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1、控制理论基础(II),交通大学精品课程系列,课程负责人：杨汝清 教授 曹其新教授,顾问： 王显正 教授,1.2所涵盖的技术范畴,1.1 机电工程 定义,1.3 机电工程教科书,1.4 研究领域,1.5 继电器接触器控制系统的解释,1.1 机电工程 定义,Mechatronics is defined as the synergetic (协作的) integration of mechanical engineering with electronic and intelligent computer control in the design and manufacturing of ind
2、ustrial products and processes. (IEEE Transactions on Mechatronics, vol. 1, no. 1, March 1996.),机电工程是一门在工业产品的设计制造中以机械工程、电气与智能控制为基础的整合性技术。,1.2所涵盖的技术范畴,Modeling and design; system integration; actuators and sensors; intelligent control; robotics; manufacturing; motion control; vibration and noise cont
3、rol; micro devices and optoelectronic system; automotive systems; other application.,机电工程的其它诠释, What is Mechatronics?, Johannes Kepler University of Linz, Austria What is Mechatronics?, Institute for Mechatronics, University of Chemnitz, Germany What is Mechatronics, anyway?, University of Sydney, A
4、ustralia Mecha.what?, Politecnico di Torino, Italy Introduction, University of Darmstadt, Germany,1.3 机电工程教科书,1 机电控制技术，王显正 2 D. K. Miu, Mechatronics: Electromechanics and Contromechanics, New York, Springer-Verlag, 1993. 3 J. R. Hewit, Mechatronics: , New York, Springer-Verlag, 1993.,1.4 研究领域,系统整合：
5、包含了实时多任务软件、实时控制、人机接口、自我诊断、模型化方法、反馈控制系统分析与设计、智能型控制等等。 系统组件：包含了控制器(controller)、致动器(actuator)、传感器(sensor)、 微机电系统感测致动组件、电子组件、光电组件、功率组件(power devices)等等。 应用领域：例如机器人学(robotics)、运动控制(motion control)、 噪音控制(noise control)、震动控制(vibration control)、引擎控制(engine control)、飞行控制(flight control)等等。 应用系统：例如机器人(robot)、
6、计算机数控(CNC)、复印机、 激光打印机、光驱、磁盘驱动器、电动汽车、摄影机等等。,1.5 继电器接触器控制系统的解释,继电器接触器控制系统是应用最早的控制系统，它由各种有触点的接触器、继电器、控制器、行程开关等低压电器组成的控制系统。 此系统具有结构简单、容易掌握、维护检修简便、价格低廉等特点，多年来在工业生产中得到广泛应用。 为此,下一章结合实际自动化项目和工程，简单介绍继电器接触器控制系统的工作原理、组成及特点。,This is End of Chapter 1,控制理论基础(II),交通大学精品课程系列,课程负责人：杨汝清 教授 曹其新教授,顾问： 王显正 教授,2.1 常用低压电器
7、,2.2 主要技术指标,2.3 电气原理图的画法规则,2.4 基本控制电路,2.1 常用低压电器,低压电器定义 电器定义：根据外界特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象控制的器件称为电器。 低压电器：直流1500V以下的电器；交流1200V以下的电器。,低压电器分类,按作用，一般分为两类：低压配电电器、低压控制电器。 低压配电电器 用于输配电系统，典型产品有：刀开关、自动开关、熔断器等； 低压控制电器 用于电力拖动控制系统，典型产品有：继电器、接触器、主令电器等。,1、绝缘强度 指电器元件的触头处于分断状态时，动静头之间耐受 的电压值。 2
8、、耐潮湿性能 指保证电器可靠工作的允许环境潮湿条件。 3、极限允许温升 为防止过度氧化和烧熔而规定的最高温升值 (温升值测得实际温度环境温度)。 4、操作频率 在单位时间(1小时)内允许操作的最高次数。 5、寿命,2.2 主要技术指标,一 开关电器 1 刀开关 功能：通断电源 选型： 电压 电流大于额定 工作电流的三倍,图21刀开关的图形符号及文字符号,转换开关 功能：电源隔离 选型：接通次数小于1520/h 电流（1.52.5倍）,图22转换开关的图形及文字符号,自动开关,功能：有故障时，自动切断电路 （过压，过流，短路，失压等） 选型：电压电流不小于正常工作值,电磁式漏电保护开关 主要用于
9、交流50HZ,电压250V线 路的漏电、触电、过载、短路保护,作用： 不频繁地接通或断开电路 具有过载、短路、失压保护功能 分类： 按其用途自动开关可分为：保护线路、保护电动机、保护照明电路； 按其所含有的脱扣器自动开关可分为：失压脱扣器、过载脱扣器、过电流脱扣器等； 按主电路极数自动开关可分为：单极、双极、三极。,结构及工作原理（以过电流脱扣器的自动开关为例）,结构：不论那种自动开关，从结构看都是有三部分组成： l 各种脱扣器（感测元件）接收电路的故障信号； l 操作机构（机械传递部件）由脱扣器接收信号后，由它实现自动/手动跳闸的任务。 l 主触点及灭弧系统（执行部分）接通/分断主电路；,文
10、字符号及文字符号： 文字符号：QF 图形符号： 选型：选择自动开关时，其额定电压和额定电流应不小于电路正常工作的电压和电流，脱扣器的整定电流与所控的电动机或负载额定电流一致。,控制按钮 AC 380V DC220V 5A 红色：停止 绿色：启动 选型：触点数，场合，颜色 种类：常开，常闭，复合,限位开关 种类：常开、常闭 作用：控制方向，行程大小，位置保护 选型：机械位置触点数目,图2-5 行程开关的图形及文字符号,LX系列行程开关本系列开关适用于50赫兹，电压220伏 至380伏的控制电路上，作控制 运动机构的行程，变换其运动方向或速度用,熔断器,功能：串在要保护的 电路中，进行短路保护和严
11、重的过载保护 选型：额定电压应该大于或等于线路的额定电压; 额定电流应该大于或等于熔体的额定电流 (核心),图26 熔断器的图形,继电器,作用：根据某种输入信号的变化，接通/断开控制电路，实现控制目的。 分类： 按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器及压力继电器等； 按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。,结构及工作原理（以电磁式电流继电器为例）,1 铁芯、线圈、动/静触点等组成。 2 按断电时触点是开还是闭合，可将触点分为常开触点或常闭触点； 3 按线圈接收的是直流还是交流，继电器可分为交流继电器或直
12、流继电器,图形及文字符号 文字符号 AI（电流继电器）、 KV（电压继电器）、 KT（时间继电器）、 FR（热继电器） 图形符号见教材11页 选型 电流继电器主要根据主电路的电流种类和额定电流来选择,电压继电器 （并联）,欠电压 40%70% 过电压 110%115% 零电压 525%,中间继电器,特点：中间继电器（KA）实质上是电压继电器的一种，但它的触点数多，触点的容量大（额定电流510A）。 作用：信号传递、放大、分路、反相。,时间继电器,定义：时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。 种类：断电延时时间继电器、通电延时时间继电器。另按其工作原理不同，时间继电器又可分为：电
13、磁阻尼式、空气阻尼式、晶体管式时间继电器。,a) 线圈一般符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭合常开触点 e) 延时断开常闭触点 f) 延时断开常开触点 g) 延时闭合常闭触点 h) 瞬动常开触点 i) 瞬动常闭触点,热继电器,作用：利用热效应原理，对电机或电气设备过载起保护作用。有热惯性，不能用于短路保护。 文字符号：FR 选型：根据电动机的额定电流来确定型号和热元件的额定电流等级 注意：电机的主电路中熔断器和热继电器都是需要的,热继电器的图形及文字符号,a) 热元件 b) 常闭触点,速度继电器,作用：用于笼型异步电动机的反接制动控制 动作转速： 120RPM 复位转速
14、小于 100RPM 在30006000RPM 以下可靠工作,速度继电器的图形及文字符号 a) 转子 b) 常开触点 c) 常闭触点,接触器,作用：接触器是一种用来频繁地接通或断开有负载的主电路的自动控制器。 与继电器的区别： l 主、辅触点之分 l 按主触点通过的电流是直流还是交流，接触器分为直流/交流接触器。 l 主触点容量大。,图27 接触器的图形符号 a)线圈 b)常开触点 c)常闭触点,2.3 电气原理图的画法规则,电气控制系统图定义：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，可用一定的图形表达出来，这种图称为电气控制系统图。 电气控制系统图的
15、种类： 电气原理图 电器元件布置图 电气安装接线图,电气原理图的定义：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.电气原理图的作用：便于阅读和分析控制系统。电器元件布置图的定义：表明电器设备在机械设备上和控制柜中的实际安装位置的图.电器元件布置图的作用：便于制造、加工、安装.电气安装接线图的定义：表明各电器之间的实际连接的图.电气安装接线图的作用：便于配线检修。,绘制电气原理图的基本规则,原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路用粗实线表示，画在左边（或上部）；辅助电路用细实线表示，画在右边（或下部）； 原理图中，各电器元件采用国家规定的图形符号来画，属于同一电器的线圈和
16、触点，都用同一文字符号表示。当使用相同类型电器时，可在文字符号后加数字序号来区分。 同一电器元件的各个部件可不画在一起，根据便于阅读和分析的原则来画。,4、原理图中所有电器的触点，都按没有通电或外力作用时的开闭状态画出。 5、原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，用黑圆点表示。 6、原理图中，各电器元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平或垂直布置。 7、在原理图上方将图分为若干图区，并表明该区电路的作用。在原理图下方用数字编号图区。,绘制电气原理图的基本规则,2.4 基本控制电路,1、启动、自锁与停止控制电路 生产设备在使用时，一般都必须有启动与停止按钮，用于控制设备的启动与停止。 2、长动与点动控制：生 产设备在正常情况下是连续工作，即所谓长动；而点动是指按下按钮时，设备工作，手松开按钮时，设备立即停止工作。 3、互锁控制 所谓互锁实际上是指多组控制电路相互禁止，即一个动作禁止其
