1、机电控制技术机电控制技术电子课件机电控制技术第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 机电控制技术简介机电控制技术简介机电控制技术一、机电控制技术的发展过程一、机电控制技术的发展过程机电传动控制系统的发展经历了四个阶段。继电接触器控制顺序控制器控制可编程序控制器(PLC)数字控制技术(NC)机电控制技术二、机电控制技术的发展趋势二、机电控制技术的发展趋势 主要三个方面(1)从性能上:向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展。(2)从功能上:向小型化、轻型化、多功能方向发展。(3)从层次上:向系统化、复合集成化方向发展。机电控制技术系统优化措施(1)提高精度。(2)增强功能。(3)提高生产效率，
2、降低成本。(4)节约能源，降低消耗。(5)提高安全性、可靠性。(6)改善操作性和使用性。(7)减轻劳动强度，改善劳动条件。(8)简化结构，减轻质量。(9)降低价格。由于结构简化。(10)增强柔性应用功能。机电控制技术第二节第二节 机电控制系统的基本组成及原理机电控制系统的基本组成及原理一、控制系统的基本组成一、控制系统的基本组成控制装置应具备的三种基本功能是测量、计算和执行系统控制的来源有三个给定量、干扰和被控量机电控制技术开环控制系统：开环控制系统：如果系统的输出量和输入量之间没有反馈作用，输出量对系统的控制过程不发生影响，这样的系统称为开环控制系统。机电控制技术如果系统的输出量与输入量之间
3、具有反馈联系，即输出量对系统的控制过程有直接影响，这样的系统称为闭环控制系统。反馈是指对系统的被控制量进行测量，并加以处理(取其一部分或全部信息等)后，再返回输入端与系统给定量进行比较的过程。闭环(反馈)控制系统机电控制技术复合控制系统 如果在输出和输入之间同时存在开环控制和闭环控制的系统，称为复合控制系统。机电控制技术自动控制系统的自动控制系统的基本要求基本要求1稳定性2快速性3准确性机电控制技术机电控制系统的基本组成机电控制系统的基本组成机械本体动力装置传感及检测装置控制装置 执行装置机电控制技术机电控制系统的分类机电控制系统的分类1按给定量的特征分类(1)恒值给定控制系统。(2)随动控制
4、系统。(3)程序控制系统。2 按系统中元件的特性分类(1)线性控制系统。(2)非线性控制系统。3按系统中信号的形式分类按机电控制系统中信号在时间上是连续还是离散的形式来分类，可分为以下两种。（1）连续控制系统。（2）离散控制系统。机电控制技术第三节第三节 机电控制系统的相关技术机电控制系统的相关技术 机电系统的核心是控制，因此，人们常将机电系统称为机电控制系统。就技术而言，当今的机电控制技术是微电子、电力电子、计算机、信息处理、通信、传感检测、过程控制、伺服传动、精密机械及自动控制等多种技术相互交叉、渗透、融合而成的一种综合性技术。机电控制的共性相关技术可以归纳为六个方面：检测传感技术、信息处
5、理技术、自动控制技术、伺服传动技术、精密机械技术及系统总体技术。机电控制技术一、自动控制技术一、自动控制技术 自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。由于被控对象种类繁多，所以控制技术的内容极其丰富，包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。自动控制技术能协调机械、电器各部分来正确地完成动作过程，因此在机电控制系统中起到很重要的作用。机电控制技术二、计算机与信息处理技术二、计算机与信息处理技术 信息处理技术包括信息的输入、识别、交换、运算、存储及输出技术，它们大都依靠计算机来进行，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。它
6、可分为硬件和软件两大部分。硬件包括计算机及外围设备、微处理机及可编程序控制器(PLC)、接口技术等。软件包括操作系统、监控程序、程序设计语言、编译程序、检查程序及应用程序等。在机电控制系统中，信息处理部分相当于人的大脑，指挥整个系统的运行。信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率，因此，希望能提高信息处理速度、运行的可靠性和抗干扰能力。机电控制技术三、检测传感技术三、检测传感技术 为提高产品的性能、扩展功能，通常需对机械进行实时控制、监视、安全检查等，以提高其自动化和智能化的程度，这些都要通过检测传感手段来实现。因此，检测传感技术是机电控制系统安全运行与提高产品质量的有力保证。机
7、电控制技术四、伺服系统技术四、伺服系统技术 伺服系统是指以机械参数，如位移、速度等作为控制对象的自动控制系统，是实现电信号到机械动作的转换装置与部件，对整个机电控制系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。伺服系统在数控机床、机器人、精密跟踪和测量仪、自动化武器系统和各种自动装卸系统等许多方面都有广泛的应用。伺服系统包括运算处理环节、功率放大环节、驱动环节、检测环节及反馈环节等几部分。当然简单的开环伺服系统中没有检测环节和反馈环节。伺服系统的主要性能指标有三个：稳定性、动态品质和精度。机电控制技术五、机械技术与精密机械技术五、机械技术与精密机械技术 机械技术是历史最悠久的应用技术之一，是
8、机电控制系统最重要的基础技术。系统中的一些最重要功能，基本上都是以机械技术为主实现的。传统的机械技术已经在以材料、能源为对象的处理系统中做出了卓越的贡献。例如，用于材料加工的机床，实现能源变换的发动机、电动机都是典型机械技术的结晶。近几十年来，随着各种新兴技术的发展，传统的机械技术受到了猛烈的冲击，它的主要支柱，如应用力学、机械设计、制造工艺等出现了可喜的变革和发展，为机电控制系统的发展打下了坚实的基础。机电控制技术六、接口技术六、接口技术根据接口的作用及其所受的约束的不同，我们可将接口分为以下4类。(1)机械接口 (2)物理接口(3)信息接口 (4)环境接口。接口按照其转换调整的功能可以分为
9、以下四类。（1）零接口 (2)被动接口 (3)能动接口 (4)智能接口机电控制技术七、系统总体技术七、系统总体技术 机电控制技术不是几种技术的简单叠加，而是通过系统总体设计使它们形成一个有机整体。系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和方法，将总体分解成若干功能单元，找出能完成各个功能的技术方案，再将各个功能与技术方案组合成方案组进行分析、评价、优选的综合应用技术。总体技术包括机电一体化机械的优化设计、CADCAM技术、研究和解决各组成部件之间的功能上的协调、可靠性设计及价值工程等。显然，即使各部分技术都已掌握，性能、可靠性都很好，如果整个系统不能很好地协调，则它仍然不可能正常、可靠地
10、运行。由此可见系统总体技术的重要性。机电控制技术第二章第二章 机电控制技术基础机电控制技术基础 第一节第一节 常用低压电器简介常用低压电器简介 用于接通和断开电路或对电路和电气设备用于接通和断开电路或对电路和电气设备进行保护、控制和调节的电工器件称为电进行保护、控制和调节的电工器件称为电器。器。机电控制技术一、电器的类别一、电器的类别 1按工作电压等级可分为高压电器和低压电器 2按触点的动力来源可分为手动电器和自动电器 3按用途可分为配电电器和控制电器 4.按工作环境可分为一般用途低压电器和特殊用途低压电器。机电控制技术二、低压电器品种和用途二、低压电器品种和用途 低压电器是一种能根据外界的信
11、号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。广泛应用于工厂供配电系统和生产设备自动控制系统。在工厂机电设备自动控制领域，低压电器是构成设备自动化的主要控制器件和保护器件。机电控制技术三、低压电器的型号表示法三、低压电器的型号表示法 我国低压电器型号的编制适用于下述各类产品。产品型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，其组合方式如下：机电控制技术四、低压电器的主要性能参数四、低压电器的主要性能参数 1额定工作电压 2额定工作电流 3通断能力 4额定绝缘电压 5额定发热电流 6电气寿命 7机械寿命机电控制技术第二节第二节 刀开关的
12、结构组成及应用刀开关的结构组成及应用 一、开启式负荷开关一、开启式负荷开关 二、封闭式负荷开关二、封闭式负荷开关 三、组合开关三、组合开关 四、刀开关常见故障的处理方法四、刀开关常见故障的处理方法机电控制技术第三节第三节 主令电器的结构组成及应用主令电器的结构组成及应用 主令电器主要用于切换控制电路，用它来命令电动机及其他控制对象的起动、停止或工作状态的变换，因此，称这类发布命令的电器为主令电器。主令电器的种类很多，常用的主令电器有控制按钮、行程开关、接近开关及万能转换开关等。机电控制技术一、控制按钮一、控制按钮 控制按钮在低压控制电路中用于手动发出控制信号及远距离控制，也称为按钮。用于接通、
13、分断5 A以下的小电流电路。按用途和触点结构的不同，分起动按钮、停止按钮和复合按钮。机电控制技术二、行程开关二、行程开关 行程开关又称为限位开关，它的作用是将机械位移转变为触点的动作信号，以控制机械设备的运动，它在机电设备的行程控制中起到很大的作用。行程开关的工作原理与控制按钮相同，不同之处在于行程开关是利用机械运动部分的碰撞而使其动作；按钮则是通过人力使其动作。机电控制技术三、接近开关三、接近开关 接近开关是一种无机械触点的开关，它的功能是当物体在一定距离范围内接近开关时发出动作信号，而不需要机械式行程开关所必须施加的机械外力。接近开关可当作行程开关使用，它还广泛应用于产品计数、测速、液面控
14、制、金属检测等设备中。机电控制技术四、万能转换开关四、万能转换开关 万能转换开关主要用作控制电路的转换或功能切换、电气测量仪表的转换以及配电设备(高压油断路器、低压空气断路器等)的远距离控制，亦可用于控制伺服电机和其他小容量电动机的起动、换向以及变速等。由于这种开关触点数量多，因而可同时控制多条控制电路，用途较广，故称为万能转换开关。机电控制技术第四节第四节 熔断器的结构组成及应用熔断器的结构组成及应用 熔断器广泛用于低压供配电系统和控制系统中。当电路发生短路或严重过载时，熔断器中的熔体将自动熔断，从而切断电路，起到保护作用。机电控制技术 一、熔断器的基本结构一、熔断器的基本结构 二、熔断器的
15、主要参数二、熔断器的主要参数 三、常用熔断器简介三、常用熔断器简介 四、低压熔断器型号含义四、低压熔断器型号含义 低压熔断器的型号表达方法及意义如下：机电控制技术 五、熔断器的选用五、熔断器的选用 六、各种熔断器的主要技术数据六、各种熔断器的主要技术数据 七、熔断器使用注意事项七、熔断器使用注意事项机电控制技术第五节第五节 交流接触器的结构组成及应用交流接触器的结构组成及应用 接触器是一种用途最为广泛的开关电器。它利用电磁、气动或液动原理，通过控制电路来实现主电路的通断。接触器具有通断电流能力强，动作迅速，操作安全，能频繁操作和远距离控制等优点，但不能切断短路电流，因此接触器通常需与熔断器配合
16、使用。接触器的主要控制对象是电动机，也可用来控制其他电力负载。接触器按通断电流的种类可分为交流接触器和直流接触器两大类，平时使用最多的是交流接触器。它主要用于接通和分断电压为1140 V、电流为630 A以下的交流电路，可实现对电动机和其他电气设备的频繁操作和远距离控制。机电控制技术 一、交流接触器的结构特点和工作原理一、交流接触器的结构特点和工作原理 二、交流接触器的主要数据二、交流接触器的主要数据 三、交流接触器的型号及含义三、交流接触器的型号及含义 四、交流接触器的选用四、交流接触器的选用 五、交流接触器的技术数据五、交流接触器的技术数据 六、交流接触器的安装技巧六、交流接触器的安装技巧
17、 七、交流接触器的常见故障的处理方法七、交流接触器的常见故障的处理方法机电控制技术第六节第六节 断路器的结构组成及应用断路器的结构组成及应用 断路器通常也称为自动空气开关，它主要用在交、直流低压电网中，既可手动又可电动分合电路，且可对电路或用电设备实现过载、短路和欠电压等保护，也可以用于不频繁起动电动机，是一种重要的控制和保护电器。断路器都装有灭弧装置，因此，它可以安全地带负荷合闸与分闸。机电控制技术一、断路器的分类和结构组成一、断路器的分类和结构组成 1断路器的分类 2断路器的基本结构机电控制技术二、断路器的基本工作原理二、断路器的基本工作原理 通过手动或电动等操作机构可使断路器合闸，从而使
18、电路接通。当电路发生故障如短路、过载、欠电压等情况，通过脱扣装置使断路器自动跳闸，达到故障保护的目的。机电控制技术三、断路器的型号含义三、断路器的型号含义 塑料外壳式断路器的型号含义如下：机电控制技术四、断路器的选用四、断路器的选用 选用断路器时首先确定断路器的类型，然后确定的具体数据。机电控制技术五、断路器使用安全事项五、断路器使用安全事项为保证低压断路器可靠工作，使用时要注意以下事项：1.断路器要按规定垂直安装，连接导线必须符合规定要求。2.脱扣器的整定值一经调好就不要随意变动，但应做定期检查，以免脱扣器误动作或不动作。3.分断短路电流后应及时检查主触点，若发现弧烟痕迹，可用干布擦净；若发
19、现触点灼伤应及时修复。4.工作时不可将灭弧罩取下，灭弧罩损坏应及时更换，以免发生短路时电弧不能熄灭的事故。5.应定期给操作机构添加润滑油。6.应定期清除断路器的尘垢，以免影响操作和绝缘。机电控制技术六、断路器的常见故障及处理方法见表六、断路器的常见故障及处理方法见表2-8。七、断路器的技术数据七、断路器的技术数据塑料外壳式断路器的技术数据见附表2-11和附表2-12。机电控制技术第七节第七节 继电器的结构组成及应用继电器的结构组成及应用 继电器是一种根据外界输入信号来控制电路接通或断开的一种自动电器，主要用于控制、线路保护或信号转换。继电器的种类很多，分类方法也较多。按反映的信号可分为电压继电
20、器、电流继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器等；按用途可分为控制继电器和保护继电器；按动作原理可分为电磁式、电子式和电动式等。机电控制技术一、电磁式继电器一、电磁式继电器 电磁式继电器是电压继电器、电流继电器和中间继电器的总称。1通用继电器 2电流继电器 3电压继电器 4中间继电器机电控制技术二、热继电器二、热继电器 热继电器是利用电流通过发热元件时所产生的热量使双金属片受热弯曲而推动触点动作的一种保护电器。它主要用于电动机的过载保护、断相保护以及电流不平衡运行保护，也可用于其他电气设备发热状态的控制。1热继电器的结构特点和工作原理 2热继电器的技术数据 3热继电器主要技术数据 4热继电器
21、常见故障的处理机电控制技术三、时间继电器三、时间继电器 1时间继电器的结构和工作原理 时间继电器也称延时继电器，它在电路中起着使控制电路延时动作的作用，即当继电器的感测机构接收到外界动作信号后，要经过一段时间延时后触点才动作并输出信号去操纵控制电路。时间继电器按动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式；按延时方式可分为通电延时和断电延时两种。2时间继电器的主要技术数据 机电控制技术 时间继电器的主要技术数据见附表2-14和附表2-15。3时间继电器的选用 延时方式的选用:根据控制电路的需要选择通电延时型或断电延时型，瞬时动作触点的数目也要满足要求。类型的选用:对延时精度要求不高的场合，
22、可选用空气阻尼式；对延时精度要求较高的场合，一般可选用晶体管式。工作电压的选用:根据控制电路电压选择吸引线圈或工作电源的电压。4时间继电器的常见故障的处理方法机电控制技术四、速度继电器四、速度继电器速度继电器主要用于电动机反接制动，所以也称反接制动继电器。电动机反接制动时，为防止电动机反转，必须在反接制动结束时或结束前及时切断电源。1.速度继电器的结构2速度继电器的工作原理3速度继电器的技术数据4速度继电器常见故障的排除方法机电控制技术第八节第八节 电气控制系统图的画法规则电气控制系统图的画法规则 电气控制系统是由许多电气元件按一定要求连接而成的。电气控制系统中各电气元件及其连接，可用一定的图
23、形表达出来，这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图中，电气元件必须使用国家统一规定的图形符号和文字符号。国家规定从1990年1月1日起，今后电气系统图中的图形符号和文字符号必须符合最新的国家标准。当前推行的最新标准是国家标准局颁布的GB4728-1984电气图用图形符号、GB6988-1987电气制图和GB7159-1987电气技术中的文字符号制订通则。电气控制系统图有三类：电气原理图、电器元件布置图及电气安装接线图。机电控制技术一、电气原理图一、电气原理图电气原理图是为了便于阅读和分析控制线路，根据简单清晰的原则，采用电气元件展开的形式绘制成的表示电气控制线路工作原理的图形。1绘制电气原理
24、图的基本规则(1)原理图一般分主电路和辅助电路两部分画出。(2)原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的图形符号来画，文字符号也要符合国家标准。(3)原理图中，各电器元件的导电部件，如线圈和触点的位置，应根据便于阅读和分析的原则来安排，绘在它们完成作用的地方。同一电器元件的各个部件可以不画在一起。(4)原理图中所有电器的触点，都按没有通电或没有外力作用时的开闭状态画出。如继电器、接触器的触点，按线圈未通电时的状态画；按钮、行程开关的触点按不受外力作用时的状态画；控制器按手柄处于零位时的状态画等。(5)原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示。无直接电联系的交叉导线
25、，交叉处不能画黑圆点。(6)原理图中，无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。机电控制技术2图面区域的划分 在原理图上方将图分成若干功能图区，下方的1，2，3，数字是图区编号，它是为便于检索电气线路及方便阅读分析设置的。机电控制技术 3符号位置的索引并标明该区电路的用途与作用。原理图在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在触点文字符号下方要标注其线圈位置的索引。机电控制技术4电气原理图中技术数据的标注电气元件的技术数据，除在电气元件明细表中标明外，有时也可用小号字体注在其图形符号的旁边，
26、如图区2热继电器FR1的动作电流值范围为6.811A，整定值为8.4A。图中标注的l.5mm2、2.5mm2等字样表明该导线的截面积。机电控制技术二、电气元件布置图二、电气元件布置图 电气元件布置图主要用来表明各种电气设备在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，为机械电气控制设备的制造、安装及维修提供必要的资料。各电气元件的安装位置是由生产设备的结构和工作要求决定的，如电动机要和被拖动的机械部件在一起，行程开关应放在要取得信号的地方，操作元件要放在操纵台及悬挂操纵箱等操作方便的地方，一般电气元件应放在控制柜内。电气元件布置图主要由电气设备布置图、控制柜与控制板电气设备布置图及操纵台与悬挂操纵
27、箱电气设备布置图等组成。在绘制电气设备布置图时，所有能见到的以及需表示清楚的电气设备均用粗实线绘制出简单的外形轮廓，其他设备(如机床)的轮廓用双点划线表示。机电控制技术三、电气安装接线图三、电气安装接线图 电气安装接线图是为了安装电气设备和电气元件时进行配线或检查维修电气控制线路故障服务的。在图中要表示出各电气设备之间的实际接线情况，并标注出外部接线所需的数据。在接线图中各电气元件的文字符号、元件连接顺序及线路号码编制都必须与电气原理图一致。机电控制技术第九节第九节 机电控制系统的基本控制电路机电控制系统的基本控制电路一、启动、自锁与停止控制电路一、启动、自锁与停止控制电路 生产设备在使用中，
28、一般都必须有启动与停止按钮，用以控制电动机的启动与停止。机电控制技术二、长动与点动控制二、长动与点动控制 生产设备在正常情况下需要连续不停地工作，即所谓长动，而点动则是指手按下按钮时，电动机转动工作，手松开按钮时，电动机立即停止工作。点动多用于生产设备的调整或某些需手动操作的场合。长动与点动的主要区别是控制电器能否自锁。图2-39为实现长动与点动的几种电路，图(a)为用按钮实现长动与点动的控制电路；图(b)为用开关SA实现长动与点动转换的控制电路；图(c)为利于中间继电器KA实现长动与点动的控制电路。机电控制技术机电控制技术三、多点控制三、多点控制在较大型生产设备中，为了操作方便，常要求能在多
29、个地点进行控制，实现的方法是将分散在各操作站上的启动按钮引线并联起来，停止按钮的引线作串联连接。机电控制技术四、联锁控制四、联锁控制 联锁控制是自动控制中一个很重要的环节,如两(多)台电动机不准同时工作。图2-41所示机电控制技术五、顺序启动控制五、顺序启动控制在控制电路中，经常要求电动机有顺序地启动。机电控制技术第十节第十节 继电器接触器电气控制系统的设计继电器接触器电气控制系统的设计 常用的继电器接触器控制，也称常规控制或传统控制。当前用工业微机和可编程控制器(PLC)控制的生产设备越来越多。但是，传统生产设备的使用现在仍占绝大多数，而且一些简单系统根本不需要微机控制。因此，学习和掌握继电
30、器接触器电气控制系统的设计非常实用。本节主要叙述电气控制设计的基本原则、基本内容、电力拖动方案和电动机的选择、电气原理图的设计以及电气的工艺设计。机电控制技术一、电气控制设计的基本原则一、电气控制设计的基本原则 1最大限度满足生产设备和工艺对电气控制的要求；2在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济及实用，不宜盲目追求自动化和高指标；3把电气系统的安全性和可靠性放在首位，确保使用安全、可靠；4妥善处理机械与电气的关系，要从工艺要求、制造成本、机械电气结构的复杂性及使用维护等方面综合考虑。机电控制技术二、电气控制设计的基本内容二、电气控制设计的基本内容 电气控制设计包含原理设计与工艺设计
31、两个基本部分。1原理设计的内容 (1)拟订电气控制设计任务书；(2)选择拖动方案、控制方式及电动机；(3)设计并绘制电气原理图和选择电器元件并制订元器件目录表；(4)对原理图各连接点进行编号。机电控制技术2工艺设计内容 (1)根据电气原理图(包括元器件表)，绘制电气控制系统的总装配图及总接线图；(2)电器元件布置图的设计与绘制；(3)电气组件和元件接线图的绘制；(4)电气箱及非标准零件图的设计；(5)各类元器件及材料清单的汇总；(6)编写设计说明书和使用维护说明书。机电控制技术三、电气控制设计的一般程序三、电气控制设计的一般程序 设计程序一般是先进行原理设计再进行工艺设计，详细的设计程序同上述
32、设 计内容的排序相同。在此重点介绍电气设计任务书的拟订。设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣工验收的依据。基本内容一般为：1给出机械及传动简图、工艺过程、负载特性、动作要求、控制方式、调速要求及工作条件；2给出电气保护、控制精度、生产效率、自动化程度、稳定性及抗干扰要求；3给出设备布局、安装、照明、显示及报警方式等要求；4目标成本与经费限额、验收标准及方式等。机电控制技术四、电力拖动方案确定原则四、电力拖动方案确定原则 由于交流电动机特别是笼型异步电动机结构简单、运行可靠、价格低廉、维修方便及应用广泛，所以在选择电力拖动方案时，首先应尽量考虑笼型异步电动机，只有那些要求调速范围大
33、和频繁启动、制动的生产设备，才考虑采用直流或交流无级调速系统。因此，应依生产设备对调速的要求来考虑电力拖动方案。1对于一般无特殊调速指标要求的设备，应优先采用笼型异步电动机。2对于要求电气调速的设备，应根据调速技术要求来选择拖动方案。若调速范围D=23，调速级数4，一般采用可变极数的双速或多速笼型异步电动机。若D=310，且要求平滑调速时，在容量不大的情况下，应采用带滑差电磁离合器的笼型异步电动机拖动方案。若D=10100，可采用晶闸管直流或交流调速拖动系统。3电动机的调速性质应与负载特性相适应。调速性质是指在整个调速范围内转矩和功率与转速的关系，有恒功率和恒转矩输出两种。以数控车床为例，其主
34、运动需要恒功率传动，进给运动则要求恒转矩传动。若采用双速笼型异步电动机，当定子绕组由三角形改成双星形连接时，转速由低速升为高速，而功率却增加很少，适用于恒功率传动。但当定子绕组由低速的星形连接改成双星形连接后，转速和功率都增加一倍，而电动机输出转矩却保持不变，适用于恒转矩传动。机电控制技术(四)、电动机的选择 电动机结构形式一般来说，应采用通用系列的普通电动机，以便于安装，只有在特殊场合才采用某些特殊结构的电动机。如在通常的环境条件下，应尽量选用一般防护式电动机。对易产生飞扬的铁屑或废料，或者切削液、工业用水等有损于绝缘介质能侵入电动机的场合，应选用封闭式为宜。煤油冷却切削刀具或加工易燃合金的
35、机床应选用防爆式电动机。机电控制技术五、控制线路的设计及元件选择五、控制线路的设计及元件选择 电气原理图包括电气控制线路图和电气元器件目录表，它的设计是电气系统设计的中心环节，而电气控制线路的设计又是这一环节的核心内容。在总体方案确定之后的具体设计是从电气原理图开始的，各项设计要求和指标主要是通过电气原理图来实现的，同时，它又是工艺设计和编制各种技术资料的依据。机电控制技术（一）、电气原理图设计的基本方法 电气原理图的设计是在拖动方案及控制方式确定之后进行的。可通过功能表图法、经验设计法、逻辑设计法等方法获得电气原理图，在此只介绍经验设计法。所谓经验没计法，也就是利用学过的基本电路的知识，按照
36、主电路控制电路辅助电路联锁与保护总体检查反复修改与完善的步骤进行。这对于控制系统较简单的场合很适用。机电控制技术（二）、电气原理图设计的注意事项 在实际设计过程中，有时设计出来的实际线路会出现不正确、不合理或不经济等现象，因此在设计过程中，应注意：1避免“临界竞争和冒险现象”的产生 2尽量减少电器元件触点数量 3合理安排电器元件触点位置 4尽量减少电气线路的电源种类 5尽量减少电器元件的品种、规格、数量及触点数量 6尽可能减少通电电器数量机电控制技术（三）、电器元件选择 如何正确选用好元件，对控制系统电路的设计是很重要的。电器元件选择的基本原则如下：1根据对控制元件功能的要求，确定电器元件类型
37、。以继电接触器控制系统为例，当元件用于通、断功率较大的动力电路时，应选交流接触器；若元件用于切换功率较小的电路时，则应选择中间继电器；若还伴有延时要求，则应选用时间继电器；伴有限位控制，则应选用行程开关等。2确定元器件承载能力的临界值及使用寿命。主要是根据电器控制的电压、电流及功率的大小来确定元件的规格。3确定元器件预期的工作环境及供应情况。如防油、防尘、防爆等。4确定元器件在应用时所需要的可靠性等。采用与可靠性预计相适应的降额系数。进行一些必要的计算或校核。机电控制技术六、控制系统的工艺设计六、控制系统的工艺设计 控制系统要做到操作方便、运行可靠、便于维修，不仅需要有正确的原理性设计，而且需
38、要有合理的工艺设计。工艺设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和使用要求。工艺设计的依据是电气原理图及电气元件目录表。工艺设计时，一般先进行电气设备总体配置设计，而后进行电气元件布置、操作台面板布置、组件连接与导线选择、电气箱及非标准零件图的设计，再进行各类元器件及材料清单的汇总，最后还要编写设计说明书和使用说明书，从而形成一套完整的设计技术文件。工艺设计的主要内容包括总体配置、分部(柜，箱、面板等)装配设计、导线连接方式等方面。机电控制技术（一）、总体布置 电控设备的每一个元器件都有一定的安装位置，有些元器件安装在控制柜中，如继电器、接触器、控制调节器、仪表等；有些元器件应安装在设备的相应部
39、位上，如传感器、行程开关、接近开关等；有些元器件则要安装在操作面板上，如按钮、指示灯、显示器、指示仪表等。对于一个比较复杂的电控系统，需要分成若干个控制柜、操作台、接线箱等，因而系统所用的元器件需要划分为若干组件，在划分时应综合考虑生产流程、调试、操作、维修等因素。一般来说划分原则是：机电控制技术1功能类似的元器件组合放在一起；2尽可能减少组件之间的连线数量，接线关系密切的元器件置于同一组件中；3强弱电分离，尽量减少系统内部的干扰影响等。机电控制技术（二）、电气柜内的元器件布置 同一个电气柜、箱内的元器件布置的原则是：1重量、体积大的器件布置在控制柜下部，以降低柜体重心；2发热元器件宜安装在控
40、制柜上部，以避免对其他器件有不良影响；3经常需要调节、更换的元器件安装在便于操作的位置上；4外形尺寸和结构类似的元器件放在一起，便于配接线和使外观整齐；5电元器件布置不宜过密，要留有一定的间距。机电控制技术（三）、操作台面板布置 操作台面板上布置操作件和显示件，通常按下述规律布置：操作件一般布置在目视的前方，元器件按操作顺序由左向右、从上到下布置，也可按生产工艺流程布置，尽可能将高精度调节、连续调节、频繁操作的器件配置在右侧；急停按钮应选红色蘑菇按钮并放置在不易被碰撞的位置；按钮应按其功能选用不同的颜色，既增加美观又易于区别；操作件和显示件通常还要附有标示牌，用简明扼要的文字或符号说明它的功能
41、。显示器件通常布置在面板的中上部，指示灯也应按其含义选用适当的颜色，当显示器件特别是指示灯数量比较多时，可以在操作台的上方设置模拟屏，将指示灯按工艺流程或设备平面图形排布，使操作者可以通过指示灯及时掌握生产设备运行状态。机电控制技术（四）、组件连接与导线选择 电气柜、操作台、控制箱等部件进出线必须通过接线端子，端子规格按电流大小和端子上进出线数目选用，一般一只端子最多只能接两根导线。电气柜、操作台内部配件应采用铜芯塑料绝缘导线，截面积应按其载流量大小进行选择，考虑到机械强度，控制电路通常采用l.5mm2以上的导线，单芯铜线不宜小于0.75mm2，多芯软铜线不宜小于05mm2；对于弱电线路，不得
42、小于02mm2。另外，进行柜内配线时每根导线的两端均应有标号，导线的颜色在GBT 2618电工成套装置中的导线颜色中有明确的规定，例如，内部布线一般用黑色；黄、绿、红色分别表示交流电路的第一、二、三相；棕、蓝色分别表示直流电路的正、负极；黄绿双色铜芯软线是安全用的接地线(PE线)，其截面积不得小于2.5 mm2。机电控制技术（五）、电气箱及非标准零件图的设计 通常，电气箱设计要考虑以下几方面问题：1根据控制面板及箱内各电器板和电源板的尺寸确定电气箱总体尺寸及结构方式。2根据各电气组件的安装尺寸，设计箱内安装支架(采用角铁、槽钢和扁铁等)。3从方便安装、调整及维修要求出发，设计电气箱门。为利于通
43、风散热，应设计通风孔或通风槽。为便于搬动，应设计起吊勾、起吊孔、扶手架或箱体底部活动轮。4结构紧凑外形美观，要与生产设备本体配合和协调，并提出一定的装饰要求。机电控制技术（六）、各类元器件及材料清单的汇总 在电气系统原理设计及工艺设计结束后，应根据各种图样，对所需的元器件及材料进行综合统计，按类别分别作出元器件及材料清单表，以便供销和生产管理部门进行备料，这些资料也是成本核算的依据。机电控制技术（七）、设计说明书及使用说明书的编写 设计说明书及使用说明书是设计审定及调试、安装、使用及维护过程中必不可少的技术资料。使用说明书应提供给用户。机电控制技术第十一节第十一节 机电控制系统的设计方法及步骤
44、机电控制系统的设计方法及步骤 机电控制系统是由相互制约的有关要素组成的具有一定功能的整体，不但要求每个要素具有高性能和高功能，更强调它们之间的协调与配合，以便更好地实现预期的功能，特别是在机电一体化传动系统设计中，存在着机电有机结合如何实现，机、电、液传动如何匹配，机电控制系统如何进行整体优化等问题，以达到系统整体最佳的目标。机电控制技术一、机电控制系统的设计方法一、机电控制系统的设计方法（一）、取代设计方法 取代设计方法又称为机电互补设计方法。该方法的主要特点是利用通用或专用电子器件取代传统机械产品中的复杂机械部件，以便简化结构，获得更好的功能和特性。(1)用电力电子器件或部件与计算机及其软
45、件相结合取代机械式变速机构。如用变频调速器或直流调速装置代替机械减速器、变速箱。(2)用可编程控制器取代传统的继电器控制柜，大大地减小了控制模块的质量和体积，并具有柔性化。可编程控制器便于嵌入机械结构内部。(3)用电子计算机及其控制程序取代凸轮机构、插销板、拨码盘、步进开关、时间继电器等，以弥补机械技术的不足。(4)用数字式、集成式或智能式传感器取代传统的传感器，以提高检测精度和可靠性。机电控制技术（二）、柔性化设计方法 将机电一体化产品或系统中完成某一功能的检测传感元件、执行元件和控制器做成机电控制的功能模块，如果控制器具有可编程的特点，则该模块就成为柔性模块。例如，采用继电器可以实现位置控
46、制，但这种控制是刚性的，一旦运动改变时难以调节。若采用伺服电动机驱动，则可以使机械装置简化，且利用电子控制装置可以进行复杂的运动控制以满足不同的运动和定位要求；采用PLC还可以进一步提高该驱动模块的柔性。机电控制技术（三）、模块化设计方法 机电控制系统由相互制约的有关要素的功能部件组成，也可以设计成由若干功能子系统组成，而每个功能部件或功能子系统又包含若干组成要素。这些功能部件或功能子系统经过标准化、通用化和系列化，就成为功能模块。每一个功能模块可视为一个独立体，在设计时只需了解其性能规格，按其功能来选用，而无须了解其结构细节。机电控制技术（四）、融合设计方法 融合设计方法把机电一体化产品的某
47、些功能部件或子系统设计成该产品所专用的。用这种方法可以使该产品各要素和参数之间的匹配问题考虑得更充分、更合理、更经济、更能体现机电控制的优越性。融合设计方法还可以简化接口，使彼此融为一体。（五）、系统整体设计方法 系统整体设计方法是以优化的工艺为主线，以控制理论为指导，以计算机应用为手段，以系统整体最佳为目标的一种综合设计方法。机电控制技术二、电气控制系统设计步骤二、电气控制系统设计步骤 机电设备电气控制系统设计工作一般分为初步设计和技术设计两个阶段。电气控制系统制作完成后技术人员往往还要参加安装调试，直到全套设备投入正常生产为止。机电控制技术（一）、初步设计阶段在初步设计阶段，对电气控制系统
48、来说，应收集下列资料：1设备名称、用途、工艺流程、生产能力、技术性能以及现场环境条件，如温度、湿度、粉尘浓度、电磁场干扰及振动情况等。2供电电网种类、电压等级、电源容量、频率等。3电气负载的基本情况，如电动机型号、功率、传动方式、调速和制动要求等。4需要检测和控制的工艺参数性质、数值范围、精度要求等。5对电气控制的技术要求，如手动调整和自动运行的操作方法，电气保护及连锁设置等。6生产设备的电动机、电热装置、控制柜、操作台、按钮站以及检测用传感器、行程开关等元器件的安装位置。机电控制技术（二）、技术设计阶段 根据用户确定采用的初步设计方案进行技术设计，主要有下列内容：1给出电气控制系统的电气原理
49、图。2选择整个系统设备的仪表、电气元器件，并编制明细表，详细列出名称、型号规格、主要技术参数、数量、供货厂商等。3绘制电气控制设备的结构图、安装接线图、出线端子图和现场配线图(表)等。4编写技术设计说明书，介绍系统工作原理、主要技术性能指标、对安装施工调试的要求。机电控制技术 第三章第三章 电机驱动控制基本技术电机驱动控制基本技术 第一节第一节 直流电机的基本控制直流电机的基本控制机电控制技术一、直流电机的起动一、直流电机的起动 直流电机由静止状态加速达到正常运转的过程，称为起动过程。在起动过程中要求电动机有足够大的起动转矩和适当的起动电流。过大的起动电流将导致换向困难，换向器表面产生强烈的电
50、火花或环火；电枢绕组流过过大的电流会烧毁绕组，瞬间过大的起动电流将产生很大的转动力矩使机械传动机构受到强烈的冲击；此外过大的起动电流还会引起电网电压降落，影响其他设备的正常运行。所以在直流电机起动过程中必须合理的控制起动电流的大小，保证电动机平稳起动。机电控制技术通常采用的起动方法有两种：降低电源电压起动和在电枢回路串电阻起动。(一)、降低电源电压起动 原理：在直流电机起动的瞬间，将电源电压降低，使起动电流减小。随着转速的不断增加，反电动势也将逐步增大此时适当增加电源电压，直至额定电压。目前，经常采用的是晶闸管可控整流电路作为直流电机的可调电压电源。（二）、电枢回路串电阻起动 原理：要限制起动
