機電傳動課件

機電傳動系統(tǒng)的運動學基礎掌握機電傳動系統(tǒng)的運動方程式；掌握多軸傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩折算的基本原則和方法；了解幾種典型生產(chǎn)機械的負載特性；了解機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件，學會分析系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。本章目標:2.1單軸拖動系統(tǒng)的運動方程式

一、單軸拖動系統(tǒng)的組成

電動機M通過連接件直接與生產(chǎn)機械相連，由電動機M產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩TM，用來克服負載轉(zhuǎn)矩TL

，帶動生產(chǎn)機械以角速度ω（或速度n）進行運動。電動機電動機的驅(qū)動對象連接件系統(tǒng)結構圖轉(zhuǎn)距方向

二、運動方程式

運動方程式:TM、TL、

（或n)之間的函數(shù)關系?！\動方程式…………轉(zhuǎn)矩平衡方程式TM─電動機的輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）；TL─負載轉(zhuǎn)矩（N.m）;J─轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）;

─角速度（rad/s）；n─速度（r/min）；t─時間（s）;─動態(tài)轉(zhuǎn)矩（N.m）。工程量綱表述：三、傳動系統(tǒng)的狀態(tài)即，ω為常數(shù)，傳動系統(tǒng)以恒速運動。TM=TL→恒速運動→穩(wěn)態(tài)。

即

加速運動。即

減速運動。TM

TL

→加速/減速→動態(tài)。四、轉(zhuǎn)矩方向1)TM與n方向一致

TM取“+”號（拖動轉(zhuǎn)矩TM）

TM與n方向相反

TM取“-”號（制動轉(zhuǎn)矩TM）

拖動轉(zhuǎn)距促進運動；制動轉(zhuǎn)距阻礙運動。2)TL與n方向相反TL取“+”號（制動轉(zhuǎn)矩TL）

TL與n方向一致TL取“-”號（拖動轉(zhuǎn)矩TL）

設n的符號為順時針正，當重物上升時：左：運動方程式：重物上升→TM為拖動轉(zhuǎn)矩，TL為制動轉(zhuǎn)矩。剎車時：右：運動方程式:剎車→TM為制動轉(zhuǎn)矩，TL為拖動轉(zhuǎn)矩。TM為正，TL為正。TM為負，TL為正。2．2多軸拖動系統(tǒng)的簡化分析方法：多軸等效折算為單軸。

一、多軸拖動系統(tǒng)的組成

電動機通過減速機構（如減速齒輪箱、蝸輪蝸桿等）與生產(chǎn)機械相連：折算原則：靜態(tài)時，系統(tǒng)總傳輸功率守恒。旋轉(zhuǎn)運動直線運動

二、負載轉(zhuǎn)矩的折算(旋轉(zhuǎn)運動)

PM

－電機上的負載功率；PL’－負載功率；TL’－負載轉(zhuǎn)矩ηc－傳動效率；等效轉(zhuǎn)矩：j—速比。輸入：輸出：

三、負載轉(zhuǎn)矩的折算(直線運動)

傳動效率

2.3轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩折算根據(jù)：動能守恒原則1)

旋轉(zhuǎn)運動中間軸速比，輸出軸速比J1中間軸轉(zhuǎn)動慣量，JL輸出軸轉(zhuǎn)動慣量總轉(zhuǎn)動慣量：總飛輪轉(zhuǎn)矩：GD1中間軸飛輪轉(zhuǎn)矩，GDL輸出軸飛輪轉(zhuǎn)矩簡化計算：適當加大電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)矩，不計中間軸上的轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩。取1.1~1.252)

直線運動2.4生產(chǎn)機械的機械特性

2.4.1定義同一轉(zhuǎn)軸上負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關系。2.4.2分類

恒轉(zhuǎn)矩型機械特性（TL為常數(shù)）

恒功率型機械特性（P為常數(shù)）

離心式通風機型機械特性

直線型機械特性(a)TL為反抗轉(zhuǎn)矩（摩擦轉(zhuǎn)矩）時，恒與運動方向相反，阻礙運動在運動方程中符號總是正的如：金屬切削機床等（切削力）1)

恒轉(zhuǎn)矩型機械特性（TL為常數(shù)）(b)TL為位能轉(zhuǎn)矩時，作用方向恒定，與運動方向無關在運動方程中符號有時為正，有時為負如：卷揚機起吊重物等2)

恒功率型機械特性（P為常數(shù)）TL=C/n（C為常數(shù)）或P=TLn=C如：車床加工

粗加工（切削量大）——低速精加工（切削量?。咚?)離心式通風型機械特性

離心式通風型機械特性是按離心力原理工作的，如離心式鼓風機、水泵等，它們的負載轉(zhuǎn)矩TL的大小與速度n的平方成正比，即：其中：C為常數(shù)。4)直線型機械特性

直線型機械特性的負載轉(zhuǎn)矩TL的大小與速度n的大小成正比，即：其中：C為常數(shù)。

5)

其它機械特性如：帶曲柄連桿機構的生產(chǎn)機械——TL隨轉(zhuǎn)角而變化；球磨機、碎石機等生產(chǎn)機械——TL隨時間作無規(guī)律的隨機變化；有的生產(chǎn)機械的負載是單一類型的，也有的是多種類型復合的。2.5機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件

機電傳動系統(tǒng)中，電動機與生產(chǎn)機械連成一體，為了使系統(tǒng)運行合理，就要使電動機的機械特性與生產(chǎn)機械的機械特性盡量相配合。特性配合好的一個起碼要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。

一、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義1.系統(tǒng)應能一定速度勻速運行；2.系統(tǒng)受某種外部干擾（如電壓波動、負載轉(zhuǎn)矩波動等）使運行速度發(fā)生變化時，應保證在干擾消除后系統(tǒng)能恢復到原來的運行速度。

二、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件

從T—n坐標上來看，就是電動機的機械特性曲線n=f(TM)和生產(chǎn)機械的機械特性曲線n=f(TL)必須有交點，交點被稱為平衡點。

2.充分條件系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復到原平衡狀態(tài)的能力，即：當干擾使速度上升時，有TM<TL

；否則，當干擾使速度下降時，有TM>TL。這是穩(wěn)定運行的充分條件。

符合穩(wěn)定運行條件的平衡點稱為穩(wěn)定平衡點。

1.必要條件電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負載轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反。

分析舉例a、b兩點是否為穩(wěn)定平衡點？

故a點為系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。

同理b點不是穩(wěn)定平衡點。異步電動機的機械特性生產(chǎn)機械的機械特性交點a交點bln>na

，TM<TL，即n↑(干擾)→TM<TL→n↓n<na

，TM>TL，即n↓(干擾)→TM>TL→n↑n↓TM>TL

例如：異步電動機拖動直流他勵發(fā)電機的工作狀態(tài)。b點是穩(wěn)定平衡點。（∵n>nb，TM<TL；

n<nb，TM>TL）nＴＯｂn=f(TM)n=f(TL)n0TM<TL

n↑

PLC（ProgrammableLogicController）控制電路的發(fā)展單片機系統(tǒng)PLCPLC實物

可編程控制器是以中央處理器為核心，綜合計算機和自動控制等先進技術而發(fā)展起來的一種工業(yè)控制器。早期的可編程控制器是為代替繼電器邏輯順序控制（機械觸點多，通用性差，功耗高）而設計的，因此被稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController），簡稱PLC。后因其功能已超出邏輯控制范圍，故改稱為PC（ProgrammableController）。為了避免與個人計算機（PersonalComputer，簡稱PC）混淆，仍沿用PLC作為可編程控制器的簡稱。

9可編程控制器及其應用9.1PLC的定義

1968年，美國通用汽車公司（GM）為適應汽車型號的不斷翻新，提出了一種新型電子化的程控器來代替繼電器控制的設想。

1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）率先研制出PDP-14可編程控制器，成功地用在GM公司的自動裝配線上。

1987年，國際電工委員會（IEC）對它作了如下定義：

“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備都應按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一個整體和易于擴充其功能的原則進行設計?！?.2PLC的結構和工作原理9.2.1PLC的結構

主機（CPU和存儲器）

輸入/輸出接口

I/O擴展接口

編程器

外部設備接口

電源圖9.1PLC的硬件系統(tǒng)結構圖

1.主機

1）中央處理器（CPU）：它是PLC的核心，主要用來運行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)，作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理。

2）存儲器：

◆系統(tǒng)程序存儲器——主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序，以及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固化在存儲器中，用戶不能更改?！粲脩舫绦蚣皵?shù)據(jù)存儲器——主要存放用戶編制的應用程序，以及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結果。

2.I/O接口它是CPU與I/O設備之間的聯(lián)接部件。

輸入接口接受輸入設備（如：按鈕、行程開關、傳感器等）的控制信號。

輸出接口將主機處理過的結果通過輸出電路驅(qū)動輸出設備（如：指示燈、電磁閥、接觸器等）。

I/O接口電路一般采用光電耦合電路，減少電磁干擾，提高PLC可靠性。

PLC典型開關量輸入接口連接及原理圖PLC典型開關量輸入接口二PLC典型繼電器輸出接口原理圖3.I/O擴展接口它把擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（主機）聯(lián)接在一起。4.編程器 它是PLC的重要外部設備，用于手持編程。用戶可以用下列兩種方式進行編程和監(jiān)控。

◆

手持編程器

◆將PLC和計算機相聯(lián)，用專用的工具軟件 編程器分為簡易型和智能型兩類。前者只能聯(lián)機編程；后者可聯(lián)機編程，也可脫機編程。功能完整的編程器本身就是一個微機系統(tǒng)。5.外部設備接口它把外部設備（如：編程器、打印機、條碼掃描儀等）與主機聯(lián)接起來。

6.電源它是為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作而配備的直流開關穩(wěn)壓電源。

9.2.2PLC的工作原理

PLC運行時，CPU對存于用戶存儲器中的程序，按指令步順序作周期性的循環(huán)掃描。

PLC的掃描過程（圖9.2）：圖9.2PLC的掃描工作過程

l

輸入采樣階段

PLC以掃描方式順序讀入輸入端子的通斷狀態(tài)（ON/OFF），并寫入相應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。

l

程序執(zhí)行階段

PLC按先左后右，自上而下的順序?qū)γ織l指令進行掃描，并將相應的運算和處理結果寫入輸出狀態(tài)寄存器中。

l

輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)寫入輸出鎖成器中，驅(qū)動相應的輸出設備，產(chǎn)生PLC的實際輸出。

經(jīng)過這三個階段，PLC完成一個掃描周期。

“順序掃描、不斷循環(huán)”

9.2.3PLC的主要技術性能11．I/O點數(shù)

這是一項重要技術指標。它是指PLC的外部輸入和輸出端子數(shù)。小型機有幾十個點，而大型機超過千點。

2．用戶程序存儲容量

指PLC存儲用戶程序的多少。程序指令按“步”存儲，一“步”占一個地址單元，一個地址單元占兩個字節(jié)，如：一個內(nèi)存容量為1000步的PLC，其內(nèi)存為2k字節(jié)。

3．掃描速度

指掃描1000步用戶程序所需的時間，單位為ms/千步，或us/步。

4.指令系統(tǒng)條數(shù)

衡量PLC軟件功能的強弱。指令系統(tǒng)包括基本指令和高級指令。5.編程元件的種類和數(shù)量

衡量PLC硬件功能的強弱。

以FP1系列PLC為例，常見的編程元件有：

輸入繼電器（X）

輸出繼電器（Y）

輔助繼電器（R）

定時器（T）

計數(shù)器（C）

通用“字”寄存器（WR）

9.2.4PLC的主要功能和特點

1.主要功能

l

開關邏輯控制（基本功能）

l

定時/計數(shù)控制

l

步進控制

l

數(shù)據(jù)處理

過程控制（PID控制:自動調(diào)節(jié)非電量參數(shù)（如：溫度、壓力、流量、速度等）。運動控制:

通過高速計數(shù)模塊和位置控制模塊進行單軸或多軸控制（如：數(shù)控機床、機器人）。通信聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換

2．主要特點

l

可靠性高，抗干擾能力強

l

功能完善，編程簡單，組合靈活，擴展方便

l

體積小，重量輕，功耗低三菱PLC接線端子PLC實物SIEMENS西門子LOGO!簡易小型PLC（無需計算機即可編程）編程入門：+24VX0BT1Y0COM～220VBT2X1Y1型號表示方法入出總點數(shù)M(基本單元)E(擴展單元)輸出類型R－繼電器輸出T－晶體管輸出S－晶閘管輸出電源種類V－100/110V交流E－220/240V交流D－24V直流FX2N—1234－三菱PC基本單元外形§9.1三菱PLCFX2N--48MR主要技術指標輸入、輸出點總數(shù)：48功耗：25VA定時器：

256個計數(shù)器：256個輔助繼電器：3072個（2572個有掉電保護）內(nèi)存：2k~16k步運算速度：1.5~數(shù)百μs/步指令：20條輸出形式：繼電器輸出輸入設備輸出設備9.2PLC內(nèi)部等效電路1.

輸入繼電器（X）接收外部開關量/數(shù)字量信號，僅提供動合/動斷觸點，觸點可無限次使用。2.

輸出繼電器（Y）主要用于將內(nèi)部邏輯結果傳遞到外部負載，每一輸出繼電器僅有一常開觸點連到輸出端子供外部負載用，同時也有軟觸點可無限次使用。3.時間繼電器（T）每個定時器的定時值為0.1～999s。4.計數(shù)繼電器（C）對外部事情或內(nèi)部的脈沖進行計數(shù)。5.輔助繼電器（M）只能由程序指令控制，專供內(nèi)部編程使用。一般作中間繼電器使用，也可以作移位寄存器使用。6.特殊的輔助繼電器（M）

FX系列的PLC中，地址編號M8000～M8255例：M8000：CPU運行； M8002：產(chǎn)生初始化脈沖； M8004：錯誤； M8012：100ms脈沖；M8014：分鐘脈沖； M8013：秒脈沖；M8033：停止保持； M8034：輸出全禁止。9.3PLC的編程語言概述

1.梯形圖

梯形圖是一種從繼電接觸器控制電路圖演變而來的圖形語言。

通常用、圖形符號分別表示PLC編程元件的常開和常閉觸點；用[]

（或）表示它們的線圈。編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數(shù)字加以區(qū)別。PLC的編程和指令系統(tǒng)9.3.1PLC的編程方法與一般規(guī)則繼電器梯形圖邏輯功能圖功能流程圖邏輯代數(shù)表達式指令語句表方法1.自上而下，從左到右；2.母線：假象能電流從左母線流向右母線；3.線圈右邊必須連右母線，左邊必須有觸點；4.程序有結尾標志。一般原則

9.3.2PLC的編程原則和方法

1.編程原則

1）在編制程序時，編程元件的觸點使用次數(shù)沒有限制。

2）梯形圖的每一梯級起始于左母線，終止于右母線。線圈直接與右母線聯(lián)接。

3）盡量做到“左重右輕，上重下輕”

以符合“從左到右，自上而下”的順序。

4）應避免同一繼電器的線圈在程序中重復輸出。

5）應避免將觸點畫在垂直線上。

6）外部輸入設備常閉觸點的處理（在外部接線時，應盡可能接成常開形式，則在梯形圖中仍是常閉觸點；而熱繼電器FR的觸點只能接成常閉形式，不作為輸入信號）。

鼠籠式電動機直接起動控制電路圖見圖9.3（a），則相應的梯形圖如圖9.4（a）所示。

X1

輸入繼電器的常閉觸點（停止按鈕SB1）；

X2

輸入繼電器的常開觸點（起動按鈕SB2）；

Y1

輸出繼電器的線圈和常開觸點（接觸器KM）。注：熱繼電器FR（常閉觸點）起過載保護作用。圖9.3（a）電動機直接起動控制PLC接線圖圖9.4鼠籠式電動機直接起動控制(a)梯形圖；(b)指令語句表(a)梯形圖(b)指令語句表例題解讀電機正反轉(zhuǎn)控制～不完善～

注意：

（1）梯形圖中的繼電器是一個存儲單元，其邏輯狀態(tài)為“1”

時，表示相應繼電器的線圈接通，常開觸點閉合，常閉觸點斷開。（2）每一邏輯行（或梯級）開始于左母線，接著是觸點的串、并聯(lián)，最后是線圈與右母線聯(lián)接。

（3）流過每一梯級的是“概念電流”，只用來描述線圈接通。

（4）輸入繼電器不能由PLC內(nèi)部繼電器直接驅(qū)動，所以圖中只有其觸點，而沒有相應的線圈；輸出繼電器的線圈接通只表示有信號輸出，但不直接驅(qū)動輸出設備。2．指令語句表（指令助記符）

指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言。它類似于計算機的匯編語言。但比匯編語言容易理解。鼠籠式電動機直接起動控制的指令語句表如圖9.4（b）所示。LD起始指令（取指令）OR觸點并聯(lián)指令（“或”指令）ANI觸點串聯(lián)反指令（“與非”指令）OUT輸出指令END程序結束指令LD：“取”指令,用于母線/分支電路的動合觸點『常開』；LDI：“取反”指令，用于母線、分支電路開始的常閉觸點。OUT：輸出，驅(qū)動Y、M、T、C的線圈，注意：驅(qū)動T或C時，該指令后必須設常數(shù)K值。9.3.2PLC的指令系統(tǒng)輸入、輸出指令LDX400OUTY430LDIX401OUTM100OUTT450K19LDT450OUTY431

與指令AND：“與”，動合觸點串聯(lián)連接指令；ANI：“與非”，動斷觸點串聯(lián)連接指令；地址碼：X、Y、M、T、C或指令OR：“或”，用于動合觸點的并聯(lián)；ORI：”或非”，用于動斷觸點的并聯(lián)；地址碼：X、Y、M、T、C邏輯指令電路塊連接指令塊電路或指令

ORB：兩個以上觸點串聯(lián)的支路與前面支路并聯(lián);電路塊與指令

ANB：用于并聯(lián)電路塊與前面接點電路或并聯(lián)電路塊的串聯(lián)；LDX400ANDX401LDX402ANDX403ORBOUTY431LDX401ANDX402ORX400LDX403ANBOUTY431RST：用于對計數(shù)器、移位寄存器的復位；復位輸入端：K值置入計數(shù)器計數(shù)器觸點復位計數(shù)輸入端：每通斷一次，計數(shù)值減1計數(shù)器觸點：當計數(shù)值減為零時，計數(shù)器觸點動作；觸點動作后一直保持直到被復位指令復位注：當復位輸入保持時，計數(shù)信號不起作用!計數(shù)器有掉電保護復位指令M8012——特殊輔助繼電器(100ms脈沖)定時時間=100msX600老程序格式新程序格式

脈沖輸出指令PLS：將脈寬較寬的輸入信號變成脈寬等于PLC掃描周期的脈沖信號老程序格式新程序格式保持指令SET：置位保持指令RST：復位保持指令LDX001SETM202LDX002RSTM202使M202置位并保持使M202復位并保持主控母線指令（目標元素M100~M177）MC：主控開始，引出一條分支母線MCR：主控返回，使分支母線結束并回到原來的母線上

多個繼電器同時受一個觸點或一組觸點控制，這種控制稱為主控指令多，占用內(nèi)存多輸出繼電器Y053、Y054、Y055受輸入繼電器X050、X051主控LDX050ANDX051MCN0M100LDX052OUTY053LDX053OUTY054LDX054OUTY055MCRN0LDX055OUTY050更好的辦法：采用主控指令注意：MC、MCR必須成對出現(xiàn)。分支母線上每一邏輯行編程時，都要用LD或LDI指令開始?？汕短资褂弥骺啬妇€指令，最多8次，依次編號N0、N1、……跳步指令CJ：條件跳轉(zhuǎn)CJ＋P標號代表目的地址。程序A跳轉(zhuǎn)條件成立？程序C程序BYN圖堆棧指令MPS：進棧指令MRD：讀棧指令MPP：出棧指令LDX500ANDX501MPSANDX502OUTY530MRDANDX503OUTY531MPPANDX504OUTY532LDX505OUTY533空操作指令NOP：不完成任何操作，只是占用一步的時間。程序結束指令END：用于結束程序，表示程序終了指令小結：LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI——對觸點操作的指令ANB、ORB——觸點塊連接指令OUT、SET、RST、PLS——對線圈操作的指令CJP、EJP、MC、MCR、MPS、MRD、

MPP、NOP、END——其它指令四、常用編程技巧1.梯形圖設計技巧指令的能實現(xiàn)性LDX400LDX401ANDX402ORBOUTY431LDX401ANDX402ORX400OUTY431觸點串并聯(lián)原則：“左重右輕，上重下輕”LDX400LDX401ORX402ANBOUTY431LDX401ORX402ANDX400OUTY431Y431雙線圈輸出，前一個無效2.定時器及計數(shù)器的應用FX2N的定時器、計數(shù)器編號：1)定時器用作時間繼電器延時接通延時斷開2)用定時器產(chǎn)生周期脈沖信號3)實現(xiàn)長延時的方法：將兩個計數(shù)器串起來使用總延時＝(1分鐘

32767)32767≈2042年M8014－分鐘脈沖；C1、C2－16位計數(shù)器運行開關閉合延時10秒皮帶輸送機運轉(zhuǎn)運送12個工件4)例子1：4)例子2：電動機正反轉(zhuǎn)控制比較完善的正反轉(zhuǎn)控制程序：停止→延時→反轉(zhuǎn)大作業(yè)一：正反轉(zhuǎn)控制程序設計1.開機后，或者停止了很長時間后，按下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鈕，立即正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；（電動機早已停止，可以立即啟動）2.正在正轉(zhuǎn)，按停止按鈕，停止正轉(zhuǎn)，馬上按反轉(zhuǎn)按鈕不會反轉(zhuǎn)，自按動停止按鈕后，延時一定時間才反轉(zhuǎn)，反之亦然。（基本功能）3.正轉(zhuǎn)時，按反轉(zhuǎn)按鈕，自動停止→延時→反轉(zhuǎn)；反轉(zhuǎn)時與之類似；（保護電動機，延時到電動機停止，再換向）4.正轉(zhuǎn)時，按停止按鈕后，立即按正轉(zhuǎn)，不延時立即啟動正轉(zhuǎn)；反轉(zhuǎn)與之類似；（按錯了，不想換向，還是原來方向，方便操作）5.正轉(zhuǎn)時，按反轉(zhuǎn)按鈕，接著按停止按鈕（不想再轉(zhuǎn)了），會停止；反轉(zhuǎn)與之類似；（下班了，不想繼續(xù)轉(zhuǎn)了，方便操作）6.正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，按停止按鈕，停止。（必須的）

3個按鈕，2個輸出。編編看能實現(xiàn)幾項功能。4)例子2：電動機Y－△啟動控制繼電器控制原理圖PLC接線圖程序9.4PLC的應用▓9.4.1PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)步驟9.4.1PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)步驟1、常見的輸入、輸出類型 輸入：

開關量：操作開關、行程開關、按扭、接近開關、繼電器觸點等；

模擬量：流量、溫度、壓力等傳感器信號；

中斷：限位開關、事故信號、停電信號、緊急停止等；

脈沖量：串行信號、各種脈沖源；數(shù)字量：計算機接口、鍵盤、其它數(shù)字設備。輸出：開關量：電器元件線圈等；模擬量：各種傳感器信號；數(shù)字量：數(shù)字顯示器，計算機接口、打印機等。2、PLC的選擇PLC規(guī)模估算：I/O點估算：留15%~20%裕量以備擴充。存儲器估算：總點數(shù)（10~12）=指令語句數(shù)（小型機粗略估算）PLC選型：功能：邏輯控制-小型機。輸入接口模塊：輸入信號電壓、電流、速度等與輸入接口模塊的匹配。輸出接口模塊：模塊的工作電壓、電流、速度等應與所帶負載匹配。

燈絲負載、電容性負載、電機負載、電感性負載等9.4.1PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)步驟PLC的價格、可擴充性、軟件開發(fā)難易、售后服務3、編制I/O分配對照表4、畫出PLC與現(xiàn)場器件的連接線5、畫出梯形圖6、編寫指令程序7、將程序輸入PLC8、模擬調(diào)試與完善9、硬件系統(tǒng)的安裝10、現(xiàn)場調(diào)試與安裝11、正式投入使用12、保存程序PLC應用實例氣動機械手視頻9.4.2PLC實例開發(fā)(二):搬運機械手的控制1.按下啟動按鈕，機械手下降，觸發(fā)下限開關，停止下降；2.夾緊工件，延遲3秒；3.機械手上升，觸發(fā)上限開關，停止上升；4.機械手向右移動，觸發(fā)右限開關，停止移動；5.機械手下降，觸發(fā)下限開關，停止下降；6.機械手松開工件，停留2秒；7.機械手上升，觸發(fā)上限開關，停止上升；8.機械手左移，回到原位。9.4.4搬運機械手的控制-工藝流程圖夾緊后，延時3S再上升，保證可靠夾緊松開后，延時2S再上升，保證可靠松開1ST：下限2ST：上限3ST：右限4ST：左限工件夾緊——電磁閥驅(qū)動汽缸來實現(xiàn)2YA：

ON：夾緊

OFF：松開機械手移動：

1YA，控制下降

3YA，上升

4YA，右移

5YA，左移9.4.4搬運機械手的控制－動作順序表步序輸入條件下降1YA夾緊2YA上升3YA右移4YA左移5YA燈HL原點2ST.4ST——————————+下降1SB+——————————夾緊1ST——+————————上升KT1——++————右移2ST——+——+————下降3ST++————————松開1ST————————————上升KT2————+——————左移2ST————————+——原點2ST.4ST——————————+9.4.4搬運機械手的控制－地址表現(xiàn)場器件內(nèi)部繼電器地址說明輸入1SB400啟動按鈕1ST401下限位開關2ST402上限位開關3ST403右限位開關4ST404左限位開關2SB406復位開關輸出1YA431下降電磁閥2YA432夾緊電磁閥3YA433上升電磁閥4YA434右移電磁閥5YA435左移電磁閥HL430原位指示燈9.4.4搬運機械手的控制－實際連接圖9.4.4搬運機械手的控制－梯形圖新版PLC連接圖移位編程方法演示步進(順序)編程方法演示新版本梯形圖順序編程（步進編程、SFC）新型、通用順序編程方法1轉(zhuǎn)2分支（1）1轉(zhuǎn)2分支（2）合并順序編程例1-間斷運行初始化運行運行定時停止停止定時返回順序編程例2-電動機正反轉(zhuǎn)控制初始化正轉(zhuǎn)(未反轉(zhuǎn))正轉(zhuǎn)(在反轉(zhuǎn))→2反轉(zhuǎn)(未正轉(zhuǎn))反轉(zhuǎn)(在正轉(zhuǎn))→3停止→1復位Y0、1停機延時返回→0在反轉(zhuǎn),復位Y1延時正轉(zhuǎn),置Y0返回→0停止?→1在正轉(zhuǎn),復位Y0延時反轉(zhuǎn),置Y1返回→0停止?→1順序編程（新型步進編程法）模擬量輸入、輸出其它廠家PLC：OMRON/SEIMENSS7、LOGO!組態(tài)軟件觸摸屏軟件9.5PLC的高級應用以太網(wǎng)PLC多站現(xiàn)場總線互聯(lián)PLC設備單體電氣連接計算機監(jiān)控中控室中控室觸摸屏課后作業(yè)一：P204(第四版)/216(第三版)圖9.39輸入到計算機，仿真運行，找出與課堂講解的程序有何不同。用順序編程方式實現(xiàn)星-三角啟動控制。教科書例程課堂例程課后作業(yè)二－搶答系統(tǒng)的設計

搶答規(guī)則:1.要回答主持人的提問，必須搶先按下桌上的按鈕；2.為了給兒童一些優(yōu)待和教授組的限制，兒童組只要有一個按下就為搶答成功，而教授組必須兩人同時按下才算搶答成功；

控制原則：1.搶答成功后相應的指示燈亮；2.主持人按下復位按鈕PB4后，指示燈滅；3.如果競賽者在主持人合上SW開關的10秒內(nèi)搶答成功，電磁鐵使彩球搖動，以示競賽者得到一次幸運的機會。分析一下，上圖中有幾個輸入、輸出

輸入信號：PB11X400PB12X401PB2X402PB31X403PB32X404PB4X405SWX406

輸出信號：L1Y431L2Y433L3Y435

電磁鐵Y437內(nèi)容：1.畫出PLC與現(xiàn)場的實際連接圖；2.畫出梯形圖。半導體器件發(fā)展

電力電子學——晶閘管及其基本電路A.

電力電子學的任務利用電力半導體器件（如：晶閘管）和線路來實現(xiàn)電功率的變換和控制。晶閘管（SiliconControlledRectifier簡稱SCR，1957年）在弱電控制與強電輸出之間起橋梁作用。B.

晶閘管(可控硅)的優(yōu)缺點

l

優(yōu)點：

1)

功率放大倍數(shù)可達幾十萬倍；

2)

控制靈敏，反應快；

3)

損耗小，效率高；

4)

體積小，重量輕；

5)

改善了工作條件，維護方便。

l

缺點：

1)

過載能力弱；

2)

抗干擾能力差；

3)

導致電網(wǎng)電壓波形畸變；

4)

控制電路比較復雜。調(diào)光臺燈單向雙向10.1電力半導體器件10.1.1晶閘管（SCR）

——新型大功率半導體器件，也稱可控硅。1.基本結構

1)

外形

前者用于100A以下的元件，后者用于200A以上的元件（散熱效果好）。

2)

內(nèi)部結構

——它是PNPN四層三端元件。

3)

符號（如圖所示）2.工作原理

l

實驗情況說明：可用燈泡

代替電阻RL。1)晶閘管承受正向電壓，開關S（控制極）斷開，此時電燈不亮，晶閘管關斷。

2)在控制極與陰極之間再加上正向電壓（S接通），電燈發(fā)亮，晶閘管導通。

3)晶閘管承受反向電壓，不論S是否接通，電燈均不亮，晶閘管關斷（阻斷）。

4)晶閘管導通后（情況2），斷開控制極電壓（控制極失去作用），電燈仍發(fā)亮，晶閘管仍導通。

5)晶閘管導通后（情況2），如果控制極電壓加反向電壓，不論陽極電壓是正或負，電燈均不亮，晶閘管關斷（阻斷）。電路模擬

l

結論

1)晶閘管導通條件：陽極加正向電壓，控制極也加正向電壓。

2)控制極只需加正觸發(fā)脈沖電壓。

3)具有可控單向?qū)щ娦裕ㄕ⒎聪蜃钄嗄芰Γ?/p>

l

導通原因1)

等效為PNP型和NPN型兩個晶體管的組合。

2)

陽極和控制極均加正向電壓時，經(jīng)放大，集電極電流為（基極電流），又經(jīng)放大，集電極電流為（即基極電流），再次放大，循環(huán)往復，直至導通為止（“觸發(fā)導通過程”——微秒級）。3)

晶閘管導通后，基極電流比（控制電流）大得多，故去掉，晶閘管仍導通。

4)

陽極加反向電壓，無放大作用，晶閘管不導通；控制電壓反向或未加入，不產(chǎn)生起始，晶閘管也不導通。3.伏安特性晶閘管的伏安特性——晶閘管的陽極電壓與陽極電流的關系。

1)截止狀態(tài)（正向阻斷狀態(tài)）——陽極加正向電壓，門極開路（＝0），電流很小，電阻很大，稱為正向漏電流。

2)導通狀態(tài)——正向陽極電壓上升到某一定值，，晶閘管突然變?yōu)閷顟B(tài)。這時陽極電壓稱為斷態(tài)不重復峰值電壓（）或正向轉(zhuǎn)折電壓（）。↑，↓，晶閘管容易導通。注：在晶閘管的陽極與陰極之間加上6V直流電壓，使元件導通的控制極最小電流(電壓)稱為觸發(fā)電流(電壓)。

3)維持電流（保證晶閘管導通的最小陽極電流）——當電流小于時，從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)化正向阻斷狀態(tài)。

4)反向阻斷狀態(tài)——陽極加反向電壓時，反向漏電流很小。當反向陽極電壓增加到某一數(shù)值時，反向漏電流，這時對應的電壓值稱為(反向不重復峰值電壓)或(反向轉(zhuǎn)折電壓，反向擊穿電壓)。注：晶閘管的反向伏安特性與

二極管反向特性類似。4.主要參數(shù)

RepetitivePeakOff-stateVoltage

1)

（斷態(tài)重復峰值電壓）——在控制極斷路和晶閘管正向阻斷時，可以重復加在晶閘管兩端的正向峰值電壓，它比小100V。BreakOverVoltage

“多少伏的晶閘管”

2)

（反向重復峰值電壓）——在控制極斷路時，可以重復加在晶閘管兩端的反向峰值電壓，它比小100V。ReverseRepetitivePeakOff-stateVoltage

3)

（額定通態(tài)或正向平均電流，簡稱額定電流)—在環(huán)境溫度不大于40℃和標準散熱及全導通時，晶閘管可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流（在一個周期內(nèi)）的平均值。

On-StateCurrent

“多少安的晶閘管”

正弦半波電流的平均值正弦半波電流的有效值波形系數(shù)即

一般按選晶閘管（——實際電流有效值）

4)

（維持電流）——在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路時，維持元件繼續(xù)導通的最小電流。一般為幾十mA~

一百多mA，其數(shù)值與溫度成反比，如：

5.型號及其含義（國產(chǎn)晶閘管）

例如：

3CT50/500（為50A，為500V）；

KP5-7（K—晶閘管，P—普通型，額定電流5A，額定電壓700V）。/可控整流元件

N型硅材料三個電極

6.判別SCR的好壞用萬用表的歐姆檔來判別管子的好壞。

表10.1用萬用表測試晶閘管各管腳之間的電阻注意：當A—K間為高阻值，而K—G間逆向電阻大于順向電阻時，管子良好。測試點表內(nèi)電池極性測量范圍測試結果A—K順向或逆向R×1000高電阻（表針不動）A—G同上同上同上K—G順向：G“+”,K“-”逆向：G-”,K“+”R×1R×110~10050~50010.1.2其它電力半導體器件雙向晶閘管可關斷晶閘管

功率晶體管功率MOS管(VMOS)

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)

整流二極管1.雙向晶閘管（TRIAC）調(diào)光臺燈l

特點

1)

三端子NPNPN元件；

2)

采用交流電源；

3)

相當于兩只普通晶閘管反并聯(lián)；

4)

雙向控制，簡化觸發(fā)電路；

5)

成本低，可靠性好；

6)

主要應用于家用電器控制，調(diào)節(jié)交流電壓。l

工作原理

1)

門極無信號時，、不導電。

2)

導通條件：①"+"，"-"，G"+"②"-"，"+"，G"-"2.可關斷晶閘管（GTO）

l

特點1)

控制極控制元件的導通和關斷，所需控制電流較大。

20mA(GTO)/30μA(SCR)2)動態(tài)特性較好，關斷時間較短。

1μs(GTO)/(5~30)μs(SCR)3)

主要用于直流調(diào)壓和直流開關電路。4)電路簡單，工作頻率高。

l

符號與晶閘管相似。3.功率晶體管（GTR）

（300A，100V或100A，300V）

達林頓晶體管（200A，500V）注：復合管，正向?qū)▔航怠?，功率損耗↑。l

特點可在高電壓和強電流定額下使用；正向?qū)▔航担?.3~0.8）V，功率損耗較晶閘管（≈1V）小；基極電流消失或反偏時，晶體管立即截止（不存在關斷問題）；允許的電流變化率低；處于導通狀態(tài)，基極電路功率損耗大；體積更小，價格更低（比晶閘管）。電路仿真N型VMOS(NMOS)P型PMOS(NMOS)封裝耐壓：常見10～200V；導通電阻：1mΩ～0.xΩVgs：2~15V電路仿真4.大功率二極管（整流二極管）l

特點可在高溫下工作；（室溫）

正向?qū)?，壓降?.8~1）V；反向截止；額定值可達200A和400V，或更高。注：它相當于一只開關。絕緣柵雙極晶體管－IGBT高壓：200V～1000V大電流：數(shù)百安培10.2單相可控整流電路由晶閘管組成的可控整流電路類似于二極管整流電路。它可分為單相半波、單相橋式、三相零式（半波）、三相橋式。

10.2.1單相半波可控整流電路特點：①應用較少，電路簡單，調(diào)整容易。②直流輸出電壓低，脈動大。目的：獲得可調(diào)節(jié)的直流電壓電阻性負載分析：1)

—控制角（晶閘管元件承受正向電壓起始點到觸發(fā)脈沖作用點之間的電角度），

—導通角（晶閘管在一周期時間內(nèi)導通的電角度），，，。2)最大正向、反向電壓為（電源變壓器副邊電壓的最大值）。3)負載（輸出直流）電壓平均值、負載電流平均值分別為：4)，達到可控整流的目的。

電路模擬

2.

電感性負載如：各種電機的勵磁線圈等。電路模擬-多次觸發(fā)電路模擬-單次觸發(fā)分析：電感阻礙電流變化（—自感電勢或反電動勢）。

大于電源負電壓，晶閘管繼續(xù)導通，也就是說，導通角。負載電感，負載負（反向）電壓，滿足不了負載的要求。3.

續(xù)流二極管的作用（大電感性負載）分析：1)

負載兩端并聯(lián)一只二極管。2)

電流電壓過零變負時，續(xù)流二極管導通，晶閘管自行關斷（無電流流回電源）。3)

負載兩端電壓為二極管管壓降，接近于零（電感放出能量消耗在電阻上）。4)

波形與電阻性負載一樣，波形與之很不相同。當時，電流脈動小，波形近似于一條平行于橫軸的直線。流經(jīng)VS的電流均值流經(jīng)V的電流均值：Id為負載電流均值電路模擬10.2.2單相橋式可控整流電路（應用很廣）它與不可控橋式整流電路的區(qū)別：二只晶閘管代替二只二極管。

1.

單相半控橋式整流電路

工作原理：l

輸入電壓正半周，觸發(fā)VS1，VS2和V1反向截止，電流通路為：l

輸入電壓負半周，觸發(fā)VS2，VS1和V2反向截止，電流通路為：電路仿真

1)

電阻性負載與半波整流相比較，和增加了一倍，分別為：

2)

電感性負載

l加續(xù)流二極管——不出現(xiàn)“失控”現(xiàn)象。

l不加續(xù)流二極管——不失控，VS2與V1交換位置。注意：電源電壓為零（或θ=0或觸發(fā)回路切斷）時，V1

和V2形成續(xù)流（電流增大），VS1或VS2可靠關斷。3)

只用一個晶閘管進行控制的整流電路四個整流二極管組成單相橋式全波電路——節(jié)省晶閘管元件。（a）電阻性負載——與半控橋一樣（b）電感性負載——必須加續(xù)流二極管（c）優(yōu)缺點：①控制線路簡單，成本較低；②承受整流過的脈動電壓，不承受反向電壓；③整流元件較多，體積較大；④壓降、損耗較大；⑤選用維持電流較大的晶閘管，以免失控。電路仿真

4)

反電勢負載電路仿真分析：（a）導通條件：

l

電源電壓大于反電勢；

l

有觸發(fā)脈沖。（b）比電阻性負載大，。（c）電流的幅值與平均值之比相當大，必須降低電流定額使用。（d）對大容量電動機或蓄電池負載，常串聯(lián)電抗器L（用以平滑電流的脈動）。

2.

單相全控橋式整流電路1)

它與半控橋的區(qū)別：

l

四只全是晶閘管。

l

每半周期要求觸發(fā)兩只晶閘管。

l

電感性負載（無續(xù)流二極管）時，輸出電壓的瞬時值出現(xiàn)負值。

l

電阻性負載時，不比半控橋整流優(yōu)越，一般采用半控橋線路。

l

主要用于正反向逆變電路中。注意：在全控橋中元件承受的最大正、反向電壓仍是。2)

電感性負載時工作狀況：

l

為正，瞬時，VS1、VS2導通。當＝0時，L上反電勢作用，VS1、VS2繼續(xù)導通，直至為負。

l

為負，即為正，對應瞬時，VS3、VS4導通，VS1、VS2關斷。當＝0時，VS3、VS4繼續(xù)導通到觸發(fā)VS1、VS2時關斷。注意：為了提高整流電壓，可在負載兩端并接續(xù)流二極管。解設則交流電壓有效值考慮到達不到180o，200V應加大10%到220V。因此，可不用整流變壓器，直接接到220V的交流電上。而交流電流有效值

例10.1一直流電源的調(diào)節(jié)范圍：采用單相半控橋整流電路，試求最大交流電壓和電流的有效值，并選擇整流元件。

為保證晶閘管瞬時過電壓時不損壞，則

故選用晶閘管3CT10/600和二極管2CZ10/300(考慮留有余量，采用10A定額)。SCR承受的電壓和電流：10.3.1三相半波可控整流電路電阻性負載觸發(fā)角導通角負載電壓計算式：同二極管觸發(fā)角——從自然換相點算起（圖中1、2、3點）電路仿真Simulink仿真觸發(fā)角導通角負載電壓計算式：0～30°觸發(fā)角導通角負載電壓計算式：30～150°

電感性負載負載電壓計算式：觸發(fā)角導通角無續(xù)流二極管時：Simulink仿真→正負電壓相等，Ud=0電感性負載

與電阻性負載計算方法相同。有續(xù)流二極管時：Simulink仿真10.3.2三相橋式全控整流電路負載電壓計算式：10.4逆變器整流器：交流→直流逆變器：直流→交流變流器：直流←→交流有源逆變：直流電變換成電網(wǎng)電。 用途：直流電機可逆調(diào)速、異步電機串級調(diào)速。無源逆變：直流電變換成固定/可變頻率交流電供給電機。 用途：交流電機的變頻調(diào)速。有源逆變整流電路仿真有源逆變無源逆變，電壓型無源逆變，電壓型無源逆變，電流型UPS原理10.5

晶閘管的觸發(fā)電路觸發(fā)電路：向晶閘管供給觸發(fā)脈沖的電路。(1)單結晶體管觸發(fā)電路:電路簡單、可靠性高，適用于中小容量的晶閘管電路；缺點是輸出脈沖不夠?qū)挕?2)小容量晶閘管觸發(fā)電路：主要用于觸發(fā)大功率晶閘管，簡單、可靠，觸發(fā)功率大，可得到寬脈沖；缺點是需要單結晶體管觸發(fā)小容量晶閘管，用的元件比較多。(3)晶體管觸發(fā)電路：容易實現(xiàn)，輸出功率比較大，應用很廣，常用的有正弦波移相和鋸齒波移相兩種，已生產(chǎn)出單片集成晶閘管觸發(fā)電路。電路仿真10.5

晶閘管的觸發(fā)電路一、晶閘管對觸發(fā)電路的要求(1)觸發(fā)電路應能供給足夠大的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流，一般要求觸發(fā)電壓應該在4V以上，10V以下；(2)觸發(fā)脈沖的寬度必須在10μs以上，才能保證晶閘管可靠觸發(fā)，如果負載是大電感，觸發(fā)脈沖的寬度還應該增大；(3)不觸發(fā)時，觸發(fā)電路的輸出電壓應該小于0.15V~0.20V，必要時可在控制極上加上一個1V~2V的負偏壓（就是在控制極上加一個對陰極為負的電壓）；10.5

晶閘管的觸發(fā)電路一、晶閘管對觸發(fā)電路的要求(4)觸發(fā)脈沖的前沿要陡，否則將會因溫度、電壓等因素的變化而造成晶閘管的觸發(fā)時間前后不一致。右圖由于環(huán)境溫度的改變，使得晶閘管所要求的觸發(fā)電壓從ug1提高到ug2，晶閘管的觸發(fā)的時間從t1變成t2，觸發(fā)時間延遲；(5)在晶閘管整流等移相控制的觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖應該和主電路同步，脈沖發(fā)出的時間應該能夠平穩(wěn)地前后移動(移相)，移相的范圍要足夠?qū)?。上述五點的實質(zhì)是要保證晶閘管的可靠觸發(fā)！10.5

晶閘管的觸發(fā)電路一、單結晶體管觸發(fā)電路—結構和特性單結晶體管是一種特殊的半導體器件，它有三個電極，其中一個發(fā)射極和兩個基極。其外形與普通三相管相似，但特性與晶體三極管不同。兩個基極間加入一定電壓Ubb，A點電壓：10.5

晶閘管的觸發(fā)電路一、單結晶體管觸發(fā)電路Ue<UA，rb1大阻值→截止，截止區(qū)。e=Up，導通開始，rb1↓↓→UA↓→Ie↑→rb1↓→UA↓↓負阻特性開始出現(xiàn)負阻特性的點P稱為峰點，該點的電壓和電流稱為峰點電壓和峰點電流。隨著Ie的不斷增加，當UA下降到某一點V時，rb1便不再有顯著變化，UE也不再繼續(xù)下降，而是隨著Ie按線性關系增加.點V稱為谷點，該點的電壓和電流稱為谷點電壓和谷點電流，對應于由峰點P至谷點V時的負阻特性段稱為負阻區(qū)，谷點以后的線段稱為飽和區(qū)。原理比喻10.5

晶閘管的觸發(fā)電路一、單結晶體管觸發(fā)電路—自振蕩電路利用單結晶體管的負阻特性和RC充放電特性，可組成自振蕩電路。(1)合上開關S，通過電阻R向電容C充電，Ue逐漸升高。Ue較小時，發(fā)射極電流極小，e和b1處于截止狀態(tài)；(2)當電容兩端的電壓Uc充電到單結晶體管的Up時，e和b1處于導通狀態(tài)，電容C向R1迅速放電，形成一個尖峰脈沖u0；(3)當電容C的電壓降到谷點電壓時，經(jīng)R供給的電流小于谷點電流，不能滿足導通要求，e和b1間電阻迅速增大，晶體管恢復截止；(4)E又對電容C充電，重復上述動作，電容C上形成鋸齒波電壓，在R1上形成脈沖電壓。R1電路仿真1電路仿真210.5

晶閘管的觸發(fā)電路一、單結晶體管觸發(fā)電路—自振蕩電路充電電阻R要滿足的條件：(1)當發(fā)射極電壓uc等于峰點電壓Up時，為確保單結晶體管由截止轉(zhuǎn)為導通，實際流過充電電阻R流入單結晶體管的電流I’P必須大于峰點電流IP:(2)當發(fā)射極電壓uc等于谷點電壓Uv時，為確保單結晶體管導通后能恢復截止，實際流過充電電阻R流入單結晶體管的電流I’v必須小于谷點電流Iv:充電電阻R的取值范圍：10.5

晶閘管的觸發(fā)電路一、單結晶體管觸發(fā)電路—觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路，必須使觸發(fā)脈沖與主電路電壓同步，要求在晶閘管承受正向電壓的半周內(nèi)，控制極獲得第一個正向觸發(fā)脈沖的時刻都相同，否則，由于每個正半周的控制角不同，輸出電壓就會忽大忽小的波動。電路仿真移相觸發(fā)SCR控制專用集成電路過零觸發(fā)SCR控制專用集成電路10.6

晶閘管的串并聯(lián)和保護一、串并聯(lián)應用

不是簡單的串并聯(lián)。需要均流、均壓。二、過電流保護設置快速熔斷器、裝設過流繼電器及快速開關、整流觸發(fā)脈沖移項保護。二、過電壓保護阻容保護裝置、硒堆和壓敏電阻等。醒竹11.1機電傳動控制系統(tǒng)的組成和分類

直流傳動控制系統(tǒng)最簡單——繼電器-接觸器控制系統(tǒng)（斷續(xù)控制系統(tǒng)）本章——自動調(diào)速系統(tǒng)（連續(xù)控制系統(tǒng)）11.1.1機電傳動控制系統(tǒng)的組成

組成：由電機、電器、電子部件組合而成。注：輸入量—控制量，輸出量—被控制量。l

開環(huán)控制系統(tǒng)（單向控制）如圖11.1所示的G-M系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)往往不能滿足高要求的生產(chǎn)機械的需要。

1.

主要參數(shù)

1)

轉(zhuǎn)速降(與無關)2)

調(diào)速范圍（前提：生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速變化率的要求）

3)

靜差度（或穩(wěn)定度、轉(zhuǎn)速變化率）n0-空載轉(zhuǎn)速；nN-額定轉(zhuǎn)速Rfa-勵磁回路電阻Rda-電樞回路電阻K-機械相關常數(shù)TN-電磁轉(zhuǎn)矩4)

關系：（）

①由電機銘牌而定，，D由生產(chǎn)機械要求而定。②一定，不同的靜差度S就有不同的調(diào)速范圍D，故在說明系統(tǒng)達到D時，同時說明所允許的最小靜差度S。③一定，，機械特性硬度。(改變電樞電壓調(diào)速)高速低速（S2-低速時靜差度）2.提高機械特性硬度的方法——使電動機轉(zhuǎn)速不變。

（負載↑，n↓）發(fā)電機電動機測速發(fā)電機電位器Simulink仿真

1)

在電動機軸上安裝一臺測速發(fā)電機BR，輸出電勢。

2)

偏差電壓（給定電壓）

負反饋控制

3)放大器作用:△U小變化→Ug大變化→維持n不變。l

閉環(huán)控制系統(tǒng)（正向控制和反向反饋控制）如上述自動調(diào)速系統(tǒng)。

1.方框圖：2.常用系統(tǒng)：

電機放大器、磁放大器和晶閘管調(diào)速系統(tǒng)。Simulink仿真11.1.2自動控制系統(tǒng)的分類按反饋方式——轉(zhuǎn)速負反饋、電勢負反饋、電壓負反饋、電流正反饋控制系統(tǒng)；按復雜程度——單環(huán)、多環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；按被調(diào)量與給定量的差別——有靜差、無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)；按給定量變化規(guī)律——定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)；按調(diào)節(jié)動作與時間的關系——斷續(xù)、連續(xù)控制系統(tǒng)；按元件特性——線性、非線性控制系統(tǒng)。11.2調(diào)速方案的選擇11.2.1機械與電氣調(diào)速方法1.

電氣調(diào)速的優(yōu)缺點

1)

簡化機械變速機構；

2)

提高傳動效率，操作簡單；

3)

無級調(diào)速；

4)

便于遠距離控制和自動控制；

5)

應用廣泛；

6)

電氣系統(tǒng)復雜，投資大些。（缺點）2.

電氣與機械配合調(diào)速

1)

電氣方面——得到多種轉(zhuǎn)速；

2)

機械方面——用機械變速機構的換擋進行變速。純機械式純電氣式機械＋電氣式11.2.2生產(chǎn)機械對自動調(diào)速系統(tǒng)技術指標的要求（調(diào)速方案的選擇）

1.

靜態(tài)技術指標

1)

靜差度——生產(chǎn)機械運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。

S

應小于一定數(shù)值。

l

機械特性越硬，，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。

l

時，滿足S

要求；其它轉(zhuǎn)速時一定滿足S

要求。

靜差度調(diào)速范圍調(diào)速的平滑性普通設備普通車床龍門刨床冷軋機熱軋機造紙機S≤50%S≤30%S≤5%S≤2%0.2%~0.5%S≤0.1%

2)

調(diào)速范圍——生產(chǎn)機械所要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最大范圍。

l

聯(lián)合調(diào)速時，D（生產(chǎn)機械）＝De（電氣）Dm（機械）。

3)

調(diào)速的平滑性——用兩個相鄰調(diào)速級的轉(zhuǎn)速差來衡量。

l

D一定，穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速級數(shù)↑，調(diào)速的平滑性↑；級數(shù)→∞，稱無級調(diào)速。

l

不同的生產(chǎn)機械，可采用有級或無級調(diào)速。車床龍門刨床鉆床銑床軋鋼機造紙機進給機械20～12020～402～1220～303～1510～205～30000

2.

動態(tài)技術指標由于電磁、機械慣性，調(diào)速過程經(jīng)過一段過渡過程，即動態(tài)過程。

1)

最大超調(diào)量

l

一般為(10～35)%。

l

，不滿足工藝要求；，過渡過程緩慢。超調(diào)量過渡時間★最大超調(diào)量★過渡時間★振蕩次數(shù)SIMULINK仿真2)

過渡過程時間

T——從輸入控制（或擾動）作用于系統(tǒng)開始到被調(diào)量進入穩(wěn)定值區(qū)間時為止的一段時間。超調(diào)量過渡時間3)

振蕩次數(shù)——在過渡過程時間T內(nèi)，在其穩(wěn)定值上下擺動次數(shù)（圖中所示為1次）。

l

系統(tǒng)1：T較大

l

系統(tǒng)2：振蕩次數(shù)較多

l

系統(tǒng)3：較理想如：龍門刨床——允許一次振蕩；造紙機——不允許有振蕩的過渡過程。系統(tǒng)超調(diào)量過渡過程時間T振蕩次數(shù)性能10長無不好2大長多不好3小短中好11.2.3根據(jù)生產(chǎn)機械的負載性質(zhì)來選擇電動機的調(diào)速方式

l

在調(diào)速過程中，電動機負載能力（即輸出）在不同下是不同的。

l

為保證在D

內(nèi)電動機得到最充分利用，則選擇調(diào)速方案時，必須使電動機的負載能力與生產(chǎn)機械的負載性質(zhì)相匹配。1.

生產(chǎn)機械的負載特性

1)

恒轉(zhuǎn)矩型——=常數(shù)，如：起重機、機床進給運動。

2)

恒功率型——=常數(shù)，如：車床主軸運動。注：粗加工精加工2.

電動機的負載能力（調(diào)速時）

1)

直流電機

——調(diào)壓調(diào)速（恒T型）、調(diào)磁調(diào)速（恒P型）

2)

交流電機

——變極調(diào)速、變頻調(diào)速

l

變極（p）調(diào)速——雙速異步電動機，定子繞組

Y改成YY（恒T型），改成YY（恒P

型）。

l

變頻（f）調(diào)速——固有特性以上（恒P型，很少），以下（恒T型，常用）。直流電機調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速西門子ATV38系列節(jié)能型變頻調(diào)速器參數(shù)3.

配合性質(zhì)電動機在調(diào)速過程中，輸出的T

和P

能否達到最大，取決于生產(chǎn)機械和的大小及其變化規(guī)律。1)

生產(chǎn)機械＝常數(shù)，調(diào)速方式選用恒T

型，且電動機。2)

生產(chǎn)機械＝常數(shù)，調(diào)速方式選用恒P型，且電動機。

故電動機在D

內(nèi)任何下運行，均保持，使電動機得到最充分利用。11.3

幾種常見的直流傳動控制系統(tǒng)（簡介）晶閘管-電動機直流傳動控制系統(tǒng)晶體管-電動機直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)微型計算機控制的直流傳動系統(tǒng)11.3.1晶閘管-電動機直流傳動控制系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)三閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

1.

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（n

單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——速度調(diào)節(jié)器ASR

）L+--+ugUf△UUkαKPIaUdM+--++-TGUTGKs放大器觸發(fā)器晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖電路仿真速度設定電位器測速發(fā)電機電動機晶閘管3.靜特性分析

(1)各環(huán)節(jié)輸入輸出的關系

電動機電路

式中:

電樞回路的總電阻；

可控整流電源的等效內(nèi)阻；

電動機的電樞電阻。

可控整流器

設可控整流器的放大倍數(shù)為Ks，則：放大器電路

設放大器的放大倍數(shù)為KP，則：

反饋電路

速度反饋信號電壓與轉(zhuǎn)速n成正比，設放大系數(shù)為

，則：Ke－電機結構常數(shù)；Φ－磁通；Ia－電樞電流；(2)靜特性——從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓放大倍數(shù)；——閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。如果系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)速負反饋（即開環(huán)系統(tǒng)）時，則整流器的輸出電壓:

由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機械特性方程:閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性開環(huán)系統(tǒng)的靜特性(3)分析與結論

理想空載轉(zhuǎn)速在給定電壓一定時,

轉(zhuǎn)速降

如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的