本书是国家职业教育专业教学资源库机电一体化技术专业建设项目《电机驱动与伺服控制》的规划教材。全书分为8章,介绍了直流电动机、交流异步电动机、步进电动机和伺服电动机的结构和工作原理,变频器的工作原理,变频器的外围电路,三菱和西门子变频器的频率给定,步进驱动系统及其应用,三菱和西门子伺服驱动系统及其应用等内容。全书内容丰富,重点突出,强调知识的实用性。
随着计算机技术的发展,以可编程序控制器、变频器调速、计算机通信等技术为主体的新型电气控制系统已经逐渐取代传统的继电器电气控制系统,并广泛应用于各行业。变频器、伺服驱动和步进驱动是20世纪70年代以来随着电力电子技术、PWM控制技术的发展而发展起来的驱动装置。此应用技术在有的文献中也称为“运动控制”。由于其通用性强、可靠性好、使用方便,目前已在工业自动化控制的很多领域得到了广泛的应用。随着科技的进一步发展,变频器、伺服驱动和步进驱动产品的性能日益提高,价格不断下降,应用领域将更加广泛。
三菱的变频器和伺服系统在日系产品中具有代表性,性价比较高,在中国有一定的市场份额。西门子变频器和伺服系统是欧系同类产品的杰出代表,虽然价格高,但其功能强大,因此市场占有率很高。本书以三菱和西门子的品牌产品为例介绍变频器和伺服系统。本书的内容讲解力求简明而具体,用较多的小例子引领读者入门,让读者学完本书后,能够完成简单的工程;精选工程的实际案例,供读者模仿学习,以提高解决实际问题的能力。为了使读者能更好地掌握相关知识,我们在总结长期的教学经验和工程实践的基础上,联合相关企业人员,共同编写本书,力争使读者掌握变频器、伺服驱动和步进驱动技术的基本知识。
本书融入了一些生动的操作实例,以期提高读者的学习兴趣。与同类图书相比,本书具有以下特点。
(1)本书作为机电一体化技术专业国家资源库的子课题“电机驱动和伺服控制”的配套教材,配有丰富的动画、微课、PPT课件、教案、视频、题库、图片等资源,仅动画就有近200个。
(2)用实例引导读者学习。该书的大部分章节通过精选的例子进行讲解。例如,用例子说明工程创建的实现全过程。
(3)重点例子都包含软硬件的配置方案图、接线图和程序,而且为确保程序的正确性,程序已经在PLC上运行通过。
(4)实用性强,实例容易被读者进行工程移植。
本书由向晓汉和钱晓忠任主编,负责统校全书。张豪任副主编,无锡职业技术学院的郭琼教授任主审。全书共8章。第1章由无锡职业技术学院的陆伟和郑贞平编写,第2章由小天鹅股份有限公司的李润海编写,第3章由无锡职业技术学院的王芳琴和黎雪芬编写,第4章由无锡职业技术学院的王芳琴编写,第5章由无锡职业技术学院的向晓汉编写,第6章由无锡职业技术学院的钱晓忠编写,第7章由无锡职业技术学院的张豪编写,第8章由张豪、向晓汉和无锡雷华科技有限公司的陆彬编写。参加本书编写的还有无锡职业技术学院胡俊平、张楠等。
第1章 电动机及其调速方式
学习目标
1.1 直流电动机及其电气传动
1.1.1 电气传动系统的动力学基础
1.1.2 负载的机械特性
1.1.3 直流电动机概述
1.2 他励直流电动机的调速
1.2.1 直流电动机常用调速方法
1.2.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统
1.3 三相异步电动机及其电气传动
1.3.1 三相异步电动机的结构与工作原理
1.3.2 三相异步电动机的机械特性
1.3.3 三相异步电动机的启动
1.3.4 三相异步电动机的制动
1.4 交流调速系统的结构与工作原理
1.4.1 交流调速系统概述
1.4.2 三相异步电动机的调速方式
1.4.3 软启动器
习题
第2章 变频器的工作原理
学习目标
2.1 变频调速技术的发展及应用
2.1.1 变频器技术的发展历史
2.1.2 我国变频调速技术的发展概况
2.1.3 国外交流变频调速技术的现状
2.1.4 变频器技术的发展方向
2.2 三相异步电动机的变频调速
2.3 SPWM技术及SPWM逆变器
2.3.1 变频器电力电子器件
2.3.2 SPWM技术
2.3.3 SPWM逆变器
2.4 通用变频器电路
2.4.1 通用变频器的结构
2.4.2 通用变频器主电路
2.4.3 通用变频器的控制电路
习题
第3章 通用变频器的常用功能
学习目标
3.1 频率控制功能
3.1.1 变频器的输出频率设定
3.1.2 极限频率和回避频率
3.1.3 频率增益和频率偏置
3.2 U/f控制功能
3.2.1 U/控制方式
3.2.2 转矩补偿功能
3.2.3 节能运行控制功能
3.3 矢量控制功能
3.3.1 矢量控制实现的基本原理
3.3.2 高性能变频器的自整定功能
3.4 运行控制与保护功能
3.4.1 加速曲线和减速曲线
3.4.2 点动控制(寸动控制)
3.4.3 制动控制
3.4.4 过载保护功能
3.5 变频器的PlD闭环控制功能
3.5.1 PID控制原理简介
3.5.2 变频器的转速闭环控制
3.5.3 变频器的PID控制应用实例
习题
第4章 通用变频器的运行与频率给定
学习目标
4.1 变频器操作面板介绍
4.1.1 西门子MM440变频器基本操作面板介绍
4.1.2 三菱FR-D700变频器基本操作面板介绍
4.2 变频器正反转控制功能
4.2.1 正反转控制方式
4.2.2 二线制和三线制
4.3 面板操作给定
4.4 变频器UP/DOWN功能
4.4.1 西门子MM440变频器UP/DOWN功能的实现
4.4.2 三菱FR-D700变频器UP/DOWN功能的实现
4.4.3 UP/DOWN功能的应用
4.5 多段速给定
4.6 模拟量输入给定
4.7 通信方式给定
4.7.1 变频器通信数据传送方式
4.7.2 变频器通信控制的通信接口
4.7.3 变频器通信控制的通信协议
4.7.4 使用USS协议的步骤
4.7.5 USS通信硬件连接要点
4.7.6 USS通信的应用
4.7.7 变频器通信控制的优点
习题
第5章 变频器外围器件与常用外围电路
学习目标
5.1 变频器的配线和外围开关器件
5.1.1 主电路的配线
5.1.2 接触器的选用
5.1.3 断路器的选用
5.1.4 快速熔断器的选用
5.1.5 电抗器的选用
5.2 变频器的选型
5.2.1 根据负载的机械特性选择变频器
5.2.2 根据负载的工艺特性选择变频器
5.2.3 根据容量选择变频器
5.2.4 根据箱体结构选择变频器
5.2.5 选用变频器的其他事项
5.3 变频器启动与正/反转控制电路
5.3.1 变频器的启动控制电路
5.3.2 变频器的正/反转控制电路
5.4 变频器并联控制电路
5.4.1 由模拟电压输入端子控制的并联运行
5.4.2 由升/降速端子控制的同速运行电路
5.5 变频器制动及保护控制电路
5.5.1 电动机四象限运行
5.5.2 变频器的再生制动状态
5.5.3 变频器的制动
5.5.4 报警及保护控制电路
5.6 工频/变频切换控制电路
5.6.1 继电器控制切换电路
5.6.2 PLC控制变频/工频自动切换
5.7 工程案例
习题
第6章 步进电动机控制系统安装与调试
学习目标
6.1 步进驱动系统的结构和工作原理
6.1.1 步进电动机概述
6.1.2 步进电动机的结构和工作原理
6.1.3 步进驱动器工作原理
6.2 步进电动机的选型
6.2.1 步进电动机最大速度
6.2.2 步进电动机定位精度
6.2.3 步进电动机力矩
6.3 步进电动机控制系统的应用
6.3.1 PLC高速输出点控制步进电动机
6.3.2 西门子S7-200控制步进电动机的调速
6.3.3 步进电动机的正/反转
6.4 定长剪切机的PLC控制
6.4.1 系统软硬件配置
6.4.2 编写控制程序
习题
第7章 伺服电动机控制系统安装与调试
学习目标
7.1 伺服电动机控制系统安装、调试与运行
7.1.1 交流伺服电动机的结构
7.1.2 伺服驱动器工作原理
7.1.3 伺服系统的工作模式
7.1.4 伺服系统的安装与接线
7.1.5 伺服驱动器各端子的功能及控制电路设计
7.1.6 伺服系统的参数
7.2 工程案例
7.2.1 脉冲输出指令
7.2.2 伺服系统案例
习题
第8章 综合控制系统安装与调试
学习目标
8.1 二轴桁架机器人控制系统安装、调试与运行
8.1.1 桁架机器人的特点
8.1.2 二轴桁架机器人概述
8.1.3 桁架机器人控制系统电气原理图
8.1.4 二轴桁架机器人伺服驱动器参数设置
8.1.5 人机界面设计
8.1.6 编写控制程序
8.2 PCB下载检测线控制系统安装与调试
8.2.1 PCB下载检测线系统描述
8.2.2 PCB下载检测线系统设计
习题
参考文献