第四章控制工程中常用驱动控制技术

第四章控制工程中常用的驱动控制技术4.1继电接触式控制系统在以电动机为动力的生产机械中，要根据生产过程的要求对电动机进行起动、停止、正转或反转、调速及制动等方面的控制。

对电动机的控制常要用到开关、继电器及接触器等控制电器组成的控制电路——这种控制电路称为继电接触式控制系统。

控制电器可分为两大类：手动电器，如按钮、组合开关及闸刀开关等；自动电器，如继电器、接触器及行程开关等。4.1.1电气控制线路的图形、文字符号1、图形符号及文字符号(1990年1月1日开始执行的)由国家标准局颁布的GB/T4728.1~5-2005及其GB/T4728.6~13-2008

《电气图用符号》及GB/T6988-2008《电气制图》和GB/T7159-1987《电气技术中的文字符号制订通则》。常用电气图形符号和文字符号如P99的表4-1和表4-2，表4-3所列。2、接线端子标记符合国家标准GB4026-1983《电器接线端子的识别和用字母数字符号标记接线端子的通则》。4.1.2电气原理图画法1、电气控制线路的定义以各类电机或其他执行电器为被控对象，以继电器、接触器、按钮、行程开关、保护元件等器件组成的控制线路，通称为电气控制线路，即继电接触式控制系统。2、电气控制线路的表示方法

电气控制原理图、电气设备安装图和电气设备接线图三种动作电流范围整定值

CW6132型普通车床电气原理图

绘制电气原理图应遵循的原则①所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。②电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。③采用电器元件展开图的画法，即同一电器元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。④所有按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。⑤控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列。◆图面区域的划分按被控对象和控制功能的不同进行划分。电气控制原理图电气设备安装图各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置安装图机械设备的工作要求机械设备的结构电动机与被拖动的机械部件传感器与被检测信号的来源点电气元件的操作、检修等需求信号传输的需求，电缆的分布等等CW6132型车床控制盘电器布置图电器元件的布置应注意以下几方面：①体积大和较重的电器元件应安装在电器安装板的下方，而发热元件应安装在电器安装板的上面。②强电、弱电应分开，弱电应屏蔽，防止外界干扰③需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低。④电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类似的电器安装在一起，以利安装和配线。⑤电器元件布置不宜过密，应留有一定间距。如用走线槽，应加大各排电器间距，以利布线和维修。CW6132型车床电气设备安装布置图电气设备接线图各种电气设备之间的实际接线情况CW6132型车床电气互连图4.1.3笼型电动机（三相笼型异步电动机）的起动控制线路三相笼型异步电动机的控制线路大都由继电器、接触器和按钮等有触点的电器组成。其基本的控制线路有：直接起动控制线路、正反转控制线路、减压起动控制线路、点动与连续运动的控制线路、多地点控制线路、顺序控制线路和自动循环控制线路。

1、直接起动控制线路

KM12FRFU1SB1SB2KMKMFR控制电路主电路QFU2M3~M3~FRSB1SB2FRKMKMKMFUABC控制电路具有的功能1、短路保护FU2、过载保护FR3、失压、欠压保护KM4、自锁KM5、SB2起动按钮6、SB1停车按钮Q若将控制电路中的自锁触点KM除去，就可以实现对电动机的点动控制。按下起动按钮电动机就转动，一松手就停止。点动控制在生产中也是常见的。M3~FRSB1SB2FRKMKMKMFUABC此时，无自锁。Q2、笼型电动机正反转的控制线路FRFUKMFSKMR要使电动机给够实现反转，只要把接到电源的任意两根联线对调一头即可。为此用两个接触器来实现这一要求。设KMF为实现电机正转的接触器，KMR

为实现电机反转的接触器。ABCUVW合上S

接通电源其主触点闭合让KMF线圈通电

三相电源ABC分别通入电机三相绕组UVW，电动机正转。其主触点闭合让KMR线圈通电

三相电源ABC通入电机三相绕组变为A—U

未变，但B—W，C—V。电动机将反转KMF线圈断电，主触点打开，电机停。M3~→电机正转并自锁

主电路笼型电动机正反转的控制线路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRSM3~KMRKMRSBRKMRKMFKMR控制电路动作次序按SBF→

KMF通电动合触点闭合→实现互锁功能合上S接通电源动断触点打开按SB1

→KMF断电→电机停转按SBR→

KMR通电动合触点闭合→

实现互锁功能动断触点打开→电机反转并自锁缺点：要想改变电机转向，必须先按停止按钮。3、笼型异步电动机的减压启动控制线路

较大容量的笼型异步电动机（大于10kw）直接启动时，电流为其额定电流的4—8倍，过大的启动电流会对电网产生巨大的冲击，所以一般采用减压方式来启动，即起动时降低电动机定子绕组的电压，起动后恢复，降低电压可以减小起动电流，不产生大的电压降，减小对线路电压的影响。降压起动的方式：◆“Y-Δ”换接◆定子串电阻◆自藕变压器◆磁控式软启动器◆目前最先进最流行的电子软启动器星-三角形减压起动控制线路定子绕组星形连接状态下起动电压为三角形连接直接起动电压的。起动转矩为三角形连接直接起动转矩的，起动电流也为三角形连接直接起动电流的。4.1.4电气控制线路的设计一、电气控制设计的一般原则二、电气控制设计的基本任务和内容三、电气控制原理图设计的基本步骤四、电气控制原理图的设计方法◆最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。◆在满足控制要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。◆正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作。◆为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当裕量。一、电气控制设计的一般原则电气控制系统设计的基本内容是根据控制要求，设计和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等。包括电气原理图设计和电气工艺设计两部分。1、电气原理图设计内容◆

拟定电气设计任务书◆选择电气拖动方案和控制方式◆

确定电动机类型、型号、容量、转速◆设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟订各部分技术指标与要求二、电气控制设计的基本任务和内容◆

设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数◆

选择电气元件，制定元件目录清单◆

编写设计说明书2、电气工艺设计内容◆

依据电气原理图，绘制电气控制系统的总装配图及总接线图◆

对总原理图进行编号，绘制各组件原理电路图，列出各部件的元件目录表◆设计组件电器装配图、接线图，图中应反映元件的安装方式和接线方式◆

编写使用维护说明书◆

根据选定的拖动方案和控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。◆

根据各部分的要求，设计出原理框图中各部分的具体电路。对于每一部分电路的设计都是按照主电路→控制电路→联锁与保护→总体检查，反复修改与完善的步骤来进行。◆

绘制系统总原理图。按系统框图结构将各部分电路联成一个整体，完善辅助电路，绘成系统原理图。◆

合理选择电气原理图中每一电器元件，制订出元器件目录清单。三、电气控制原理图设计的基本步骤经验设计法和逻辑设计法两种1、经验设计法

经验设计法是根据生产机械的工艺要求和加工过程，利用各种典型的基本控制环节加以修改补充、完善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环节可采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。采用经验设计法，一般应注意以下几个问题：四、电气控制原理图的设计方法（1）保证控制线路工作的安全和可靠性电器元件要正确连接，电器的线圈和触头连接不正确，会使控制线路发生误动作，有时会造成严重的事故。◆线圈的连接在交流控制线路中，线圈不能串联接入两个电器线圈，如下图。两个电器需要同时动作时，线圈应并联连接。KAKM1KM2◆电器触头的连接同一个电器的常开触头和常闭触头位置靠得很近，不能分别接在电源的不同相上。如下图所示不正确正确◆线路中应尽量减少多个电器元件依次动作后才能接通另一个电器元件，如下图所示。

◆应考虑电器触头的接通和分断能力，若容量不够，可在线路中增加中间继电器，或增加线路中触头数目。增加接通能力用多触头并联连接；增加分断能力用多触头串联连接。（2）控制线路力求简单、经济◆尽量减少触头的数目◆

尽量减少连接导线◆

尽量减少电器元件的带电时间减少触头数目减少连接导线不合理合理（3）防止寄生电路控制电路在正常工作或事故情况下，发生意外接通的电路叫寄生电路。若控制电路中存在寄生电路，将破坏电器和线路的工作顺序，造成误动作：如图所示电路在正常工作时能完成正、反向起动，停止时信号指示，但当热继电器FR（K）动作时，线路出现了寄生电路，图中虚线所示，使正向接触器KM1不能释放，起不了保护作用。（4）应具有必要的保护环节◆短路保护◆过流保护◆欠电压◆过载保护◆零电压保护电气控制线路常用保护环节（5）经验设计法的应用举例◆工艺简介右图为钻削加工时刀架的自动循环示意图，具体要求为：自动循环：即刀架由位置1移动到位置2进行钻削加工后自动退回位置1，实现自动循环。无进给切削：即钻头到达位置2时不再进给，但钻头继续旋转进行无进给切削以提高工件加工精度。快速停车：停车时，要求快速停车以减少辅助工时。SQ2SQ1◆控制线路的设计

设计主电路确定控制电路的基本部分刀架前进、后退的控制线路设计控制电路的特殊部分刀架的自动循环控制无进给切削的实现快速停车的实现2、逻辑设计法逻辑设计法是把电器控制线路中的接触器、继电器等电器元件线圈的通电和断电、触头的闭合和断开看成是逻辑变量，线圈的通电状态和触头的闭合状态设定为“1”态；线圈的断电状态和触头的断开状态设定为“0”态。根据工艺要求将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，然后由简化的逻辑函数式画出相应的电气原理图，最后再进一步检查、完善，以期得到既满足工艺要求，又经济合理安全可靠的最佳设计线路。用逻辑函数来表示控制元件的状态，实质上是以触头的状态作为逻辑变量，通过简单的“逻辑与”、“逻辑或”、“逻辑非”等基本运算，得出其运算结果，此结果即表明电器控制线路的结构。例：两台异步电动机的起停控制某机床由两台三相笼型异步电动机M1与M2拖动，其控制要求为：1、M1