电力拖动基础知识

电力拖动基础知识维修电工技师考证复习之三

一、电力拖动和电力拖动系统

1. 电力拖动——用电能来驱动和控制生产机械

拖动——驱动、控制

电力拖动设施由三个部分组成：

1）电动机

2）电动机的控制设备和保护设备

3）电动机与生产机械的传动装置

在电力拖动的运动环节中生产机械对电动机运转的要求：

1）启动.

2）改变运动的速度（调速）

3）改变运动的方向（正反转）

4）制动

电能是现代工业生产的主要能源和动力，

电动机是将电能转换为机械能来拖动生产机械的驱动元件。

电动机与其他原动力（如内燃机、蒸汽机等）相比，电动机的控制方法更为简便并可实现遥控和自动控制。

2. 电力拖动系统——用电动机拖动生产机械运动的系统

电力拖动系统主要由：电动机

传动机构

控制设备这三个基本环节组成。

电动机与传动机构以及控制设备三者之间的关系如下图所示：

由于开环的电力拖动系统无反馈装置，只有闭环系统中使用反馈装置，上图中反馈装置及反馈控制方向用虚线表示。图中点划线框内为电力拖动系统。

二、电力拖动系统的控制方式

1. 继电——接触器式有触点断续控制

电力拖动的控制方式是由手动控制逐步向自动控制方向发展的。

最初的自动控制是用数量不多的继电器、接触器及简单的保护元件组成的继电——接触器系统，由于继电器、接触器均为有触点的控制电器，所以又称为有触点控制系统。这种控制具有使用的单一性，即一台（套）控制装置只适用于某一固定控制程序的设备，如果控制程序要发生变化，必须重新接线。

而且这种控制的输入、输出信号只有通和断两种状态，所以这种控制是断续的，又称为断续控制。

2. 连续控制

为了使控制系统具有良好的静态特性和动态特性，常采用反馈控制系统。

反馈控制系统由连续控制元件作为反馈装置，它不仅能反映信号的通、断状态，还能反映信号的大小和强弱的变化。

这种由连续控制元件组成的反馈控制系统成为闭环控制系统，又称为连续控制系统。

3. 可编程无触点断续控制

20世纪60年代出现了顺序控制器，它能根据生产的需要灵活的改变程序，使控制系统具有较大的灵活性和通用性。

但是，顺序控制器仍然采用的是硬件手段（有触点），而且体积大，功能也受到了一定的限制。

1968年，美国通用汽车公司（GM）为了适用生产工艺不断更新的需要，希望用电子化的新型控制器代替继电器控制装置，并对新型控制器提出了“编程简单方便、可现场修改程序、维护方便、采用插件式结构、可靠性要高于继电器控制装置”等10项具体要求。

1969年，美国数字设备公司（DEC）根据上述要求，研制出了世界上第一台可编程控制器，并成功运用到美国通用汽车公司的生产线上。其后日本、德国等国家相继研制出可编程控制器。

早期的可编程控制器是为了取代继电器控制系统，仅有逻辑运算、顺序控制、计时、计数等功能, 因而称为可编程逻辑控制器（PLC）。

20世纪80年代，随着大规模集成电路和微机技术的发展, 在PLC中采用

微处理器, 使可编程逻辑控制器的功能大大加强, 远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围, 具有计算机功能, 故称为可编程控制器（PC）。

为了与个人计算机PC区别开来, 我们将可编程控制器仍称为PLC。

PLC的存储器的发展过程：

ROM —只读存储器，生产厂家将程序固化到ROM芯片内。

RAM —随机读取存储器, 用户可随时修改应用程序，但当芯片的供电电源断电后, 其所存储的信息就会丢失。

CMOS－RAM —加入后备电池（锂电池）以保证这种低功耗的芯片电源断电后能完整保存程序而不丢失。

EPROM —紫外线可擦除、电可改写的只读存储器。

EEPROM —电可擦除、电可改写的只读存储器。

国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器的标准对PLC作了如下定义：

可编程控制器是一种数字运算的电子系统, 专为工业环境应用而设计。它采用可编程的存储器, 用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令, 并通过数字式、模拟式的输入和输出来控制各类机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备都应易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC的特点：

1) 可靠性高、抗干扰能力强。

2) 通用性强、容易扩充功能。

3) 指令简单、编程易学、使用方便。

4) 体积小、重量轻、能耗低。

5) 系统的设计、施工和调试周期短，具有在线修改功能，且维护方便。

4. 计算机自动控制

计算机自动控制就是在整个自动控制系统中的比较器和控制器这两个很重要的环节运用计算机来代替，使之成为一个完整的计算机自动控制系统。

计算机自动控制在整个自动控制系统中的位置与关系如下图：

在计算机控制的系统中充分利用了计算机的运算、逻辑判断和记忆功能。在系统中的给定值和反馈量都是二进制数字信号，因而从被控量取样的信号要经过将摸拟量转换为数字量的A/D转换器。

当计算机接收了给定值和反馈量后，运用计算机中微处理器的各种指令，就能将两者的偏差进行运算（如PID运算），再经过将数字信号转换成模拟信号的D/A转换器输出到执行器，便完成了对被控量的控制作用。

如果要改变控制规律，只要改变计算机的程序就可以了，这就是计算机控制的最大优点。

从本质上分析，计算机控制过程可以归纳为三个方面：

1）实时数据采集

对被控量的瞬时值进行检测并即时输入。

2）实时决策

对实时的给定值与被控量的数据进行已确定的控制规律的因素来决定控制过程。