印刷光电技术第四章

1、印刷光电技术（第1版）主编：钱军浩主编：钱军浩目目 录录v第一章第一章 绪绪 论论v第二章第二章 印刷设备常用低压电器印刷设备常用低压电器v第三章第三章 印刷设备中常用电机与控制印刷设备中常用电机与控制v第四章第四章 印刷设备中基本控制电路印刷设备中基本控制电路v第五章第五章 印刷设备中常用的控制电路印刷设备中常用的控制电路v第六章第六章 常用机型典型电路分析常用机型典型电路分析v第七章第七章 印刷过程控制系统印刷过程控制系统v第八章第八章 印刷机电气维修印刷机电气维修第四章 印刷设备中基本控制电路 主讲人：钱军浩主讲人：钱军浩v印刷机械中常用的控制电路主要包括电动机的起动制动、反向和调速电路

2、等，而任何复杂的控制电路，又都是由一些简单的环节有机组合而成。本章主要介绍继电接触控制线路的基本环节和一些新的控制方法，这些新的控制方法与继电接触控制相配合，可大大提高印刷机械自动化的控制程度。第一节 三相异步电动机控制电路v绝大多数生产机械都是由电动机来拖动的，而应用最广的是三相交流异步电动机，印刷机械也不例外。电动机是通过电气控制线路进行控制的，由于印刷机械的结构不同，加工任务不同等等，对自动控制线路的要求差别很大，因此，虽然电气控制线路的型式多样，结构各异，但都可以认为它们是由某些典型的基本控制环节组成的。这些基本环节主要指异步电动机的起动、正反转、制动和调速控制线路。v三相交流异步电机

3、分绕线式异步电动机和笼形异步电动机两种。三相绕线式异步电动机的优点之一是可以通过滑环在转子绕组中串接外加电阻，来达到减小起动电流，提高转子电路的功率因数和增加起动转矩的目的，它一般应用于要求起动转矩较高的场合。笼形异步电动机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用等一系列优点，所以在生产现场得到了广泛的应用。据统计，在一般工矿企业中，笼形异步电动机的数量占电力拖动设备总台数的85%左右，所以下面重点介绍笼形异步电动机的控制线路。一、三相笼形异步电动机直接起动控制线路v图4-1为三相笼形异步电动机直接起动控制线路。它是一个常用的最简单的控制线路。它的主电路由刀开关QS、熔断器FU、接触器KM的主触头、热

4、继电器FR的热元件及电动机M构成。控制回路由起动按钮SB2、停止按钮SBl、接触器KM的线圈及其常开辅助触点、热继电器FR的常闭触点构成。1线路工作原理 v起动时，合上QS，引入三相电源。按下SB2则KM的线圈通电，接触器主触头闭合，电动机接通电源直接起动运转。同时与SB2并联的常开辅助触点KM闭合，使接触器吸引线圈经两条路通电，这样当手松开起动按钮，SB2自动复位时，接触器KM的线圈仍可通过该辅助触头使线圈继续通电，从而保持电动机的连续运行。这种依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁。起自锁作用的辅助触点称为自锁触点。要使电动机M停止运转，只要按下停止按钮SBl，将控制电路断

5、开即可。这时接触器KM断电释放，KM的常开主触头将三相电源切断，电动机停止运转。当手松开按钮后，SBl的常闭触点在复位弹簧的作用下，虽又复位到原来的常闭状态，但接触器线圈已不再能依靠自锁触点通电了，因为原来闭合的自锁触点早已随着接触器的断电而断开。2电路中的保护环节 v(1)熔断器熔断器FU在电路中起短路保护作用。在电路中起短路保护作用。当主电路发生短路故障时，熔断器能迅速熔断，断开主电路，切断电源，从而保护了电动机。v(2)热继电器热继电器FR具有过载保护作用。具有过载保护作用。由于热继电器的热惯性比较大，所以即使热元件流过几倍额定电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机起动时间不太长的情

6、况下，热继电器是经得起电动机起动电流的冲击而不动作的。只有在电动机较长时间过载下FR才动作，去断开控制电路，使接触器断电释放，电动机停止运转，从而实现电动机的过载保护。v(3)欠压保护和失压保护是依靠接触器本身的电磁机构来实现的。当电源电压由于某种原因而严重欠压或失压时，接触器的衔铁自行释放，电动机停止运转。而当电源电压恢复正常时，接触器线圈也不能自动通电，只有在操作人员按下起动按钮SB2后，电动机才会起动，这种保护又称零压保护。控制线路具备了欠压和失压保护能力之后，有如下优点:v防止了电动机在电压严重下降时的低压运行；v避免了电源电压恢复时电动机同时起动而造成的电压严重下降，以及电动机的突然

7、起动运转可能造成的设备和人身事故。二、三相笼形异步电动机的正反转控制线路v在印刷机械或包装流水线工作过程中，往往要求电动机能够实现可逆运行。如操作台的上升与下降、传送带的前进与后退等等，这就要求电动机可以正反转。由电动机原理可知，若将电动机正转的三相电源中的任意两相对调，即可使电动机反转。所以可逆运行控制线路实质上是两个方向相反的单向运行线路，为了避免误操作引起电源间的短路事故，必须在这两个相反方向的单向运行线路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同，有“正一停一反”和“正一反一停”两种控制线路。1电动机“正一停一反”控制线路 v图4-2a为“正一停一反”控制线路。该图利用两个接触

8、器的常闭触点KMl、KM2起相互控制作用，即利用一个接触器通电时，其常闭辅助触点的断开来锁住对方线圈的电路。这种利用两个接触器的常闭辅助触点互相控制的方法叫做互锁，起互锁作用的触点称为互锁触点。v图4-2a控制线路作正反向操作控制时，必须首先按下停止按钮SBl，然后才能反向起动，因此它是“正一停一反”控制线路。 2电动机“正一反一停”控制线路 v在生产实际中为了提高劳动生产率，减少辅助工时，要求直接实现正反转的变换控制。由于电动机正转的时候，按下反转按钮时首先应断开正转接触器线圈线路，待正转接触器释放后再接通反转接触器，所以可采用两个复合按钮来实现该功能。其控制线路如图4-2b所示。v在这个线

9、路中，正转起动按钮SB2的常开触点用来使正转接触器KMl的线圈瞬时通电，其常闭触点则串联在反转接触器KM2线圈的电路中，用来使之释放。反转起动按钮SB3也和SB2同样使用，当按下SB2或SB3时，首先是常闭触点断开，然后才是常开触点闭合。这样在改变电动机运转方向时，就不必按SBl停止按钮了，可直接操作正反转按钮即能实现电动机运转方向的改变。 三、三相笼形异步电动机降压起动控制线路v容量较大的笼形异步电动机(大于lOkW)因起动电流很大，所以一般都要采用降压起动的方式来起动。起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，起动后再将电压恢复到额定值，使之在额定电压下运行。因为电枢电流和电压成正比，所以降低

10、电压可以减小起动电流，不致在电路中产生过大的电压降，以减小对线路电压的影响。v常用的降压起动方法有定子电路串电阻(或电抗)起动、星形一三角形起动、自耦变压器及延边三角形起动等等。自耦变压器降压起动方法适用于起动较大容量的电动机，起动转矩可以通过改变自耦变压器抽头的连接位置得到改变，它的缺点是自耦变压器价格较贵，体积较大，而且不允许频繁起动。延边三角形降压起动控制有一定的优点，但其电机制造工艺比较复杂，目前应用较少，所以下面重点介绍串电阻(或电抗)和星形-三角形降压起动控制。1定子串电阻降压起动控制线路 v图4-3是定子串电阻降压起动控制线路。电动机起动时在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕

11、组电压降低，起动结束后再将电阻短接，电动机在额定电压下正常运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型机械中应用较广。有些场合也常用这种串电阻降压方法限制点动及制动时的电流。v图4-3中，合上电源开关QS，按起动按钮SB2，接触器KMl得电吸合并自锁，电动机串电阻R起动。接触器KMl得电同时，时间继电器KT得电吸合，其延时闭合常开触点的延时闭合使接触器KM2不能得电，经一段延时后，KM2得电动作，将主回路电阻R短接，电动机在额定电压下进入正常运转阶段。v从主电路看，只要KM2得电就能使电动机正常运行。但线路图4-3a在电动机起动后，KMl和KT的线圈一直带电，这是不必

12、要的。这样的控制线路既耗能又产生了故障源，所以它是不好的控制方法。图4-3b解决了这个问题。接触器KM2得电后，用其常闭触点将KMl及KT的线圈电路切断，同时KM2自锁。这样在电动机起动后，只有KM2得电使之证常运行。v起动电阻一般采用由电阻丝绕制的板式电阻或铸铁电阻，电阻功率大，能够通过较大电流，但能量损耗较大，为了节省能量，可采用电抗器代替电阻，但电抗器价格较贵，成本较高。2星形-三角形降压起动控制线路 v凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼形异步电动机，可采用星形一三角形的降压起动方法来达到限制起动电流的目的。v起动时，定子绕组首先接成星形，待转速上升到接近额定转速时，将定子绕组的接线由

13、星形变成三角形，电动机便进入正常运行状态。这样在起动时，电动机每相绕组上的电压为额定值的1/3，电流为三角形接法时的，从而减小了起动电流对电网的影响。v星形一三角形降压起动线路图如图4-4所示。起动时，按下按钮SB2，接触器KMl、KM3与时间继电器KT的线圈同时得电，电动机接为星形降压起动。KT设定值到时，KM3失电，KM2得电，电动机接为三角形，投入正常运行。v星形一三角形起动控制的优点是结构简单、价格便宜；缺点是起动转矩只能降为三角形接法时的1/3，转矩特性差，所以这种方法适合于空载或轻载起动的场合。四、三相笼形异步电动机的制动控制线路v由于惯性的作用，电动机从切除电源到完全停止旋转，总

14、要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。无论是从提高生产效率，还是从安全及准确定位等方面考虑，都要求电动机能迅速停车，所以这就要求对电动机进行制动控制。制动方法一般有两大类:机械带动和电气制动。机械制动是利用机械装置来强迫电动机迅速停车，如抱闸停车；电气制动实质上是在电动机停车时，产生一个与电动机原来旋转方向相反的制动转矩，迫使其转速迅速下降。下面介绍电气制动控制线路。1反接制动控制线路 v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，从而产生制动转矩的一种制动方法。v由于反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，所以定子中流过的反接制动电

15、流相当于全电压直接起动时电流的两倍，因此反接制动的特点之一是制动迅速、效果好，但冲击电流较大，该方法通常仅适用于lOkW以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻以限制反接制动电流。这个电阻称为反接制动电阻。反接制动的另一要求是在电动机转速接近于零时，及时切断反相序电源，以防止反向再起动。v反接制动的关键在于电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除。为此采用了速度继电器来检测电动机的速度变化。在120300Or/min范围内速度继电器触点动作(闭合)，当转速低于10Or/min时，其触点恢复原位(断开)。v图4-5为反接制动的控制线路。需

16、要注意的是，图中速度继电器KS的触点是未受激励时的状态，这是电气制图中的规定画法，在电动机正常旋转时，它处于闭合状态。分析线路图时要注意到这一点。v起动时，按下起动按钮SB2，接触器KMl通电并自锁，电动机M得电旋转。在电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作好了准备。停车时，按下停止按钮SB1，使其常闭触点断开，接触器KMl线圈断电，从而电动机M断电。由于惯性，此时电动机的转速还很高，KS的常开触点依然处于闭合状态，所以SBl常开触点闭合时，反接制动接触器KM2线圈通电并自锁，其主触点闭合，使电动机定子绕组得到与其正常运转时相序相反的三相交流电源，电动机进入反接制动状态，

17、这时电动机转速迅速下降。当其转速接近于零时，速度继电器常开触点复位，接触器KM2线圈电路被切断，防止了电动机的反向再起动，到此反接制动结束。2能耗制动控制线路 v所谓能耗制动，就是当电动机脱离三相交流电源之后，在定子绕组上加一个直流电压，使其通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用来达到制动的目的。根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制，也可以根据能耗制动速度控制原则，用速度继电器进行控制。 v图4-6为时间原则控制的能耗制动控制线路。在电动机正常运行时，若按下停止按钮SBl，电动机由于KMl断电释放而脱离三相交流电源，这时直流电源则由于接触器KM2线圈通电使KM2主触点闭合而

18、加入定子绕组，时间继电器KT线圈与KM2线圈同时通电并自锁，于是电动机进入能耗制动状态。当其转子的惯性速度接近于零时，时间继电器延时打开常闭触点，断开接触器KM2线圈电路。由于KM2常开辅助触点的复位，时间继电器KT线圈的电源也被断开，电动机能耗制动结束。图中KT的瞬时常开触点的作用是考虑KT线圈发生断线等故障时，只要使停止按钮SBl处于按下的状态，电动机就能迅速制动，两相的定子绕组不至于因自锁回路的存在而长期接入能耗制动的直流电流。v图4-7为速度原则控制的能耗制动控制线路。该线路与图4-6控制线路基本相同，这里仅在控制线路中取消了时间继电器KT的线圈及其触点电路，但在电动机轴端安装了速度继

19、电器KS，并且用KS的常开触点取代了KT延时打开的常闭触点。这样一来，该线路中的电动机在刚刚脱离三相交流电源时，由于电动机转子的惯性速度仍然很高，速度继电器KS的常开触点仍然处于闭合状态，所以接触器KM2线圈能够依靠SBl按钮按下通电自锁。于是两相定子绕组获得直流电源，电动机进入能耗制动状态。当电动机转子的惯性速度接近于零时，KS的常开触点复位，接触器KM2线圈断电而释放，能耗制动结束。v能耗制动比反接制动消耗的能量少，其制动电流也比反接制动电流小得多，但能耗制动的效果没有反接制动的效果明显，能耗制动还需要一个直流电源，控制线路相对比较复杂，通常能耗制动适用于电动机容量较大和起动、制动频繁的场

20、合。五、三相笼形异步电动机的点动和多点控制线路v1点动控制线路。生产实际中，有的生产机械需要点动控制，还有些生产机械在进行调v整工作时采用点动控制。v图4-8a是最基本的点动控制线路。当按下点动起动按钮SB时，接触器KM通电吸合，其主触点闭合使电动机接通电源。当手松开按钮时，接触器KM断电释放，其主触头断开，电动机停止旋转。v图4-8b是带手动开关SA的点动控制线路。当需要点动时将开关SA打开，操作按钮SB2即可实现点动控制。当需要连续工作时合上SA，将自锁触点接入，即可实现连续控制。v图4-8c中增加了一个复合按钮SB3，在点动控制时，按下点动按钮SB3，其常闭触点先断开自锁电路，常开触点后

21、闭合，接通起动控制电路，KM线圈通电，主触点闭合，电动机起动旋转。当松开SB3时，KM线圈断电，其主触点断开，电动机停止旋转。若需要电动机连续运转，则按起动按钮SB2即可，停机时需按停止按钮SBl。一般来说，复合按钮中的常开触点闭合、常闭触点断开或常开触点断开、常闭触点闭合之间是有一个间隔时间的，不然就起不到复合按钮的作用了。在电动机“正一反一停”控制线路中，已使用过复合按钮。本例中在按下按钮SB3时，必须是其常闭触头先断开，常开触头后闭合；而在松开按钮SB3时，必须是常开触点先断开，常闭触点后闭合，这样才能达到点动的目的。因此，有时复合按钮质量好坏也影响着控制线路功能的能否实现。2多点控制线

22、路 v在生产流水线或机械设备中，为了操作上的方便和工艺上的要求，有时需要在多处对其台电动机实行起停控制。图4-9就是一个电动机多点控制线路。v从图中可以看出起动按钮是并联的，即当按下任何一处的起动按钮，接触器线圈都能通电并自锁；各停止按钮是串联的，即当按下任何一处停止按钮后，都能使线圈断电。通过对多点控制线路的分析，可得出一个普遍性结论：若几个电器都能控制某接触器通电，则这几个电器的常开触点应并联连接到该接触器的线圈电路中，即逻辑“或”的关系；若几个电器都能控制某接触器断电，则这几个电器的常闭触点应串联连接到该接触器的线圈电路中，即常闭触点逻辑“与”的关系。 六、三相笼形异步电动机调速控制线路

23、v对于三相异步电动机，其转速公式为： 对数为电动机定子绕组的极为电源的频率速为电动机的理想空载转为电动机的转差率式中所以其中pfnspfsnsrPfnnsn000;:/60)1 (:)/(/60)1 (v从上式中可以看出，三相异步电动机的调速措施有:改变电动机的极对数P(变极调速)；改变转差率s；改变电源供电频率f（变频调速）。v电磁转差调速电机，又称为滑差电机，它的调速原理就是通过改变转差率，来实现调速的。滑差电机已在第三章中讲述，这里重点介绍异步电动机的变极调速和变频调速的工作原理。1交流双速电动机控制线路 v对于只需要分档调速的机械设备，用三相交流双速电机驱动是合适的。印刷包装机械中也常

24、用这类调速电机，如辊印式饼干成形机、简易的塑料注塑机、吹膜机等，常用双速电机驱动。v我们知道笼形异步电动机转子绕组的极对数能够随着定子绕组的极对数变化而变化，也就是说笼形异步电动机转子绕组本身没有固定的极对数，所以变更极对数的调速方法一般仅适用于笼形异步电动机。改变定子绕组的连接，或者说变更定子绕组每相电流的方向是改变电动机定子绕组极对数的方法之一。我们以三相绕组的其中一相作一些分析(其它两相相同)。v图4-10表示一台4/2极双速电机的A相绕组，在制造时它就被分成两部分，每一部分为一相绕组的一半，通称半相绕组，对图中的每相绕组，我们用一个绕组元件来代表，将其在平面展开。图4-10a中的两个半

25、相绕组A1一Xl与A2一X2按顺序串联，电流由Al流进，X2流出。应用右手螺旋定则可以确定此时绕组在圆周空间形成的磁场为四极(P=2)。如果我们把两个半相绕组并联起来如图4-10b所示，则电流将由Al、X2流进，Xl、A2流出，即第一个半相绕组的电流反向，应用右手螺旋定则可以确定，此时绕组在圆周空间所形成的磁场为两极(即P=l)。将一相绕组推广到三相绕组，可以画出三相电机绕组改极后的电路图，如图4-11所示。v图4-11为4/极的交流双速异步电动机定子绕组接线示意图。图4-11a将电动机定子绕组的Ul、Vl、Wl三个接线端接三相交流电源，而将电动机定子绕组U2、V2、W2三个接线端悬空，三相定

26、子绕组接成三角形。此时每相绕组的、线圈串联，电动机以四极低速运行。若将电动机定子绕组的U2、V2、W2三个接线端子接三相交流电源，而将另外三个接线端子Ul、Vl、Wl连在一起，则原来三相端子绕组的三角形接线立即变为双星形接线，此时每相绕组中的、线圈相互并联，于是电动机便以两极起动高速运行，如图4-11b所示。v双速电动机的起动方法一般是用手柄操作的双速开关(不能带负荷起动)，另一种是用交流接触器来连接出线端以改变电动机转速，其控制线路如图4-12所示。v图4-12a中的SB2和SB3为低速和高速起动按钮，当按下SB2时，KMl接触器通电，将电动机端子绕组接成三角形，电动机以低速运转。若按下按钮

27、SB3，则KMl断电释放，并接通KM2将电动机定子绕组接成双星形，电动机以高速运转。在有些场合需要电动机以三角形低速起动，然后自动地将转速加快到双星形高速运行础起动到运行这段时间可以用时间继电器来调节，其控制线路如图4-12b所示。该线路中的时间继电器KT是用来调节电动机起动到运转的时间的。当按下SB2时，时间继电器KT通电，KT的瞬时闭合延时打开的常开触点立即闭合，使接触器KMl通电，将电动机端子绕组接成三角形起动，并通过中间继电器KA使时间继电器KT断电，经过一定时间后，KT的常开触点断开，接触器KMl断电，而使接触器KM2通电，电动机便自动地从三角形变成双星形运转，完成了自动加速的过程。

28、2交流异步电动机的变频调速 v交流异步电机的调速措施有三种，变转差率调速的方法是在调速过程中不改变同步转速。v而仅依靠改变转差率来改变转速的方法，因为在低速时转差率大，转差损耗大，所以这种方法效率较低。变极调速虽然改变同步转速，但它只有有限的几级，属于有级调速，不能获得平滑调速和实现自动调节。变频调速是通过改变定子供电频率以改变同步转速来实现调速的方法，它具有调速平滑、效率高、范围大、精度高、可靠性高等优点，是交流异步电机较理想的调速方法。v（1)变频调速运行原理。变频调速运行原理。在忽略定子阻抗压降的情况下，异步电动机定子电路的电压平衡方程为:v U1E1=4.44f1N1mKw1f1mv

29、式中:U1一一为定子绕组电源电压; f1一一为定子绕组电源频率;vE1一一为定子绕组感应电动势; m一一为电动机每极气隙磁通。vN1一一为定子绕组匝数; Kw1一一为定子绕组系数。v从上式可以看出，供电电源频率的变化，不仅会影响电动机的运行速度，而且还会影响电动机内部气隙磁通的大小，从而影响电动机的运行性能。下面从两个方面来说明这个问题。v基频(即额定频率fe，一般为50Hz)以下调速。当f1下降时，旋转磁场的转速no下降，磁场切割定子绕组的速度降低，定子绕组内的感应电动势E1也随之下降。如果电网电压U1的大小保持不变，则势必使励磁电流增大，从而使磁通m增大。这样一方面降低了电动机的功率因数，

30、另一方面还会影响到电动机的负载能力。为防止磁路饱和，就应使m保持不变，于是从上式可知:v U1/f1=常数v上式表明，在基频以下变频调速时，应使电压和频率按比例配合调节，实现恒磁通调速。我们知道只要气隙磁通保持不变，则调速过程中电动机的负载能力就能保持不变，所以基频以下的调速属于恒转矩调速。v基频以上调速。在基频以上调速时，因为电动机额定电压的限制，所以按比例升高电压是很困难的，因此只好保持电压不变，即U1=常数。但当频率f1升高而超过额定频率时，气隙磁通将下降，使得m小于额定值。这样在额定的定子电流下，电动机的输出转矩将下降，电动机得不到充分利用。通过推证，这种情况下应使，即要求系统作恒功率

31、运行，才能保证调速过程中电动机的负载能力保持不变，因此基频以上的调速属于恒功率调速。v一般情况下，变频调速系统大都作为恒转矩调速系统来使用。v(2)变频调速器简介。变频调速器简介。变频调速的实现必须选用变频器，不同的变频器可以构成不同的变频调速系统。变频器主要分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。交-直-交变频器亦称间接变频器，它首先将恒频恒压的交流电经整流器变成幅值可调的直流电，然后再经逆变器变成频率、电压可调的交流电。交-交变频器亦称直接变频器，它是将恒频恒压的交流电直接变成频率、电压可调的交流电。下面简要介绍一下各种类型变频器的特点。v交-直-交电压型变频器。交-直-交电压型变频器

32、的工作原理如图4-13a所示。它的中间直流滤波元件采用大电容，并接于整流桥的输出端，因而电源阻抗很小，类似于电压源，因此它称为电压型变频器。电压型变频器由于直流电压稳定，所以电动机转速的精度取决于变频器输出频率精度和电动机本身的转差率，受负载电流变化影响较小，因而在电压型变频调速系统中可采用开环控制。它的主要缺点是本身没有再生发电制动能力，电流控制困难，动态响应较差，线路结构较复杂。所以交-直-交电压型变频器多用于不经常起动、制动，对快速性要求不高的场合。v交-直-交电流型变频器。交-直-交电流型变频器的工作原理如图4-13b所示。它的中间直流滤波元件采用高阻电感，它串接于整流桥和逆变桥之间的

33、直流电路中，电源阻抗很大，对负载来说，其输出是一个恒流源的性质，其输出电流跟随给定信号变化而变化，受负载电压变化影响很小。因此称为电流型变频器。电流型变频器具有较多突出的优点，特别是电能的回馈较易实现，能得到高转速，它的控制电流能力好，动态响应快，线路较简单可靠。所以它适用于大、中功率传动装置和要求频繁起动、制动，且动态性能要求较高及调速范围宽的生产机械，特别是异步电动机单机运行时，使用电流型变频器更为合适。它的主要缺点是功率因数不变，另外输出电压波形有脉冲毛刺，必须设置可靠的过电压保护环节。v脉宽调制型变频器。上面所介绍的交-直-交变频器都有两套可控功率级，分别控制电压和频率，所以控制装置复

34、杂，对电网而言，功率因数较低。70年代后发展起来的脉宽调制(PWM)型变频器也是交-直-交变频器的一种，它采用二极管整流器提供恒定的直流电压，变频变压的任务由PWM型逆变器完成，其工作原理如图4-14所示。v逆变器若采用快速晶闸管元件，可实现高频脉宽调制，不仅系统的动态响应好，而且输出波形得到改善，调速系统的转矩脉动较小。由于PWM型变频器调速有许多优点，因此得到了广泛的应用和研究。v交一交变频器。交-交变频器的工作原理与直流可逆调速系统有相似之处，它也由两套工v反并联的晶闸管整流电路组成，正半周由正组整流器供电，负半周由负组整流器供电，其工作原理如图4-15所示。v交-交变频器与交-直-交变

35、频器调速系统相比，其优点是：仅有一级功率变换，损耗小，效率高；可以自然换流，不需附加换流电路；容易实现四相限运行；低频时输出电压波形好，可降低转矩脉动和谐波损耗。其缺点是：最高频率受电源频率限制，一般不超过电源频率的二分之一；主电路所需晶闸管较多，控制电路较复杂。交-交变频器一般用于低速、大容量的场合。v(3)变频器的组成。变频器的组成。变频器主要由主回路、控制回路和保护回路组成，如图4-16所示。主回路给异步电动机提供调压调频电源，该电源输出电压或输出电流及频率，由控制回路的控制指令进行控制。而控制指令则根据外部的运转指令进行运算获得。对于需要更精密速度或快速响应的场合，运算还应包含由变频器

36、主回路和传动系统检测出来的信号。保护回路的构成，除应防止因变频器主回路的过压、过流引起的损坏外，还应保护异步电动机及传动系统等等。v主回路。给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分称为主回路。图4-17所示为典型的电压型变频器的一个例子。如图所示，主回路由三部分组成:将交流工频电源变换为直流电的“变流器部分”，吸收在变流器部分和逆变器部分产生的电压脉动的“平滑回路部分”以及将直流电变换为交流电的“逆变器部分”。另外，异步电动机需要快速制动时，有时需要附加“制动回路部分”。v交流器部分如图4-17所示，采用二极管变流器，它可以把工频电源变换为直流电源。如利用两组晶闸管变流器组成可逆变流器，由于

37、其电流方向可逆，所以可以进行再生制动。平滑回路部分在变流器部分整流后的直流电压中，含有电源六倍频率的脉动电压，此外逆变器部分产生的脉动电流也使直流电压波动。为了抑制电压波动，采用电抗和电容来吸收脉动电压(电流)。当变频器容量较小时，如果电源和主回路的构成器件有余量，可以省去直流电抗而采用简单的平滑电路。v逆变器部分同变流器部分相反，逆变器部分是将直流电变换为所要求频率的交流电。如图4-17所示，以确定的时间使六个开关元件导通、关断就可得到三相交流电输出。v制动回路部分异步电动机在再生制动区域使用时(转差率为负)，再生能量贮存于平滑回路的电容器中，它使直流电压升高。一般来说，由机械系统(包括电动

38、机)惯性积累的能量比电容器贮存的能量大，需要快速制动时，可以使用可逆变流器向电源反馈或设置制动回路(开关和电阻)把再生能量消耗掉，以免直流回路电压上升。v控制回路。给主回路提供控制信号的回路称为控制回路。如图4-16所示，仅以控带回路A部分构成控制回路时，无速度检测环节，这称为开环控制。在控制回路B部分增加了速度检测环节，这称为闭环控制，它可以使异步电动机的速度控制得更为精确。控制回路主要由以下回路组成：频率、电压的运算回路、主回路的电压/电流检测回路、电动机的速度检测回路、将运算回路信号进行放大的驱动回路以及逆变器和电动机的保护回路。v保护回路。变频器控制回路中的保护回路可分为变频器保护和电

39、动机保护两个方面。对变频器的保护包括瞬时过电流保护、过载保护、再生过电压保护、瞬时停电保护、接地过电流保护以及冷却风机异常保护等等。对电动机的保护包括过载保护和超频(超速)保护等。另外还有其它一些保护。第二节 基本控制电路v基本控制电路主要包括时间控制、速度控制、行程控制以及电流控制等电路。下面将以电路实例作一一介绍。 一、时间控制电路 v时间继电器的应用范围很广，它在电路中起着控制时间的作用，如电动机的起动、制动等都是由时间继电器来自动完成，这种由时间继电器来控制电器的动作顺序，以完成操作任务的控制电路称为时间控制电路。v例如，用时间继电器控制的三相鼠笼式异步电动机反接制动的控制线路。反接制

40、动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生的旋转磁场与转子惯性旋转方向相反，因而产生制动作用的一种制动方法。v图4-18是时间继电器控制的反接制动的控制线路，使用了断电延时式的时间继电器KT的一个延时断开式常开触点。由于反接制动时，转子与定子旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速；所以，定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压起动时电流的2倍。为此，一般在lOkW以上的电动机反接制动时，应在主电路中串接一定的电阻，如图4-18中的R(称为反接制动电阻)，以限制反接制动电流。在制动时，线路的动作顺序如下:v在制动时，线路的动作顺序如下:v KM1通电电动机运行v 按SB2 KT通电v KM2断

41、电v KM1断电KM2通电制动开始v 按SB1 KT断电（延时）KM2断电制动结束二、速度控制电路v根据电动机转速的变化，由速度继电器来自动换接控制线路的控制电路，称为速度控制电路。v速度继电器的结构及动作原理在第二章第二节已详细介绍，它是由套有永久磁铁的轴与被控制的电动机轴相连，直接接受电动机轴的速度信号，使速度继电器的外环(定子)旋转，带动触点动作来换接控制电路。当电动机转速为120300Or/min的范围内，速度继电器触点动作，当转速低于1OOr/min时，其触点恢复原位。v速度继电器常用于反接制动电路中，很多印刷机的主电机就是采用速度继电器进行反接制动的，如LPll01型全张单面凸版轮

42、转印刷机的主电机2DZ是用速度继电器反接制动的。下面举例说明反接制动的控制方法。v例如，速度继电器控制的可逆运行的反接制动控制线路。图4-19所示是电动机可逆运行的反接制动控制电路。速度继电器KAz用于正转制动，KAF用于反转制动，交流接触器KMz用于电动机正转时失压或欠压保护，KMF用于反转时失压或欠压保护。线路的动作次序如下:v正转和制动。v按SBzKMz通电电动机正转KAz动作；v按SBKMz断电KMF通电制动开始转子转速n接近零时，KAz复位KMF断电制动结束。v反转和制动。v按SBFKMF通电电动机反转KAF动作;v按SBKMF断电KMz通电制动开始转子转速n接近零时，KAF复位KM

43、z断电制动结束 v几种常用的速度传感器：v（1）测速发电机。）测速发电机。测速发电机的工作原理类似于发电机，它能将转速转换成电压信号。测速发电机具有线性度好、灵敏度高和输出信号强等优点，在工业自动控制系统中广泛用于自动检测和调节电机转速，检测范围为20400r/min，精度为0.20.5。v测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机两大类。直流分为永磁式和电磁式两种，交流分为同步和异步两种。v直流测速发电机在恒定励磁和负载不大的情况下，输出电压可近似地认为与转速成正比，电枢反转时，输出电压的极性相反，可由极性判别旋转方向。与交流测速发电机相比，直流测速发电机有较高的精确度和灵敏度，但它的结构

44、复杂，价格较高，且因电刷与换向器之间的滑动接触，影响工作的可靠性，并易产生火花而引起对电场的干扰。v交流测速发电机在励磁电压恒定的情况下，当输出绕组的负载很小时，其输出电压与转速近似地成正比，其频率与转速无关，等于励磁电压的频率。当电机反转时，输出电压的相位将变化180，通常可以根据输出电压的相位来判别旋转方向。（2）磁电式转速传感器）磁电式转速传感器 v。磁电式转速传感器的结构如图4-20所示，在待测轴上装有一个磁性齿盘，当待测轴转动时，齿盘也随之转动，齿盘中的齿和间隙交替通过永久磁铁的磁场，即交替改变空气隙的大小，从而不断改变磁路的磁阻，使铁芯中的磁通量发生突变，在线圈内产生脉冲电动势，其

45、频率与待测轴的转速成正比。磁电式转速传感器配上数字测速仪，即可直接读出转速和频率，检测范围为0400Or/min。v（3）光电转速传感器。）光电转速传感器。光电转速传感器分直射式和单头反射式两种，前者的结构原理如图4-21a所示，输入轴与待测轴相连，光通过开孔盘和缝隙板照射到光敏元件上。开孔盘上有20、30、60、个小孔，开孔盘转一周，光敏元件接受光的次数等于盘上的开孔数。若开孔数为60，记录时间为t秒，总脉冲数为N，则转速n为:vn=60N/(60t)=N/t(r/min) v单头反射式光电转速传感器的结构原理如图4-21b所示，测速盘上粘贴黑白分明的条带，为方便计数，条带一般选60条，黑白

46、条带的宽度应大于投射光的宽度。光源发出的光经半透镜反射，再经透镜会聚到测速盘上的条带，反射光经半透镜到达光敏元件。v光电转速传感器可直接与数字频率计配套使用，也可方便地送入微型计算机系统。三、行程控制电路v根据运动部件的行程位置，由行程开关自动换接控制线路，这种电路称为行程控制电路，行程控制的主要电器元件是行程开关。行程开关又称限位开关，其开关动作是由装在运动部件上的挡块来撞动的。v如下例子：J2108A型对开单色胶印机的主收纸台的升降电路。图4-22所示是它的主收纸台的升降控制电路。其中，SQ1、SQ2、SQ3和SQ4是行程开关(限位开关)，主收纸台升降电动机6M为三相异步电动机，正转时带动

47、主收纸台上升，反转时带动主收纸台下降。交流接触器6KMz、6KMF控制6M电机作正、反转。v主收纸台的升降有主台升、主台降、自动微降及手动升降四种方式。按下主台升按钮SB1，交流接触器6KMz得电，串接在6M电机主回路的常开触点6KMz吸合，电动机6M正转，主收纸台上升。当主台上升到一定高度时，将行程开关SQ3触压(SQ3安装在一定高度处)，线圈6KMz断电，6M停止正转，主台便停止上升。v按下主台降按钮SB2，交流接触器6KMF通电，电动机6M反转，收纸台下降。当主台下降到限定位置时，将行程开关SQ4触压时，主台可自动停止下降。在齐纸板上装有微动的行程开关SQ1，当主收纸台上的纸堆增高到一定

48、程度时，纸堆侧垂面将SQ1触压，SQ1的常开触头闭合，交流接触器6KMF吸合，主收纸台自动下降。当纸堆台离开SQ1时，SQ1的常开触点复位，6KMz失电，电动机6M停止反转，此时主收纸台便完成了一次自动的微量下降。若纸堆再次增高，电路将重复进行上述动作。对主收纸台进行手动升降时，可打开电机6M尾端的小盖，这时，行程开关SQ2被触压，将常闭触头断开，切断电动升降电路。以保证手动升降操作的安全。此时，插入手柄摇动即可使主收纸台上升成下降。四、电流控制电路v由电路中通过电流继电器电流的大小来自动换接电路的方式称为电流控制。该电路称为电流控制电路。如下例，直流电动机的过流保护控制电路。图4-23是直流

49、电动机的过电流保护的控制电路，过电流继电器KA的线圈串在电动机的电枢绕组回路，其常闭触点串入起动电路中。当电动机电流超过KA的电流整定值时，过流继电器KA的触点释放，使接触器KM1失电，KM1常开触点复位，电动机断电而得到保护。图中T为电动机的励磁线圈，KM2为另一接触器的触点，它能切换起动电阻RQ。电流控制电路常用于过流保护或欠流保护，一般印刷设备都采用了这种控制方式，限于篇幅，这里不一一举例。五、温度控制与检测电路v温度是印刷包装过程中一个重要的工艺参数。例如在食品包装中为了使食品符合卫生要求，并延长食品的保存期，必须对包装容器和内装物进行杀菌，其主要手段是高温和低温杀菌。制作包装容器的塑

50、料注塑机中加热环的温度控制，软包装生产线上塑料薄膜复合时的粘胶温度控制，制袋机中的热封温度控制等，对生产作业的顺利进行和保证产品质量，具有重要意义。以温度为被控制量的温度自动控制系统在包装与印刷机中应用十分广泛。v要对温度进行控制，首先要用测温元件检测温度，然后才能通过温度控制器(调节器)予以控制制。在包装机热封或塑料成型装置中，对测温元件的要求是:v(1)尺寸小。由于加热辊、加热板、滚轮的尺寸和体积都不大，小型的测温元件有利于安装。v(2)时间常数要小。由于被加热部分热惯性小，因此测温元件必须有小的时间常数以便提高检测灵敏度。v常用的测温元件有电接点温度计、热电偶、热电阻和半导体测温元件等。

51、温度调节大多采用晶闸管调压方法，加热元件多采用电阻丝，为了提高温控精度，使加热辊各处温度均匀一致，有的印刷包装机中采用油温式加热技术。（一）电接点温度计温控系统v电接点温度计是在普通温度计中，装有可移动的铂丝电极，当温度升至规定值时，水银柱与铂丝电极接触，电路被接通，发出控制信号。电接点温度计按测温范围分为050、0100和0300几种，分度值小则误差小。v以下内容从略六、压力检测与控制电路v压力也是印刷包装过程中的重要参数之一。例如食品的高温杀菌，通常是利用蒸汽，借调节蒸汽的压力和流量来保证杀菌温度的恒定的。这里说的压力就是物理学中的压强。在工程上往往不用绝对压力，而用表压力。表压力与绝对压

52、力的关系为:v P表=P绝对-P大气（当地）或P绝对=P表+P大气（当地）v由上式可见，当绝对压力P绝对低于当地大气压力P大气时，表压力将出现负值。习惯上将绝对压力低于大气压力的情况称为负压或真空。一般真空度用绝对压力表示，负压的绝对值愈大，即绝对压力愈低，则真空度愈高。v压力的法定单位为N/m2，称为帕斯卡或简称帕(Pa)，lPa相当于l.019716lO-1mm水柱、1.01971610-5mm汞柱、1.01971610-5工程大气压(kg/cm2)。v为了进行压力控制，人们设计了各种压力调节装置，然而不管哪种调节装置，其原理都是通过改变阀门开度，即改变物料输送过程中的流通面积，来改变流道

53、阻力而进行压力调节的,在包装作业中自动检测压力、手动调压的方式，目前应用广泛，而压力自动控制系统尚不普及。七、计量供给检测与控制电路v印刷包装过程中内装物的计量供给是十分重要的一环。计量是否及时准确，直接影响到包装品的质量，它与内装物本身的质量一样，关系到生产厂家的信誉与消费者的利益，内装物是多种多样的，随其种类形态不同，物理化学性质不同，价格高低不同，包装方式和规格不同，对计量精度的要求也不同。即便是同一种物品，由于销售的需要，也会采用不同的规格进行包装。因此，计量供给过程相当复杂。v计量供给一般分为计重、计容、计数三大类。例如包装奶粉要计测重量(克数)，包装口服液要计测容积(毫升数)，包装

54、香烟要计测数量(支数)。目前计容供给多采用计量杯、螺杆容积计量器、计量泵等机械方法，在自动包装机械书籍上都有介绍。一些细小物品如木螺钉、图钉、回形针之类，虽包装盒上标明内装多少个，但往往采用计测一定个数的重量的方法，改计数供给为计重供给。计重供给应用范围广，精度也较高，在本节中重点介绍计重供给自动控制的原理及方法。八、计数供给检测与控制电路v在自动包装机作业过程中，许多内装物品是具有规则形状的块状、颗粒状或棒枝状产品，诸如香烟、香皂、糖果、铅笔、饼干、书籍等。这些物品大多数按规定的标准实行自动加工，其重量和形体均匀一致，且大多数实行计数定量包装，如香烟20支一小包，书籍10本一包，图钉100个

55、一盒等。第三节 可编程控制电路v可编程控制器简称PC，是一种新型的自动控制装置。它将传统的继电器技术、计算机技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能性强、通用灵活、可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用方便，以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点，因此在工业上的应用越来越广泛。一、可编程控制器的原理v（一）可编程控制器的硬件系统v可编程控制器的硬件是指组成可编程控制器的各个结构部件。图4-85是PC的硬件框图。 vPC采用典型的计算机结构，由中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出(I/0)接口，电源、编程器、I/0扩展机及其它外部设备组成。v以下介绍各部分的作用:1中央处理单元(CPU)

56、 vCPU是PC的运算、控制中心，用以实现逻辑运算、算术运算，并对全机进行控制。它按照PC中系统程序所赋予的功能，完成以下任务:v(1)接收并存贮从编程器键入的用户程序和数据;v(2)用扫描的方式接收现场备检测点的状态或数据，并存入输入状态表或数据寄存器中;v(3)诊断电源、PC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等;v(4)PC进入运行状态后，从存贮器中逐条读取用户程序，经过指令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送组合、比较和变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务;v(5)根据运算结果，更新有关标志位的状态

57、和输出状态寄存器表的内容，再由输出状态表的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。2存贮器 v存贮器，用来存贮数据或程序。它包括可以随机存取的存取存贮器(RAM)和在工作过程中只能读出，不能写入的只读存贮器(ROM)。vPC配有系统程序存贮器和用户程序存贮器，分别用以存贮系统程序和用户程序，而系统程序不需要用户干预。因而，PC产品样本中所列的存贮器均指用户程序存贮器而言。v用户存贮器用来存贮通过编程器输入的用户程序。对中小型PC机的用户存贮器，其存贮容量一般在8K字节以下；大型PC可达256K字节。通常，用户程序中，继电器接点占一个字节容量，计时器/计数器和某些功

58、能需占用210个字节的容量，而其它一些更复杂的功能指令需占用的容量就更大。v目前，PC的用户程序存贮器常用的有CMOSRAM存贮器、EPROM或EEPROM存贮器。其中MOS RAM存贮器用锂电池作备用电源。一旦交流电源停电，可用锂电池供电，以保持RAM内停电前的数据。锂电池寿命一般为510年。vRAM中的用户程序可以用EPROM写入器写入到主机外的EPROM芯片中。写入了用户程序的EPROM又可以通过外部设备接口与主机相连接，然后让主机EPROM中的程序还行。3输入/输出(I/0)点(或称模块) vI/0模块是CPU与现场I/0设备或其经外部设备之间的连接部件。PC提供了各种操作电平和输出驱

59、动能力的I/0模块和各种用途的I/0功能模块供用户选用。v一般PC均配置I/0电平转换模块及电气隔离模块。输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流的信号源转换成微处理器所能接收的低电压信号。输出电平转换是用来将微处理器控制的低电压信号转换为控制设备所需的电压或电流信号。vPC在微处理器部分与I/0回路之间采用了光电隔离措施，这样能有效地隔离微处理器与I/0回路之间的联系，而不致引起PC故障或误动作。此外，某些PC还具有一些功能的I/0模块。如串/并行变换，数据传送、误码校验、A/D或D/A变换以及其它功能控制等。v由于PC机种类很多，各种I/0模块更是琳琅满目，下面介绍几种常用的I/0模块，在

60、PC设计中，正确选用I/0模块是很重要的。 v(1)开关量输入模块。开关量输入模块。开关量输入模块的作用是接收现场的开关信号，并将输入的电平信号转换为PC内部的电平信号。v开关量输入模块按照使用的电源不同，分为直流输入模块、交流输入模块和交直流输入模块。下面列举几种输入模块的原理电路。v直流输入模块。其原理电路如图4-86所示，图中下部只画出对应于一个输入点的输入电路。各个输入点所对应于一个输入点的输入电路。各个输入点所对应的输入电路均相同，它们有一个公共端子C，即有一个公共汇集点，因此又称直流汇点输入方式。v当输入端的现场开关接通时，模块内部的24V直流电源经LED、光电耦合器、限流电阻、反