作機構(gòu)電源①②機電傳動系統(tǒng)的兩大組成部分緒論機電傳動與控制機電傳動系統(tǒng)示意圖控制設備電動機傳動裝置工作機構(gòu)電源①②1機電傳動的目的和任務機電傳動系統(tǒng)的兩大組成部分②“電氣自動控制”部分

（電氣自動控制裝置）為滿足工藝要求，使電動機起動、制動、調(diào)速、反向、快速定位等電氣控制和電氣操作部分。

①“電力拖動”部分

電動機及傳動機構(gòu)自動控制方式斷續(xù)控制連續(xù)控制數(shù)字控制緒論機電傳動與控制

機電傳動又稱電力傳動或電力拖動指以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)包括電動機和控制電動機的一整套控制系統(tǒng)

實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、停止及速度調(diào)節(jié)

實現(xiàn)機械設備、生產(chǎn)線、車間及工廠的自動化機電傳動系統(tǒng)示意圖控制設備電動機傳動裝置工作機構(gòu)電源①②1機電傳動的目的和任務機電傳動系統(tǒng)的兩大組成部分緒論機電傳動與控制機電傳動的發(fā)展2機電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

電動機的種類直流電動機他勵直流電動機串勵直流電動機并勵直流電動機復勵直流電動機交流電動機異步電動機三相異步電動機單相異步電動機鼠籠式繞線式同步電動機單相同步電動機三相同步電動機控制電機伺服電動機力矩電動機直線電動機步進電動機測速發(fā)電機自整角機緒論機電傳動與控制2機電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

典型的電力電子系統(tǒng)框圖

負載ui

ii電力變換器電源控制器uo

io輸入輸出給定值測量值控制值電力設備電力網(wǎng)絡蓄電池太陽能風能……電力傳動照明其它用電設備……電力變換四大類①交流→直流②直流→交流③直流→直流④交流→交流緒論機電傳動與控制3課程的性質(zhì)和任務

“機電復合型”人才，應該掌握機、電、液、計算機等綜合控制系統(tǒng)的技術。

在綜合控制系統(tǒng)中的電控系統(tǒng)，主要包含：

弱電控制（如計算機控制技術）

強電控制（如伺服驅(qū)動控制技術）

強電控制的內(nèi)容，一般安排在幾門課程中，如：

電氣控制技術、可編程序控制器、電機與電力拖動、

電力電子技術、伺服驅(qū)動技術、自動控制系統(tǒng)?！皺C電傳動控制”課程建立了一個嶄新的課程體系，把機電一體化技術的強電控制知識都集中在這一門課程中。緒論機電傳動與控制3課程的性質(zhì)和任務

☆

課程設置

☆

電氣控制及可編程序控制器電機與電力拖動基礎自動控制系統(tǒng)電力電子技術微機原理及應用單片機原理及應用自動控制原理自動檢測技術與儀表工廠供電機電傳動系統(tǒng)示意圖控制設備電動機傳動裝置工作機構(gòu)電源機械設備專業(yè)電氣、儀表、計算機專業(yè)（自動化控制）②①專業(yè)應用★機械工程基礎★電工電子技術緒論機電傳動與控制緒論第1章直流電機第2章交流電動機第3章控制電機第4章機電傳動控制系統(tǒng)的基礎

第5章控制電器與繼電器-接觸器控制系統(tǒng)第6章可編程序控制器第7章直流電動機調(diào)速系統(tǒng)第8章交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

第9章步進電動機控制系統(tǒng)

自動化專業(yè)課程3課程的性質(zhì)和任務

①電機與電力拖動④可編程序控制器③電氣控制技術⑥自動控制系統(tǒng)⑤電力電子技術《機電傳動與控制》（第三版）程憲平主編②自動檢測技術直流電機的工作原理及特性

小結(jié)①在了解直流電動機的基本結(jié)構(gòu)的基礎上，著重掌握直流電機的基本工作原理，特別應掌握轉(zhuǎn)矩方程式、電勢方程式和電壓平衡方程式；基本要求②掌握直流電動機的機械特性，特別是人為機械特性；③掌握直流電動機啟動、調(diào)速和制動的各種方法，以及各種方法的優(yōu)缺點和應用場所；④學會用機械特性的四個象限分析直流電動機運行狀態(tài)；

⑤學會根據(jù)他勵直流電動機的銘牌技術數(shù)據(jù)，確定電動機啟動等運行特性。

學習重點理解基礎拓展應用控制電動機選擇電動機直流電機的工作原理及特性

小結(jié)機械特性的一般表達式他勵電動機的

機械特性固有機械特性

人為機械特性轉(zhuǎn)速方程⑴轉(zhuǎn)矩方程式T＝KtΦIa⑵電勢方程式E＝KeΦn

⑶電壓平衡方程式U＝E＋IaRa基本方程式各物理量參考方向電路原理圖電樞串電阻啟動

調(diào)速②降低電樞電壓啟動

調(diào)速①減弱勵磁磁通

調(diào)速③①③②制動

反饋制動反接制動能耗制動(轉(zhuǎn)子)電樞回路(定子)勵磁回路Rad1＜Rad2＜Rad3②直流電機的工作原理及特性

小結(jié)他勵電動機的

機械特性各物理量參考方向電路原理圖電樞串電阻啟動

調(diào)速②降低電樞電壓啟動

調(diào)速①減弱勵磁磁通

調(diào)速③制動

反饋制動反接制動能耗制動①③②轉(zhuǎn)速方程UN＞U1＞U2＞U3①ΦN＞Φ1＞Φ2③

人為機械特性交流電機的工作原理及特性

小結(jié)交流電動機的工作原理及特性

1.三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2.三相異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路

3.三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性

4.三相異步電動機的啟動特性

5.三相異步電動機的調(diào)速方法與特性

6.三相異步電動機的制動特性

7.單相異步電動機

8.同步電動機

直流電機的工作原理及特性

1.直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

2.直流發(fā)電機

3.直流電動機的機械特性

4.直流他勵電動機的啟動特性

5.直流他勵電動機的調(diào)速特性

6.直流他勵電動機的制動特性應用理解掌握交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

電流

相序A-C-B2.磁生電(右手定則)旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導體，轉(zhuǎn)子感應電動勢和電流。1.電生磁(右手定則)定子三相繞組通入三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。3.電磁力(左手定則)轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。XAZBC

Yn0n逆時針方向旋轉(zhuǎn)＞n交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理磁力線切割轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電勢轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電流電流與磁場作用產(chǎn)生電磁力電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n＜n0定子繞組通入三相交流電流旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速n0轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性電磁轉(zhuǎn)矩

機械特性n=f（T）轉(zhuǎn)矩特性T=f（s）

轉(zhuǎn)子電流n=f（I2）轉(zhuǎn)差率交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性電源為負相序時電源為正相序時1、固有機械特性四個重要特殊點：

①理想空載點AT=0，n=n0（S=0）②額定工作點BT=TN，n=nN（S=SN）

③啟動工作點DT=Tst，n=0（S=1）④臨界工作點CT=Tmax，n=nm（S=Sm）機械特性n=f（T）交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性2、人為機械特性

電磁轉(zhuǎn)矩關系式三相異步電動機的人為機械特性①異步電動機定子降壓的人為機械特性②異步電動機定子串接電阻(電抗)的人為機械特性③異步電動機定子變頻的人為機械特性④繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串接電阻(電抗)的人為機械特性直流他勵電動機的人為機械特性

①

電樞串電阻的人為機械特性

②降低電樞電壓的人為機械特性

③減弱勵磁磁通的人為機械特性比較機械特性表達式交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性③減弱勵磁磁通2.人為機械特性

①定子降壓②定子串電抗④轉(zhuǎn)子串電阻③定子變頻①電樞串電阻②降低電樞電壓參考：直流他勵電動機的人為機械特性交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的調(diào)速特性⑴改變磁極對數(shù)p調(diào)速（變極調(diào)速）⑵改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速⑶改變頻率f調(diào)速（變頻調(diào)速）三相異步電動機的制動特性⑴反饋制動

①正向反饋制動②反向反饋制動⑵反接制動

①電源反接制動②倒拉反接制動⑶能耗制動

①反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載②位能性恒轉(zhuǎn)矩負載三相異步電動機的啟動調(diào)速制動特性三相異步電動機的啟動特性1.直接啟動2.非直接啟動⑴鼠籠式電動機降壓啟動法⑵線繞式電動機啟動法①定子串電阻②定子串電抗④自耦變壓器③Y-△

⑤軟啟動器①轉(zhuǎn)子串電阻②轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器①改變電壓調(diào)速②轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速③串級調(diào)速④電磁轉(zhuǎn)差離合器交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的啟動特性⑴

鼠籠式電動機降壓啟動法

①

定子串電阻②

定子串電抗③

Y-△轉(zhuǎn)換④

自耦變壓器轉(zhuǎn)換⑤

軟啟動器⑵

線繞式電動機啟動法①

轉(zhuǎn)子串電阻②

轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器直流他勵電動機的啟動特性①

降壓啟動②

電樞電路串電阻啟動比較交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)①定子串電阻啟動

②定子串電抗啟動⑴鼠籠式電動機降壓啟動法三相異步電動機的啟動特性⑵線繞式電動機啟動法①轉(zhuǎn)子串電阻啟動②轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(三相)頻敏變阻器轉(zhuǎn)子電路交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)⑴鼠籠式電動機降壓啟動法③Y-△降壓啟動④自耦變壓器

降壓啟動☆延邊三角形

降壓啟動運行：KM1通KM2通KM3斷啟動：KM1通KM2斷KM3通運行：KM1通KM2斷KM3斷啟動：KM1斷KM2通KM3通運行：KM1通KM2通KM3斷啟動：KM1通KM2斷KM3通三相異步電動機的啟動特性交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的調(diào)速方法與特性三相異步電動機的調(diào)速特性⑴改變磁極對數(shù)p調(diào)速（變極調(diào)速）⑵改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速①改變電壓調(diào)速③串級調(diào)速②轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速④電磁轉(zhuǎn)差離合器⑶改變頻率f調(diào)速（變頻調(diào)速）直流他勵電動機的調(diào)速特性⑴改變電樞電壓調(diào)速⑵改變勵磁磁通調(diào)速⑶電樞電路串電阻調(diào)速比較（列入第8章）交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)⑴變極調(diào)速高速：KM1斷KM2通KM3通低速：KM1通KM2斷KM3斷三相異步電動機的調(diào)速方法與特性⑵改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速可逆運行單向運行①調(diào)壓調(diào)速②轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速交-交變頻器交-直-交變頻器⑶改變頻率f調(diào)速(變頻調(diào)速)交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的制動特性三相異步電動機的制動特性⑴反饋制動

①正向反饋制動②反向反饋制動

⑵

反接制動①電源反接制動②倒拉反接制動

⑶

能耗制動①反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載②位能性恒轉(zhuǎn)矩負載直流他勵電動機的制動特性⑴反饋制動

①正向反饋制動②反向反饋制動⑵反接制動

①電源反接制動②倒拉反接制動⑶能耗制動

①反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載②位能性恒轉(zhuǎn)矩負載比較交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的制動特性①②①②①②⑶能耗制動①反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載②位能性恒轉(zhuǎn)矩負載

①電源反接制動②倒拉反接制動⑵反接制動⑴反饋制動①正向反饋制動②反向反饋制動交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)三相異步電動機的制動特性⑶能耗制動①反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載①電源反接制動⑵反接制動⑴反饋制動①正向反饋制動②位能性恒轉(zhuǎn)矩負載

②倒拉反接制動②反向反饋制動交流電動機的工作原理及特性

小結(jié)正向電動運行反向電動運行反向反饋制動運行反接制動過程倒拉反接制動運行能耗制動運行能耗制動過程正向反饋制動過程三相異步電動機的各種運行狀態(tài)●A●B●C●D●H●J●E●F●I●K直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)典型的電力電子系統(tǒng)框圖

負載ui

ii電力變換器電源控制器uo

io輸入輸出給定值測量值控制值電力設備電力網(wǎng)絡蓄電池太陽能風能……電力傳動照明其它用電設備……電力變換四大類①交流→直流②直流→交流③直流→直流④交流→交流直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)例：閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)《電力拖動自動控制系統(tǒng)

——運動控制系統(tǒng)》+-放大器MTG+-+-+-UtgUdIdn+--+△U

Ug+-MTGUfUkαu～整流器觸發(fā)器測速發(fā)電機電動機負反饋電壓給定電壓偏差電壓控制角控制電壓輸出電壓轉(zhuǎn)速交流電源UPE電力電子變換器主電路直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器晶閘管調(diào)壓裝置測速發(fā)電機例：閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)主電源控制方式轉(zhuǎn)速負反饋降壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)控制設備直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)PLC變頻器自耦變壓器遠傳壓力表水位計接觸器組水泵380V工頻電源控制系統(tǒng)舉例直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)籠型異步電動機的定子頻率控制方式，有：

①恒壓頻比（U/f）控制

②轉(zhuǎn)差頻率控制③矢量控制

④直接轉(zhuǎn)矩控制直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)①恒壓頻比（U/f）控制采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖整流逆變轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)①恒壓頻比（U/f）控制數(shù)字控制通用變頻器-異步電動機調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)②轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)③矢量控制矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖3/2—三相/兩相變換VR—同步旋轉(zhuǎn)變換

—M軸與軸（A軸）的夾角直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)③矢量控制帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AψR—磁鏈調(diào)節(jié)器ATR—轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器FBS—測速反饋環(huán)節(jié)

直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)③矢量控制磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器K/P—直角坐標-極坐標變換器

直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)變頻器舉例交-直-交變頻器的基本構(gòu)成直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)變頻器舉例通用變頻器基本電路直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)變頻器舉例操作面板▲(上)鍵顯示器▼(下)鍵STOP(停止)鍵RUN(運行)鍵頻率設定旋鈕MODE(模式)鍵SET(設置)鍵松下VFO超小型變頻器直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)變頻器舉例松下VFO超小型變頻器端子號端子名稱1頻率設定用電位器輸入端2頻率設定模擬量輸入端3公共端5運行/停止輸入端6正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)輸入端10開路式輸出端11開路式輸出端A繼電器觸頭輸出端B繼電器觸頭輸出端C繼電器觸頭輸出端常用控制信號接線端子直流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)

小結(jié)變頻器舉例松下VFO超小型變頻器實驗三（HJD-4型機電一體化教學實驗系統(tǒng)）PLC控制三相異步電動機變頻調(diào)速實驗VFO變頻器外部操作模式連線圖控制電機

小結(jié)交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)

是一種小型或微型兩相異步電動機。交流伺服電動機的原理

與電容分相式單相異步電動機相同。交流伺服電動機特點結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護簡便、轉(zhuǎn)動慣量小，廣泛用于功率較小的控制系統(tǒng)中。伺服電動機交流伺服電動機的原理圖勵磁繞組控制繞組SM～一、交流伺服電動機控制電機

小結(jié)伺服電動機一、交流伺服電動機幅值控制接線圖相位控制接線圖幅值-相位控制接線圖交流伺服電動機的轉(zhuǎn)速控制方式f－勵磁繞組k－控制繞組控制電機

小結(jié)伺服電動機一、交流伺服電動機幅值控制接線圖交流伺服電動機幅值控制時的機械特性在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，控制電壓Uk

大小變化時，轉(zhuǎn)速n與電壓Uk

成正比變化，

Uk=0V時，能立即停止。

Uk

的極性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。

Uk

＝

U1＞U2＞U3

＞U4f－勵磁繞組k－控制繞組