電力拖動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

./電力拖動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)維修電工技師考證復(fù)習(xí)之三一、電力拖動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)1.電力拖動(dòng)——用電能來驅(qū)動(dòng)和控制生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)——驅(qū)動(dòng)、控制電力拖動(dòng)設(shè)施由三個(gè)部分組成：電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備和保護(hù)設(shè)備電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)裝置在電力拖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)中生產(chǎn)機(jī)械對電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求：啟動(dòng).改變運(yùn)動(dòng)的速度〔調(diào)速改變運(yùn)動(dòng)的方向〔正反轉(zhuǎn)制動(dòng)電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力,電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)元件。電動(dòng)機(jī)與其他原動(dòng)力〔如燃機(jī)、蒸汽機(jī)等相比,電動(dòng)機(jī)的控制方法更為簡便并可實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制。2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)——用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)主要由：電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制設(shè)備這三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制設(shè)備三者之間的關(guān)系如下圖所示：由于開環(huán)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)無反饋裝置,只有閉環(huán)系統(tǒng)中使用反饋裝置,上圖中反饋裝置及反饋控制方向用虛線表示。圖中點(diǎn)劃線框?yàn)殡娏ν蟿?dòng)系統(tǒng)。二、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的控制方式1.繼電——接觸器式有觸點(diǎn)斷續(xù)控制電力拖動(dòng)的控制方式是由手動(dòng)控制逐步向自動(dòng)控制方向發(fā)展的。最初的自動(dòng)控制是用數(shù)量不多的繼電器、接觸器及簡單的保護(hù)元件組成的繼電——接觸器系統(tǒng),由于繼電器、接觸器均為有觸點(diǎn)的控制電器,所以又稱為有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。這種控制具有使用的單一性,即一臺(tái)〔套控制裝置只適用于某一固定控制程序的設(shè)備,如果控制程序要發(fā)生變化,必須重新接線。而且這種控制的輸入、輸出信號(hào)只有通和斷兩種狀態(tài),所以這種控制是斷續(xù)的,又稱為斷續(xù)控制。2.連續(xù)控制為了使控制系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性,常采用反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)由連續(xù)控制元件作為反饋裝置,它不僅能反映信號(hào)的通、斷狀態(tài),還能反映信號(hào)的大小和強(qiáng)弱的變化。這種由連續(xù)控制元件組成的反饋控制系統(tǒng)成為閉環(huán)控制系統(tǒng),又稱為連續(xù)控制系統(tǒng)。3.可編程無觸點(diǎn)斷續(xù)控制20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了順序控制器,它能根據(jù)生產(chǎn)的需要靈活的改變程序,使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性。但是,順序控制器仍然采用的是硬件手段〔有觸點(diǎn),而且體積大,功能也受到了一定的限制。1968年,美國通用汽車公司〔GM為了適用生產(chǎn)工藝不斷更新的需要,希望用電子化的新型控制器代替繼電器控制裝置,并對新型控制器提出了"編程簡單方便、可現(xiàn)場修改程序、維護(hù)方便、采用插件式結(jié)構(gòu)、可靠性要高于繼電器控制裝置"等10項(xiàng)具體要求。1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC根據(jù)上述要求,研制出了世界上第一臺(tái)可編程控制器,并成功運(yùn)用到美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上。其后日本、德國等國家相繼研制出可編程控制器。早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制系統(tǒng),僅有邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能,因而稱為可編程邏輯控制器〔PLC。20世紀(jì)80年代,隨著大規(guī)模集成電路和微機(jī)技術(shù)的發(fā)展,在PLC中采用微處理器,使可編程邏輯控制器的功能大大加強(qiáng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的圍,具有計(jì)算機(jī)功能,故稱為可編程控制器〔PC。為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC區(qū)別開來,我們將可編程控制器仍稱為PLC。PLC的存儲(chǔ)器的發(fā)展過程：ROM—只讀存儲(chǔ)器,生產(chǎn)廠家將程序固化到ROM芯片。RAM—隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器,用戶可隨時(shí)修改應(yīng)用程序,但當(dāng)芯片的供電電源斷電后,其所存儲(chǔ)的信息就會(huì)丟失。CMOS－RAM—加入后備電池〔鋰電池以保證這種低功耗的芯片電源斷電后能完整保存程序而不丟失。EPROM—紫外線可擦除、電可改寫的只讀存儲(chǔ)器。EEPROM—電可擦除、電可改寫的只讀存儲(chǔ)器。國際電工委員會(huì)〔IEC頒布的可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)對PLC作了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器,用來在部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令,并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備都應(yīng)易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC的特點(diǎn)：1>可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。2>通用性強(qiáng)、容易擴(kuò)充功能。3>指令簡單、編程易學(xué)、使用方便。4>體積小、重量輕、能耗低。5>系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試周期短,具有在線修改功能,且維護(hù)方便。4.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制就是在整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的比較器和控制器這兩個(gè)很重要的環(huán)節(jié)運(yùn)用計(jì)算機(jī)來代替,使之成為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制在整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的位置與關(guān)系如下圖：在計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)中充分利用了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、邏輯判斷和記憶功能。在系統(tǒng)中的給定值和反饋量都是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào),因而從被控量取樣的信號(hào)要經(jīng)過將摸擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng)計(jì)算機(jī)接收了給定值和反饋量后,運(yùn)用計(jì)算機(jī)中微處理器的各種指令,就能將兩者的偏差進(jìn)行運(yùn)算〔如PID運(yùn)算,再經(jīng)過將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器輸出到執(zhí)行器,便完成了對被控量的控制作用。如果要改變控制規(guī)律,只要改變計(jì)算機(jī)的程序就可以了,這就是計(jì)算機(jī)控制的最大優(yōu)點(diǎn)。從本質(zhì)上分析,計(jì)算機(jī)控制過程可以歸納為三個(gè)方面：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集對被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測并即時(shí)輸入。實(shí)時(shí)決策對實(shí)時(shí)的給定值與被控量的數(shù)據(jù)進(jìn)行已確定的控制規(guī)律的因素來決定控制過程。實(shí)時(shí)控制根據(jù)決策適時(shí)地對執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)。所謂實(shí)時(shí)是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都在一定的時(shí)間〔采樣間隙完成。采樣—決策—控制這三個(gè)過程不斷重復(fù),使整個(gè)系統(tǒng)能按一定的動(dòng)態(tài)〔過渡過程指標(biāo)進(jìn)行工作,而且可對被控量和設(shè)備本身所出現(xiàn)的異常狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)督并迅速做作出處理。這就是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最基本的功能。三、自動(dòng)控制的基礎(chǔ)知識(shí)1.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能及其組成是多種多樣的,其結(jié)構(gòu)也是有簡有繁,它可以是一個(gè)具體的工程系統(tǒng),也可以是一個(gè)抽象的社會(huì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),我們研究的是工業(yè)機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)。控制—通過控制裝置使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的某些物理量按特定的規(guī)律變化。自動(dòng)控制—在沒有人直接參與的情況下完成的控制稱為自動(dòng)控制,相反,在有人直接參與的情況下完成的控制稱為人工控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)—在沒有人直接參與的情況下,能使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的某些物理量按特定的規(guī)律變化的控制系統(tǒng)。2.自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制的共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。自動(dòng)控制理論的發(fā)展過程其初期是以反饋控制理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理。自動(dòng)控制理論按其發(fā)展過程可分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。經(jīng)典控制理論是20世紀(jì)50年代以前的控制理論,它是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理。經(jīng)典控制理論是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ),主要研究單輸入—單輸出的反饋控制理論,采用的研究方法有時(shí)域分析法、根軌跡和頻率法?，F(xiàn)代控制理論是60年代隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)的新的控制理論。現(xiàn)代控制理論,以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ),主要研究多變量、變參數(shù)、非線性、高精度、高性能等各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)。目前,現(xiàn)代控制理論正在大系統(tǒng)工程、人工智能控制等方向縱深發(fā)展。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論,兩者相輔相成,各有其應(yīng)用場所。3.自動(dòng)控制技術(shù)常用術(shù)語被控對象自動(dòng)控制系統(tǒng)中需要進(jìn)行控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程,自動(dòng)控制系統(tǒng)中需要進(jìn)行控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程,它接受控制量,輸出被控量,這個(gè)輸出的被控量通常是系統(tǒng)最終輸出的目標(biāo)。系統(tǒng)系統(tǒng)是由一些部件〔環(huán)節(jié)組成,用以完成一定的任務(wù)。環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)是系統(tǒng)的某一個(gè)組成部分,它由控制系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)部件組成,其任務(wù)是完成系統(tǒng)工作過程中的局部過程。擾動(dòng)擾動(dòng)是一種對系統(tǒng)輸出量產(chǎn)生反作用的信號(hào)或因素,若擾動(dòng)產(chǎn)生于系統(tǒng)部,則稱為擾；若產(chǎn)生于系統(tǒng)外部,則稱為外擾。5反饋與反饋系統(tǒng)將被控對象輸出的被控量采樣后的信號(hào)回送到系統(tǒng)的輸入端,并疊加到輸入信號(hào)中。反饋分為正反饋和負(fù)反饋由于反饋的存在,使得系統(tǒng)的輸出信號(hào)單調(diào)地朝著某一方向變化,并趨于極限；或者說系統(tǒng)的被控量與給定值之間的偏差不斷增大的反饋。這種反饋稱為正反饋。這種系統(tǒng)稱為正反饋系統(tǒng)。如果由于反饋的存在,使得系統(tǒng)的輸出信號(hào)趨向于使被控對象的輸出量穩(wěn)定在期望水平上；或者說輸出量與給定值之間的偏差趨于減少,這種反饋稱為負(fù)反饋。這種系統(tǒng)稱為負(fù)反饋系統(tǒng)。6反饋控制在有擾動(dòng)的情況下,反饋控制有減小系統(tǒng)輸出量與給定輸入量之間偏差的作用,而這種控制作用正是基于這一偏差來實(shí)現(xiàn)的,反饋控制僅僅是針對無法預(yù)料的擾動(dòng)而設(shè)計(jì)的,可以預(yù)料的或者已知的擾動(dòng),可以采用補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q。4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成一個(gè)控制系統(tǒng)由若干個(gè)環(huán)節(jié)組成,每個(gè)環(huán)節(jié)有其特定的功能。一般將自動(dòng)控制系統(tǒng)的每一個(gè)組成部分〔環(huán)節(jié)用一個(gè)方框來表示,環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間用箭頭線相連接,表示信號(hào)的傳遞方向。自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成如下圖所示：反饋環(huán)節(jié)—對系統(tǒng)的輸出量的實(shí)際值進(jìn)行測量,將它轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào),并使反饋信號(hào)成為與給定信號(hào)同類型、同數(shù)量級的物理量。比較器—將給定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較,產(chǎn)生偏差信號(hào)。控制器—根據(jù)輸入的偏差信號(hào),按一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。執(zhí)行器—將控制信號(hào)進(jìn)行功率放大,并帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)—直接改變控制系統(tǒng)的輸入量,使被控量恢復(fù)到給定量期望值。被控對象—控制系統(tǒng)所要控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程,它的輸出量就是被控量。被控量—控制對象的某個(gè)變量,控制系統(tǒng)的目的通常就是要使該變量與給定值或設(shè)定值相符?？刂葡到y(tǒng)也用該變量的名稱來稱呼。如：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)等。干擾—被控對象中除了調(diào)節(jié)量以外,能對被控量具有影響作用的所有變量。也稱擾動(dòng)。調(diào)節(jié)量—對被控裝置的被控量具有較強(qiáng)的直接影響,而且是便于調(diào)節(jié)的變量。偏差—給定值與反饋量之差。給定值—也稱設(shè)定值,是與被控量的期望值相對應(yīng)的,它可以是恒定值,也可以按程序變化。例題：某貯槽的液位控制系統(tǒng)的反饋控制工作原理圖中：Q1為進(jìn)入貯槽的液體流量Q2為流出貯槽的液體流量控制目的：使貯槽中的液位以一定的精度穩(wěn)定于某一高度H。動(dòng)態(tài)過程：〔1.當(dāng)外部負(fù)荷〔負(fù)載改變,即Q2改變時(shí),這時(shí)Q1≠Q(mào)2,液位將上升或下降?！?.液位變送器〔差壓變送器將自動(dòng)檢測液位的變化,并把液位高低的變化轉(zhuǎn)換為與之成比例的電氣信號(hào)〔此信號(hào)稱為測量信號(hào)?！?.將測量信號(hào)送入控制器,并與控制器中的液位給定值進(jìn)行比較,得出兩者的差值,稱為偏差信號(hào)?！?.控制器根據(jù)偏差信號(hào)的大小,按某種運(yùn)算規(guī)律計(jì)算出控制器應(yīng)輸出的控制信號(hào),并將此信號(hào)送入執(zhí)行器。〔5.執(zhí)行器根據(jù)信號(hào)對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)整,使Q1〔流入量發(fā)生變化,從而使液位保持在期望值