机电传动课件

機電傳動系統的運動學基礎2.1單軸拖動系統的運動方程式

一、單軸拖動系統的組成

電動機M通過連接件直接與生產機械相連，由電動機M產生輸出轉矩TM，用來克服負載轉矩TL

，帶動生產機械以角速度ω（或速度n）進行運動。電動機電動機的驅動對象連接件系統結構圖轉距方向

二、運動方程式

運動方程式:TM、TL、

（或n)之間的函數關係。…運動方程式…………轉矩平衡方程式TM─電動機的輸出轉矩（N.m）；TL─負載轉矩（N.m）;J─轉動慣量（kg.m2）;

─角速度（rad/s）；n─速度（r/min）；t─時間（s）;─動態轉矩（N.m）。工程量綱表述：三、傳動系統的狀態即，ω為常數，傳動系統以恒速運動。TM=TL→恒速運動→穩態。

即

加速運動。即

減速運動。TM

TL

→加速/減速→動態。四、轉矩方向1)TM與n方向一致

TM取“+”號（拖動轉矩TM）

TM與n方向相反

TM取“-”號（制動轉矩TM）

拖動轉距促進運動；制動轉距阻礙運動。2)TL與n方向相反TL取“+”號（制動轉矩TL）

TL與n方向一致TL取“-”號（拖動轉矩TL）

設n的符號為順時針正，當重物上升時：左：運動方程式：重物上升→TM為拖動轉矩，TL為制動轉矩。刹車時：右：運動方程式:刹車→TM為制動轉矩，TL為拖動轉矩。TM為正，TL為正。TM為負，TL為正。2．2多軸拖動系統的簡化分析方法：多軸等效折算為單軸。

一、多軸拖動系統的組成

電動機通過減速機構（如減速齒輪箱、蝸輪蝸杆等）與生產機械相連：折算原則：靜態時，系統總傳輸功率守恆。旋轉運動直線運動

二、負載轉矩的折算(旋轉運動)

PM

－電機上的負載功率；PL’－負載功率；TL’－負載轉矩ηc－傳動效率；等效轉矩：j—速比。輸入：輸出：

三、負載轉矩的折算(直線運動)

傳動效率

2.3轉動慣量和飛輪轉矩折算根據：動能守恆原則1)

旋轉運動中間軸速比，輸出軸速比J1中間軸轉動慣量，JL輸出軸轉動慣量總轉動慣量：總飛輪轉矩：GD1中間軸飛輪轉矩，GDL輸出軸飛輪轉矩簡化計算：適當加大電機軸上的轉動慣量、轉矩，不計中間軸上的轉動慣量和轉矩。取1.1~1.252)

直線運動2.4生產機械的機械特性

2.4.1定義同一轉軸上負載轉矩和轉速之間的函數關係。2.4.2分類

恒轉矩型機械特性（TL為常數）

恒功率型機械特性（P為常數）

離心式通風機型機械特性

直線型機械特性(a)TL為反抗轉矩（摩擦轉矩）時，恒與運動方向相反，阻礙運動在運動方程中符號總是正的如：金屬切削機床等（切削力）1)

恒轉矩型機械特性（TL為常數）(b)TL為位能轉矩時，作用方向恒定，與運動方向無關在運動方程中符號有時為正，有時為負如：捲揚機起吊重物等2)

恒功率型機械特性（P為常數）TL=C/n（C為常數）或P=TLn=C如：車床加工

粗加工（切削量大）——低速精加工（切削量小）——高速3)離心式通風型機械特性

離心式通風型機械特性是按離心力原理工作的，如離心式鼓風機、水泵等，它們的負載轉矩TL的大小與速度n的平方成正比，即：其中：C為常數。4)直線型機械特性

直線型機械特性的負載轉矩TL的大小與速度n的大小成正比，即：其中：C為常數。

5)

其他機械特性如：帶曲柄連杆機構的生產機械——TL隨轉角而變化；球磨機、碎石機等生產機械——TL隨時間作無規律的隨機變化；有的生產機械的負載是單一類型的，也有的是多種類型複合的。2.5機電系統穩定運行的條件

機電傳動系統中，電動機與生產機械連成一體，為了使系統運行合理，就要使電動機的機械特性與生產機械的機械特性儘量相配合。特性配合好的一個起碼要求是系統能穩定運行。

一、機電系統穩定運行的含義1.系統應能一定速度勻速運行；2.系統受某種外部干擾（如電壓波動、負載轉矩波動等）使運行速度發生變化時，應保證在干擾消除後系統能恢復到原來的運行速度。

二、機電系統穩定運行的條件

從T—n座標上來看，就是電動機的機械特性曲線n=f(TM)和生產機械的機械特性曲線n=f(TL)必須有交點，交點被稱為平衡點。

2.充分條件系統受到干擾後，要具有恢復到原平衡狀態的能力，即：當干擾使速度上升時，有TM<TL

；否則，當干擾使速度下降時，有TM>TL。這是穩定運行的充分條件。

符合穩定運行條件的平衡點稱為穩定平衡點。

1.必要條件電動機的輸出轉矩TM和負載轉矩TL大小相等，方向相反。

分析舉例a、b兩點是否為穩定平衡點？

故a點為系統的穩定平衡點。

同理b點不是穩定平衡點。非同步電動機的機械特性生產機械的機械特性交點a交點bln>na

，TM<TL，即n↑(干擾)→TM<TL→n↓n<na

，TM>TL，即n↓(干擾)→TM>TL→n↑n↓TM>TL

例如：非同步電動機拖動直流他勵發電機的工作狀態。b點是穩定平衡點。（∵n>nb，TM<TL；

n<nb，TM>TL）nＴＯｂn=f(TM)n=f(TL)n0TM<TL

n↑

PLC（ProgrammableLogicController）控制電路的發展單片機系統PLCPLC實物

可編程控制器是以中央處理器為核心，綜合電腦和自動控制等先進技術而發展起來的一種工業控制器。早期的可編程控制器是為代替繼電器邏輯順序控制（機械觸點多，通用性差，功耗高）而設計的，因此被稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController），簡稱PLC。後因其功能已超出邏輯控制範圍，故改稱為PC（ProgrammableController）。為了避免與個人電腦（PersonalComputer，簡稱PC）混淆，仍沿用PLC作為可編程控制器的簡稱。

9可編程控制器及其應用9.1PLC的定義

1968年，美國通用汽車公司（GM）為適應汽車型號的不斷翻新，提出了一種新型電子化的程式控制器來代替繼電器控制的設想。

1969年，美國數字設備公司（DEC）率先研製出PDP-14可編程控制器，成功地用在GM公司的自動裝配線上。

1987年，國際電工委員會（IEC）對它作了如下定義：

“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計。它採用可編程序的記憶體，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關設備都應按易於與工業控制器系統聯成一個整體和易於擴充其功能的原則進行設計。”9.2PLC的結構和工作原理9.2.1PLC的結構

主機（CPU和記憶體）

輸入/輸出介面

I/O擴展介面

編程器

外部設備介面

電源圖9.1PLC的硬體系統結構圖

1.主機

1）中央處理器（CPU）：它是PLC的核心，主要用來運行用戶程式，監控輸入/輸出介面狀態，作出邏輯判斷和進行數據處理。

2）記憶體：

◆系統程式記憶體——主要存放系統管理和監控程序，以及對用戶程式作編譯處理的程式，系統程式已由廠家固化在記憶體中，用戶不能更改。◆用戶程式及數據記憶體——主要存放用戶編制的應用程式，以及各種暫存數據和中間結果。

2.I/O介面它是CPU與I/O設備之間的聯接部件。

輸入介面接受輸入設備（如：按鈕、行程開關、感測器等）的控制信號。

輸出介面將主機處理過的結果通過輸出電路驅動輸出設備（如：指示燈、電磁閥、接觸器等）。

I/O介面電路一般採用光電耦合電路，減少電磁干擾，提高PLC可靠性。

PLC典型開關量輸入介面連接及原理圖PLC典型開關量輸入介面二PLC典型繼電器輸出介面原理圖3.I/O擴展介面它把擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與基本單元（主機）聯接在一起。4.編程器 它是PLC的重要外部設備，用於手持編程。用戶可以用下列兩種方式進行編程和監控。

◆

手持編程器

◆將PLC和電腦相聯，用專用的工具軟體 編程器分為簡易型和智慧型兩類。前者只能聯機編程；後者可聯機編程，也可脫機編程。功能完整的編程器本身就是一個微機系統。5.外部設備介面它把外部設備（如：編程器、印表機、條碼掃描器等）與主機聯接起來。

6.電源它是為CPU、記憶體、I/O介面等內部電子電路工作而配備的直流開關穩壓電源。

9.2.2PLC的工作原理

PLC運行時，CPU對存於用戶記憶體中的程式，按指令步順序作週期性的迴圈掃描。

PLC的掃描過程（圖9.2）：圖9.2PLC的掃描工作過程

l

輸入採樣階段

PLC以掃描方式順序讀入輸入端子的通斷狀態（ON/OFF），並寫入相應的輸入狀態寄存器中，即刷新輸入，接著轉入程式執行階段。

l

程式執行階段

PLC按先左後右，自上而下的順序對每條指令進行掃描，並將相應的運算和處理結果寫入輸出狀態寄存器中。

l

輸出刷新階段在所有指令執行完畢後，輸出狀態寄存器的通斷狀態轉寫入輸出鎖成器中，驅動相應的輸出設備，產生PLC的實際輸出。

經過這三個階段，PLC完成一個掃描週期。

“順序掃描、不斷迴圈”

9.2.3PLC的主要技術性能11．I/O點數

這是一項重要技術指標。它是指PLC的外部輸入和輸出端子數。小型機有幾十個點，而大型機超過千點。

2．用戶程式存儲容量

指PLC存儲用戶程式的多少。程式指令按“步”存儲，一“步”占一個地址單元，一個地址單元占兩個位元組，如：一個記憶體容量為1000步的PLC，其記憶體為2k位元組。

3．掃描速度

指掃描1000步用戶程式所需的時間，單位為ms/千步，或us/步。

4.指令系統條數

衡量PLC軟體功能的強弱。指令系統包括基本指令和高級指令。5.編程元件的種類和數量

衡量PLC硬體功能的強弱。

以FP1系列PLC為例，常見的編程元件有：

輸入繼電器（X）

輸出繼電器（Y）

輔助繼電器（R）

定時器（T）

計數器（C）

通用“字”寄存器（WR）

9.2.4PLC的主要功能和特點

1.主要功能

l

開關邏輯控制（基本功能）

l

定時/計數控制

l

步進控制

l

數據處理

過程控制（PID控制:自動調節非電量參數（如：溫度、壓力、流量、速度等）。運動控制:

通過高速計數模組和位置控制模組進行單軸或多軸控制（如：數控機床、機器人）。通信聯網監控數字量與模擬量的轉換

2．主要特點

l

可靠性高，抗干擾能力強

l

功能完善，編程簡單，組合靈活，擴展方便

l

體積小，重量輕，功耗低三菱PLC接線端子PLC實物SIEMENS西門子LOGO!簡易小型PLC（無需電腦即可編程）編程入門：+24VX0BT1Y0COM～220VBT2X1Y1型號表示方法入出總點數M(基本單元)E(擴展單元)輸出類型R－繼電器輸出T－電晶體輸出S－晶閘管輸出電源種類V－100/110V交流E－220/240V交流D－24V直流FX2N—1234－三菱PC基本單元外形§9.1三菱PLCFX2N--48MR主要技術指標輸入、輸出點總數：48功耗：25VA定時器：

256個計數器：256個輔助繼電器：3072個（2572個有掉電保護）記憶體：2k~16k步運算速度：1.5~數百μs/步指令：20條輸出形式：繼電器輸出輸入設備輸出設備9.2PLC內部等效電路1.

輸入繼電器（X）接收外部開關量/數字量信號，僅提供動合/動斷觸點，觸點可無限次使用。2.

輸出繼電器（Y）主要用於將內部邏輯結果傳遞到外部負載，每一輸出繼電器僅有一常開觸點連到輸出端子供外部負載用，同時也有軟觸點可無限次使用。3.時間繼電器（T）每個定時器的定時值為0.1～999s。4.計數繼電器（C）對外部事情或內部的脈衝進行計數。5.輔助繼電器（M）只能由程式指令控制，專供內部編程使用。一般作中間繼電器使用，也可以作移位寄存器使用。6.特殊的輔助繼電器（M）

FX系列的PLC中，地址編號M8000～M8255例：M8000：CPU運行； M8002：產生初始化脈衝； M8004：錯誤； M8012：100ms脈衝；M8014：分鐘脈衝； M8013：秒脈衝；M8033：停止保持； M8034：輸出全禁止。9.3PLC的編程語言概述

1.梯形圖

梯形圖是一種從繼電接觸器控制電路圖演變而來的圖形語言。

通常用、圖形符號分別表示PLC編程元件的常開和常閉觸點；用[]

（或）表示它們的線圈。編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數字加以區別。PLC的編程和指令系統9.3.1PLC的編程方法與一般規則繼電器梯形圖邏輯功能圖功能流程圖邏輯代數運算式指令語句表方法1.自上而下，從左到右；2.母線：假像能電流從左母線流向右母線；3.線圈右邊必須連右母線，左邊必須有觸點；4.程式有結尾標誌。一般原則

9.3.2PLC的編程原則和方法

1.編程原則

1）在編制程式時，編程元件的觸點使用次數沒有限制。

2）梯形圖的每一梯級起始於左母線，終止於右母線。線圈直接與右母線聯接。

3）儘量做到“左重右輕，上重下輕”

以符合“從左到右，自上而下”的順序。

4）應避免同一繼電器的線圈在程式中重複輸出。

5）應避免將觸點畫在垂直線上。

6）外部輸入設備常閉觸點的處理（在外部接線時，應盡可能接成常開形式，則在梯形圖中仍是常閉觸點；而熱繼電器FR的觸點只能接成常閉形式，不作為輸入信號）。

鼠籠式電動機直接起動控制電路圖見圖9.3（a），則相應的梯形圖如圖9.4（a）所示。

X1

輸入繼電器的常閉觸點（停止按鈕SB1）；

X2

輸入繼電器的常開觸點（起動按鈕SB2）；

Y1

輸出繼電器的線圈和常開觸點（接觸器KM）。注：熱繼電器FR（常閉觸點）起超載保護作用。圖9.3（a）電動機直接起動控制PLC接線圖圖9.4鼠籠式電動機直接起動控制(a)梯形圖；(b)指令語句表(a)梯形圖(b)指令語句表例題解讀電機正反轉控制～不完善～

注意：

（1）梯形圖中的繼電器是一個存儲單元，其邏輯狀態為“1”

時，表示相應繼電器的線圈接通，常開觸點閉合，常閉觸點斷開。（2）每一邏輯行（或梯級）開始於左母線，接著是觸點的串、並聯，最後是線圈與右母線聯接。

（3）流過每一梯級的是“概念電流”，只用來描述線圈接通。

（4）輸入繼電器不能由PLC內部繼電器直接驅動，所以圖中只有其觸點，而沒有相應的線圈；輸出繼電器的線圈接通只表示有信號輸出，但不直接驅動輸出設備。2．指令語句表（指令助記符）

指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程式的語言。它類似於電腦的組合語言。但比組合語言容易理解。鼠籠式電動機直接起動控制的指令語句表如圖9.4（b）所示。LD起始指令（取指令）OR觸點並聯指令（“或”指令）ANI觸點串聯反指令（“與非”指令）OUT輸出指令END程式結束指令LD：“取”指令,用於母線/分支電路的動合觸點『常開』；LDI：“取反”指令，用於母線、分支電路開始的常閉觸點。OUT：輸出，驅動Y、M、T、C的線圈，注意：驅動T或C時，該指令後必須設常數K值。9.3.2PLC的指令系統輸入、輸出指令LDX400OUTY430LDIX401OUTM100OUTT450K19LDT450OUTY431

與指令AND：“與”，動合觸點串聯連接指令；ANI：“與非”，動斷觸點串聯連接指令；地址碼：X、Y、M、T、C或指令OR：“或”，用於動合觸點的並聯；ORI：”或非”，用於動斷觸點的並聯；地址碼：X、Y、M、T、C邏輯指令電路塊連接指令塊電路或指令

ORB：兩個以上觸點串聯的支路與前面支路並聯;電路塊與指令

ANB：用於並聯電路塊與前面接點電路或並聯電路塊的串聯；LDX400ANDX401LDX402ANDX403ORBOUTY431LDX401ANDX402ORX400LDX403ANBOUTY431RST：用於對計數器、移位寄存器的複位；複位輸入端：K值置入計數器計數器觸點複位計數輸入端：每通斷一次，計數值減1計數器觸點：當計數值減為零時，計數器觸點動作；觸點動作後一直保持直到被複位指令複位注：當複位輸入保持時，計數信號不起作用!計數器有掉電保護複位指令M8012——特殊輔助繼電器(100ms脈衝)定時時間=100msX600老程式格式新程式格式

脈衝輸出指令PLS：將脈寬較寬的輸入信號變成脈寬等於PLC掃描週期的脈衝信號老程式格式新程式格式保持指令SET：置位保持指令RST：複位保持指令LDX001SETM202LDX002RSTM202使M202置位並保持使M202複位並保持主控母線指令（目標元素M100~M177）MC：主控開始，引出一條分支母線MCR：主控返回，使分支母線結束並回到原來的母線上

多個繼電器同時受一個觸點或一組觸點控制，這種控制稱為主控指令多，佔用記憶體多輸出繼電器Y053、Y054、Y055受輸入繼電器X050、X051主控LDX050ANDX051MCN0M100LDX052OUTY053LDX053OUTY054LDX054OUTY055MCRN0LDX055OUTY050更好的辦法：採用主控指令注意：MC、MCR必須成對出現。分支母線上每一邏輯行編程時，都要用LD或LDI指令開始。可嵌套使用主控母線指令，最多8次，依次編號N0、N1、……跳步指令CJ：條件跳轉CJ＋P標號代表目的地址。程式A跳轉條件成立？程式C程式BYN圖堆疊指令MPS：進棧指令MRD：讀棧指令MPP：出棧指令LDX500ANDX501MPSANDX502OUTY530MRDANDX503OUTY531MPPANDX504OUTY532LDX505OUTY533空操作指令NOP：不完成任何操作，只是佔用一步的時間。程式結束指令END：用於結束程式，表示程式終了指令小結：LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI——對觸點操作的指令ANB、ORB——觸點塊連接指令OUT、SET、RST、PLS——對線圈操作的指令CJP、EJP、MC、MCR、MPS、MRD、

MPP、NOP、END——其他指令四、常用編程技巧1.梯形圖設計技巧指令的能實現性LDX400LDX401ANDX402ORBOUTY431LDX401ANDX402ORX400OUTY431觸點串並聯原則：“左重右輕，上重下輕”LDX400LDX401ORX402ANBOUTY431LDX401ORX402ANDX400OUTY431Y431雙線圈輸出，前一個無效2.定時器及計數器的應用FX2N的定時器、計數器編號：1)定時器用作時間繼電器延時接通延時斷開2)用定時器產生週期脈衝信號3)實現長延時的方法：將兩個計數器串起來使用總延時＝(1分鐘

32767)32767≈2042年M8014－分鐘脈衝；C1、C2－16位計數器運行開關閉合延時10秒皮帶輸送機運轉運送12個工件4)例子1：4)例子2：電動機正反轉控制比較完善的正反轉控制程式：停止→延時→反轉大作業一：正反轉控制程式設計1.開機後，或者停止了很長時間後，按下正轉或反轉按鈕，立即正轉或反轉；（電動機早已停止，可以立即啟動）2.正在正轉，按停止按鈕，停止正轉，馬上按反轉按鈕不會反轉，自按動停止按鈕後，延時一定時間才反轉，反之亦然。（基本功能）3.正轉時，按反轉按鈕，自動停止→延時→反轉；反轉時與之類似；（保護電動機，延時到電動機停止，再換向）4.正轉時，按停止按鈕後，立即按正轉，不延時立即啟動正轉；反轉與之類似；（按錯了，不想換向，還是原來方向，方便操作）5.正轉時，按反轉按鈕，接著按停止按鈕（不想再轉了），會停止；反轉與之類似；（下班了，不想繼續轉了，方便操作）6.正轉或反轉時，按停止按鈕，停止。（必須的）

3個按鈕，2個輸出。編編看能實現幾項功能。4)例子2：電動機Y－△啟動控制繼電器控制原理圖PLC接線圖程式9.4PLC的應用▓9.4.1PLC控制系統的開發步驟9.4.1PLC控制系統的開發步驟1、常見的輸入、輸出類型 輸入：

開關量：操作開關、行程開關、按扭、接近開關、繼電器觸點等；

模擬量：流量、溫度、壓力等感測器信號；

中斷：限位開關、事故信號、停電信號、緊急停止等；

脈衝量：串行信號、各種脈衝源；數字量：電腦介面、鍵盤、其他數字設備。輸出：開關量：電器元件線圈等；模擬量：各種感測器信號；數字量：數字顯示器，電腦介面、印表機等。2、PLC的選擇PLC規模估算：I/O點估算：留15%~20%裕量以備擴充。記憶體估算：總點數（10~12）=指令語句數（小型機粗略估算）PLC選型：功能：邏輯控制-小型機。輸入介面模組：輸入信號電壓、電流、速度等與輸入介面模組的匹配。輸出介面模組：模組的工作電壓、電流、速度等應與所帶負載匹配。

燈絲負載、電容性負載、電機負載、電感性負載等9.4.1PLC控制系統的開發步驟PLC的價格、可擴充性、軟體開發難易、售後服務3、編制I/O分配對照表4、畫出PLC與現場器件的連接線5、畫出梯形圖6、編寫指令程式7、將程式輸入PLC8、模擬調試與完善9、硬體系統的安裝10、現場調試與安裝11、正式投入使用12、保存程式PLC應用實例氣動機械手視頻9.4.2PLC實例開發(二):搬運機械手的控制1.按下啟動按鈕，機械手下降，觸發下限開關，停止下降；2.夾緊工件，延遲3秒；3.機械手上升，觸發上限開關，停止上升；4.機械手向右移動，觸發右限開關，停止移動；5.機械手下降，觸發下限開關，停止下降；6.機械手鬆開工件，停留2秒；7.機械手上升，觸發上限開關，停止上升；8.機械手左移，回到原位。9.4.4搬運機械手的控制-工藝流程圖夾緊後，延時3S再上升，保證可靠夾緊鬆開後，延時2S再上升，保證可靠鬆開1ST：下限2ST：上限3ST：右限4ST：左限工件夾緊——電磁閥驅動汽缸來實現2YA：

ON：夾緊

OFF：鬆開機械手移動：

1YA，控制下降

3YA，上升

4YA，右移

5YA，左移9.4.4搬運機械手的控制－動作順序表步序輸入條件下降1YA夾緊2YA上升3YA右移4YA左移5YA燈HL原點2ST.4ST——————————+下降1SB+——————————夾緊1ST——+————————上升KT1——++————右移2ST——+——+————下降3ST++————————鬆開1ST————————————上升KT2————+——————左移2ST————————+——原點2ST.4ST——————————+9.4.4搬運機械手的控制－地址表現場器件內部繼電器地址說明輸入1SB400啟動按鈕1ST401下限位開關2ST402上限位開關3ST403右限位開關4ST404左限位開關2SB406複位開關輸出1YA431下降電磁閥2YA432夾緊電磁閥3YA433上升電磁閥4YA434右移電磁閥5YA435左移電磁閥HL430原位指示燈9.4.4搬運機械手的控制－實際連接圖9.4.4搬運機械手的控制－梯形圖新版PLC連接圖移位編程方法演示步進(順序)編程方法演示新版本梯形圖順序編程（步進編程、SFC）新型、通用順序編程方法1轉2分支（1）1轉2分支（2）合併順序編程例1-間斷運行初始化運行運行定時停止停止定時返回順序編程例2-電動機正反轉控制初始化正轉(未反轉)正轉(在反轉)→2反轉(未正轉)反轉(在正轉)→3停止→1複位Y0、1停機延時返回→0在反轉,複位Y1延時正轉,置Y0返回→0停止?→1在正轉,複位Y0延時反轉,置Y1返回→0停止?→1順序編程（新型步進編程法）模擬量輸入、輸出其他廠家PLC：OMRON/SEIMENSS7、LOGO!組態軟體觸摸屏軟體9.5PLC的高級應用以太網PLC多站現場匯流排互聯PLC設備單體電氣連接電腦監控中控室中控室觸摸屏課後作業一：P204(第四版)/216(第三版)圖9.39輸入到電腦，仿真運行，找出與課堂講解的程式有何不同。用順序編程方式實現星-三角啟動控制。教科書例程課堂例程課後作業二－搶答系統的設計

搶答規則:1.要回答主持人的提問，必須搶先按下桌上的按鈕；2.為了給兒童一些優待和教授組的限制，兒童組只要有一個按下就為搶答成功，而教授組必須兩人同時按下才算搶答成功；

控制原則：1.搶答成功後相應的指示燈亮；2.主持人按下複位按鈕PB4後，指示燈滅；3.如果競賽者在主持人合上SW開關的10秒內搶答成功，電磁鐵使彩球搖動，以示競賽者得到一次幸運的機會。分析一下，上圖中有幾個輸入、輸出

輸入信號：PB11X400PB12X401PB2X402PB31X403PB32X404PB4X405SWX406

輸出信號：L1Y431L2Y433L3Y435

電磁鐵Y437內容：1.畫出PLC與現場的實際連接圖；2.畫出梯形圖。半導體器件發展

電力電子學——晶閘管及其基本電路A.

電力電子學的任務利用電力半導體器件（如：晶閘管）和線路來實現電功率的變換和控制。晶閘管（SiliconControlledRectifier簡稱SCR，1957年）在弱電控制與強電輸出之間起橋樑作用。B.

晶閘管(可控矽)的優缺點

l

優點：

1)

功率放大倍數可達幾十萬倍；

2)

控制靈敏，反應快；

3)

損耗小，效率高；

4)

體積小，重量輕；

5)

改善了工作條件，維護方便。

l

缺點：

1)

超載能力弱；

2)

抗干擾能力差；

3)

導致電網電壓波形畸變；

4)

控制電路比較複雜。調光臺燈單向雙向10.1電力半導體器件10.1.1晶閘管（SCR）

——新型大功率半導體器件，也稱可控矽。1.基本結構

1)

外形

前者用於100A以下的元件，後者用於200A以上的元件（散熱效果好）。

2)

內部結構

——它是PNPN四層三端元件。

3)

符號（如圖所示）2.工作原理

l

實驗情況說明：可用燈泡

代替電阻RL。1)晶閘管承受正向電壓，開關S（控制極）斷開，此時電燈不亮，晶閘管關斷。

2)在控制極與陰極之間再加上正向電壓（S接通），電燈發亮，晶閘管導通。

3)晶閘管承受反向電壓，不論S是否接通，電燈均不亮，晶閘管關斷（阻斷）。

4)晶閘管導通後（情況2），斷開控制極電壓（控制極失去作用），電燈仍發亮，晶閘管仍導通。

5)晶閘管導通後（情況2），如果控制極電壓加反向電壓，不論陽極電壓是正或負，電燈均不亮，晶閘管關斷（阻斷）。電路模擬

l

結論

1)晶閘管導通條件：陽極加正向電壓，控制極也加正向電壓。

2)控制極只需加正觸發脈衝電壓。

3)具有可控單向導電性（正、反向阻斷能力）。

l

導通原因1)

等效為PNP型和NPN型兩個電晶體的組合。

2)

陽極和控制極均加正向電壓時，經放大，集電極電流為（基極電流），又經放大，集電極電流為（即基極電流），再次放大，循環往復，直至導通為止（“觸發導通過程”——微秒級）。3)

晶閘管導通後，基極電流比（控制電流）大得多，故去掉，晶閘管仍導通。

4)

陽極加反向電壓，無放大作用，晶閘管不導通；控制電壓反向或未加入，不產生起始，晶閘管也不導通。3.伏安特性晶閘管的伏安特性——晶閘管的陽極電壓與陽極電流的關係。

1)截止狀態（正向阻斷狀態）——陽極加正向電壓，門極開路（＝0），電流很小，電阻很大，稱為正向漏電流。

2)導通狀態——正向陽極電壓上升到某一定值，，晶閘管突然變為導通狀態。這時陽極電壓稱為斷態不重複峰值電壓（）或正向轉折電壓（）。↑，↓，晶閘管容易導通。注：在晶閘管的陽極與陰極之間加上6V直流電壓，使元件導通的控制極最小電流(電壓)稱為觸發電流(電壓)。

3)維持電流（保證晶閘管導通的最小陽極電流）——當電流小於時，從導通狀態轉化正向阻斷狀態。

4)反向阻斷狀態——陽極加反向電壓時，反向漏電流很小。當反向陽極電壓增加到某一數值時，反向漏電流，這時對應的電壓值稱為(反向不重複峰值電壓)或(反向轉折電壓，反向擊穿電壓)。注：晶閘管的反向伏安特性與

二極體反向特性類似。4.主要參數

RepetitivePeakOff-stateVoltage

1)

（斷態重複峰值電壓）——在控制極斷路和晶閘管正向阻斷時，可以重複加在晶閘管兩端的正向峰值電壓，它比小100V。BreakOverVoltage

“多少伏的晶閘管”

2)

（反向重複峰值電壓）——在控制極斷路時，可以重複加在晶閘管兩端的反向峰值電壓，它比小100V。ReverseRepetitivePeakOff-stateVoltage

3)

（額定通態或正向平均電流，簡稱額定電流)—在環境溫度不大於40℃和標準散熱及全導通時，晶閘管可以連續通過的工頻正弦半波電流（在一個週期內）的平均值。

On-StateCurrent

“多少安的晶閘管”

正弦半波電流的平均值正弦半波電流的有效值波形係數即

一般按選晶閘管（——實際電流有效值）

4)

（維持電流）——在規定的環境溫度和控制極斷路時，維持元件繼續導通的最小電流。一般為幾十mA~

一百多mA，其數值與溫度成反比，如：

5.型號及其含義（國產晶閘管）

例如：

3CT50/500（為50A，為500V）；

KP5-7（K—晶閘管，P—普通型，額定電流5A，額定電壓700V）。/可控整流元件

N型矽材料三個電極

6.判別SCR的好壞用萬用表的歐姆檔來判別管子的好壞。

表10.1用萬用表測試晶閘管各管腳之間的電阻注意：當A—K間為高阻值，而K—G間逆向電阻大於順向電阻時，管子良好。測試點表內電池極性測量範圍測試結果A—K順向或逆向R×1000高電阻（錶針不動）A—G同上同上同上K—G順向：G“+”,K“-”逆向：G-”,K“+”R×1R×110~10050~50010.1.2其他電力半導體器件雙向晶閘管可關斷晶閘管

功率電晶體功率MOS管(VMOS)

絕緣柵雙極電晶體(IGBT)

整流二極體1.雙向晶閘管（TRIAC）調光臺燈l

特點

1)

三端子NPNPN元件；

2)

採用交流電源；

3)

相當於兩只普通晶閘管反並聯；

4)

雙向控制，簡化觸發電路；

5)

成本低，可靠性好；

6)

主要應用於家用電器控制，調節交流電壓。l

工作原理

1)

門極無信號時，、不導電。

2)

導通條件：①"+"，"-"，G"+"②"-"，"+"，G"-"2.可關斷晶閘管（GTO）

l

特點1)

控制極控制元件的導通和關斷，所需控制電流較大。

20mA(GTO)/30μA(SCR)2)動態特性較好，關斷時間較短。

1μs(GTO)/(5~30)μs(SCR)3)

主要用於直流調壓和直流開關電路。4)電路簡單，工作頻率高。

l

符號與晶閘管相似。3.功率電晶體（GTR）

（300A，100V或100A，300V）

達林頓電晶體（200A，500V）注：複合管，正嚮導通壓降↑，功率損耗↑。l

特點可在高電壓和強電流定額下使用；正嚮導通壓降（0.3~0.8）V，功率損耗較晶閘管（≈1V）小；基極電流消失或反偏時，電晶體立即截止（不存在關斷問題）；允許的電流變化率低；處於導通狀態，基極電路功率損耗大；體積更小，價格更低（比晶閘管）。電路仿真N型VMOS(NMOS)P型PMOS(NMOS)封裝耐壓：常見10～200V；導通電阻：1mΩ～0.xΩVgs：2~15V電路仿真4.大功率二極體（整流二極體）l

特點可在高溫下工作；（室溫）

正嚮導通，壓降（0.8~1）V；反向截止；額定值可達200A和400V，或更高。注：它相當於一只開關。絕緣柵雙極電晶體－IGBT高壓：200V～1000V大電流：數百安培10.2單相可控整流電路由晶閘管組成的可控整流電路類似於二極體整流電路。它可分為單相半波、單相橋式、三相零式（半波）、三相橋式。

10.2.1單相半波可控整流電路特點：①應用較少，電路簡單，調整容易。②直流輸出電壓低，脈動大。目的：獲得可調節的直流電壓電阻性負載分析：1)

—控制角（晶閘管元件承受正向電壓起始點到觸發脈衝作用點之間的電角度），

—導通角（晶閘管在一週期時間內導通的電角度），，，。2)最大正向、反向電壓為（電源變壓器副邊電壓的最大值）。3)負載（輸出直流）電壓平均值、負載電流平均值分別為：4)，達到可控整流的目的。

電路模擬

2.

電感性負載如：各種電機的勵磁線圈等。電路模擬-多次觸發電路模擬-單次觸發分析：電感阻礙電流變化（—自感電勢或反電動勢）。

大於電源負電壓，晶閘管繼續導通，也就是說，導通角。負載電感，負載負（反向）電壓，滿足不了負載的要求。3.

續流二極體的作用（大電感性負載）分析：1)

負載兩端並聯一只二極體。2)

電流電壓過零變負時，續流二極體導通，晶閘管自行關斷（無電流流回電源）。3)

負載兩端電壓為二極體管壓降，接近於零（電感放出能量消耗在電阻上）。4)

波形與電阻性負載一樣，波形與之很不相同。當時，電流脈動小，波形近似於一條平行於橫軸的直線。流經VS的電流均值流經V的電流均值：Id為負載電流均值電路模擬10.2.2單相橋式可控整流電路（應用很廣）它與不可控橋式整流電路的區別：二只晶閘管代替二只二極體。

1.

單相半控橋式整流電路

工作原理：l

輸入電壓正半周，觸發VS1，VS2和V1反向截止，電流通路為：l

輸入電壓負半周，觸發VS2，VS1和V2反向截止，電流通路為：電路仿真

1)

電阻性負載與半波整流相比較，和增加了一倍，分別為：

2)

電感性負載

l加續流二極體——不出現“失控”現象。

l不加續流二極體——不失控，VS2與V1交換位置。注意：電源電壓為零（或θ=0或觸發回路切斷）時，V1

和V2形成續流（電流增大），VS1或VS2可靠關斷。3)

只用一個晶閘管進行控制的整流電路四個整流二極體組成單相橋式全波電路——節省晶閘管元件。（a）電阻性負載——與半控橋一樣（b）電感性負載——必須加續流二極體（c）優缺點：①控制線路簡單，成本較低；②承受整流過的脈動電壓，不承受反向電壓；③整流元件較多，體積較大；④壓降、損耗較大；⑤選用維持電流較大的晶閘管，以免失控。電路仿真

4)

反電勢負載電路仿真分析：（a）導通條件：

l

電源電壓大於反電勢；

l

有觸發脈衝。（b）比電阻性負載大，。（c）電流的幅值與平均值之比相當大，必須降低電流定額使用。（d）對大容量電動機或蓄電池負載，常串聯電抗器L（用以平滑電流的脈動）。

2.

單相全控橋式整流電路1)

它與半控橋的區別：

l

四只全是晶閘管。

l

每半週期要求觸發兩只晶閘管。

l

電感性負載（無續流二極體）時，輸出電壓的暫態值出現負值。

l

電阻性負載時，不比半控橋整流優越，一般採用半控橋線路。

l

主要用於正反向逆變電路中。注意：在全控橋中元件承受的最大正、反向電壓仍是。2)

電感性負載時工作狀況：

l

為正，暫態，VS1、VS2導通。當＝0時，L上反電勢作用，VS1、VS2繼續導通，直至為負。

l

為負，即為正，對應暫態，VS3、VS4導通，VS1、VS2關斷。當＝0時，VS3、VS4繼續導通到觸發VS1、VS2時關斷。注意：為了提高整流電壓，可在負載兩端並接續流二極體。解設則交流電壓有效值考慮到達不到180º，200V應加大10%到220V。因此，可不用整流變壓器，直接接到220V的交流電上。而交流電流有效值

例10.1一直流電源的調節範圍：採用單相半控橋整流電路，試求最大交流電壓和電流的有效值，並選擇整流元件。

為保證晶閘管暫態過電壓時不損壞，則

故選用晶閘管3CT10/600和二極體2CZ10/300(考慮留有餘量，採用10A定額)。SCR承受的電壓和電流：10.3.1三相半波可控整流電路電阻性負載觸發角導通角負載電壓計算式：同二極體觸發角——從自然換相點算起（圖中1、2、3點）電路仿真Simulink仿真觸發角導通角負載電壓計算式：0～30°觸發角導通角負載電壓計算式：30～150°

電感性負載負載電壓計算式：觸發角導通角無續流二極體時：Simulink仿真→正負電壓相等，Ud=0電感性負載

與電阻性負載計算方法相同。有續流二極體時：Simulink仿真10.3.2三相橋式全控整流電路負載電壓計算式：10.4逆變器整流器：交流→直流逆變器：直流→交流變流器：直流←→交流有源逆變：直流電變換成電網電。 用途：直流電機可逆調速、非同步電機串級調速。無源逆變：直流電變換成固定/可變頻率交流電供給電機。 用途：交流電機的變頻調速。有源逆變整流電路仿真有源逆變無源逆變，電壓型無源逆變，電壓型無源逆變，電流型UPS原理10.5

晶閘管的觸發電路觸發電路：向晶閘管供給觸發脈衝的電路。(1)單結晶體管觸發電路:電路簡單、可靠性高，適用於中小容量的晶閘管電路；缺點是輸出脈衝不夠寬。(2)小容量晶閘管觸發電路：主要用於觸發大功率晶閘管，簡單、可靠，觸發功率大，可得到寬脈衝；缺點是需要單結晶體管觸發小容量晶閘管，用的元件比較多。(3)電晶體觸發電路：容易實現，輸出功率比較大，應用很廣，常用的有正弦波移相和鋸齒波移相兩種，已生產出單片集成晶閘管觸發電路。電路仿真10.5

晶閘管的觸發電路一、晶閘管對觸發電路的要求(1)觸發電路應能供給足夠大的觸發電壓和觸發電流，一般要求觸發電壓應該在4V以上，10V以下；(2)觸發脈衝的寬度必須在10μs以上，才能保證晶閘管可靠觸發，如果負載是大電感，觸發脈衝的寬度還應該增大；(3)不觸發時，觸發電路的輸出電壓應該小於0.15V~0.20V，必要時可在控制極上加上一個1V~2V的負偏壓（就是在控制極上加一個對陰極為負的電壓）；10.5

晶閘管的觸發電路一、晶閘管對觸發電路的要求(4)觸發脈衝的前沿要陡，否則將會因溫度、電壓等因素的變化而造成晶閘管的觸發時間前後不一致。右圖由於環境溫度的改變，使得晶閘管所要求的觸發電壓從ug1提高到ug2，晶閘管的觸發的時間從t1變成t2，觸發時間延遲；(5)在晶閘管整流等移相控制的觸發電路中，觸發脈衝應該和主電路同步，脈衝發出的時間應該能夠平穩地前後移動(移相)，移相的範圍要足夠寬。上述五點的實質是要保證晶閘管的可靠觸發！10.5

晶閘管的觸發電路一、單結晶體管觸發電路—結構和特性單結晶體管是一種特殊的半導體器件，它有三個電極，其中一個發射極和兩個基極。其外形與普通三相管相似，但特性與晶體三極管不同。兩個基極間加入一定電壓Ubb，A點電壓：10.5

晶閘管的觸發電路一、單結晶體管觸發電路Ue<UA，rb1大阻值→截止，截止區。e=Up，導通開始，rb1↓↓→UA↓→Ie↑→rb1↓→UA↓↓負阻特性開始出現負阻特性的點P稱為峰點，該點的電壓和電流稱為峰點電壓和峰點電流。隨著Ie的不斷增加，當UA下降到某一點V時，rb1便不再有顯著變化，UE也不再繼續下降，而是隨著Ie按線性關係增加.點V稱為穀點，該點的電壓和電流稱為穀點電壓和穀點電流，對應於由峰點P至穀點V時的負阻特性段稱為負阻區，穀點以後的線段稱為飽和區。原理比喻10.5

晶閘管的觸發電路一、單結晶體管觸發電路—自振盪電路利用單結晶體管的負阻特性和RC充放電特性，可組成自振盪電路。(1)合上開關S，通過電阻R向電容C充電，Ue逐漸升高。Ue較小時，發射極電流極小，e和b1處於截止狀態；(2)當電容兩端的電壓Uc充電到單結晶體管的Up時，e和b1處於導通狀態，電容C向R1迅速放電，形成一個尖峰脈衝u0；(3)當電容C的電壓降到穀點電壓時，經R供給的電流小於穀點電流，不能滿足導通要求，e和b1間電阻迅速增大，電晶體恢復截止；(4)E又對電容C充電，重複上述動作，電容C上形成鋸齒波電壓，在R1上形成脈衝電壓。R1電路仿真1電路仿真210.5

晶閘管的觸發電路一、單結晶體管觸發電路—自振盪電路充電電阻R要滿足的條件：(1)當發射極電壓uc等於峰點電壓Up時，為確保單結晶體管由截止轉為導通，實際流過充電電阻R流入單結晶體管的電流I’P必須大於峰點電流IP:(2)當發射極電壓uc等於穀點電壓Uv時，為確保單結晶體管導通後能恢復截止，實際流過充電電阻R流入單結晶體管的電流I’v必須小於穀點電流Iv:充電電阻R的取值範圍：10.5

晶閘管的觸發電路一、單結晶體管觸發電路—觸發電路晶閘管觸發電路，必須使觸發脈衝與主電路電壓同步，要求在晶閘管承受正向電壓的半周內，控制極獲得第一個正向觸發脈衝的時刻都相同，否則，由於每個正半周的控制角不同，輸出電壓就會忽大忽小的波動。電路仿真移相觸發SCR控制專用積體電路過零觸發SCR控制專用積體電路10.6

晶閘管的串並聯和保護一、串並聯應用

不是簡單的串並聯。需要均流、均壓。二、過電流保護設置快速熔斷器、裝設過流繼電器及快速開關、整流觸發脈衝移項保護。二、過電壓保護阻容保護裝置、硒堆和壓敏電阻等。醒竹11.1機電傳動控制系統的組成和分類

直流傳動控制系統最簡單——繼電器-接觸器控制系統（斷續控制系統）本章——自動調速系統（連續控制系統）11.1.1機電傳動控制系統的組成

組成：由電機、電器、電子部件組合而成。注：輸入量—控制量，輸出量—被控制量。l

開環控制系統（單向控制）如圖11.1所示的G-M系統。開環控制系統往往不能滿足高要求的生產機械的需要。

1.

主要參數

1)

轉速降(與無關)2)

調速範圍（前提：生產機械對轉速變化率的要求）

3)

靜差度（或穩定度、轉速變化率）n0-空載轉速；nN-額定轉速Rfa-勵磁回路電阻Rda-電樞回路電阻K-機械相關常數TN-電磁轉矩4)

關係：（）

①由電機銘牌而定，，D由生產機械要求而定。②一定，不同的靜差度S就有不同的調速範圍D，故在說明系統達到D時，同時說明所允許的最小靜差度S。③一定，，機械特性硬度。(改變電樞電壓調速)高速低速（S2-低速時靜差度）2.提高機械特性硬度的方法——使電動機轉速不變。

（負載↑，n↓）發電機電動機測速發電機電位器Simulink仿真

1)

在電動機軸上安裝一臺測速發電機BR，輸出電勢。

2)

偏差電壓（給定電壓）

負回饋控制

3)放大器作用:△U小變化→Ug大變化→維持n不變。l

閉環控制系統（正向控制和反向回饋控制）如上述自動調速系統。

1.方框圖：2.常用系統：

電機放大器、磁放大器和晶閘管調速系統。Simulink仿真11.1.2自動控制系統的分類按回饋方式——轉速負回饋、電勢負回饋、電壓負回饋、電流正回饋控制系統；按複雜程度——單環、多環自動調節系統；按被調量與給定量的差別——有靜差、無靜差調節系統；按給定量變化規律——定值調節系統、程式控制系統、隨動系統；按調節動作與時間的關係——斷續、連續控制系統；按元件特性——線性、非線性控制系統。11.2調速方案的選擇11.2.1機械與電氣調速方法1.

電氣調速的優缺點

1)

簡化機械變速機構；

2)

提高傳動效率，操作簡單；

3)

無級調速；

4)

便於遠距離控制和自動控制；

5)

應用廣泛；

6)

電氣系統複雜，投資大些。（缺點）2.

電氣與機械配合調速

1)

電氣方面——得到多種轉速；

2)

機械方面——用機械變速機構的換擋進行變速。純機械式純電氣式機械＋電氣式11.2.2生產機械對自動調速系統技術指標的要求（調速方案的選擇）

1.

靜態技術指標

1)

靜差度——生產機械運行時轉速穩定的程度。

S

應小於一定數值。

l

機械特性越硬，，轉速穩定性。

l

時，滿足S

要求；其他轉速時一定滿足S

要求。

靜差度調速範圍調速的平滑性普通設備普通車床龍門刨床冷軋機熱軋機造紙機S≤50%S≤30%S≤5%S≤2%0.2%~0.5%S≤0.1%

2)

調速範圍——生產機械所要求的轉速調節的最大範圍。

l

聯合調速時，D（生產機械）＝De（電氣）Dm（機械）。

3)

調速的平滑性——用兩個相鄰調速級的轉速差來衡量。

l

D一定，穩定運行轉速級數↑，調速的平滑性↑；級數→∞，稱無級調速。

l

不同的生產機械，可採用有級或無級調速。車床龍門刨床鑽床銑床軋鋼機造紙機進給機械20～12020～402～1220～303～1510～205～30000

2.

動態技術指標由於電磁、機械慣性，調速過程經過一段過渡過程，即動態過程。

1)

最大超調量

l

一般為(10～35)%。

l

，不滿足工藝要求；，過渡過程緩慢。超調量過渡時間★最大超調量★過渡時間★振盪次數SIMULINK仿真2)

過渡過程時間

T——從輸入控制（或擾動）作用於系統開始到被調量進入穩定值區間時為止的一段時間。超調量過渡時間3)

振盪次數——在過渡過程時間T內，在其穩定值上下擺動次數（圖中所示為1次）。

l

系統1：T較大

l

系統2：振盪次數較多

l

系統3：較理想如：龍門刨床——允許一次振盪；造紙機——不允許有振盪的過渡過程。系統超調量過渡過程時間T振盪次數性能10長無不好2大長多不好3小短中好11.2.3根據生產機械的負載性質來選擇電動機的調速方式

l

在調速過程中，電動機負載能力（即輸出）在不同下是不同的。

l

為保證在D

內電動機得到最充分利用，則選擇調速方案時，必須使電動機的負載能力與生產機械的負載性質相匹配。1.

生產機械的負載特性

1)

恒轉矩型——=常數，如：起重機、機床進給運動。

2)

恒功率型——=常數，如：車床主軸運動。注：粗加工精加工2.

電動機的負載能力（調速時）

1)

直流電機

——調壓調速（恒T型）、調磁調速（恒P型）

2)

交流電機

——變極調速、變頻調速

l

變極（p）調速——雙速非同步電動機，定子繞組

Y改成YY（恒T型），改成YY（恒P

型）。

l

變頻（f）調速——固有特性以上（恒P型，很少），以下（恒T型，常用）。直流電機調速變極調速變頻調速西門子ATV38系列節能型變頻調速器參數3.

配合性質電動機在調速過程中，輸出的T

和P

能否達到最大，取決於生產機械和的大小及其變化規律。1)

生產機械＝常數，調速方式選用恒T

型，且電動機。2)

生產機械＝常數，調速方式選用恒P型，且電動機。

故電動機在D

內任何下運行，均保持，使電動機得到最充分利用。11.3

幾種常見的直流傳動控制系統（簡介）晶閘管-電動機直流傳動控制系統電晶體-電動機直流脈寬調速系統微型電腦控制的直流傳動系統11.3.1晶閘管-電動機直流傳動控制系統單閉環直流調速系統雙閉環直流調速系統三閉環直流調速系統可逆直流調速系統

1.

單閉環直流調速系統（n

單閉環調速系統——速度調節器ASR

）L+--+ugUf△UUkαKPIaUdM+--++-TGUTGKs放大器觸發器晶閘管直流調速系統原理圖電路仿真速度設定電位器測速發電機電動機晶閘管3.靜特性分析

(1)各環節輸入輸出的關係

電動機電路

式中:

電樞回路的總電阻；

可控整流電源的等效內阻；

電動機的電樞電阻。

可控整流器

設可控整流器的放大倍數為Ks，則：放大器電路

設放大器的放大倍數為KP，則：

回饋電路

速度回饋信號電壓與轉速n成正比，設放大係數為

，則：Ke－電機結構常數；Φ－磁通；Ia－電樞電流；(2)靜特性——從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓放大倍數；——閉環系統的放大倍數。如果系統沒有轉速負回饋（即開環系統）時，則整流器的輸出電壓:

由此可得開環系統的機械特性方程:閉環系統的靜特性開環系統的靜特性(3)分析與結論

理想空載轉速在給定電壓一定時,

轉速降

如果將系統閉環與開環的理想空載轉速調得一樣，即，

調速範圍與靜差度

在最大運行轉速和低速時最大允許靜差度不變的情況下，開環：

閉環：

閉環系統的靜特性開環系統