第四章控制工程中常用驅(qū)動控制技術(shù)

第四章控制工程中常用的驅(qū)動控制技術(shù)4.1繼電接觸式控制系統(tǒng)在以電動機為動力的生產(chǎn)機械中，要根據(jù)生產(chǎn)過程的要求對電動機進行起動、停止、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動等方面的控制。

對電動機的控制常要用到開關(guān)、繼電器及接觸器等控制電器組成的控制電路——這種控制電路稱為繼電接觸式控制系統(tǒng)。

控制電器可分為兩大類：手動電器，如按鈕、組合開關(guān)及閘刀開關(guān)等；自動電器，如繼電器、接觸器及行程開關(guān)等。4.1.1電氣控制線路的圖形、文字符號1、圖形符號及文字符號(1990年1月1日開始執(zhí)行的)由國家標準局頒布的GB/T4728.1~5-2005及其GB/T4728.6~13-2008

《電氣圖用符號》及GB/T6988-2008《電氣制圖》和GB/T7159-1987《電氣技術(shù)中的文字符號制訂通則》。常用電氣圖形符號和文字符號如P99的表4-1和表4-2，表4-3所列。2、接線端子標記符合國家標準GB4026-1983《電器接線端子的識別和用字母數(shù)字符號標記接線端子的通則》。4.1.2電氣原理圖畫法1、電氣控制線路的定義以各類電機或其他執(zhí)行電器為被控對象，以繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)、保護元件等器件組成的控制線路，通稱為電氣控制線路，即繼電接觸式控制系統(tǒng)。2、電氣控制線路的表示方法

電氣控制原理圖、電氣設(shè)備安裝圖和電氣設(shè)備接線圖三種動作電流范圍整定值

CW6132型普通車床電氣原理圖

繪制電氣原理圖應遵循的原則①所有電器元件的圖形、文字符號必須采用國家規(guī)定的統(tǒng)一標準。②電器控制線路根據(jù)電路通過的電流大小可分為主電路和控制電路。③采用電器元件展開圖的畫法，即同一電器元件的各部件可以不畫在一起，但需用同一文字符號標出。④所有按鈕、觸頭均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態(tài)畫出。⑤控制電路的分支線路，原則上按照動作先后順序排列?！魣D面區(qū)域的劃分按被控對象和控制功能的不同進行劃分。電氣控制原理圖電氣設(shè)備安裝圖各種電氣設(shè)備在機械設(shè)備和電氣控制柜中的實際安裝位置安裝圖機械設(shè)備的工作要求機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)電動機與被拖動的機械部件傳感器與被檢測信號的來源點電氣元件的操作、檢修等需求信號傳輸?shù)男枨?，電纜的分布等等CW6132型車床控制盤電器布置圖電器元件的布置應注意以下幾方面：①體積大和較重的電器元件應安裝在電器安裝板的下方，而發(fā)熱元件應安裝在電器安裝板的上面。②強電、弱電應分開，弱電應屏蔽，防止外界干擾③需要經(jīng)常維護、檢修、調(diào)整的電器元件安裝位置不宜過高或過低。④電器元件的布置應考慮整齊、美觀、對稱。外形尺寸與結(jié)構(gòu)類似的電器安裝在一起，以利安裝和配線。⑤電器元件布置不宜過密，應留有一定間距。如用走線槽，應加大各排電器間距，以利布線和維修。CW6132型車床電氣設(shè)備安裝布置圖電氣設(shè)備接線圖各種電氣設(shè)備之間的實際接線情況CW6132型車床電氣互連圖4.1.3籠型電動機（三相籠型異步電動機）的起動控制線路三相籠型異步電動機的控制線路大都由繼電器、接觸器和按鈕等有觸點的電器組成。其基本的控制線路有：直接起動控制線路、正反轉(zhuǎn)控制線路、減壓起動控制線路、點動與連續(xù)運動的控制線路、多地點控制線路、順序控制線路和自動循環(huán)控制線路。

1、直接起動控制線路

KM12FRFU1SB1SB2KMKMFR控制電路主電路QFU2M3~M3~FRSB1SB2FRKMKMKMFUABC控制電路具有的功能1、短路保護FU2、過載保護FR3、失壓、欠壓保護KM4、自鎖KM5、SB2起動按鈕6、SB1停車按鈕Q若將控制電路中的自鎖觸點KM除去，就可以實現(xiàn)對電動機的點動控制。按下起動按鈕電動機就轉(zhuǎn)動，一松手就停止。點動控制在生產(chǎn)中也是常見的。M3~FRSB1SB2FRKMKMKMFUABC此時，無自鎖。Q2、籠型電動機正反轉(zhuǎn)的控制線路FRFUKMFSKMR要使電動機給夠?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)，只要把接到電源的任意兩根聯(lián)線對調(diào)一頭即可。為此用兩個接觸器來實現(xiàn)這一要求。設(shè)KMF為實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)的接觸器，KMR

為實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)的接觸器。ABCUVW合上S

接通電源其主觸點閉合讓KMF線圈通電

三相電源ABC分別通入電機三相繞組UVW，電動機正轉(zhuǎn)。其主觸點閉合讓KMR線圈通電

三相電源ABC通入電機三相繞組變?yōu)锳—U

未變，但B—W，C—V。電動機將反轉(zhuǎn)KMF線圈斷電，主觸點打開，電機停。M3~→電機正轉(zhuǎn)并自鎖

主電路籠型電動機正反轉(zhuǎn)的控制線路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRSM3~KMRKMRSBRKMRKMFKMR控制電路動作次序按SBF→

KMF通電動合觸點閉合→實現(xiàn)互鎖功能合上S接通電源動斷觸點打開按SB1

→KMF斷電→電機停轉(zhuǎn)按SBR→

KMR通電動合觸點閉合→

實現(xiàn)互鎖功能動斷觸點打開→電機反轉(zhuǎn)并自鎖缺點：要想改變電機轉(zhuǎn)向，必須先按停止按鈕。3、籠型異步電動機的減壓啟動控制線路

較大容量的籠型異步電動機（大于10kw）直接啟動時，電流為其額定電流的4—8倍，過大的啟動電流會對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的沖擊，所以一般采用減壓方式來啟動，即起動時降低電動機定子繞組的電壓，起動后恢復，降低電壓可以減小起動電流，不產(chǎn)生大的電壓降，減小對線路電壓的影響。降壓起動的方式：◆“Y-Δ”換接◆定子串電阻◆自藕變壓器◆磁控式軟啟動器◆目前最先進最流行的電子軟啟動器星-三角形減壓起動控制線路定子繞組星形連接狀態(tài)下起動電壓為三角形連接直接起動電壓的。起動轉(zhuǎn)矩為三角形連接直接起動轉(zhuǎn)矩的，起動電流也為三角形連接直接起動電流的。4.1.4電氣控制線路的設(shè)計一、電氣控制設(shè)計的一般原則二、電氣控制設(shè)計的基本任務和內(nèi)容三、電氣控制原理圖設(shè)計的基本步驟四、電氣控制原理圖的設(shè)計方法◆最大限度地滿足生產(chǎn)機械和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求，這些生產(chǎn)工藝要求是電氣控制設(shè)計的依據(jù)。◆在滿足控制要求前提下，設(shè)計方案力求簡單、經(jīng)濟、合理，不要盲目追求自動化和高指標?！粽_、合理地選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作?！魹檫m應生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇控制設(shè)備時，設(shè)備能力留有適當裕量。一、電氣控制設(shè)計的一般原則電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容是根據(jù)控制要求，設(shè)計和編制出電氣設(shè)備制造和使用維修中必備的圖樣和資料等。包括電氣原理圖設(shè)計和電氣工藝設(shè)計兩部分。1、電氣原理圖設(shè)計內(nèi)容◆

擬定電氣設(shè)計任務書◆選擇電氣拖動方案和控制方式◆

確定電動機類型、型號、容量、轉(zhuǎn)速◆設(shè)計電氣控制原理框圖，確定各部分之間的關(guān)系，擬訂各部分技術(shù)指標與要求二、電氣控制設(shè)計的基本任務和內(nèi)容◆

設(shè)計并繪制電氣控制原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)◆

選擇電氣元件，制定元件目錄清單◆

編寫設(shè)計說明書2、電氣工藝設(shè)計內(nèi)容◆

依據(jù)電氣原理圖，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖◆

對總原理圖進行編號，繪制各組件原理電路圖，列出各部件的元件目錄表◆設(shè)計組件電器裝配圖、接線圖，圖中應反映元件的安裝方式和接線方式◆

編寫使用維護說明書◆

根據(jù)選定的拖動方案和控制方式設(shè)計系統(tǒng)的原理框圖，擬訂出各部分的主要技術(shù)要求和主要技術(shù)參數(shù)?！?/p>

根據(jù)各部分的要求，設(shè)計出原理框圖中各部分的具體電路。對于每一部分電路的設(shè)計都是按照主電路→控制電路→聯(lián)鎖與保護→總體檢查，反復修改與完善的步驟來進行?！?/p>

繪制系統(tǒng)總原理圖。按系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)將各部分電路聯(lián)成一個整體，完善輔助電路，繪成系統(tǒng)原理圖。◆

合理選擇電氣原理圖中每一電器元件，制訂出元器件目錄清單。三、電氣控制原理圖設(shè)計的基本步驟經(jīng)驗設(shè)計法和邏輯設(shè)計法兩種1、經(jīng)驗設(shè)計法

經(jīng)驗設(shè)計法是根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求和加工過程，利用各種典型的基本控制環(huán)節(jié)加以修改補充、完善，最后得出最佳方案。若沒有典型的控制環(huán)節(jié)可采用，則按照生產(chǎn)機械的工藝要求逐步進行設(shè)計。采用經(jīng)驗設(shè)計法，一般應注意以下幾個問題：四、電氣控制原理圖的設(shè)計方法（1）保證控制線路工作的安全和可靠性電器元件要正確連接，電器的線圈和觸頭連接不正確，會使控制線路發(fā)生誤動作，有時會造成嚴重的事故。◆線圈的連接在交流控制線路中，線圈不能串聯(lián)接入兩個電器線圈，如下圖。兩個電器需要同時動作時，線圈應并聯(lián)連接。KAKM1KM2◆電器觸頭的連接同一個電器的常開觸頭和常閉觸頭位置靠得很近，不能分別接在電源的不同相上。如下圖所示不正確正確◆線路中應盡量減少多個電器元件依次動作后才能接通另一個電器元件，如下圖所示。

◆應考慮電器觸頭的接通和分斷能力，若容量不夠，可在線路中增加中間繼電器，或增加線路中觸頭數(shù)目。增加接通能力用多觸頭并聯(lián)連接；增加分斷能力用多觸頭串聯(lián)連接。（2）控制線路力求簡單、經(jīng)濟◆盡量減少觸頭的數(shù)目◆

盡量減少連接導線◆

盡量減少電器元件的帶電時間減少觸頭數(shù)目減少連接導線不合理合理（3）防止寄生電路控制電路在正常工作或事故情況下，發(fā)生意外接通的電路叫寄生電路。若控制電路中存在寄生電路，將破壞電器和線路的工作順序，造成誤動作：如圖所示電路在正常工作時能完成正、反向起動，停止時信號指示，但當熱繼電器FR（K）動作時，線路出現(xiàn)了寄生電路，圖中虛線所示，使正向接觸器KM1不能釋放，起不了保護作用。（4）應具有必要的保護環(huán)節(jié)◆短路保護◆過流保護◆欠電壓◆過載保護◆零電壓保護電氣控制線路常用保護環(huán)節(jié)（5）經(jīng)驗設(shè)計法的應用舉例◆工藝簡介右圖為鉆削加工時刀架的自動循環(huán)示意圖，具體要求為：自動循環(huán)：即刀架由位置1移動到位置2進行鉆削加工后自動退回位置1，實現(xiàn)自動循環(huán)。無進給切削：即鉆頭到達位置2時不再進給，但鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)進行無進給切削以提高工件加工精度。快速停車：停車時，要求快速停車以減少輔助工時。SQ2SQ1◆控制線路的設(shè)計

設(shè)計主電路確定控制電路的基本部分刀架前進、后退的控制線路設(shè)計控制電路的特殊部分刀架的自動循環(huán)控制無進給切削的實現(xiàn)快速停車的實現(xiàn)2、邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)計法是把電器控制線路中的接觸器、繼電器等電器元件線圈的通電和斷電、觸頭的閉合和斷開看成是邏輯變量，線圈的通電狀態(tài)和觸頭的閉合狀態(tài)設(shè)定為“1”態(tài)；線圈的斷電狀態(tài)和觸頭的斷開狀態(tài)設(shè)定為“0”態(tài)。根據(jù)工藝要求將這些邏輯變量關(guān)系表示為邏輯函數(shù)的關(guān)系式，再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律對邏輯函數(shù)式進行化簡，然后由簡化的邏輯函數(shù)式畫出相應的電氣原理圖，最后再進一步檢查、完善，以期得到既滿足工藝要求，又經(jīng)濟合理安全可靠的最佳設(shè)計線路。用邏輯函數(shù)來表示控制元件的狀態(tài)，實質(zhì)上是以觸頭的狀態(tài)作為邏輯變量，通過簡單的“邏輯與”、“邏輯或”、“邏輯非”等基本運算，得出其運算結(jié)果，此結(jié)果即表明電器控制線路的結(jié)構(gòu)。例：兩臺異步電動機的起?？刂颇硻C床由兩臺三相籠型異步電動機M1與M2拖動，其控制要求為：1、M1