过控机电传动试验指导书

1、机 电 传 动 控 制（过 控 专 业）实 验 指 导 书 吴 敬 兵 编 写武汉理工大学机 电 学 院 2009 年 2月实验一：三相异步电动机继电器控制实验一、实验目的1.熟悉继电器控制的原理；2.熟悉电机的继电器直接起动控制；3.熟悉继电器控制电机的y/ 转换起动；二、实验设备 1. 实验电器； 2. 实验台等；三、实验原理1. 继电器的结构与工作原理电气自动控制系统的种类很多，以继电器，接触器及各种开关，按钮等为主要器件构成的控制系统，称为继电器控制系统；它可对机电一体化的各种运动进行控制，如起动、停止、正转、反转、延时、速度及顺序控制。这种控制方法简单、直接，工作稳定；从它的诞生之日

2、起，一直是机械设备及各类生产自动线控制中的主力；近年来，随着其他控制方法的出现，继电器控制系统的地位已大大减弱，目前主要用于各种开关量及简单设备的控制中。继电器控制系统中起主要控制作用的是各类低压电器；凡是对电能的生产、输送、分配及使用起控制、调节、检测、转换和保护作用的电工器械均可称为电器。其中，用于交流频率为50hz、额定电压在1200 v以下，或直流额定电压在i500v以下的电路，起控制，调节或通断保护作用的电器称为低压电器。低压电器的品种规格很多，结构各异。按其用途可分为配电电器和控制电器；按动作方式可分为自动电器和手动电器；按触点形式分为有触点电器和无触点电器等。接触器接触器是利用电

3、磁吸力使触头闭合或断开的电器，是一种具有很强通性的电磁式电器。它可以频繁接通或断开交、直流主电路，并可实现远距离控制；主要用来控制电动机，也可用于电容器，电阻炉和照明器具等电力负载的控制。接触器的动、静触头一般置于灭弧罩内，近年来还出现了由晶闸管构成的无触点接触器。交、直流接触器的电磁机构均由线圈、铁心和衔铁组成；交流接触器的执行机构包括通，断主电路的三对常开主触头和两对常开、两对常闭的通断控制电路的辅助触头；直流触器有两对常开主触头。接触器的图形符号如图2.3所示： 线圈 常开主触点 常开辅触点 常闭主触点 常闭辅触点 图 1 接触器的图形符号继电器继电器是根据外界输入的信号(电的成非电的)

4、来接通或断开控制电路，以实现对电路自动控制或保护的电器。它具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件的输入量(如电流、电压、温度、压力等)变化并达到某一定值时继电器动作，执行元件便接通或断开控制回路。继电器的种类繁多，常用的有中间继电器，电压电 图 2 继电器的结构流继电器、时间继电器、热继电器以及温度，压力，计数，频率，速度继电器，固态继电器等。 ( a ) ( b )图 3 继电器及其图形符号当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合。线圈消失电后，复位弹簧使衔铁返回原来的位置，常开触点断开，常闭触点闭合。图1继电器的线圈，常开触点和常闭触

5、点在电路图的符号。一只继电器可能有若干对常开触点和常闭触点；在继电器电路图中，一般用相同的由字母，数字组成的文字符号(如ka 2)来标注同一个继电器的线圈和触点；继电器在自动化控制中用途广泛。继电器的种类很多，其触点形式有常开型、常闭型和切换型三种，它们在电路中的符号如图所示。其主要技术参数如下：1工作电压继电器可靠工作时的电压称额定电压。工作时输入继电器的电参量与该值相符。2吸合电流继电器所有触点从释放状态到达工作状态的电参量最小值，但不能作为可靠工作值。3释放电流继电器所有触点恢复到释放状态时所需电参量的最大值。4吸合时间继电器从通电到触点全部达到工作状态所需的时间。 熔断器熔断器是低压配

6、电系统和电力拖动系统中起过载和短路保护作用的电器，使用时，熔断器串接于被保护的电路，当流过熔断器的电流大于规定值时，以其自身产生的热使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。插入式熔断器，螺旋式熔断器，封闭管式熔断器，新型式熔断器；熔断器具有结构简单，体积小、重量轻，使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点，因此在强电系统和弱电系统中得到广泛应用。2三相异步电机的继电器控制异步电动机是一种基于电与磁相互依存又相互作用而实现能量转换的机械；它的定子，转子在电路中是彼此独立的，但又是通过电磁感应而相互联系，其转子的转速永远低于旋转磁场的转速，即存在转差率，故称为异步电动机。

7、电机定子通入三相交流电时即可产生旋转磁场，设旋转磁场为顺时针转动，静止的笼形转子切割磁力线产生感应电流，通电导体在磁场中受力，且此转矩与磁场旋转方向一致，所以转子便顺着旋转磁场转动起来。电机起动方法主要有直接起动和降压起动，直接起动的优点是设备简单，投资省，起动时间短；缺点是起动电流大，一般用于7kw 以下；三相异步电机的降压起动方法很多，起动初始用较小的电压，当转速升至80% 额定转速，立即改变额定电压，使电机正常运转；较为普遍的即是y/起动； 三相异步电动机的接线 图 4 三相异步电动机内接线 图 5 三相异步电动机星形接法 图 6 三相异步电动机三角形接法 直接启动1本电路适用于电机功率

8、不大于22 kw交流电机的直接启动，具有短路，过载，失压保护，可以两地控制，具有外部控制端子，图中sb 2 ,sb 3 为外部控制按钮，可以控制电机的启停； 图 7 三相异步电动机的直接启动1 元件表：名 称符 号规 格 型 号 数 量3kw7.5kw15kw22 kw断路器qfc45ad/3pnc 100d1-1-1-1接触器kmcj20-10， 线圈电压380 vcj20-20 线圈电压380 vcj20-40 线圈电压380 vcj20-63 线圈电压380 v1 111 热继电器kh1,kh2jr 16-20/3d jr 16-60/3d1111熔断器fu1，fu2rt 14 (含熔体

9、 2a ) 2 2 2 2控制按钮1sb1,1sb42sb1,2sb2lay 3-11 红色lay 3-11 绿色11111111指示灯hg1,hg2hr1hr2ad11-25 红色380vad11-25 绿色380v 11111111接线端子xtjh2-2.54444 直接启动2本电路适用于电压380v，电机功率不大于22 kw交流电机的直接启动，具有短路，过载，失压保护；可以两地控制，具有外部控制端子，图中1sb 2 ,1sb 3，2sb 2 ,2sb 3， 为外部控制按钮，可以控制电机的启停； 图 8 三相异步电动机的直接启动2主要元件： 名 称符 号规 格 型 号 数 量3kw7.5k

10、w15kw22 kw断路器qf1,qf2c45ad/3pnc 100d2-2-2-2接触器km1,km2cj20-10， 线圈电压380 vcj20-20 线圈电压380 vcj20-40 线圈电压380 vcj20-63 线圈电压380 v2 222 热继电器kh1,kh2jr 16-20/3d jr 16-60/3d2222熔断器fu1，fu2fu3, fu4rt 14 (含熔体 2a ) 4 4 4 4控制按钮1sb1,1sb42sb1,2sb2lay 3-11 红色lay 3-11 绿色222222待添加的隐藏文字内容222指示灯hg1,hg2hr1hr2ad11-25 红色380va

11、d11-25 绿色380v 22222222接线端子xtjh2-2.56666 星三角起动本电路适用于电压380v，电机功率不大于75 kw定子绕组为三角形接法的交流电机星三角降压起动控制，具有短路，过载，失压保护；星三角起动电流不大于额定电流的2.5倍，起动转矩为全压起动的三分之一，y/ 转换由时间继电器控制自动转换；可以两地控制，具有外部控制端子，图中2sb 1 ,2sb 2 为外部控制按钮，可以控制电机的启停； 图 9 三相异步电动机的y/启动主要元件：名 称符 号规 格 型 号 数 量15kw22kw45kw75 kw断路器qfdz20y-100/3300dz20y-100/33001

12、-1-1-1接触器km2km1,km3cj20-25， 线圈电压380 vcj20-40 线圈电压380 vcj20-63 线圈电压380 vcj20-100 线圈电压380 vcj20-160 线圈电压380 v12 121212 热继电器kh1,kh2jr 16-60/3d jr 16-150/3d1111时间继电器ktst3pa-b 线圈电压220 v 1 1 1 1熔断器furt 14 (含熔体 2a )1111控制按钮1sb1,1sb2lay 3-11 红色lay 3-11 绿色11111111指示灯hr,hg,htad11-25 红色220vad11-25 绿色220v ad11-

13、25 黄色220v111111111111电流表a6i2（电流范围由电机电流决定）1111电流互感器talmzj-0.5（变流比由电流表决定 ）1111接线端子xtjh2-2.53333四、实验内容1熟悉继电器控制的原理；2. 熟悉电机的继电器直接起动控制；3. 熟悉继电器控制电机的y/ 转换起动；4. 设计继电器控制的电机正反转实验。 五、实验报告1. 熟悉继电器控制的原理；2. 设计继电器控制的电机正反转实验。3. 设计继电器控制的电机y/ 转换起动实验。实验二： 交流电机变频调速实验一、实验目的1. 熟悉交流变频电机的工作原理；2. 熟悉交流变频电机的调速方法；3. 了解掌握三菱变频调速

14、器参数的设定。二、实验设备变频调速实验装置； thj- 2 实验台；三、实验原理1.交流异步电机的变频调速原理交流异步电机是应用广泛的一种动力机械,其之所以能得到广泛应用,是由于它结构简单,制造容易,运行可靠,维护方便,而且效率高,重量轻,价格低；但是其缺点之一即是调速性能差。在工业生产中由于工艺的要求，在需要电动机调速时可从两方面着手：一是采用调速性能好的直流电机，二是应用变频调速新技术，使交流异步电机的运行可按生产工艺的要求调速。由电机学知,交流电机转速公式: ； 其中：f 定子电源频率，p 磁极对数，s 转差率，n s 定子旋转磁场转速，n 转子转速从式中可以看到，只能用变频调速，并且是

15、有效的方法。变频调速的主要环节是为交流电机提供变频、变压源的变频器；变频器可分为交直交变频器和交交变频器； 交直交变频器分为电压型和电流型。电压型先将电网的交流电经整流器变为直流，再经逆变器变为频率和电压都可调的交流电压。电流型是切换一串方波，方波电流供电，用于大功率。交交变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变为频率和电压都可调的交流电压。目前，对于中小功率电机，主要使用的是交直交变频器。对于进给系统常用的交流同步电机,该电机没有转差率,电机转速公式为: ；变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构如图1所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型

16、，俗称鼠笼型电动机。设电流的流入端用 + 表示，电流的流出端用 表示 ： 图1 三相交流异步电动机的结构当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用n1表示式中：f三相交流电源频率，一般为50hz。 p磁极对数。当p=1时，n1=3000r/min；p=2时，n1 = 1500r/min。可见磁极对数p越多，转速n1越慢。转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示： s

17、 = n1n）/ n1100 ；当加上电源转子尚未转动瞬间，n = 0，这时s = 1；起动后的极端情况n = n1，则s = 0，即s在01之间变化。一般异步电机在额定负载下的 s =（16）。综合以上可以得出： n = 60f（1s）/ p ； 对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，则电机的转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率（variable frequency）的同时还要调整电压（va

18、riable voltage），故简称vvvf（装置）。通过电工理论分析可知，转矩与磁通量（最大值）成正比，在转子参数值一定时，转矩与电源电压的平方成正比。变频器的工作原理即是把市电（380v、50hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（gto、gtr或igbt）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（spwm）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。上述的两次变换可简化为acdcac（交直交）变频方式。利用变频器可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速，基本保持异步电机固有特性转差率小的特点，具有效率

19、高、范围宽、精度高且能无级变速的优点，这对于水泵，风机等设备是很适用的。 变频电机一般设计以50 hz 为基准点，5(3)50 hz为恒转矩调速，50100 hz为恒功率调速，选用时应考虑最低工作频率。2. 变频器的电路 主电路：给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路，如图示。其主电路由三部分组成成，将工频电源变换为直流功率的整流器，吸收在变频器和逆变器产生的电压脉动的平波电路，以及将直流功率变换为交流功率的逆变器。另外异步电动机需要制动时有时要附加制动电路。 图 2 变频器的主电路 控制电路给异步电动机供电（电压，频率可调）的主电路提供控制信号的回路，称为控制回路，如图示，控

20、制回路由以下电路组成：频率，电压的运算电路，主电路 的电压电流检测电路，电机速度的检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电机的保护电路。 图 3 变频器的控制电路 3. 三菱变频调速器 变频调速器的使用连接 变频调速器的接线 变频调速器的操作面板 变频调速器的基本操作 变频调速器的频率设定运行 变频调速器的参数设定 （例：pr.7 的设定值从“5 秒” 变为 “10秒”）： 变频调速器的显示为输出电流（在显示模式下，按下set 键时输出电流被显示） 使用电流输入运行频率的设定 （30 hz 下运行）四、实验内容1熟悉电机变频调速控制的原理；2. 熟悉变频器的应用； 3. 熟悉使用变频调速器的水泵流量调节使用变频器后避免了阀门等阻力器造成的能耗，可实现最大幅度节能。使用调节器后可实现流量稳定输出，易实现流量的自动控制。五、实验报告1. 熟悉变频调速器控制的原理；2. 熟悉通过变频器的水泵流量调节，实现水箱液位的定值控制。实验三：三菱q系列plc和q172h运动控制器实验一、实验目的1、 掌握三菱q系列plc和q172h运动控制器的基本原理；2、 掌握三菱q系列plc和q172h运动控制器的编程环境；3、 掌握多cpu系统参数设置。2、 实验内容1、 实现原点回归操作；2、 实现j