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1、摘 要 機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一。機械手的機械結構采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件組成；電氣方面有交流電機、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、檢測技術等，是機電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅動橫軸、豎軸變頻器，控制機械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關將位置信號傳給PLC主機；位置信號由接近開關反饋給PLC主機，通過交流電機的正反轉來控制機械手手爪的張合，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的

2、作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數(shù)。 關鍵詞：機械手 PLC 變頻器 交流電機 Abstract Manipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices comp

3、osition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by thr

4、ee PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through th

5、e exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducte

6、d operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. Key Words: Manipulator PLC Inverter AC motor 目 錄 摘 要 1 ABSTRACT 2 引 言 4 第一章 機械手機械結構 5 1．1 傳動機構 5 1．2機械手夾持器和機座的結構 6 第二章可編程控制PLC 8

7、 2．1 PLC簡介 8 2．2 PLC內部原理 10 A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 11 B. 系統(tǒng)RAM存儲區(qū) 11 C．用戶程序存儲區(qū) 11 2．3 PLC的工作原理 12 2．4 PLC機型的選擇方法 15 2．6 機械手PLC選擇及參數(shù) 17 第三章 三相異步電動機的工作原理及結構 19 3．1 三相異步電動機的結構 19 3．2 三相交流電機工作原理 23 3．3 三相電動機的轉動原理 25 3．3 機械手電機的選用 29 第四章 變頻器 29 4.1變頻器的構成 30 4.2 變頻器的分類和控制方式 34 4.3 FR-A540變頻器 37

8、 第五章 機械手PLC控制系統(tǒng)設計 40 5．1 機械手的工藝過程 40 5．2 PLC控制系統(tǒng) 42 致答謝詞 48 參考文獻 49 引 言 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。 工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新的技術，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機械制造

9、生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。該裝置機械部分有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等；電氣方面由交流電機、變頻器、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術，結合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。 由于時間倉促和個人水平限制，我的設計存在著許多還沒來得及解決

10、的問題，希望廣大老師、同學能夠給予批評指正并予以解決。 第一章 機械手機械結構 1．1 傳動機構 1．螺旋機構 螺旋機構由螺桿、螺母和機架組成，其主要功能是將轉動變換為直線運動，并同時傳遞運動和動力，按螺旋副中的摩擦性質，螺旋機構可以分為滑動螺旋機構和滾動螺旋機構兩種類型。按用途可以分為傳力螺旋、傳導螺旋和調整螺旋三種類型。 螺旋機構具有結構簡單，制造方便，傳動平穩(wěn)，無噪聲易于自鎖等優(yōu)點。 2. 滑動螺旋機構 螺旋副內為滑動摩擦的的螺旋機構，稱為

11、滑動螺旋機構?；瑒勇菪龣C構所用的螺紋為傳動性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。 滑動螺旋機構由螺母和螺桿組成。根據(jù)機構的組成及運動方式，滑動螺旋機構又分為以下兩種。 （1）．由螺母和螺桿組成的滑動螺旋機構，螺母與機架固聯(lián)，螺桿轉動并移動（如圖1-1b所示），這種螺旋機構以傳遞動力為主，故又稱傳力螺旋機構。一般要求用較小的轉矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時間短，速度較低的場合。 （2）．由螺母、螺桿和機架組成的滑動螺旋機構，如圖1-1a所示，螺桿轉動，螺母移動，這種螺旋機構以傳遞運動為主，故又稱為傳導螺旋機構。 本文所介紹的機械手的豎軸就是用的傳導螺旋機構。這種傳動形式結構緊湊，剛度

12、較大，傳動效率高，精度高。 （a）螺桿轉動，螺母移動 (b) 螺母固定，螺桿轉動并移動 圖1-1 3．滾動螺旋機構 螺旋副內為滾動摩擦的螺旋機構，稱為滾動螺旋機構或滾珠絲杠。其機構特點是在螺桿和螺母之間設有封閉循環(huán)滾道，并在其間放如剛球，當螺桿轉動時，剛球沿螺旋滾道滾動并帶動螺母作直線運動。按循環(huán)方式的不同，分為外循環(huán)和內循環(huán)兩種形式。 滾珠始終在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內循環(huán)。滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖1-2所示

13、）。外循環(huán)螺母只需設置一個反向器，當滾珠進入反向器時，就被阻止而轉彎，從返回通道回到滾道的另一端，形成一個循環(huán)回路。 機械手的橫向運動采用的便是滾動螺旋傳動。滾動螺旋機構摩擦阻力小，動作靈敏度高，傳動效 率高，可達90%以上。用調整的方法可消除間 隙，傳動精度高。 圖1-2 1．2機械手夾持器和機座的結構 1．機械手夾持器 機械手的機械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運動方式可分為平移型和回轉型。回轉型手抓有可分為單支點和雙支點回轉型，按夾持方式可以分為外夾式和內撐式。按驅動方式可以電動、

14、液壓和氣動三種。 回轉型夾持器結構較簡單，但當所夾持的工件直徑有變動時，將引起工件軸心的偏移。對平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置。但其機械機構繁雜，體積大，制造精度要求高。所以當設計機械手夾持器的時候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結構比較簡單回轉型夾持器。 本文設計的機械手采用的是楔槽杠桿式回轉型夾持器。如右圖所示，裝在桿上端的滾子3和楔塊之間為滾動接觸。當電機帶動連桿前進時，通過楔塊4的斜面和杠桿1，使兩個手抓產(chǎn)生加緊動作和加緊力。當楔塊后移時，靠彈簧的拉力使手指松開。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動接觸

15、，摩擦力小，活動靈活，且機構簡單。 2．機座 機座是機械手的支撐部件，機座承受機械手的全部重量和工作載荷，所以機座應有足夠的強度、剛度和承載能力。另外機座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機械手工作時的穩(wěn)定行。 如圖1-3所示，機械手采用普通軸承作為支撐元件的機座支撐結構。這種結構有制造簡單、成本低、安裝調整方便等優(yōu)點。圖中電動機3經(jīng)減速器4、主動小齒輪5、中間齒輪6、大齒輪7驅動絲桿2旋轉，從而驅動升降臺上下運動。整個機座安裝在基座8上。 第二章可編程控制PLC 2．1 PLC簡介 自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Contro

16、ller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家P

17、LC的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領域占據(jù)著十分重要的位置。 　　 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始

18、步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。 　　相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一

19、個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 通用PLC應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入

20、式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器 2．2 PLC內部原理 PLC實質上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一 的。如圖2.1所示， PLC硬件的基本結構圖所示： 編程器 中央處理單元 （CPU） 輸入電路 輸出電路 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū) 電源 圖2-1 PLC硬件的基本結構圖 （1）中央處理單元（CPU） 中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語

21、法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū), 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術運算等任務。并將邏輯或算術運算等結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行為止。 （2）存儲器 與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構成一臺完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 PLC存儲空間的分配：雖然大、中

22、、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）和用戶程序存儲區(qū)。 A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該PLC的各項功能。 B. 系統(tǒng)RAM存儲區(qū) 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲區(qū)。 （A

23、）I/O映象區(qū) 由于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應的外設。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關量I/O占用存儲單元中的一個位（bit）, 一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字（16個bit)。因此，整個I/O映象區(qū)可看作由開關量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。 （B）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) 除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲區(qū)還包括PLC內部各類軟設備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。該存

24、儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由內部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內的數(shù)據(jù)得以保留；后者當PLC停止運行時，將這部分存儲單元內的數(shù)據(jù)全部置“零”。 C．用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲容量各不相同，一般來說，隨著PLC機型增大其存儲容量也相應增大。不過對于新型的PLC，其存儲容量可根據(jù)用戶的需要而改變。 D．常用的I/O分類 常用的I/O分類如下： 開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-2

25、0mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 　　除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 （3）PLC電源 PLC電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對PLC內部的所有器件提供一個穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電

26、網(wǎng)上去。 可編程序控制器一般使用220V交流電源。可編程序控制器內部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關）提供24V直流電源。驅動現(xiàn)場執(zhí)行機構的電源一般由用戶提供。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計算機程序實現(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結構在功能上某些相似之處。 2．3 PLC的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)

27、，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機 或切換到STOP工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。 在內部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查CPU模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內部工作

28、。 在通信服務階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時，還要完成另外3個階段的操作。 在可編程序控制器的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。可編程序控制器梯形圖中別的編程元件也有對應的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。 外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映像寄存器為

29、“1”狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開，對應的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束之處。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行

30、相應的邏輯運算，運算結果寫入到對應的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。某一編程元件對應的映像寄存器為“1”

31、狀態(tài)時，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時，稱該編程元件為OFF。 掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次圖2.5.1a所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關系。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2.1c所示。 第(N-1)個掃描周期 輸出刷新 第(N+1)個掃描周期 輸入采樣 第N個掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 圖2.1c PLC的掃描運行方式 （1

32、）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它 們存入I/O映象區(qū)的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術運

33、算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。 （3）輸出刷新階段 在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動響應的外設。這時才是PLC真正的輸出。 (4)輸入/輸出滯后時間 輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。 輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作是產(chǎn)生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值

34、為10ms左右。 輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為1ms，負載由導通到斷開時的最大滯后時間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期。可編程序控制器總的響應延遲時間一般只有幾十ms，對于一般的系統(tǒng)是無關緊要的。要求輸入—輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。 2．4 PLC機型的選擇方法 1．PLC的類型 PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按

35、CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 2．輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關

36、頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。可根據(jù)應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。 3.電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內電網(wǎng)電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信

37、號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 4.存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 5.冗余功能的選擇 a．控制單元的冗余 （1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗余。 （2）在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。 b． I/O接口單元的冗余 （1）控制回路的多點I/O卡應冗余配置。 （2）重要檢測點的多點I/O卡

38、可冗余配置。3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。 6.經(jīng)濟性的考慮 選擇PLC時，應考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，估因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 2．6 機械手PLC選擇及參數(shù) 綜合上述原則機械手控制系統(tǒng)主機為三菱

39、的FX2N-48MR。 1.主要技術數(shù)據(jù)如下： 工作電源：24VDC 輸入點數(shù)：24 輸出點數(shù)：24 輸入信號類型：直流或開關量 輸入電流：24VDC 5mA 模擬輸入：-10V～10V（-20mA～+20mA） 輸出晶體管允許電流0.3A/點（1.2A/COM） 輸出電壓規(guī)格：30VDC 最大負載：9W 輸出反應時間：Off→On 20μs On→Off 30μs 基本指令執(zhí)行時間：數(shù)個μs 程序語言：指令+梯形圖+SFC 程序容量：3792STEPS 基本順序指令：32個（含步進梯形指令） 應用指令：100種 初始步進點：S0～S9 一般步進

40、點：118點，S10～S127 輔助繼電器：一般用512+232點（M000～M511+M768～M999） 停電保持用256點（M512～M767） 特殊用280點（M1000～M1279） 定時器：100ms時基64點（T0～T63） 10ms時基63點（T64～T126，M1028為ON時） 1ms時基1點（T127） 計數(shù)器：一般用112點（C000～C111，16位計數(shù)器） 停電保持用16點（C112～C127，16位計數(shù)器） 高速用13點1相5kHz，2相2kHz（C235～C254，全部為停電保持32位計數(shù)器） 數(shù)據(jù)寄存器：一般用408點（D000～D407）

41、 停電保持用192點（D408～D599） 特殊用144點（D1000～D1143） 指針/中斷：P64點；I4點（P0～P63/I001、I101、I201、I301） 串聯(lián)通信口：程序寫入/讀出通訊口：RS232 一般功能通訊口：RS485 主機電源220V AC 2.PLC主機的組成 1、輸入單元 輸入單元由8個按扭、8個開關和16個接插件組成，它們分別與PLC的16個輸入點相接。改變這些開關或按扭的通斷狀態(tài)，即可對主機輸入所需要的開關量。16個接插件可外接其它直流或開關量輸入信號。 2、輸出單元 輸出單元由24個二極管和24個接插件組成，它們分

42、別與PLC的24個輸出點相連。發(fā)光二極管是否發(fā)光，即可表示輸出點的狀態(tài)，使用者可得到主機的輸出信息。24個輸出接插件可外接其它需要控制的設備。輸出單元的4個地端，分別引出到面板，其中只有C4與3V電源共地。 3、電源單元 PLC主機左邊有外接220V/AV的電源插座，作為PLC的工作電源。內裝變壓器，輸出3V電源，供二極管使用。另外PLC的24VDC和24GND已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用 第三章 三相異步電動機的工作原理及結構 3．1 三相異步電動機的結構 三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結構是相同的，它們都由定

43、子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖3-11所示。 圖3-1 封閉式三相籠型異步電動機結構圖 1—軸承；2—前端蓋；3—轉軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心； 7—轉子；8—定子繞組；9—機座；10—后端蓋；11—風罩；12—風扇 1．定子部分 定子是用來產(chǎn)生旋轉磁場的。三相電動機的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。 （1）外殼 三相電動機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護和固定三相電動機的定子繞

44、組。中、小型三相電動機的機座還有兩個端蓋支承著轉子，它是三相電動機機械結構的重要組成部分。通常，機座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉子固定在定子內腔中心，使轉子能夠在定子中均勻地旋轉。 軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉子，使轉子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護軸承的作用。 接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機。 （2）定子鐵心 異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚

45、表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3-2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。 （a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖3-2 定子鐵心及沖片示意圖 （3）定子繞組 定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多

46、采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1, V1, W1 ，末端分別標為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列如圖3-3所示，可以接成星形或三角形。 （a）星形連接 （b）三角形連接 圖3-3 定子繞組的聯(lián)結 2．轉子部分 （1）轉子鐵心 是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉子繞組。 （2）轉子繞組 異步電動機的轉子繞

47、組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉子異步電動機與籠形異步電動機。 ① 繞線形繞組 與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉軸上的三個與轉軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機的運行性能，見圖3-4。 1—集電環(huán)；2—電刷；3—變阻器 圖3-4 繞線形轉子與外加變阻器的連接 ② 籠形繞組 在轉子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉子，如圖3-5（a）所示。也可用鑄

48、鋁的方法，把轉子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子，如圖3-5（b）所示。100kW以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉子。 （a）銅排轉子 （b）鑄鋁轉子 圖3-5 籠形轉子繞組 3．其他部分 其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm～1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。 3．2 三相交流電機工作原理 1．三相交

49、流電機的旋轉磁場 三相異步電動機轉子之所以會旋轉、實現(xiàn)能量轉換，是因為轉子氣隙內有一個旋轉磁場。下面來討論旋轉磁場的產(chǎn)生。如圖3.6所示，U1U2, V1V2, W1W2為三相定子繞組，在空間彼此相隔120°，接成Y形。三相繞組的首端U1, V1, W1接在三相對稱電源上，有三相對稱電流通過三相繞組。設電源的相序為U, V, W, 的初相角為零，如圖3-6波形圖所示。 圖3.6 三相交流電流波形圖 設 為了分析方便，假設電流為正值時，在繞組中從始端流向末端，電流為負值時，在繞組中從末端流向首端。 當

50、 的瞬間， =0， 為負值， 為正值，根據(jù)”右手螺旋定則”，三相電流所產(chǎn)生的磁場疊加的結果，便形成一個合成磁場，如圖3-7（a）所示，可見此時的合成磁場是一對磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。 圖3.7 兩極旋轉磁場示意圖 圖3-8 空間120度 對稱分布的三相繞組通過三相對稱的交流電流時，產(chǎn)生的合成磁場為極對數(shù)p=1的空間旋轉磁場，每電源周期旋轉一周，即兩個極距；·某相繞組中電流達到最大值

51、時，磁極軸線恰好旋轉到該相繞組軸線上。 當 時，即經(jīng)過1/4周期后， 由零變成正的最大值， 仍為負值， 已變成負值，如圖3-8（b）所示，這時合成磁場的方位與 時相比，已按逆時針方向轉過了90°。 應用同樣的方法，可以得出如下結論：當 時，合成磁場就轉過了180°，如圖3-8（c）所示；當 時合成磁場方向旋轉了300°，如圖3-8（d）所示；當 時合成磁場旋轉了360°，即轉1周，如圖3-8（a）所示。 由此可見，對稱三相電流 分

52、別通入對稱三相繞組U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成磁場，是一個隨時間變化的旋轉磁場。 以上分析的是電動機產(chǎn)生一對磁極時的情況，當定子繞組連接形成的是兩對磁極時，運用相同的方法可以分析出此時電流變化一個周期，磁場只轉動了半圈，即轉速減慢了一半。 由此類推，當旋轉磁場具有p對極時（即磁極數(shù)為2p），交流電每變化一個周期，其旋轉磁場就在空間轉動1/p轉。因此，三相電動機定子旋轉磁場每分鐘的轉速n1、定子電流頻率f及磁極對數(shù)p之間的關系是 3．3 三相電動機的轉動原理 圖3-9為三相異步電動

53、機轉動原理示意圖。 三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉磁場，其轉速 。旋轉磁場的磁力線被轉子導體切割，根據(jù)電磁感應原理，轉子導體產(chǎn)生感應電動勢。轉子繞組是閉合的，則轉子導體有電流流過。設旋轉磁場按順時針方向旋轉，且某時刻為上為北極N下為南極S，如圖3-10所示。根據(jù)右手定則，在上半部轉子導體的電動勢和電流方向由里向外，用⊙表示；在下半部則由外向里，用⊕表示。 圖3-9 三相電動機的轉動原理 圖3-10 原理：定子旋轉磁場以速度n0切割轉子導體感生電動勢（發(fā)電機右手定則），在轉子導體中形

54、成電流，使導體受電磁力作用形成電磁轉矩，推動轉子以轉速n順n0方向旋轉（電動機左手定則），并從軸上輸出一定大小的機械功率。(n不能等于n0)特點：·電動機內必須有一個以n0旋轉的磁場。－實現(xiàn)能量轉換的前提；電動運行時n恒不等于n0（異步）－必要條件n

55、生感應電動勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向繼續(xù)旋轉。由此可見 ， 且 ，是異步電動機工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。 轉差率 旋轉磁場轉速n1 與轉子轉速n 之差與同步轉速n1 之比稱為異步電動機轉差率s ， 即 , 轉差率是異步電動機的一個基本參數(shù)，對分析和計算異步電動機的運行狀態(tài)及其機械特性有著重要的意義。當異步電動機處于電動狀態(tài)運行時，電磁轉矩 和轉速n 同向。轉子尚未轉動時，n=0, ； 當 時， ，可知異步電動機處于

56、電動狀態(tài)時，轉差率的變化范圍總在0 和1 之間，即0 ＜s ＜1 。 一般情況下，額定運行時=1% ～5% 。 主要系列 在三相電動機的外殼上，釘有一塊牌子，叫銘牌。銘牌上注明這臺三相電動機的主要技術數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動機的重要依據(jù)，銘牌的主要內容如下。 1．型號 國產(chǎn)中小型三相電動機型號的系列為Y系列，是按國際電工委員會IEC標準設計生產(chǎn)的三相異步電動機，它是以電機中心高度為依據(jù)編制型號譜的，如 Y-200L2-6 異步電動機 中心高度200mm 6極 2

57、號鐵心 長機座（M——中機座） （S——短機座） ? 中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心高度的關系見表3-11和表3-12。 表3-11 小型異步三相電動機 機 座 號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 定子鐵心外徑（mm） 120 145 167 210 245 280 327 368 423 中心高度（mm） 90 100 112 132 160 180 225 250 280

58、 表3-12 中型異步三相電動機 機 座 號 11 12 13 14 15 定子鐵心外徑（mm） 560 650 740 850 990 中心高度（mm） 375 450 500 560 620 中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心高度的關系見表3-11和表3-12。 2．額定功率 額定功率是指在滿載運行時三相電動機軸上所輸出的額定機械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。 3．額定電壓

59、 額定電壓是指接到電動機繞組上的線電壓，用UN表示。三相電動機要求所接的電源電壓值的變動一般不應超過額定電壓的±5%。電壓過高，電動機容易燒毀；電壓過低，電動機難以啟動，即使啟動后電動機也可能帶不動負載，容易燒壞。 4．額定電流 額定電流是指三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流，用IN表示，以安（A）為單位。若超過額定電流過載運行，三相電動機就會過熱乃至燒毀。 三相異步電動機的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關系式 式中 ——額定功率因數(shù) ——額

60、定效率 5．額定頻率 額定頻率是指電動機所接的交流電源每秒鐘內周期變化的次數(shù)，用fN表示。我國規(guī)定標準電源頻率為50Hz。 6．額定轉速 額定轉速表示三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉速，用nN表示，一般是略小于對應的同步轉速n1。如n1=1 500r/min，則nN =1 440r/min。 7．絕緣等級 絕緣等級是指三相電動機所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動機允許的最高工作溫度。三相電動機的絕緣等級和最高允許溫度參見表8.1。 8．定額 定額是指三相電動機的運轉狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。 1

61、）連續(xù) 連續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很長，電動機的溫升可以達到穩(wěn)態(tài)溫升的工作方式 2）短時 短時工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停機時間很長，使電動機的溫升可以降到零的工作方式。 （3）周期斷續(xù) 周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時間也很短，使電動機的溫升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。 9．接法 三相電動機定子繞組的連接方法有星形（Y）和三角形（△）兩種。定子繞組的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法

62、，否則會損壞三相電動機。 10．防護等級 防護等級表示三相電動機外殼的防護等級，其中IP是防護等級標志符號，其后面的兩位數(shù)字分別表示電機防固體和防水能力。數(shù)字越大，防護能力越強，如IP44中第一位數(shù)字“4”表示電機能防止直徑或厚度大于1毫米的固體進入電機內殼。第二位數(shù)字“4”表示能承受任何方向的濺水。 3．3 機械手電機的選用 Y2系列三相異步電動機具有結構新穎、造型美觀、噪音低、振動小、絕緣等級高等特點，產(chǎn)品現(xiàn)已達到九十年代國際先進水平，是Y系列電機的更新產(chǎn)品。外殼防護等級IP54，它具有良好的起動性能和運行性能，結構簡單，工作可靠，維修方便等特點，電機采用E級或B級絕緣，外殼防

63、護等級為IP44，冷卻方式為ICO141，額定頻率為50Hz，額定電壓為380V。 豎軸驅動電機承載整個機械手的所有負載，需要功率較大，而機械手主要用于生產(chǎn)線夾持較輕便物體，綜合考慮，豎軸選用Y2-63M2-2，功率250W，可滿足生產(chǎn)需要。 橫軸主要驅動橫臂的左右運動，承載重量較小，選用Y2-63M1-2，功率180W，即可滿足生產(chǎn)需要。 電動機3主要用來控制機械手抓的加緊和放松，所承載負載最小，因此可選用 Y2-63M1-4，功率120W。 第四章 變頻器 變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。20世紀60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可

64、關斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應管)、SIT(靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術的不斷發(fā)展。20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻(PWM－VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器

65、已投入市場并獲得了廣泛應用。 4.1變頻器的構成 異步電動機用變頻器調速運轉時的結構圖如圖4-1所示。通常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO做逆變元件）給異步電動機提供調壓調頻電源。此電源輸出的電壓或電源及頻率，由控制回路指令進行控制。而控制指令則根據(jù)外部的運轉指令進行運算獲得。對于需要精密速度或快速響應的場合，運算還應包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護電路

66、信號，即防止因變頻器主電路的過電壓，過電流引起的損壞外就，還應保護異步電動機及傳動系統(tǒng)等。 圖4-1 變頻器的構成 圖4-2 典型的電壓型逆變器一例 主電路 給異步電動機提供調速調壓調頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖4-2示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動機需要制動時，有時需附加“制動回路”。 1整流器 最近大量使用的是二極管的變流器，如圖4-2所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。 2平波回路 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路的構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波電路。 3逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，根據(jù)PWM控