电气控制基础知识ppt.ppt

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1、 第二章 学看电气控制电路图电气控制基础知识复习 电气元件及其图符介绍 电气控制设备图符 电气控制设备图符 电气控制设备图符2.1电路与线路的基本概念 任何电源向外供电，任何用电设备要使用电能都必须要导线将电源和用电设备两者合理的连接起来，让电流形成回路，才能使电流在用电设备中做功。电工学中将这种电流通过的路径称为电路。而一般的电路都是用导线连接的，又称为线路。2.2 电气控制电路的特点1、多部件设备可分开表示 在电路图中，为了便于读识，由多个部件构成的电气元件及设备可以采用集中表示法、半集中表示法及分开表示法。对于较复杂的控制中路一般采用分开表示法。2、电路中有些设备无电磁线圈 对于交流接触

2、器、电压继电器、延时继电器等，它们的触点动作都是由其吸引线圈中电流接通和断开来实现的。但对于有些元件如行程开关、速度继电器、压力继电器等是没有吸引线圈只有触点，这些触点的动作是由依靠外力或其他因素来实现的。2.2 电气控制电路的特点 2.2 电气控制电路的特点3、主线路与其他线路是分开画的 在电气控制线路图中，电源进线、主回路、辅助回路通常都是分开表示，也叫做展开式线路图。电源进线：通常采用水平线画法或垂直线画法，三相交流电源的相序L1、L2、L3由上到下或自左向右依次排列画出，中性线N或保护接地PE画在相线的下面或最右边。主回路：每个受电的动力装置及其保护器件组成的回路。通常是垂直画出的，主

3、回路可采用单线表示，也可使用多线表示。2.2 电气控制电路的特点 控制回路及信号回路：控制回路及信号回路通常画在两条及几条水平电源线间。主、辅回路的排列顺序：无论是主回路还辅助回路他们所使用的电器元件通常是根据生产设备的先后顺序从上至下，从左到右依次排列，可以水平布置也可垂直布置。2.2 电气控制电路的特点5、交叉导线接点画法 在电气控制线路图中，对于直接联系的交叉导线的接点，通常是用小黑点表示，没有直接联系的交叉导线的接点不用小黑点表示。6、元件标有位置编号 在电气控制线路图中，各元器件通常标有位置编号，以供寻求对应的元器件，同时将线路图划分图区，并在图的上方标注线路的用途、作用，在图的下方

4、设置图区号。7、接线端有回路标号 在电气控制线路图中，主回路及其控制回路都具有回路编号。3 常用电动机控制单元接线图 机床或其他生产设备的运动部件大都是由电动机来带动的，为了完成一定的生产顺序，需要对电机的启、停，正反转及延时动作进行控制。这一控制过程由断路器、接触器等来实现。在线路图中，各种电器设备都有统一的符号来表示，且规定所有设备的触点都是在起始状态下的位置，即在没有通电或没有发生机械动作的位置。本图中QS的作用：用于引入电源，并控制小功率电机的启动、停止。3.1 电机正转控制线路图 3.1.1 由组合开关组成的电动机 全压启动正转控制线路A、识图指导 图中只有几个元器件，只要了解QS的

5、作用就能了解整个线路图的工作原理。B、工作原理 QS合上后，三相电源L1L3就会给电机M供电，电机M运行，QS断开后电机M失电，停止运行。3.1 电机正转控制线路图 3.1.2 由接触器构成的具有自锁功能电机正转控制线路工作原理 1、电源 2、电机启动 3、电机停止 4、电机保护 3.1 电机正转控制线路图 3.1.3 由接触器构成的具有过载保护的电机正转控制线路工作原理 1、启动过程 2、停止过程 3、电机保护 短路保护，过载保护 失电压保护 3.2 电机正、反转控制线路图 3.2.1 由倒顺开关构成的电机正反转控制线路图工作原理 1、正转运行 2、反转运行 倒顺开关通常有6个接线柱，其中L

6、1、L2、L3分别与三相电源相连，D1、D2、D3端则分别与三相电机相连。倒顺开关的手柄有三个位置，正转、反转及停止位置。3.2 电机正、反转控制线路图 3.2.2 由两只接触器构成具有连锁的电机正反转线路图工作原理 1、正转运行 2、反转运行互锁或连锁的概念 3.2 电机正、反转控制线路图 3.2.3 由连锁开关构成具有连锁的电机正反转线路图工作原理 1、正转运行 2、反转运行互锁开关SB2、SB3的触点关系 3.3 电机点动控制线路图 3.3.1 由交流接触器构成的按钮点动正转控制线路工作原理 1、启动过程 2、停止过程各元件器的作用 3.3 电机点动控制线路图 3.3.2 由交流接触器构

7、成的按钮点动、连动正转控制线路工作原理 1、启动过程 2、停止过程各元件器的作用 3.3 电机点动控制线路图 3.3.3 由一只开关构成的按钮点动、连动正转控制线路工作原理 1、启动过程 2、停止过程各元件器的作用 3.4 电机间隙工作控制线路图 3.4.1 由两只时间继电器构成的电机间隙工作线路工作原理 间隙运行过程 3.5 电机远程、多地控制线路图 3.5.1 由一只交流接触器构成的三地控制电机线路图工作原理 就地控制 远程控制 3.6 电机星-三角启动控制线路图 3.6.1 星-三角启动控制线路图工作原理1、主回路2、二次控制回路星三角启动的优缺点：优点：电机星形启动时，启动电流只有三角

8、形启动时的1/3左右，启动电流特性比较好，结构简单，经济。缺点：星形启动时电机转矩也对应下降三角形启动时的1/3，转矩特性较差。3.6 电机星-三角启动控制线路图 3.6.1 星-三角启动控制线路图 3.7 电机自耦降压启动控制线路图 3.7.1 自耦降压启动 控制线路图自耦降压启动的优缺点：优点：自耦降压60%启动时，电机启动电流约为额定电流的3-5倍，减少对电压的压降。缺点：自耦降压启动需自耦降压器，造价较高，接线较复杂，适用于容量较大的电机启动。电气工程自动化相关知识电气工程中常见名词电机、编码器变频器、软启动器、PLC传感器、常见低压电器一、电气常见名词解释电流：导体内的自由电子或离子

9、在电场力的作用下有规律的流动。规定正电荷移动的方向为正方向。用字母 I 表示，单位为A（安）。电压：电路中两点之间的电位差。用字母U表示，单位是V（伏）。电阻：导体能导电，同时对电流有阻力作用，这种阻碍电流通过的 能力成为电阻，用字母R表示，单位是（欧姆）。电容：凡是用绝缘介质隔开的两个导体就构成一个电容器。两个极 板在单位电压作用下每一极板上所储存的电荷量叫做电容。直流电：大小和方向不随时间变化的电流。交流电：大小和方向随时间周期性变化的电流。电功率：单位时间（1S）电流所做的功。用符号P表示，单位为W或 者KW。有功功率：正弦交流电路的瞬时功率在一个周期的平均值。无功功率：具有电感或电容的

10、电路中，在半周期的时间里，电源的能量变成 磁场（或电场）的能量储存起来，而在另半周期内的时间里，又 把储存的能量释放出来还给电源。它只与电源进行能量交换而没 有消耗能量。与电源交换能量的速率的振幅值叫无功功率。功率因数：有功功率与视在功率的比值。相电压：三相电路中，相线与中性线之间的电压。线电压：三相电路中，相线与相线之间的电压。频率：交流电在1s内电流方向改变的次数。用字母f表示，单位是HZl 防护等级：IP第一位 第二位0 无防护 0 无防护1防直径50mm的固体1 防滴，垂直滴水无影响2防直径12mm的固体2与水平偏垂直15滴水无影响3防直径2.5mm的固体3对偏垂直60 的喷溅水无影响

11、4防直径1mm的固体4 防任何方向的溅水5 防尘 5 防任何方向的低压喷射水6 尘密 6 对高压喷射水的防护7防浸入水15cm到1m之间的防护8 对承压时长期水浸入的防护l 绝缘材料的耐热等级级别 绝缘材料 极限工作温度（）Y木材、棉花、纤维等90A漆包线、沥青漆等105E玻璃布、油性树脂漆等120B玻璃纤维、石棉等130F聚酯和醇酸类材料155H有机硅云母、硅有机漆等180C石英、石棉、电瓷材料等180以上二、电机和编码器的相关知识电机 现代社会中，电能是使用最为广泛的一种能源。在电能的生产、输送和使用方面，电机发挥着重要作用。电机主要包括发电机、变压器和电动机。发电机把机械能转换为电能，发

12、出的电压为10.520KV，为了减少远距离输电中的能量损失，应采用高压输电，这时候就需要变压器将变压到110KV、220KV、330KV、500KV或更高。当电能输送到用电区后，由于用电设备需要的电压等级不同，再由变压器变换到所需的等级，如380V，220V等。电动机将电能转换成机械能，用来驱动各种用途的生产机械。如冶金车辆、各种机床、水泵、风机等都要用电机来驱动。l 电机的分类 电机是利用电磁感应原理工作的机械。电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分，有变压器和旋转电机。电机变压器直流电机直流发电机直流电动机交流电机控制电机同

13、步电机同步发电机同步电动机异步电机异步发电机异步电动机l 变压器相关知识 1、简介 定义：是一种静止电器,它通过线圈间的电磁感应,将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。额定容量：表示在额定使用条件下变压器的输出能力，以视在功率的千伏安表示。对三相变压器而言，额定容量表示三相容量之和。额定电压：表示变压器各绕组在空载时额定分接下的电压值，以伏或千伏表示。在三相变压器中，如没有特殊说明，额定电压都是指线电压。额定电流：变压器各绕组在额定负载情况下的电流值，以安表示。在三相变压器中，如没有特殊说明，都是指线电流。2、基本工作原理 变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组

14、。两绕组只有磁耦合没电联系。在一次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。只要(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同，就能达到改变压的目的。3、相关公式 变压比 变流比 主磁通m 与外加相电压U1、频率f的关系 U1E1=4.44*f*N1*m4、分类 按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气

15、式变压器。连接发电机与电网的升压变压器连接发电机的封闭母线 与电网相连的高压出线端三相干式变压器接触调压器电源变压器环形变压器控制变压器l 直流电机 分为直流发电机和直流电动机1、直流电机的优点 调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。易于控制。2、直流电机的应用 轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具。3、直流电动机工作原理 把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。在磁

16、场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。当电枢旋转到右图所示位置时额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电

17、压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。4、直流电机的励磁方式 供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大类，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。1、他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。他励直流电机的电枢电流和负载电流相同，即：2、并励：电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足3、串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足4、复励：并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。直

18、流电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值，将达到额定电流的10-20倍。过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。1、起动过程以三级电阻起动时电动机为例 电枢回路串电阻起动l 在电枢回路串入启动电阻，可以限制启动电流，但启动电流也不能太小，应控制在额定电流的22.5

19、倍范围内，并使启动转矩大于额定转矩，迅速完成启动过程。l 一般不允许将启动电阻在电动机正常运行时接入电路使用，因为长时间通过电流会烧毁电阻。l 这种方式的缺点是启动过程中要消耗大量的能量，因此对经常频繁启动和大中型直流电机不适用。降压起动 当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此对启动频繁和大中型电机中得到广泛应用。l 直流电机

20、的制动直流电动机在脱离电源后要求迅速停转，能实现这一目的成为制动。制动的方法有机械制动和电磁制动两类。机械制动是利用机械装置，使电动机在切断电源后迅速停转，常用方式有制动器和电磁抱闸。电磁制动的方法一般有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。制动原理：当电磁转矩的方向与转速方向相同时,电机运行于电动机状态;当电磁转矩方向与转速方向相反时,电机运行于制动状态。1、能耗制动电动制动电动状态，如图所示。将开关S投向制动电阻 上即实现制动.脱离电源后，由于惯性，电枢保持原来方向继续旋转，电动势 方向不变。由 产生的电枢电流 的方向与电动状态时的 方向相反,对应的电磁转矩 与 方向相反,为制动性质,电机处于

21、制动状态。制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。一般电阻越小，制动电流越大，制动转矩也越大。实际中制动电阻常常为滑动变阻器。l 优点 制动减速平稳、可靠；制动线路较简单；便于实现准确停车；缺点 制动转矩随转速降低成正比减小，低速时制动效果差；有能量损耗；应用场合 不要求反转及减速要求较平稳的场合；电压反接制动时接线如图所示。2、电压反接制动电动制动 开关S投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻 后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：反向的电枢

22、电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用电压反接制动。l 优点 制动转矩稳定，不随着n下降而减少；制动强烈，制动时间短。缺点 制动时的能量损耗大；制动到n=0时，如不断电会产生反转；制动冲击大，电机的寿命降低。应用范围 要求迅速制动停转并反转的场合回馈制动原理 当电动机在电动状态运行时，由于某种因素，如用电动机拖动机车下坡，使电动机的转速高于理想空载转速，进入发电状态，此时n n0，使得E aU，电枢电流为与电动状态时相反，因磁通方向未变，则电磁转矩T的方向随着Ia的反向而反向，对电动机起到制动作用。在电动状态时电枢电流从电网的正端流向电动机，而在制动时，电枢电流从电枢流向电网，因而称为

23、回馈制动。电动l 优点 不需改变线路，就可以从电动机状态转入回馈制动状态；电能可回馈给电网，比较经济。缺点 当转速n低于理想转速n0时，不能产生制动转矩；不能使转速制动到0。应用范围 用于转速大于额定转速的场合；在降压及增磁调速时，可自行转入回馈制动状态。直流电动机的调速 电力拖动系统的调速可以采用机械调、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。他励直流电动机的转速为电气调速方法:1.调压调速;2.电枢串电阻调速;3.调磁调速。目前最流行的是直流调速器，它具有启动、调速、制动的优点，这里不再介绍了。改变电动机的参数就

24、是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上。1、三相异步电动机的基本结构一、定子部分1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2、转子绕组：1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。三、气隙按转子结构分：绕线型异步电动机

25、鼠笼型异步电动机下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图三相绕线型转子结构图铸铝转子 绕线转子转子铁心和绕组三相异步电动机的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n转动原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。只要转子绕组和气隙旋转磁通密度之间有相对运动，转子就会有电流，就会有电磁转矩作用在转子上，当电磁转矩等于负载转矩时，转子以恒速n运行。在定子三相对称的定

26、子绕组中通入对称三相电流即在气隙中产生旋转磁场：为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规律变化，U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：l 定子旋转磁场的转速记为n1，又称为同步转速:l 式中：n1的单位为每分钟的转数（rpm）f为电源的频率 p为绕组磁场的极数l 例如，对工频50Hz电源，2极，4极，6极，8极电机的同步转速分别为：l 3000rpm,1500rpm,1000rpm,750rpm,等等同步转速l 异步电动机的转速可表示为：l 式中S称为转差率；l 当电机刚刚开始起动时，n=0，s=1；l 若电机处于理想空载，n=n1

27、,s=0，转子与定子旋转磁场同步，故n1称为同步转速；l 额定负载情况下，s为25%，所以异步电机的额定转速nN总是接近同步速，如2890rpm,1450rpm,975rpm,741rpm等等。l 转差率的大小反映了电机的不同运行状态。异步电动机的转速 异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能转变为电能 电能和机械能变成内能 电能转变为机械能能量关系制动 制动 驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称电源实现发电机 电磁制动 电动机 状态额定值关系有：额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.额定条件下转轴上输出的机械功率。

28、在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.额定运行时电动机的转速.二、额定值 三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。“Y”形连接时，线电流=相电流，线电压=相电压；“D”形连接时，线电压=相电压，线电流=相电流三、接线U1 V1 W1U1 V1 W1U 2 V2 W2D联结Y联结U2 V2 W2 实用表达式 工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：TN 是电机的额定转矩，PN 是电机的额定功率，nN 是额定转速T 是过载能力 三相异

29、步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。Sm 为最大转矩时的临界转差率。s n0nNsNnmsm10TNTstTmTem几个特殊点：ABCD1.起动点A:2.最大转矩点B:3.额定运行点C4.同步运行点D二、人为机械特性 人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm1.降压时的人为机械特性 下降后,和 均下降,但 不变,和 减少。如果电机在定额负载下运行,下降后,下降,增大,转子电流因 增大而

30、增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。TST和KST分别是启动转矩和转矩倍数2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后,、不变，增大。在一定范围内增加电阻，可以增加。当 时，若再增加电阻，减小。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。1 0 TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs 三相异步电动机的起动 起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程.对电动机的起动性能要求二：起动电流小,起动转矩不大。1.起动电流大的原因 起动时,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关

31、系,定子电流必然增大.2.起动转矩不大的原因从下述公式分析 起动时,远大于运行时的,转子漏抗 很大,很低,尽管 很大,但 并不大.由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小.由上述两个原因使得起动转矩不大.三相笼型异步电动机的起动一、直接起动可以直接起动的条件：起动电流倍数从三相异步电动机固有机械特性中分析知道，如果在额定电压下直接起动，起动电流大。起动转矩不大。一般起动电流可达额定电流的5-7倍，对机械设备的冲击也大。一般情况下，在供电变压器容量较大，电机的容量较小时，三相鼠笼型电机可以直接启动，经验上7.5KW以下的小容量电机可以直接起动。二、降压起动 适用

32、于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时Y接，起动电压降为 U 起动电流降为 I 运行时接。起动电流关系:Y-降压起动多用于空载或轻载起动1.Y-降压起动起动转矩关系:2.自耦变压器降压起动直接起动时的起动电流：降压后二次侧起动电流：变压器一次侧电流：电网提供的起动电流减小倍数：起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个分接头可供选用。3、转子回路串电阻起动 在转子回路中串联适当的电阻,既能限制起动电流，又能增大起动转矩。为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。电动机由a点开始起动，经bcdef gh，完成起动过程。起动过

33、程二、转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。转子电动势的频率为：起动时，S2断开，转子串入频敏变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。起动时,频敏变阻器铁损大,反映铁损耗的等效电阻 大,相当于转子回路串入一个较大电阻。所以限制了转子的起动电流，随着 上升,转子频率 减小,铁损减少,等效电阻减小,相当于逐渐切除,起动结束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。理想状态时,三相异步电动机的电磁制动1、能耗制动实现：制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流

34、。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上能耗制动。对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。2、反接制动实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。3、回馈制动实现：电动机转子在外力作用下，使nn1.回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。能耗制动、反接制动和回馈制动的优缺点与直流电机的这三种方式大体一致。根据实际需要合理选择。三相异步电动机的调速由异步电动机的转速

35、公式可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数 调速。（2）改变电源频率 调速。（3）改变转差率 调速，用降低定子绕组电压和绕线式电机转子回路串电阻等方法实现。sl 改变定子电压调速对于恒转矩负载调速范围十分小，对风机类负载调速范围较大，但是有过流的问题。l 转子回路串电阻调速的调速范围不大，平滑性不好，转速越低，情况越严重。l 变极调速为有极调速，需要电机定子有多套绕组或绕组有多种接法；造价太高。l 变频调速真正无级调速，调速范围宽，系统复杂，性能好，可以和直流调速系统相媲美，为目前最为流行的方法，而且它将起动、调速、制动的优点集于一身，在后面变频器章节将详细介绍。l 编码

36、器相关知识l 简介 在自动化领域,旋转编码器是用来检测角度，位置，速度和加速度的传感器。依靠轴杆、齿轮、测量轮或绳缆的控制，线性位移能被检测。编码器也把实际的机械参数值转换成电气信号，这些信号可以被计数器、转速表、PLC和工业PC处理。由玻璃或塑料制成的圆盘被栅格为透明的和非透明的区域。如果一个光源固定在圆盘的一侧，光敏元件固定在另一侧,旋转运动即可通过非接触方法检测出。如果一束光打在透明的区域，接收器接收到，产生脉冲，当光束被黑色区域隔断时，不产生脉冲。发光二极管通常用作光源，发光范围在红外线范围内，光敏二级管或光敏晶体管作为接收器。增量型编码器 轴旋转一定角度，增量型编码器提供一定数量的脉

37、冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲之间相位差为90。能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实现双向的定位控制。另外，三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。这个信号(第三通道)是用于参考的零位信号或称为通道0。利用光电耦合器扫描安装在机械轴上的分割成断的圆盘。机械代码被转换为成比例的电气脉冲信号。增量型l 增量型编码器接口l 线驱动（RS422）这种对称的接口推荐使用于干扰较严重的场合或通讯距离远要求。所用电缆必须为双绞线以实现最大的干扰抑制。

38、这种接口方式也可用于替代TTL接口，如果是这种情况，反向的输出信号将不需要。l 推挽式输出 推挽式输出组合了NPN和PNP输出方式。相比于开路集电极输出，推挽式输出的特点是提高了脉冲上升沿。另外，抗干扰能力也增加。用NPN或PNP时不需要额外配线。输出具有反相通道。这种输出的主要应用于中等的开关频率范围。OC(集电极开路）输出可以用这种方式替代。供电电压：RS422 5VDC RS422 10-30VDC 1000米 推挽输出 无反向信号 5-30VDC 100米 推挽输出 有反向信号 10-30VDC 250米 NPN输出 5VDC或5-30VDC NPN集电极开路输出 5VDC或5-30V

39、DC NPN为上拉型 PNP是下拉型（发射极强制正电压）可以得到与编码器不同电压等级的信号。绝对值编码器 通过一些光电耦合器扫描旋转盘上的代码图案。每一个位置有其独一无二的代码。单圈 编码器只有一圈被编码。编码器转完一个完整的圈后，代码开始重复 最多至每圈8192步,或13位J 在断电情况下位置的改变也能被记忆下来。L 不能区分到底转了多少圈。多圈 在单转型单元的基础上另外包含了一个齿轮。J 靠这个齿轮，可以探测到转的圈数。J 最大可探测 4096(12位)圈。输出接口：1、并行输出：5VDC或 10-30VDC二进制或格雷码输出对于单圈是可行的 TTL2米 并行推挽100米2、SSI同步串行

40、接口输出5VDC RS485时钟信号数据信号1200米 SSI同步串行接口输出10-30VDC RS485时钟信号数据信号3、总线形式：PRFIBU、SCANopendevice-net总线型式10-30VDC4、开放的数字传感器接口BISS RS422或RS485数据时钟信号大于50米，频率越高传输距离越远。5、模拟量输出信号4-20mA 200米l 根据设计和安装系统区分实心轴编码器 通过联轴器连接到驱动轴上。柔性联轴器用来机械连接两个机械轴并且补偿两轴水平偏差。其它可能连接编码器到驱动轴上为：皮带、小齿轮、测量轮和缆绳牵引。在这里请注意：联轴器的选型不同，将使施加在轴向或径向上的力损坏编

41、码器的风险不同。l 实心轴编码器的优点：结构简单 可以更高的防护等级 机械上提供不同连接法兰，电气上可提供不同连接插头实心轴编码器的弱点：部件多：编码器，安装法兰，联轴器。l 轴套型编码器 用这种结构，编码器的轴为连续的通孔空心轴或者半空轴套型式。编码器和驱动轴可以用编码器的轴套和弹簧连接片轻而易举地连接。轴套型编码器集成了 定子簧片，以用来补偿编码器与驱动装置的水平误差。因此不必做一个补偿联轴器。轴套型编码器的优点：编码器/驱动系统安装时间短 简单的安装步骤轴套型编码器的弱点：内部结构复杂 振动l 轴套型编码器用通孔轴套套在驱动轴上。这种编码器,轴连接器和定子簧片已经集成，轴连接使转矩的正确

42、传递得到保证。这个安装系统里，驱动轴承担编码器的重量。靠编码器轴套四周的小螺丝固定防止轴套在轴上的转动。另外必须限制所有其他有角度的转动。l 半空轴编码器：轴套编码器差不多相同的功能，半空轴编码器就符合这一点，半空轴编码器区别于轴套编码器主要是轴套为一个凹陷的盲孔。选型依据：1、机械法兰接口2、电气接口依据自动化提供的要求或技术协议（必须明确）3、绝对值要考虑齿轮比接线依据：1、产品本身标签上标有接线图2、产品说明书3、网上查询技术咨询调试说明：根据接口型式与自动控制接口，依赖于自动化调试人员。注意产品的成套性（例如插头、联轴器等）增量型编码器的订货选择绝对值型编码器的订货选择l 变频器基础知

43、识序号 优点1 平滑软启动，降低启动冲击电流，减少变压器占有量，确保电机安全2 在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度3 无级调速，调速精度大大提高4 电机正反向无需通过接触器切换5 非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制变频调速的优势（与其它交流电机调速方式对比）变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可 变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF(Variable Voltage Variable Frequency）变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机整流部分 储能环节 逆变部分M控制系统交流交流低压交直交通

44、用变频器系统框图直流 直流 交流整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦交流调速的控制核心是：只有保持电机磁通恒定才能保证电机出力，才能获得理想的调速效果V/F控制简单实用，性能一般，使用最为广泛 只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定，保证最大转矩恒定。例:对于380V 50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要保持V/F 恒定，则 40HZ时电机的供电电压:380（40/50)304V 低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高矢

45、量控制性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到90代计算机技术迅速发展才真正大范围使用理论基础电压随频率调节的规律 当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是，频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要求下式成立：1、恒转矩变频率调速（50HZ以下）此条件下频率和电压同时变

46、化，电机的主磁通和过载能力不变对恒转矩负载2、恒功率变频率调速（50HZ以上）此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。也称弱磁调速。对恒功率负载得频率调速时电动机的机械特性变频调速时电动机的机械特性可用下列各式表示最大转矩起动转矩临界点转速降在基频以下调速时,保持,即恒转矩调速。实际上由于电机电抗的存在，致使频率降低时，最大转矩减小了 在基频以上调速时,电压只能，迫使主磁通与频率成反比降 低，近似为恒功率调速。变频器的使用还具有很多保护功能：5分钟内可重复的过载，持续时间60秒，150的完成额定输出电流；1分钟内持续3秒200过载；过压、欠压保护；变频器过温保护；使用PTC通过

47、数字输入实现电机过热保护；接地故障保护；短路保护；闭锁电动机保护；电动机失速防护等。工频电源外部延长电缆特点：l 运行命令由键盘上的RUN和STOP决定l 运行方向一般由变频器内部参数决定l 运行给定由键盘修改特定功能码完成l 方便快捷适用场合l 在设备调试时广泛使用l 应用在简单且实时性不强的单机场合工频电源特点：l 运行命令由外部启停按钮决定，通过变 频器外部端子FWD/REV决定运行方向l 运行给定一般由外部模拟端子决定：PLC 模拟输出电位器l 常与外部逻辑电路或PLC共同控制变频器适用场合l 应用在实时性较强独立系统l 使用范围最广 启动停止开关量端子模拟量端子工频电源启动 停止工频

48、电源速度给定使用场合：各类小型生产线或系统特点：l 实时性好l 调试维护方便l 线路复杂，抗干扰 能力差 开关量端子模拟量端子开关量端子模拟量端子工频电源启动 停止工频电源速度给定使用场合：各类中大型生产线或系统特点：l 所有控制均通过通讯电缆l 线路相对简单，自动化 水平高，信息交换量大l 实时性好，抗扰能力强l 为防止网络故障，特设独立急停功能l 投入大，调试维护困难通讯接口 通讯接口单根电缆人机界面通讯接口 考虑变频器运行的经济性和安全性，变频器选型保留适当的余量是必要的。要准确选型，必须要把握以下几个原则：l 充分了解控制对象性能要求。一般来讲如对启动转矩、调速精度、调速范围要 求较高

49、的场合则需考虑选用矢量变频器，否则选用通用变频器即可l 了解负载特性，如是通用场合，则需确定变频器是G型还是P型l 了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。l 确定负载可能出现的最大电流，以此电流作为待选变频器的额定电流。如果该 电流小于适配电机额定电流，则按适配电机选择对应变频器以下情况要考虑容量放大一档：1、长期高温大负荷 2、异常或故障停机会出现灾难性后果的现场 3、目标负载波动大 4、现场电网长期偏低而负载接近额定 5、绕线电机、同步电机或多极电机（6极以上）充分了解各变频器支持的选配件是正确选配的基础。对于变频器的选配件选配，必须要把握以下几个原则：l 以下情况要选用交流输入电

50、抗器、直流电抗器民用场合，如：宾馆中央空调、电机功率大于55KW以上电网品质恶劣或容量偏小的场合如不选用可能会造成干扰、三相电流偏差大，变频器频繁炸机l 以下情况要选用交流输出电抗器变频器到电机线路超过100米（一般原则）l 以下情况一般要选用制动单元和制动电阻提升负载频繁快速加减速大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）l 软启动器的知识 软起动器的主工作电路见图1，它主要由串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管调压调速电路组成，由起动器中的单片机控制改变晶闸管的导通角，可通过调节晶闸管的导通角改变加到定子绕组的三相电压。起动时，晶闸管的导通角从0开始上升，逐渐