365wm完美体育官网365wm完美体育官网365wm完美体育官网第二章 学看电气控制电路图 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 * （一）作用：最常用的短路保护电器。熔体由电阻率较高而熔点较低的合金制成，正常工作时熔体不熔断，短路时熔体立即熔断，及时切断电源。 3、熔断器 * * （二）分类：实用中，常把熔断器和刀开关组合在一起，分为闸刀开关和铁壳开关。 * 4、按钮 一种最简单的手动电器。 (一)作用：发出操作信号、接通和断开电流 较小的控制电路，以控制电流较大的电动机运行。 (二)结构：钮帽、动触点、静触点和复位弹簧等。 * 动触点 静触点 动断触点：动触点与上面的静触点接通。 动合触点：动触点与下面的静触点断开。 按钮未按下时： 按下按钮时：上面的动断触点断开，下面的 动合触点接通。 当松开按钮时：动触点在复位弹簧作用下复位，动断触点和动合触点都恢复原态。 * 5、接触器 一种依靠电磁力作用使触点闭合或分离的自动电器。 (一)作用：用于接通和断开电动机或其它用电设备电路。 * （二）结构：磁铁分静铁心和动铁心，触点分主触点和辅助触点。 线圈 KM 主触点 辅助触点 动铁心 静铁心 线圈 动合主触点 KM KM 动合 动断 KM 结构示意图 符号 主触点接电动机主电路，辅助触点用于控制电路。 弹簧 * 当线圈通电时：主触点闭合，电动机旋转。 当线圈断电时：主触点分开，电动机停转。 利用线圈中小电流的通断来控制主电路中大电流的通断。 M 3~ 电机 * 6、热继电器 1.通常用热继电器来实现过载保护。当电动机负载过大，电压过低或一相断路时，电流增大，超过额定电流，熔断器不一定熔断，但时间长了影响寿命。 2.结构 发热元件 双金属片 发热元件动断触点 * 3.工作原理：利用膨胀系数不同的双金属片遇热后弯曲变形，去推动触点，断开电动机控制电路。 电动机正常工作时：双金属片不起作用。 当电动机过载时：流过发热元件的电流超过其整定电流，使双金属片因受热而有较大弯曲，向左推动导板，动触点离开静触点，接触器线圈KM断电，断开电动机电源。 * 7、行程开关 对生产机械的某一运动部件的行程或位置变化进行控制。通常用行程开关来实现。 （一）行程开关（限位开关）： 是利用机械部件位移来切换电路的自动电器。 直线式 单滚轮式 双滚轮式 * 未撞击 撞击 ST 动合触点 动断触点 ST (c)符号 * 8、时间继电器 按一定时间间隔对机械进行控制。 （一）时间继电器： 按所整定的时间间隔的长短来切换电路的自动电器。有空气式、电动式、电子式等。 是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。适用于定时控制。 * （三）工作原理：利用线圈的通电或断电，控制触点闭合或分开。 静铁心固定不变，动铁心与动触点连在一起，可左右移动。 当线圈通电时，静、动铁心间产生电磁吸力，动铁心带动动触点右移，动断触点断开，动合触点闭合。 当线圈断电时，电磁力消失，动铁心在弹簧作用下带动动触点复位，使动断触点和动合触点恢复原状。 一、 电气控制系统图的基本知识 D 6 5 由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的。 电气控制线路： 第一节 电气控制系统图的基本知识 D 6 5 电气控制线路： 电气控制线路的作用： 实现对电力拖动系统的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。 第一节 电气控制系统图的基本知识 D 6 5 电气控制线路： 电动机常见的基本控制线路： 点动控制线路 正转控制线路 正反转控制线路 位置控制线路 顺序控制线路 多地控制线路 降压启动控制线路 调速控制线路 制动控制线路 电气控制线路的作用： 第一节 电气控制系统图的基本知识 相关国家标准： D 6 5 GB4728—85《电气图常用图形符号》 GB5226—85《机床电气设备通用技术条件》 GB7159—87《电气技术中的文字符号制定通则》 GB6988—86《电气制图》 GB5094—85《电气技术中的项目代号 》 第一节 电气控制系统图的基本知识 一、图形符号和文字符号 D 6 5 图形符号 文字符号 符号要素 一般符号 限定符号 基本文字符号 辅助文字符号 补助文字符号 通常用于图样或其它文件，用以表示一个设备或概念的图形、标记或字符。 用于电气技术领域中技术文件的编制，表示电气设备、装置和元件的名称、功能、状态和特征。 一、图形符号和文字符号 D 6 5 1.图形符号 符号要素： 具有确定意义的简单图形，必须同其它图形组合构成一个设备或概念的完整符号。 如接触器常开主触点符号，由接触器触点功能符号和常开触点符号组合而成。 一般符号： 表示一类产品和此类产品特征的一种简单的符号，如电动机可用一个圆圈表示。 限定符号： 提供附加信息的一种加在其它符号上的符号。 一、图形符号和文字符号 D 6 5 2.文字符号 基本文字符号： 单字母符号： 双字母符号 按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分成为23大类，每一类用一个专用单字母符号表示，如“C”表示电容器类，“R”表示电阻器类等。 一、图形符号和文字符号 D 6 5 2.文字符号 基本文字符号： 单字母符号： 双字母符号： 由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，且以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出，如“F”表示保护器件类，“FU”则表示为熔断器。 可编程序控制器发展 同计算机的发展类似，目前可编程序控制器正朝着两个方向发展。 一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。 如OMRON公司的CQM1、 SIEMENS公司的S7-200一类可编程序控制器。 这种可编程序控制器 可以广泛地取代继电器 控制系统，用于单机控 制和规模比较小的自动 化生产线控制。 二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化方向发展。 这类可编程序控制器一般为多处理器系统，有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。系统不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能，还具备数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示、计算机接口、数据传送等功能，还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。 通过网络可以与上 位机通讯，配备数据 采集系统、数据分析 系统、彩色图像系 统的操纵台，可以 实现自动化工厂的 全面要求。 PLC的特点 可编程序控制所以被广泛使用，是由它的突出的特点和优越的性能分不开的。归纳起来，可编程序控制器主要具有以下特点： ? 可靠性高 例如三菱Ｆ１和Ｆ２可编程序控制器平均无故障时间可以达到30万小时（约34年）。 ? 环境适应性强 在环境温度-20℃~65℃、相对湿度为35％~85％情况下可正常工作。 ? 灵活通用 ? 使用方便、维护简单 整个连接过程仅需要一把螺丝刀即可完成。 2. 可编程序控制器的分类 可编程序控制器是由现代化大生产的需要而产生的，可编程序控制器的分类也必然要符合现代化生产的需求。一般来说可以从三个角度对可编程序控制器进行分类。其一是从可编程序控制器的控规模大小去分类，其二是从可编程序控制器的性能高低去分类，其三是从可编程序控制器的结构特点去分类。 (1) 按控制规模分类 可编程序控制器可以分为大型机、中型机和小型机。 ? 小型机 : 小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型 系统的控制。 日本OMRON公司 CQM1 处理速度 0.5~10ms/ 1k字 存贮器 3.2~7.2k 数字量192点，模拟量44路 德国SIEMENS S7-200 处理速度 0.8~1.2ms 存贮器 2k 数字量248点，模拟量35路 ? 中型机: 中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，它适合中型或大型控制系统的控制。 日本OMRON公司 C200HG 处理速度 0.15~ 0.6 ms/ 1k字 存贮器 15.2~31.2k 数字量1184点 德国SIEMENS S7-300 处理速度 0.8~1.2ms 存贮器 2k 数字量1024点，模拟量128路 网络 PROFIBUS 工业以太网 MPI ? 大型机 大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。 日本富士公司 F200 处理速度 2.5ms / 1k字 存贮器32k I/O点3200 日本OMRON CV2000 处理速度 0.125ms / 1k字 存贮器62k I/O点2048 德国SIEMENS S7-400 处理速度 0.3ms / 1k字 存贮器512k I/O点12672 德国AEG A500处理速度 1.3ms / 1k字 存贮器62k 64k I/O点5088 例：SIEMENS S7系列PLC分类 小型机 : 中型机: 大型机 SIMATIC S7 - 200 模块化 模块化 SIMATIC S7 - 300 模块化 SIMATIC M7 - 300 一体化 SIMATIC C7 - 620 模块化 SIMATIC S7 - 400 模块化 SIMATIC M7 - 400 执行OB1中的程序 (循环执行) 事件 (日期时间中断、硬件中断等) 调用其他 OB，FB，FC 输出 模块 A I 0.1 A I 0.2 = Q8.0 块OB 1 循环监视时间的开始 启动块 (OB 100) 上电后执行一次 从模块读信号状态，并保存到过程映象区 (PII) 把过程映象输出表(PIQ) 写到输出模块 CPU 循环 输入 模块 工作过程 PLC应用中需要注意的问题——工作环境和抗干扰 工作环境 温度——PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55℃，要安装电风扇强迫通风。 湿度——为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。 震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 空气——避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。 电源——PLC供电电源为50Hz、220(1±10%)V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。 ●传感器的相关知识 传感器是与人的感觉器官相对应的元件。 国家标准GB 7665-87对传感器下的定义是: “能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成”。 敏感元件, 是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分; 转换元件, 是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。 下图为传感器组成方块图， 此图也说明了传感器的 基本组成和工作原理。 传感器的分类 (1) 根据传感器感知外界信息所依据的基本效应, 可以将传感器分成三大类: 基于物理效应如光、 电、 声、 磁、 热等效应进行工作的物理传感器; 基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器; 基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。 (2)按工作原理分类, 可分为应变式、 电容式、 电感式、 电磁式、 压电式、 热电式等传感器。 (3)根据传感器使用的敏感材料分类, 可分为半导体传感器、 光纤传感器、 陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、 复合材料传感器等等。 (4)按照被测量分类, 可分为力学量传感器、热量传感器、 磁传感器、光传感器、放射线传感器、气体成分传感器、 液体成分传感器、离子传感器和真空传感器等等。 接近式传感器原理 电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路组成，振荡器在传感器检测面上产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以致停振。振荡器的振荡及停振这两个状态，转换为电信号通过整形放大器转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。检测金属物体，感应距离为0.2～100mm。 电容式接近传感器由高频振荡器和放大器组成，由传感器的检测面与大地间构成一个电容器，参与振荡回路工作，起始于停振状态。当物体接近传感器检测面时，回路的电容量发生变化，使高频振荡器振荡，振荡和停振这两种状态转换为电信号经放大器转换为二进制开关信号。检测金属物体和非金属物体，感应距离为1～60mm。 磁性传感器由舌簧管和放大器组成，当外磁场靠近传感器迫使簧片磁化而动作，再经过放大电路放大，增大开关容量，已实现对外接电路的通断。检测磁体（永磁体或电磁体）、铁磁体。感应距离是25～60mm 接近传感器术语解释 ?检测距离：也称为额定动作距离，是用标准检测体所测定的接近传感器动作距离的标准值。 ?设定距离：也称工作距离，一般为检测距离的0.8倍，在此距离内接近开关工作应不受温度、电压波动的影响而产生误动作。传感器与检测体的间距在安装时必须在这个范围内。 ?标准检测体：指规定材料、尺寸、形状，用来检测接近开关基本性能的检测物体。一般情况下选用厚度1mm，边长为1.5倍检测距离的正方形Q235A钢板。 常用低压电气设备 电器：根据外界特定的信号和要求自动或手动接通或断开电路，断续或 连续改变电路参数，实现对电路或非电对象的接通、切断、保 护、控制、调节作用的设备。 低压电器： 用于交流1200V、直流1500V以下的电路中的电器。 熔断器： 熔断器是一种广泛应用的最简单有效的保护电器。在强弱电系统 中起短路保护作用。 熔断器有管式、插入式、螺旋式、卡式等几种 形式，其中部分熔断器的外形和符号如图所示。 卡式 螺旋式 符号 熔断器的主要元件是熔体，它是熔断器的核心部分 熔体形状： 丝状：铅锡合金、锌等低熔点金属——圆截面熔丝（小电流电路） 片状：用银、铜等较高熔点的金属——薄片（大电流电路） 工作原理： 熔断器使用时应当串联在所保护的电路中； 电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断；当电路 发生短路或严重过载时，熔体温度上升到熔点而熔断，将电路断开， 从而保护了电路和用电设备。 刀开关： 又称开启式负荷开关，它是控制电器、手动电器、配电电器。 1.组成：瓷底板、进线座、静触点、熔丝、出线座、刀片式的动触点，手 柄、外面装有胶盖。 2.功能：手动操作快速闭合与断开； 作为电源的引入开关或隔离开关； 用于小容量的三相异步电动机不频繁地起动或停止的控制。 使用注意事项: (1) 垂直安装在控制屏或开关板上决不允许倒装 以防手柄因自重落下而引起误合闸 (2) 接线时应将电源线接上端、负载接下端 内装熔丝作为短路和严重过载保护 (3) 操作时分合闸动作应迅速 使电弧较快熄灭 断路器既是控制电器，又可以对电路实施短路、过载、欠压等保护，具有保护 电器的功能。 组成：弹簧、主触点、锁钩、杠杆、过流脱扣器、欠压脱扣器、热脱扣器、手动的操作机构等 按钮: （1）用于控制电路，发出控制指令。 （2）发出指令去控制其他电器，再由其他电器去控制主电路、或转移各种指令 行程开关： 又称限位开关,是控制电器。可以完成行程控制或限位保护。 它的工作原理和按钮相同，分为常开触点和常闭触点。外力作用下触点动作，外力消失后复位；或保持此状态，反方向力量作用下再复位。 万能转换开关: （1）作为各种配电装置的远距离控制 （2）电压表、电流表的换向开关 （3）小容量电动机的起动、调速、换向 接触器是控制电器，它利用电磁吸力和弹簧反力的配合作用实现触头闭合与断开，是一种电磁式的自动切换电器。接触器分交流接触器和直流接触器两大类，线圈电压根据设计需要合理选择。 中间继电器： a.当电压或电流继电器触头容量不够时，可借助中间继电器来控 制，此时它作为执行元件被当作一级放大器使用。 b.当其他继电器或接触器触头数量不够时,可利用中间继电器来 切换多条电路。 c.对于电动机额定电流不超过 5A 的电气控制系统，可以由中间 继电器代替接触器来实现控制。 靠先进的技术引领企业的发展 学 习 理 解 传播、沟通 二、电气控制系统图的基本知识 一、几种常用低压电器 三、三相异步电动机全压启动控制 四、三相异步电动机降压启动控制 1、刀开关 2、组合开关 3、熔断器 4、按钮 5、接触器 1、刀开关 (一)结构：一种最简单的手动电器。 (三)作用：用在不频繁接通和分断的电路中，也用于隔离电路和电源（又称为隔离开关） (二)分类：单极(单刀)、双极(双刀)、三极(三刀) 2、组合开关 （一）结构：也是一种刀开关，刀片可转动，由装在同一轴上的单个或多个单极旋转开关叠装组成。转动手柄，可使动触片与静触片接通与断开。 （二）分类：单极、双极、三极、多极。 （三）作用：生产机械的电源引入、局部照明等。 常用的HZ10系列 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5-30VDC 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 在断电情况下位置的改变也能被记忆下来。 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。 靠这个齿轮，可以探测到转的圈数。 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、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 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码器的风险不同。 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。 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 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。 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、产品本身标签上标有接线、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 变频器基础知识 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： 运行命令由键盘上的RUN和STOP决定 运行方向一般由变频器内部参数决定 运行给定由键盘修改特定功能码完成 方便快捷 适用场合 在设备调试时广泛使用 应用在简单且实时性不强的单机场合 工频电源 特点： 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 运行给定一般由外部模拟端子决定： PLC 模拟输出 电位器 常与外部逻辑电路或PLC共同控制变频器 适用场合 应用在实时性较强独立系统 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 工频电源 速度给定 使用场合： 各类小型生产线或系统 特点： 实时性好 调试维护方便 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： 所有控制均通过通讯电缆 线路相对简单，自动化 水平高，信息交换量大 实时性好，抗扰能力强 为防止网络故障，特设独立急停功能 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： 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 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 了解所用电机主要铭牌参数：额定电压、额定电流。 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： 以下情况要选用交流输入电抗器、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 以下情况要选用交流输出电抗器 变频器到电机线米（一般原则） 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） 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，逐渐增大，电机的端电压也从零开始上升，直至达到满足起动转矩要求，保证起动成功。运用不同的设定法，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可以实现不同的功能。 智能化软起动器是集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电机控制装置，具有传统起动方式所不具备的特点。在不需要调速的前提下，使用软启动器具有很多优点。 软起动器与变频器的区别 软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。因此在不需要调速的地方，使用软启动器进行启动和停止，比变频器具有更大的性价比。 软起动与传统减压起动方式的不同之处 笼型电机传统的减压起动方式有Y-q 起动、自耦减压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。软起动与传统减压起动方式的不同之处是： （1）无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线）恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。 （3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。 PLC相关知识 可编程序控制器广泛地应用于工业控制。它通过用户存储的应用程序来控制生产过程，具有可靠性高、稳定性和实时处理能力强的优点。可编程序控制器是把计算机技术与继电器控制技术有机结合起来，为工业自动化提供的几乎完美的现代化自动控制装置。 电气控制装置的输入信号有按钮、开关、时间继电器、压力继电器、温度继电器、过流过压继电器；电气控制装置的输出信号有接触器、继电器、电磁阀。这些信号只有闭合与断开两种工作状态。这类物理量被称为开关量或数字信号。 另一类设备，其输入信号是压力传感器、温度传感器、湿度传感器等信号，输出信号是伺服电机、电动阀、距离、速度等控制信号。这类物理量是一种连续变化量，叫做模拟量或模拟信号。 以往的电气控制装置主要采用继电器、接触器或电子元件来实现，由连接导线将这些器件按照一定的工作程序组合在一起，以完成一定的控制功能，这种控制叫做继电器控制电路。 继电器控制电路的电气装置体积大，生产周期长，接线复杂，故障率高，可靠性差。控制功能略加变动，就需重新组合、改变接线。 可编程序控制器产生 1968年，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需要，提出一种设想：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。使不熟悉计算机的人也能方便地使用，并提出十项招标指标。 美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器PDP—14，并在汽车自动装配线上试用获得成功。该设备用计算机作为核心设备。其控制功能是通过存储在计算机中的程序来实现的，这就是人们常说的存储程序控制。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。 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 U2 U1 W2 V1 W1 V2 n ●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： 定子旋转磁场的转速记为n1，又称为同步转速: 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 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： 3000rpm,1500rpm,1000rpm,750rpm,等等 同步转速 异步电动机的转速可表示为： 式中S称为转差率； 当电机刚刚开始起动时，n=0，s=1； 若电机处于理想空载，n=n1, s=0，转子与定子旋转磁场同步，故n1称为同步转速； 额定负载情况下，s为2—5%，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。 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。 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 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 λT 是过载能力 ● 三相异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 n 0 nN sN nm sm 1 0 TN Tst Tm Tem 几个特殊点： A B C D 1.起动点A: 2.最大转矩点B: 3.额定运行点C 4.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。 s n sm 1 0 TL UN 0 Tst Tm Tem n1 0.8UN 0.64Tst 0.64Tm 1. 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 Tst Tm Tem s n 0 n1 sm R2 Tst sm R2+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b→c→d→e→f →g→h，完成起动过程。 起动过程 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。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。 s 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。 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。 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。 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。 编码器相关知识 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
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