机电传动控制课件.ppt
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1、机电传动控制,第一章 绪 论,第一节 机电传动及其控制系统的发展概况,一、机电传动的发展 成组拖动,第一节 机电传动及其控制系统的发展概况,一、机电传动的发展 单电机拖动,第一节 机电传动及其控制系统的发展概况,一、机电传动的发展 多电机拖动,第一节 机电传动及其控制系统的发展概况,一、机电传动的发展 交直流变速(先有直流后有交流),第一节 机电传动及其控制系统的发展概况,瑞士IBAG公司电主轴结构,第一节 机电传动及其控制系统的发展概况,二、机电传动控制系统的发展 1继电接触器控制 20世纪2030年代2顺序控制 60年代3PLC控制 60年代末4数控机床NC5计算机数控CNC6加工中心MC
2、(带自动换刀装置的数控机床)7自适应数控机床AC8柔性制造系统FMS9计算机集成制造系统CIMS,第二节 机电一体化技术,一、机电一体化(Mechatronics)技术基本概念“机电一体化是指在机构的主动能、动力功能、信息处理功能和可控制功能上引入电子技术,并将机械装置和电子设备以软件等有机结合而构成系统的总称。”,第二节 机电一体化技术,二、机电一体化技术的关键技术自动控制技术检测传感技术信息技术伺服驱动精密机械技术接口技术,第二节 机电一体化技术,三、机电一体化技术的发展前景性能上:向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展;功能上:向小型化、轻型化、多功能方向发展;层次上:则向系统化、复
3、合集成化的方向发展,第二章 继电器接触器基本控制电路,第一节 常用低压电器,交流电 1200V以下 直流电1500以下分类:1 按在电路中所处的地位和作用 2 按动作方式的不同 3 按有无触点分等电力拖动控制系统可以分成两大部分:1 用于接通和断开电动机的主电路,由电动机及其相关电器元件(如电器主触头)等组成,允许通过较强的电流;2 控制电路,只能通过较弱的电流,一般由电器线圈及其辅助触头、按钮、行程开关等组成,第一节 常用低压电器,一、接触器作用:在低压电路系统中远距离控制、频繁接通和切断交直流主电路和大容量控制电路的自动控制电器,主要控制对象为交直流电动机,也可用于电焊机、电热设备、照明设
4、备等其他负载的控制。具有大容量的执行机构及迅速熄灭电弧的能力。可以根据故障检测信号,迅速可靠地切断电源,并有欠(零)电压保护功能。,第一节 常用低压电器,接触器,第一节 常用低压电器,构造 常开、常闭触点在动作时都行动,但一般先“断开”后“闭合”,第一节 常用低压电器,常闭触点,接触器原理示意图,常开触点,线圈电源,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,交流接触器 交流接触器的主触头用于接通和分断交流主电路,当交变磁通穿过铁心时,特产生涡流和隘滞损耗使铁心发热。为了减少因涡流和磁滞损耗造成的能量损失,铁心用硅钢片冲制后叠铆而成。为了便于散热,线圈在骨架上绕成扁而厚的圆筒形状,并与铁心隔离
5、。交流接触器的线团匝数较少,故电阻小,当线圈通电而衔铁尚未吸合的瞬间,电流将达到工作电流的10。15倍。如果衔铁被卡住而不能吸合,或频繁动作,线圈将有可能被烧毁。所以,对于要求频繁启停的控制系统不宜采用交流接触器。,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,直流接触器 直流接触器的主触头用来通断直流主电路。和交流接触器不向,直流接触器的铁心中不会产生涡流和磁滞损耗,放不会发热。为了便于加工,铁心用整块电工软钢制成。为使线圈散热良好,通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状,且不设线圈骨架,使线圈和铁心直接接触。由于直流接触器的线圈卞通以直流电,故没有较大的启动电流冲击,铁心和衔铁也44会因电源频率的变
6、化而产生猛烈的撞击,因此直流接触器的寿命比交流接触器长,适用于可靠性要求高或要求频繁动作的场合。,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,图形符号,可横画、可竖画,主电路竖画,一般“上开下闭(横画)、左开右闭(竖画)”,第一节 常用低压电器,二、继电器作用:继电器广泛应用于自动控制系统中,起控制和保护电路或传递和转换信号的作用。分类:按输入信号可分为电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等;按动作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器、机械式继电器和热继电器等,其中电磁式继电器应用最为广泛。,第一节 常用低压电器,(一)电磁式继电器分类:电压继
7、电器(根据电压信号动作):过电压式 大于(1.051.2URT)时动作 欠电压式 小于(0.20.3URT)时动作,第一节 常用低压电器,过/欠电压继电器,第一节 常用低压电器,(一)电磁式继电器分类:中间继电器:本质上是一种电压继电器,作用信号放大。扩展触头数目,增加控制回路数。,第一节 常用低压电器,中间继电器,第一节 常用低压电器,(一)电磁式继电器分类:电流继电器(根据电流信号动作):过电流式 欠电流式,第一节 常用低压电器,电流继电器(根据电流信号动作):,第一节 常用低压电器,图形符号:中间继电器的文字符号为K或KM,电压继电器和电流继电器的文字符号分别为KV和KA。,第一节 常用
8、低压电器,(二)热继电器FR作用:过载保护,即电动机过载持续时间较长,超过了允许温升,则会加速电动机的绝缘老化,甚至导致绕组严重过热而烧毁,须对电动机进行过载保护采用热继电器。,第一节 常用低压电器,热继电器,第一节 常用低压电器,热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器,(a)三相热元件(b)动断触头,第一节 常用低压电器,热继电器,第一节 常用低压电器,图形符号:热继电器的文字符号为FR注意:热继电器不能用作短时过载保护,也不能用作短路保护。,第一节 常用低压电器,(三)时间继电器KT时间继电器当线圈通电或断电后,触点经过一定的延时后才能闭合或断开,它在电路中起着控制动作时间的作用。
9、时间继电器的延时方式有两种:即通电延时和断电延时。分类:电磁式时间继电器 空气阻尼式时间继电器 电动机式时间继电器 电子式时间继电器,第一节 常用低压电器,电磁式时间继电器,第一节 常用低压电器,空气阻尼式时间继电器,空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用来达到延时的目的。主要由电磁机构、延时机构及触头三部分组成。其电磁机构有直流和交流两种。通电延时型 断电延时型,第一节 常用低压电器,空气阻尼式时间继电器,第一节 常用低压电器,空气阻尼式时间继电器,第一节 常用低压电器,电动机式时间继电器,电动机式时间继电器是利用微型向步电动机俗动减速齿轮较量并由特殊的电磁机构控制以产生延时的时间继电器 它
10、有通电延时和断电延时两种类型。这种时间继电器的优点是延时范围宽(几秒、几小时),延时精度高,打延时时间指尔,调荷方便,其缺点是机械结构复杂,寿命短,不适于频繁操作体积大价格较高等,第一节 常用低压电器,电子式时间继电器,电子式时间继电器也称晶体管或半导体式时间继电路,采用晶体管或集成电路和电阻、电容等电子元件构成。它是利用RC电路中电容器充电时,电容器上的电压逐渐上升的原理实现延时的。因此改变充电电路的时间常数,即可整定其延时时间。,第一节 常用低压电器,时间继电器的图形符号(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)延时闭合常开触头(e)延时断开常闭触头(f)延时断开常开触头
11、(g)延时闭合常闭触头(h)瞬动常开触头(i)瞬动常闭触头,第一节 常用低压电器,(四)速度继电器KS 速度继电器又称反接制动继电器。由于它只能反映电动机的转动方向及电动机是否停转,故主要与接触器配合使用,实现笼型异步电动机的反接制动控制。,第一节 常用低压电器,速度继电器原理示意图l、转轴 2、转子3、定子4、绕组 5、摆锤 6、7 静触头 8、9、簧片,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,速度继电器图形符号(a)动合触头(b)动断触头,第一节 常用低压电器,三、主令电器主令电器是一种专门用来“发布”电气控制命令的电器,主要用于切换控制电路,以达到控制其他电器动作或实现顺序控制的目的
12、。,第一节 常用低压电器,(一)按钮作用:发布命令,手动发出控制信号以远距离控制接触器、继电器、电磁起动器等,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,按钮的文字符号为SB 图形符号,第一节 常用低压电器,(二)行程开关 作用:利用生产机械的行程位置实现电路切换,以控制其运动方向、速度及行程大小。它将机械信号转换为电信号,对生产机械予以必要的保护。用机械部分撞击来发布命令,第一节 常用低压电器,直动式,第一节 常用低压电器,行程开关(限位开关),第一节 常用低压电器,滚动式,滚轮式行程开关(a)外形图(b)原理图1一滚轮 2一上转臂 3、5、11弹簧4 一套架 6、9 一压板 7 一触头 8
13、 一触间推杆 10 一小滑轮,第二章 继电器接触器基本控制电路,滚动式,第二章 继电器接触器基本控制电路,滚动式行程开关,第一节 常用低压电器,微动式,微动行程开关原理图 1、推杆 2、弯形片状弹簧 3、常开触头4、常闭触头 5、恢复弹簧,第二章 继电器接触器基本控制电路,第一节 常用低压电器,微动行程开关,第一节 常用低压电器,行程开关的文字符号,(a)动合触头(b)动断触头,第一节 常用低压电器,(三)接近开关 作用:当生产机械或被检测物体接近它的动作距离范围时,它就发出信号,除了代替有触头行程开关完成一般的行程控制和限位保护外,还可用于位置检测、计数控制、物体存在检测、液面控制、零件尺寸
14、检测等,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,(四)万能转换开关万能转换开关是一种具有多个挡拉、多对触头,可以控制多个回路的控制电器,主要作电路转换之用。,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,(五)主令控制器 主令控制器可以按照预定顺序频繁地切换多个控制回路。与万能转换开关相比,主今控制器的触头容量要大一些,操作挡位也较多,可用作大容量电动机的起动、换向、调速和制动等远距离控制。主令控制器并不是直接控制电动机,而是通过空制接触器,再由接触器控制电动机。因此,主令控制器的触头按小电流进行设计,一般不需要火弧装置,体积小,操作起来也更为轻便、灵活。,第一节 常用
15、低压电器,四、熔断器熔断器广泛应用于低压配电系统、控制系统及用电设备中,作线路和设备的短路和过载保护。常用熔断器:插入式、无填料密闭管式、有填料封闭管式、螺旋式、快速熔断器等作用:起短路保护作用图形符号FU,第一节 常用低压电器,熔断器,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,第一节 常用低压电器,五、自动空气开关自动空气开关也称断路器。它主要用来手动或自动地接通和分断负载电路,也可用来不频繁地起动电动机。当电路发生严重过载、短路及欠电压等故障时能自动切断电路,有效地保护电路中的电气设备。分类:按用途分有保护配电线路用、保护电动机用、保护照明线路用及漏电保护用自动空气开关;按结构型式分有框
16、架式(又称万能式)和装置式(又称塑壳式)自动空气开关;按极数分有单极;双极、三极、四极自动空气开关;按限流性能分有不限流和快速限流自动空气开关;按操作方式分有直接手柄操作式、杠杆操作式、电磁铁操作式、电动机操作式自动空气开关。其中,比较常用而且人们也较为沙惯的分类方法是按结构型式分类。,第一节 常用低压电器,自动开关的图形符号,第二节 电气原理图的画法,一、电气原理图及其绘制原则 包括主电路、控制电路基本原则:布局合理,排列均匀,便于看图分析主电路用粗线画,放上方或左方L1、L2、L3从左到右按国标给的符号画根据工作原理的要求,同一个电器元件各部分可以分开画在不同的地方所有电器按未得电的常态画
17、。按动作顺序画,第二节 电气原理图的画法,二、图形符号和文字符号,第三节 异步电动机的启动控制线路,与同容量直流电动机相比,三相异步电动机具有体积小、重量轻、转动惯量小的特点,加之结构简单,价格便宜,维护方便、运行可靠,坚固耐用,因此在工业生产中得到了最为广泛的应用。异步电动机分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机。这两种异步电动机的转子构造不同,故起动方法个同,起动控制线路存在很大差别。,第三节 异步电动机的启动控制线路,异步电动机定子结构,第三节 异步电动机的启动控制线路,鼠笼式异步电动机转子结构,第三节 异步电动机的启动控制线路,异步电动机磁场工作原理,三相电流,旋转磁场,第三节 异步电
18、动机的启动控制线路,一、鼠笼式异步电动机起动控制线路(一)直接启动(全压启动)(二)降压启动(三)软启动,第三节 异步电动机的启动控制线路,(一)鼠笼式异步电动机直接起动控制线路,第三节 异步电动机的启动控制线路,二、降压起动控制线路 对于大容量电动机来说,如果采用直接起动方式,由于起动电流过大,会引起电源电压的大幅度波动,因此当电动机容量超过供电变压器的525时,必须采用降压起动方式,以限制其起动电流;三相鼠笼式异步电动机的降压起动方式有Y-降压起动、自耦变压器降压起动、定子绕组串电阻降压起动、延边三角形降压起动等。,第三节 异步电动机的启动控制线路,二降压起动控制线路,1.Y-降压起动控制
19、线路,第三节 异步电动机的启动控制线路,2、自耦变压器降压起动控制线路,第三节 异步电动机的启动控制线路,3.定子绕组串电阻降压起动控制线路,第三节 异步电动机的启动控制线路,4.延边三角形降压起动线路,第三节 异步电动机的启动控制线路,4.延边三角形降压起动线路,第三节 异步电动机的启动控制线路,二.绕线式异步电动机起动控制线路 鼠笼式异步电动机的起动转矩小,起动电流大,因此不能满足某些生产机械需要高起动转矩、低起动电流的要求。绕线式异步电动机可以通过在转于电路中串接电阻,达到减小起动电流、提高转子电路的功率因数和增大起动转矩的目的。1、转子电路串电阻起动控制线路2、转子电路串频敏变阻器起动
20、控制线路,第三节 异步电动机的启动控制线路,三.软起动控制线路,电压逐渐升高,控制电机起动电流上升。水泵和风机用得多,也可用软停止节省能源,第四节 异步电动机的正反转控制线路,第五节 异步电动机的制动控制线路,一、反接制动控制线路 反接制动是利用改变电动机电源的相序,使定子绕组产生相反方向的旋转磁场,从而产生制动力矩的制动方法。反接制动电流大(是全压直接起动电流的2倍),因而制动迅速,制动效果好,但冲击效应较大,通常只适用于10LW以下的小容量电动机。为了减小冲击电流,通常在电动机主电路中串接电阻以限制制动电流,这个电阻称为反接制动电阻。反接制动的另一个要求是在电动机转速接近于零时,必须及时切
21、断反相序电源,否则电动机将反向起动运行。,第五节 异步电动机的制动控制线路,一、反接制动控制线路,第五节 异步电动机的制动控制线路,一、反接制动控制线路,第五节 异步电动机的制动控制线路,二、能耗制动控制线路 所谓能耗制动,是指在电动机脱离三相交流电源后,立即在定子绕组的任意两相通人低压直流电流,使其在电动机内部产生一恒定磁场。由于惯性,电动机仍按原方向继续旋转,转子内产生感应电势和感应电流。该电流与恒定磁场相互作用,产生与转子旋转方向相反的制动力矩,从而使电动机转速迅速下降,达到制动目的。当转速降为零时,转子对磁场无相对运动,转子中的感应电势和感应电流变为零,制动力矩消失,电功机停转,制动过
22、程结束。,第五节 异步电动机的制动控制线路,二、能耗制动控制线路,第五节 异步电动机的制动控制线路,二、能耗制动控制线路,第五节 异步电动机的制动控制线路,三、机械制动 机械制动是利用机械装置使电动机在断电后迅速停止转动的方法,一般采用电磁抱闸制动。,第六节 电液控制,一、电磁铁(YA)与电磁阀 电磁阀是电液控制系统中的电液控制元件,它将输入的电信号转换为液压信号输出。YA没有自锁功能,靠中间继电器控制得失电。延时用压力继电器控制。,第六节 电液控制,图a为单电二位二通电磁阀,图b为单电二位二通电磁阀,图c为单电二位四通电磁阀,图d为单电二位五通电磁阀,图e为双电二位四通电磁阀,图f为双电三位
23、四通电磁阀。,第六节 电液控制,第六节 电液控制,二、电液控制 动作要求:1、压SQ1加紧YA1得电2、夹紧后工进,YA3得电,进给3、到终点,后退,YA4、YA5得电,YA3失电4、退到原位,松开YA1失电,YA2得电松开5、松开后,取下工件YA2得,动作表:,第七节 其他基本控制电路,一、点动控制和连续控制线路1、点动控制线路,第七节 其他基本控制电路,2、连续控制线路,第七节 其他基本控制电路,3、既能点动控制又能连续控制的控制线路,第七节 其他基本控制电路,二、多地点控制线路,第七节 其他基本控制电路,三、顺序起停控制线路,第七节 其他基本控制电路,四、自动循环控制线路,第三章 电气控
24、制线路的设计,机床电气设计应包括以下内容:拟定电气设计任务书(技术条件)。确定电气传动控制方案,选择电动机。设计电气控制原理图。选择电气元件,并制定电气元件明细表。设计操作台、电气拒及非标准电气元件。设计机床电气设备布置总图、电气安装。编写电气说明书和使用操作说明书。,第一节 电气控制线路设计的一般原则,一、最大限度满足生产机械和工艺对电气控制线路的要求 电气控制线路是为整个生产机械和工艺过程服务的,所以在设计前应深入生产现场,切实掌握生产机械的工艺要求、工作过程、工作方式及生产机械所需要的保护等。,第一节 电气控制线路设计的一般原则,二、保证控制线路的工作安全,可靠 1、电器元件的选择 为了
25、保证电气控制线路工作的安全性和可靠性,首先要选用可靠的电器元件,也就是说应尽可能选用机械和电气寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器。,第一节 电气控制线路设计的一般原则,2、正确连接电器线圈,第一节 电气控制线路设计的一般原则,2、正确连接电器线圈,第一节 电气控制线路设计的一般原则,3、正确连接电器线圈,第一节 电气控制线路设计的一般原则,3、正确连接电器的触头,第一节 电气控制线路设计的一般原则,4、避免多个电器元件依次连通,第一节 电气控制线路设计的一般原则,5、电器线圈回路不能串接自身的动断触头,第一节 电气控制线路设计的一般原则,6、控制线路中应避免出现寄生电路,第一节 电
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