江苏省自考02207电气传动与PLC高频考点重点

02207电气传动与可编程控制器（PLC）高频考点·重点汇总·划书笔记指定教材：王振臣、李海滨主编《机床电气控制技术》（第六版），机械工业出版社，2019年。大纲编号：高纲1531，扬州大学编（2024年）；机械设计制造及其自动化专业（专升本）课程。课程结构：绪论+六章。第一章常用电器与控制电路基本环节；第二章电气控制电路分析与设计；第三章PLC结构与工作原理；第四章PLC系统分析、设计与应用；第五章直流调速；第六章交流调速（富士变频器不作考核）。能力层次比例：识记30%+领会30%+简单应用20%+综合应用20%（应用合计40%，分析计算+应用是重头）。难度比例：易2:较易3:较难3:难2；闭卷笔试150分钟、百分制60分及格，可带无存储功能普通计算器及绘图文具。题型：单项选择题、名词解释题、分析计算题、应用题。课程三大重点（命题主线）：①继电器、接触器控制（第一、二章）；②可编程控制器PLC控制（第三、四章）；③交、直流电机调速原理及方法（第五、六章）。课程难点：①多功能继电器控制线路集成设计；②PLC指令扩展与综合运用、画梯形图；③交直流调速控制回路原理。绪论一、学习目的与要求了解机床电气控制技术发展概况，掌握机床电力拖动自动控制的基本概念。二、核心知识点（一）机床电气控制发展概况【识记】电力拖动；成组拖动、单独拖动；自动控制系统；加工中心；自适应数控机床；NC、CNC、DNC；FMC/FMS。★★电力拖动：以电动机为原动机拖动生产机械运动的拖动方式，分交流拖动和直流拖动。拖动方式演变：成组拖动（一台电机经天轴拖动一组机床，落后）→单独拖动（一机一电机）→多电动机拖动（一台设备多个运动部件各用电机）。★★数控相关缩写（高频单选）：NC数字程序控制（专用硬件）；CNC计算机数字控制（计算机+软件）；DNC直接数字控制（一台中央计算机控制多台机床）；FMC柔性制造单元；FMS柔性制造系统。加工中心：带刀库和自动换刀装置、一次装夹完成多工序；自适应数控机床：能据工况自动调整切削参数。【领会】机床电力拖动及电气控制系统的发展过程：从手动→继电器接触器控制→数控/PLC/计算机网络控制，向数字化、智能化、柔性化、网络化发展。（二）机床电力拖动自动控制基本概念【识记】交流拖动、直流拖动。★★交流拖动用交流异步/同步电机，结构坚固、应用广；直流拖动用直流电机，调速性能好、早期高精度场合多用。【领会】自动控制系统概念：由被控对象和控制装置组成，按给定值与反馈比较进行控制；按有无反馈分开环控制与闭环控制。【考点提示】绪论以识记选择题、名解为主，重点背NC/CNC/DNC/FMS/FMC区别与拖动方式演变。第一章机床常用电器与控制电路的基本环节一、学习目的与要求理解常用低压电器原理与特点，掌握机床控制电路的基本环节（起动、正反转、制动、双速、点动互锁多点、保护）。本章是全课程基础，综合应用题的主要来源。二、核心知识点（一）常用低压电器【识记】低压电器；接触器、交流接触器；控制继电器、时间/热/速度/固态继电器；熔断器；低压断路器；主令电器、按钮、行程开关；万能转换开关。★★低压电器范围：交流额定电压1000V、直流1200V及以下电路中起通断、控制、保护、调节作用的电器。★★接触器（高频）：靠电磁吸力通断大电流主电路的自动电器，三大部分——电磁机构（线圈、铁芯、衔铁）、触点系统（主触点+辅助触点）、灭弧装置。主触点通断主电路（大电流、带灭弧）；辅助触点用于控制电路，额定电流小。★★交流接触器铁芯端面装短路环（分磁环）：交变磁通过零时吸力也过零会引起振动和噪声，短路环产生分相磁通使合成吸力不致过零，从而消振降噪。★★触点分类：线圈未得电时断开、得电后闭合的称动合（常开NO）；未得电时闭合、得电后断开的称动断（常闭NC）。★★控制继电器分类与作用：①时间继电器：触点延时动作，分通电延时、断电延时；延时方式有空气阻尼式、电动式、电子式；四种延时触点要分清（通电延时闭合常开/断开常闭、断电延时断开常开/闭合常闭）。②热继电器：电流经热元件使双金属片受热弯曲推动机构动作；用于电动机长期过载、断相、三相不平衡保护；因热惯性大、动作慢，不能作短路保护。③速度继电器：与电机同轴，约120r/min动作、降到约100r/min以下复位；专用于反接制动时在转速近零切除电源。④固态继电器：无机械触点，由电子器件通断，动作快、寿命长、无电弧、可靠性高。此外还有电流继电器、电压继电器、中间继电器（扩展触点数量和容量）。★★熔断器：利用电流热效应使熔体（熔丝/熔片）过热熔化分断电路，承担短路保护；串联接入，选择时熔体额定电流应躲过正常起动电流。★★低压断路器（自动空气开关）：集控制与多种保护于一体，可实现短路、过载、失（欠）压保护，故障跳闸后可重新合闸。★★主令电器（发出操作命令）：按钮（常开/常闭/复合按钮）、行程开关（由运动部件撞块碰撞动作，控制行程与限位）、万能转换开关（多挡位多回路切换）、主令控制器。★★复合按钮动作次序：按下时常闭先断、常开后合；松开时常开先断、常闭后合（机械联动），可用于机械互锁和点动。【领会】时间/热/速度/固态继电器、熔断器、行程开关的工作原理。（二）电气原理图的画法及阅读【识记】电气原理图、电气设备接线图、安装图。★★电气原理图：用统一符号表示各元件导电连接和工作原理，分主电路（大电流、粗线）和辅助（控制）电路。★★画法规则（高频领会）：①同一电器的不同部件可不画在一起，但必须标注同一文字符号；②触点按未通电、无外力作用的“自然状态”画出；③主电路一般画在左（上）、控制电路在右（下）；④尽量减少线条交叉。阅读方法：先看主电路（几台电机、什么接触器主触点控制、有无制动/减压），再看控制电路（线圈如何得电、触点如何动作）。（三）笼型异步电动机起动控制【识记】直接起动；减压起动（星-三角、定子串电阻、补偿器/自耦变压器）。★★直接起动（全压起动）：最简单、起动转矩大，但起动电流大（额定电流5~7倍），只适用于小容量电机。★★减压起动目的：减小起动电流对电网的冲击；代价是起动转矩随之减小，故只宜空载或轻载起动，起动后再换全压。★★星-三角（Y-Δ）起动（必考计算）：起动时定子绕组星形连接，相电压为额定的1/√3；起动线电流、起动转矩均为全压直接起动的1/3；正常运行须为三角形接法；由时间继电器控制自动换接。★★定子串电阻（电抗）减压起动：起动时定子串电阻分压，转速上升后用接触器将电阻短接全压运行；简单但电阻耗能。★★自耦变压器（补偿器）减压起动：经自耦变压器二次抽头降压起动，起动转矩按变比平方下降，起动后切除变压器；不受绕组接法限制、抽头可选。【简单应用】减压起动控制电路设计（会画主电路思路+时间继电器换接的控制电路）。（四）正反转控制【识记】正反转控制电路、正反转自动循环电路。★★反转原理：对调定子三相电源中任意两相相序，旋转磁场反向，电机反转。★★互锁（重中之重）：正反转接触器绝不能同时得电（否则电源相间短路）。电气互锁：把KMF、KMR的常闭辅助触点互相串入对方线圈回路；机械（按钮）互锁：用正、反复合按钮常闭触点互相控制。两者并用称双重互锁，可直接正反向切换。★★自动往返循环：用行程开关检测运动部件位置，到达预定位置自动切换转向，实现自动循环。【简单应用】正反向及自动循环控制电路设计。（五）制动控制【识记】能耗制动、反接制动。★★能耗制动：断开交流的同时向定子绕组通入直流（经整流变压器TC和桥式整流VC），产生静止磁场，转子惯性转动产生反向制动转矩；制动平稳、能耗小、需直流电源。★★反接制动：把任意两相相序反接产生反向转矩；制动迅速但冲击大，须串限流电阻，并由速度继电器在转速近零（约100r/min以下）时切除电源，防止反向再起动。【考点提示】两种制动对比是分析计算题高频：能耗=通直流、平稳；反接=换相序、快而猛、需速度继电器+限流电阻。【简单应用】能耗、反接制动控制电路设计。（六）双速电动机高低速【识记】双速高低速控制电路。★★通过改变定子绕组接法改变极对数p：Δ接法p大为低速，YY（双星形）接法p减半为高速，同步转速n0=60f/p加倍；属有级变极调速；换极时对调两相相序以保持转向一致。【简单应用】高低速转换控制电路设计。（七）电液控制【识记】液压动力头、半自动车床电液控制。★★电气控制发令、液压系统执行；液压动力头典型循环：快进→工进→快退→原位停止，由行程开关和电磁铁配合实现。【综合应用】液压动力头、半自动车床电液控制电路设计。（八）其他基本环节【识记】点动控制；互锁、联锁；多点控制。★★点动：按下转、松手停、无自锁；用复合按钮常闭触点断开自锁回路，可实现点动与连续兼容。★★自锁（自保）：接触器自身常开辅助触点并联在启动按钮两端维持线圈得电。★★联锁（顺序控制）：几台电机按规定顺序动作，前级接触器常开触点串入后级线圈回路，前级不动作后级不能动。★★多点（多地）控制接线规律（高频）：启动（常开）按钮并联、停止（常闭）按钮串联。【简单应用】点动、联锁互锁、多点及自动循环电路设计。（九）电动机常用保护【识记】短路、过载、过电流、零（欠）电压、弱磁保护。★★五种保护对照（必背）：①短路保护——熔断器/断路器，瞬时切断巨大短路电流；②过载保护——热继电器，长期过载延时动作；③过电流保护——过电流继电器，限制起动/冲击性过电流；④零（失）压、欠压保护——靠接触器自锁环节，失电后不自锁，复电时不会自行起动；⑤弱磁保护——直流电动机励磁过弱或断线时转速急剧升高（飞车），由欠电流继电器保护。【简单应用】各类保护环节设计。三、本章重点与难点【重点】电动机起动、正反转、制动、双速、点动互锁多点、各类保护的电气原理图分析与设计。【难点】多种控制功能集成的控制线路设计（如同时要求正反转+点动+制动+保护）。第二章电气控制电路的分析与设计一、学习目的与要求通过C650等卧式车床线路分析，理解机床电气线路设计的一般方法和电器选择。二、核心知识点（一）卧式车床电气控制线路分析【识记】CW6163B、C650车床电气原理图及其正反转与反接制动电路。★★C650卧式车床：①三台电机——M1主轴（可正反转、反接制动，由速度继电器控制）、M2冷却泵、M3刀架快速移动（点动）；②主轴经电流互感器接电流表监视负载电流；③冷却泵与主轴顺序联锁。【综合应用】CW6163B、C650控制电路分析与设计。（二）机床电气设计一般内容【识记】电气技术指标、调速性质、负载特性。★★负载特性三类：恒转矩负载（T与转速无关）、恒功率负载（低速大转矩、高速小转矩，P恒定）、风机泵类负载（T∝n²）。调速性质必须与负载特性匹配（如机床主运动低速段恒转矩、高速段恒功率）。（三）控制线路设计【识记】动合触点串联、并联。★★逻辑组合规律（高频）：几个条件同时满足才动作→相关常开触点串联（逻辑与）；任一条件满足即动作→相关常开触点并联（逻辑或）。★★控制电路设计一般原则：尽量减少通电电器与连接导线、线圈一端共接公共电源、正确安排触点位置、保证动作可靠、设有必要保护和联锁、便于检修。（四）常用电器选择【识记/领会】按钮、低压开关、熔断器、热继电器、接触器、继电器、控制变压器的选用。★★选用要点：接触器按主触点额定电流、线圈电压、使用类别选；熔断器熔体额定电流躲过正常（含起动）电流；热继电器热元件按电机额定电流约1~1.15倍整定；控制变压器容量按控制电路总吸持（吸合）功率计算。（五）设计举例【综合应用】C650车床电气控制电路设计；掌握“定任务书→选拖动方案→主电路→控制电路→保护联锁→选电器→画接线图”的一般步骤。三、本章重点与难点【重点】C650车床电路设计、多功能电路设计方法、触点串并联逻辑、电器选用。【难点】多功能综合控制电路的设计、接线与安装。第三章PLC的结构与工作原理一、学习目的与要求掌握PLC结构、特点、扫描工作原理、编程语言与指令格式；会用基本逻辑指令设计梯形图；了解欧姆龙、三菱、西门子常用PLC。本章是PLC部分核心，指令与梯形图必考。二、核心知识点（一）PLC基本构成与工作方式【识记】基本结构（CPU、存储器、I/O接口、继电器/晶闸管/晶体管输出、I/O扩展、通信接口）；扫描工作方式、公共操作、I/O操作、执行用户程序、看门狗；编程设备。★★PLC硬件组成：CPU（运算控制核心）、存储器（系统程序+用户程序/数据存储器）、输入接口、输出接口、电源、I/O扩展接口、通信接口、编程器。★★输入接口普遍采用光电耦合隔离，提高抗干扰能力；输出接口三种形式（高频对比）：①继电器输出：可带交直流负载、隔离好、价格低，但机械触点动作慢、寿命有限；②晶体管输出：只带直流负载、动作最快、适合高速脉冲；③晶闸管（双向可控硅）输出：带交流负载、无触点。★★PLC循环扫描工作方式（必考）：一个扫描周期=输入采样（输入刷新）→程序执行→输出刷新（输出）→公共处理（自诊断、通信、看门狗）。输入采样：一次性集中读入全部输入并存入输入映像寄存器（本周期内不再变）；程序执行：从上到下、从左到右逐条扫描，结果存输出映像寄存器；输出刷新：周期末集中把结果送出驱动负载。即“集中采样、集中输出”。★★看门狗WDT：监视扫描周期是否超时，超时则报警/复位，防止程序跑飞、死循环。【考点提示】扫描方式带来I/O响应滞后（最多约1~2个扫描周期），这是PLC主要缺点；可靠性高、抗干扰强、靠改软件即可改功能是最大优点。（二）编程元件与编程语言【识记】编程语言、梯形图语言、指令表语言。★★IEC标准五种编程语言：梯形图LAD、指令表IL（语句表）、功能块图FBD、顺序功能图SFC、结构化文本ST；最常用梯形图和指令表，二者一一对应。★★梯形图特点（领会）：由左右母线、触点（输入条件）、线圈（输出结果）组成；“能流”从左向右单向流动；线圈只能放在一行最右侧；触点可无限次使用（软继电器）；按从上到下、从左到右串行扫描。（三）欧姆龙C系列（CPM1A）【识记】CPM1A编程元件与指令。★★TIM定时器（时基0.1s，设定值×0.1s为定时时间）、CNT计数器；逻辑块操作、置位/复位、定时器指令的用法。【简单应用】CPM1A定时器编程。（四）三菱FX2N系列（重中之重）【识记】FX2N编程元件、基本指令、步进梯形指令。★★FX2N编程元件编号（必背）：X输入继电器、Y输出继电器、M辅助（中间）继电器、S状态元件、T定时器、C计数器、D数据寄存器；另有特殊辅助继电器（时钟脉冲、断电保持等）。★★定时器：100ms定时器T0~T199（时基0.1s）、10ms定时器等；定时时间=设定值K×时基。例K30配100ms=3s；通用定时器输入断开当前值清零，积算定时器断电保持。★★计数器：16位增计数器C0等，对计数输入OFF→ON上升沿加1，达到设定值触点动作并保持，用RST复位。★★FX2N基本逻辑指令（务必会写、会互译梯形图）：LD左母线取常开；LDI左母线取常闭；AND串常开；ANI串常闭；OR并常开；ORI并常闭；OUT线圈输出；ANB并联电路块之间串联（块与）；ORB串联电路块之间并联（块或）；SET置位保持；RST复位；PLS上升沿脉冲；PLF下降沿脉冲；LDP/LDF取上升/下降沿；MPS进栈、MRD读栈、MPP出栈（多重输出）；NOP空操作；END程序结束。【简单应用】FX2N计数器编程；【综合应用】步进梯形（顺控）指令编程。★★步进顺控STL/RET：用状态元件S表示“步”，STLSxx激活某步（只执行活动步程序），转移条件满足自动复位前步、激活下一步，一段流程结束用RET返回主母线。初始状态用S0~S9。★★顺序功能图SFC三要素：步（状态）、转移条件、有向连线（及每步动作）；单序列、选择序列、并行序列三种结构。（五）西门子S7-1200【识记】S7-1200CN存储器、编程语言。★★用TIA博途软件编程，支持LAD/FBD/SCL；过程映像输入I、输出Q、位存储器M；理解各存储区功能和编程语言用法即可。三、本章重点与难点【重点】PLC结构与扫描原理、三种输出形式、FX2N编程元件与基本指令、定时器/计数器、STL步进、梯形图设计。【难点】模拟量I/O模块工作方式、基本指令灵活运用并画出梯形图。第四章PLC系统的分析、设计与应用一、学习目的与要求掌握PLC编程方法和系统分析设计流程，能完成机械手、C650、T68、X62W等典型机电系统的PLC设计（I/O分配、外部接线、梯形图）。二、核心知识点（一）系统分析方法【识记/领会】系统分析基本内容与常用方法；从工艺过程分析到软硬件分析设计的全过程。★★分析主线：分析生产工艺与动作流程→确定输入输出信号及相互逻辑关系→建立控制方案。（二）PLC系统设计【识记】设计内容与步骤、硬件电路设计内容、软件编程内容。★★设计步骤（必背）：①分析工艺、明确控制要求；②确定I/O点数并分配（I/O分配表）、选机型（留10%~30%余量）；③硬件设计（主电路、PLC外部输入输出接线、电源与保护）；④软件设计（画顺序功能图/梯形图、写指令表）；⑤离线模拟调试→联机现场调试→编制技术文件。★★外部接线：按钮、行程开关、热继电器触点接输入端子并共接输入COM；接触器线圈、电磁阀、指示灯接输出端子，感性负载并续流二极管/阻容吸收；正反转除软件互锁外，外部接触器必须再设硬件互锁。【综合应用】机械手单操作、步进操作、自动操作的PLC控制设计。★★机械手三种操作方式：单操作（用按钮单独控制每个动作）、步进操作（按一次走一步）、自动（连续）操作；自动循环最适合用STL步进顺控按“步+转移条件”实现。（三）C650车床PLC应用【领会/应用】I/O电路与梯形图设计；把原继电器逻辑改用软触点实现，主轴正反转互锁、反接制动、冷却泵联锁、快移点动。（四）T68卧式镗床PLC应用【领会/综合应用】★★T68主轴为双速电动机（Δ/YY高低速），可正反转、制动，变速时有“冲动（低速点动）”以利齿轮啮合；进给与主轴、各方向间设联锁；PLC设计要处理高低速延时切换和互锁。（五）X62W升降台铣床PLC应用【领会/综合应用】★★X62W主轴采用反接制动（速度继电器），主轴起动后才允许进给（联锁），工作台可六个方向进给并有冲动；按原继电器电路做I/O分配和梯形图。三、本章重点与难点【重点】各典型控制系统的PLC梯形图设计、I/O分配与外部接线、步进顺控设计。【难点】复杂功能PLC控制系统的综合设计（多功能集成、安全互锁）。第五章直流电动机调速控制系统一、学习目的与要求掌握直流电动机调速方法与原理、调速指标、转速负反馈系统、无静差与单/双闭环、可逆PWM。二、核心知识点（一）直流调速基础【识记】直流调速方法；晶闸管整流器、直流斩波器；调速范围、静差率。★★直流电机转速公式：n=(U−Ia·Ra)/(Ce·Φ)。由此得三种调速方法：①调压（改变电枢电压U）：基速（额定转速）以下调速，恒转矩；②弱磁（减小磁通Φ）：基速以上调速，恒功率；③电枢串电阻：有级、特性软、耗能，少用。★★可控直流电源：晶闸管可控整流器（改变触发控制角α改变输出直流电压，构成V-M系统）、直流斩波器（把固定直流斩成可调平均电压，用于PWM调速）。★★调速指标（必考计算）：调速范围D=nmax/nmin（额定负载下最高与最低转速之比）；静差率s=Δn/n0（额定负载转速降落Δn与理想空载转速n0之比）。★★D与s关系：D=nN·s/[ΔnN(1−s)]（nN为额定转速、ΔnN为额定速降）。在一定静差率下要扩大调速范围，必须减小额定速降ΔnN——这正是采用闭环负反馈的原因。【考点提示】分析计算：给n0、ΔnN会算s；给D、s、ΔnN会反算；记住s越小特性越硬、稳速精度越高。（二）反馈控制直流调速系统【识记】反馈控制、转速负反馈。★★转速负反馈：测速发电机TG与电机同轴，输出与转速成正比的电压负反馈到输入端与给定比较；负载增大使n下降时反馈减小、偏差增大，自动抬高整流电压补偿速降，使闭环静特性比开环硬得多。【简单应用】转速负反馈静特性计算。（三）无静差直流调速系统【识记】无静差系统、比例P、积分I、比例积分PI调节器。★★P调节器：输出与偏差成正比、响应快，但维持输出必须有偏差→有静差；I调节器：输出与偏差对时间积分成正比，只要有偏差就持续积分、偏差为零才停止→可消除静差；PI调节器兼顾快速性与无静差，工程最常用。★★单闭环（转速负反馈）调速系统：只有一个转速外环，结构简单，能减小速降、实现近似无静差；但不能任意控制电流、起动快速性受限。★★双闭环（转速、电流）调速系统（高频）：外环转速环（ASR转速调节器）、内环电流环（ACR电流调节器），均为PI；ASR输出作为ACR给定。起动时ASR饱和、输出限幅，由电流环维持最大允许电流实现恒流快速起动；稳态时ASR调节转速无静差，电流环抑制电网电压波动、限制最大电流、加快动态过程。（四）直流可逆调速【识记】可逆PWM直流电路。★★可逆调速靠改变电枢电压极性（或励磁方向）实现正反转；可逆PWM用四只功率开关构成H桥，对角管导通正转、另两管导通反转，续流二极管续流；占空比α=t_on/T，电枢平均电压Ua=α·Ud，改变α调速，可四象限运行。三、本章重点与难点【重点】三种调速方法及性质、D与s计算、转速负反馈原理、PI与无静差、单/双闭环、PWM。【难点】反馈控制调速回路的工作原理与静特性计算。第六章交流电动机调速控制系统一、学习目的与要求掌握交流调速方式、简易调速原理、变频器原理（PAM/PWM/SPWM、U/f、矢量控制）。富士变频器一节不作考核。二、核心知识点（一）概述【识记】转差率、交流调速方式、交流电动机制动（回馈/反接/能耗）、现代交流调速方法。★★同步转速n0=60f/p；转差率s=(n0−n)/n0；转子转速n=60f(1−s)/p。★★交流异步电机三大调速途径：①变极（改p）；②变频（改f）；③变转差率s（定子调压、转子串电阻、串级、电磁转差离合器）。★★交流电动机制动：能耗制动（定子通直流）、反接制动（相序反接/倒拉）、回馈（再生）制动（动能变电能回馈电网，如下放重物、下坡、减速时n>n0）。异步电机优点：结构简单、坚固耐用、成本低、维护少、容量大、适应恶劣环境；缺点是调速以前较困难，现靠变频解决。（二）简易交流调速【领会】变极、串电阻、串级、调压调速原理。★★变极调速：改变绕组接法改极对数p，转速成档变化，有级、高效、机械特性硬；变极时对调两相保持转向一致。★★绕线式电机转子串电阻调速：串阻越大转速越低、特性越软、转差功率消耗在电阻上发热（消耗型）、效率低，可平滑调速。★★串级调速：绕线式电机转子转差功率经整流—逆变回馈电网（回馈型），改变逆变角改变附加电动势实现平滑调速，效率较高。★★调压调速：用晶闸管调压器改变定子电压，转矩与电压平方成正比，电压降低特性变软、转差率增大，最适合风机泵类负载，常配闭环。（三）变频器原理（重点）【识记】变频器及分类、调制比。★★变频器分类：按变换环节分交-交型、交-直-交型；按中间直流储能元件分电压型（大电容滤波）、电流型（大电感滤波）；按调压方式分PAM、PWM。★★交-直-交主电路结构：整流桥（交流→直流）→中间滤波环节（电容/电感，含制动单元）→逆变桥（直流→频率电压可调的交流）→电机。★★PAM脉冲幅值调制：靠改变直流侧电压幅值调压、逆变器只调频率，调压调频分开；PWM脉冲宽度调制：逆变器同时完成调压调频；SPWM正弦脉宽调制：以正弦波为调制波、三角波为载波比较，输出幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲，基波逼近正弦。★★恒压频比（U/f恒定）控制：由U≈4.44fNΦ，变频同时按比例调压维持磁通Φ恒定；基频以下U/f恒定、恒转矩调速；基频以上电压保持额定、频率升高、磁通减弱、恒功率调速。★★矢量控制：通过坐标变换把交流电机定子电流分解为励磁分量和转矩分量分别控制，等效为直流电机，动态性能好、可与直流调速媲美。★★调制比（调制度）：调制波幅值与载波幅值之比，反映SPWM输出电压利用程度。三、本章重点与难点【重点】交流调速分类与原理、转差率、变频器结构与SPWM、U/f控制、矢量控制、制动方式。【难点】交流变频调速系统工作原理（U/f为何恒定、SPWM如何形成）。深化篇一FX2N指令速查与梯形图设计模板一、基本指令对照表★★逻辑取/输出：LD取常开、LDI取常闭（接左母线）；OUT输出线圈。★★串/并：AND串常开、ANI串常闭、OR并常开、ORI并常闭。★★块操作：ORB串联电路块并联；ANB并联电路块串联；栈操作MPS/MRD/MPP用于一个触点后带多条输出支路。★★置位/脉冲/结束：SET置位保持、RST复位（也复位T/C）、PLS上升沿脉冲、PLF下降沿脉冲、NOP空操作、END结束。二、典型控制梯形图模板（应用题直接套用）★★起保停：(启动X0OR自锁Y0)AND停止常闭X1→OUTY0；指令LDX0/ORY0/ANIX1/OUTY0。★★正反转互锁：Y0支路串Y1常闭、Y1支路串Y0常闭，外部再加硬件互锁。★★定时器延时：输入驱动T0K（设定值=延时秒数/时基），T0触点再驱动输出。★★计数器计数：脉冲输入驱动C0K设定值，RST端接复位信号，C0触点驱动结果。★★顺序/步进：用STL状态步，每步驱动输出、转移条件满足SET下一步（前步自动复位），末尾RET。★★多地控制：启动常开并联、停止常闭串联；闪烁电路：两只定时器互锁循环。【考点提示】应用题答题规范：先写I/O分配，再画梯形图（左母线—触点—线圈—右母线），最后给指令表；凡正反转/高低压切换必须写明互锁。深化篇二直流调速计算模板与典型例题★★由转速公式判断调速性质：调U（基速以下恒转矩）、弱磁Φ（基速以上恒功率）、串Ra（有级耗能）。★★静差率计算：s=ΔnN/n0；例n0=1000、ΔnN=40，则s=4%。★★调速范围与静差率联立：D=nN·s/[ΔnN(1−s)]；例nN=1000、ΔnN=50、要求s≤5%，则D=1000×0.05/[50×0.95]≈1.05，可见开环速降大时调速范围很小，必须闭环减小ΔnN。★★PWM平均电压：Ua=α·Ud；例Ud=400V、α=0.7→Ua=280V。★★双闭环起动过程：ASR饱和→恒流（最大电流）起动→转速到给定ASR退饱和→转速无静差、电流随负载。深化篇三交流调速计算与变频器要点★★同步转速与转差率：n0=60f/p；s=(n0−n)/n0；例f=50Hz、p=2→n0=1500r/min，n=1440→s=(1500−1440)/1500=4%。★★变极：p减半n0加倍；Δ（低速p大）/YY（高速p小）。★★变频U/f：基频以下U/f=常数，如50Hz额定380V，则25Hz时约供190V以维持磁通。★★SPWM三要素：正弦调制波（定输出频率/幅值）、三角载波（定开关频率）、比较输出等幅变宽脉冲；调制度改变输出电压。★★调速方案选型：一般机械节能调速优先变频（U/f即可）；风机泵类用变频或调压；要求高动态用矢量控制；绕线电机老设备可用串级。深化篇四客观题高频易错速记45条1.电力拖动分交流、直流拖动；成组拖动（天轴一组）→单独拖动→多电机拖动。2.NC专用硬件数控、CNC计算机数控、DNC中央计算机控多台、FMC单元、FMS系统。3.接触器三部分：电磁机构、触点系统、灭弧装置；交流接触器铁芯有短路环消振。4.主触点通主电路大电流；辅助触点用于控制电路；常开=动合NO、常闭=动断NC。5.热继电器靠双金属片热弯曲，用于长期过载，不能作短路保护（热惯性大、慢）。6.速度继电器约120r/min动作、100r/min以下复位，专用于反接制动。7.熔断器靠热效应熔断，做短路保护；断路器可做短路+过载+失压多重保护。8.复合按钮：常闭先断、常开后合；可做机械互锁和点动。9.行程开关由撞块碰撞动作，用于限位、位置换向、自动往返。10.原理图同一电器不同部件可分开画但文字符号相同，触点画自然（未通电）状态。11.直接起动电流为额定5~7倍，只用于小容量；减压起动为减小起动电流。12.星三角：起动电压1/√3，起动线电流和转矩都是1/3，正常运行须三角形、轻载起动。13.定子串电阻起动后要把电阻短接；自耦变压器（补偿器）起动转矩按变比平方降。14.反转=对调任意两相相序；正反转必须互锁防相间短路。15.电气互锁=常闭辅助触点互串；机械互锁=复合按钮常闭互控；两者并用为双重互锁。16.能耗制动=定子通直流、平稳能耗小；反接制动=换相序、快而猛、串电阻+速度继电器。17.双速Δ低速/YY高速，p减半n0加倍，变极有级，换极对调两相保转向。18.点动无自锁；自锁靠自身常开并启动钮；联锁靠前级常开串后级线圈。19.多地控制：启动常开并联、停止常闭串联。20.短路用熔断器、过载用热继电器、失压靠自锁、弱磁防直流飞车、过流用过流继电器。21.C650：主轴正反转+反接制动、冷却泵联锁、刀架快移点动、互感器接电流表。22.条件同时满足→常开串联（与）；任一满足→常开并联（或）。23.热元件按电机额定电流约1~1.15倍整定；控制变压器容量按总吸持功率。24.PLC扫描：输入采样→程序执行→输出刷新→公共处理；集中采样集中输出。25.PLC最大优点可靠、抗干扰、改软件即改功能；缺点是有扫描（I/O）延迟。26.继电器输出可交直流但慢；晶体管输出直流且最快；晶闸管输出交流无触点。27.输入接口用光电耦合隔离抗干扰；看门狗WDT监视扫描超时。28.梯形图能流左→右，线圈在最右，软触点可无限次使用。29.FX元件：X输入、Y输出、M辅助、S状态、T定时、C计数、D数据寄存器。30.定时时间=设定值K×时基；100ms定时器T0~T199，K30=3s。31.计数器对上升沿加1，到设定值动作，RST复位。32.LD/LDI取常开/常闭；AND/ANI串；OR/ORI并；OUT输出。33.ANB块与（并联块串联）、ORB块或（串联块并联）；MPS/MRD/MPP栈操作。34.SET置位、RST复位、PLS上升沿、PLF下降沿、NOP空操作、END结束。35.STL步进用状态S、转移自动复位前步、RET返回；初始步S0~S9；SFC三要素步/转移/连线。36.欧姆龙TIM时基0.1s、CNT计数；西门子S7-1200用博途、I输入Q输出M位存储。37.PLC设计：分析要求→I/O分配选机型（留10%~30%余量）→硬件接线→梯形图→调试。38.正反转PLC除软件互锁，外部接触器必须再设硬件互锁。39.机械手分单操作、步进、自动；自动循环用STL步进顺控。40.T68主轴双速、有变速冲动；X62W主轴反接制动、进给与主轴联锁。41.直流n=(U−IaRa)/(CeΦ)：调压基速下恒转矩、弱磁基速上恒功率、串电阻有级。42.D=nmax/nmin；s=Δn/n0；D=nNs/[ΔnN(1−s)]；扩D须减小速降（闭环）。43.P有静差、I消静差、PI又快又无静差；双闭环ASR转速外环、ACR电流内环。44.可逆PWM为H桥，Ua=αUd；交流n0=60f/p、s=(n0−n)/n0。45.交直交=整流→滤波→逆变；基频下U/f恒定恒转矩、基频上弱磁恒功率；矢量控制高性能。深化篇五常用低压电器结构与原理深化一、电磁式电器共性★★电磁机构是接触器、电磁式继电器的共同核心，由线圈、铁芯（静铁心）、衔铁（动铁心）组成；线圈通电产生电磁吸力，克服反作用弹簧力吸合衔铁，带动触点动作；断电后弹簧使衔铁释放、触点复位。交流电磁机构：铁芯用硅钢片叠压以减小涡流和磁滞损耗，端面上装短路环；线圈一般做成粗短的骨架式（交流线圈匝数少、电阻小，靠感抗限流）。直流电磁机构：铁芯可用整块钢，无短路环；线圈细长、匝数多。交流线圈通电瞬间衔铁未吸合时气隙大、电流大（起动安匝大），故交流线圈不宜长时间通电而衔铁卡滞不吸合，否则会烧毁。★★灭弧：触点分断大电流时在气隙产生电弧，常用灭弧方法有电动力吹弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、纵缝灭弧、灭弧罩；交流接触器多用栅片灭弧。二、触点系统与继电器对比★★触点按状态分常开（动合NO）、常闭（动断NC）；触点动作时间上，同一电磁机构的常闭先断开、常开后闭合，存在动作时差。★★继电器与接触器区别：继电器用于控制/保护小电流回路、触点容量小、无灭弧罩、种类多（电流、电压、时间、温度、速度、压力）；接触器用于直接通断主电路大电流、有灭弧装置、主触点容量大。★★时间继电器延时方式辨析：通电延时型——线圈得电后延时触点才动作、失电瞬时复位；断电延时型——线圈得电瞬时动作、失电后延时复位。空气阻尼式靠气室进气/排气节流实现延时，结构简单但精度一般。★★热继电器结构：热元件（电阻丝）串入主电路，双金属片由热膨胀系数不同的两层金属压合，受热向膨胀系数小的一侧弯曲，经导板推动常闭触点断开控制电路；动作后有手动/自动复位，有温度补偿和断相保护功能。★★速度继电器结构：转轴与电机轴相连，转子永磁体转动时在定子绕组感应电流产生转矩，推动触点动作；正向、反向各有一组常开触点，分别在正反转制动时使用。三、保护配合关系★★熔断器与热继电器不能互相替代：熔断器瞬时熔断做短路保护、无法反应轻微长期过载；热继电器反时限动作做长期过载保护、短路时来不及动作。二者配合分别覆盖短路和过载。★★断路器（自动开关）集隔离、短路（电磁脱扣器瞬时）、过载（热脱扣器反时限）、失压（欠压脱扣器）保护于一体，故障切除后排除故障即可合闸，可重复使用。深化篇六典型机床电气控制分析深化一、C650卧式车床★★运动组成：主轴旋转主运动（M1，功率最大，需正反转、正反转停车制动、点动调整）、进给运动（由主轴箱传出）、冷却泵（M2）、刀架快速移动（M3点动）。★★主轴正反转：用两只接触器换相实现；反接制动：停车时速度继电器检测，转速高于约120r/min时其常开闭合投入反接，降到约100r/min以下切除；主轴回路串联电流表（经电流互感器），并用时间继电器短接电流表以避开起动大电流冲击。★★联锁关系：冷却泵M2应在主轴M1起动后才能起动（顺序联锁）；刀架快移M3为点动；控制电路设熔断器短路保护、热继电器过载保护、接触器自锁实现失压保护。二、T68卧式镗床★★主轴特点：采用双速（Δ/YY）三相异步电动机，低速Δ、高速YY，由时间继电器实现低速起动后延时自动切换高速；主轴可正反转、点动（变速“冲动”使齿轮顺利啮合）、制动。★★进给与主轴联锁、各运动方向互锁，防止相互冲突；变速时通过短时点动使齿轮对齿，称为“冲动”或“缓转”。三、X62W万能升降台铣床★★主轴电动机：正反转由转换开关预选转向，停车采用反接制动（速度继电器）；主轴起动后才允许工作台进给（联锁），防止无主轴时进给。★★进给电动机：经机械手柄和离合器实现工作台上下、左右、前后六个方向进给，同一时刻只允许一个方向（互锁），并有进给冲动和快速移动（电磁铁接合快速离合器）。四、机床电气设计一般步骤（应用题框架）★★①拟定电气设计任务书（运动、调速、精度、保护要求）；②确定电力拖动方案与调速性质（与负载特性匹配）；③设计主电路；④设计控制电路（起停、正反转、制动、联锁互锁、点动多点）；⑤选择电器元件并校验；⑥设计操作台、接线图、安装图；⑦编写说明书并调试。深化篇七名词解释精编（背诵版）1.低压电器：工作在交流1000V、直流1200V及以下，用于通断、控制、保护、调节的电器。2.接触器：利用电磁吸力使触点自动通断主电路的电器，含电磁机构、触点系统、灭弧装置。3.继电器：输入量达到规定值时触点动作、用于控制和保护的小容量自动电器。4.时间继电器：触点能按设定时间延时动作或复位的继电器，分通电延时和断电延时。5.热继电器：利用双金属片热弯曲实现电动机长期过载和断相保护的继电器。6.速度继电器：与电机同轴、按转速动作，用于反接制动转速近零时切除电源的继电器。7.固态继电器：用电子元件实现无触点通断、动作快寿命长的继电器。8.熔断器：熔体过热熔化而分断电路、用于短路保护的电器。9.低压断路器：可正常通断并具短路、过载、失压保护的自动开关。10.主令电器：用来发出操作指令的电器，如按钮、行程开关、万能转换开关。11.行程开关：由运动部件撞块碰撞而动作、把位移转为电信号的主令电器。12.电气原理图：用统一符号表示元件导电连接和工作原理、分主电路与辅助电路的图样。13.点动控制：按下运转、松手即停、无自锁的控制方式。14.自锁：用自身常开辅助触点并联启动按钮维持线圈得电的环节。15.互锁：用双方常闭触点互相制约保证两接触器不能同时得电的环节。16.联锁：使多个元件按规定顺序或条件动作的制约环节。17.减压起动：起动时降压减小起动电流、起动后恢复全压的起动方式。18.星三角起动：起动星形降压、运行三角形全压，起动电压1/√3、电流转矩1/3。19.能耗制动：停车时定子通直流产生静止磁场形成制动转矩的制动方式。20.反接制动：停车时反接两相相序产生反向转矩、近零时切除的制动方式。21.变极调速：改变定子极对数p改变同步转速的有级调速。22.PLC：专为工业环境设计、用可编程存储器实现逻辑顺序定时计数控制的数字装置。23.循环扫描：PLC周期执行输入采样、程序执行、输出刷新和公共处理的工作方式。24.看门狗：监视扫描周期是否超时并报警/复位的电路。25.梯形图：由母线、触点、线圈组成、形似继电器电路的图形编程语言。26.指令表：用助记符逐条描述逻辑、与梯形图对应的文本语言。27.软继电器：由存储器位表示、触点可无限次使用的内部继电器。28.定时器：按设定值与时基实现延时动作的编程元件，时间=K×时基。29.计数器：对脉冲上升沿累计、达设定值动作、用RST复位的编程元件。30.步进顺控：按步、转移条件、动作逐步推进的顺序控制编程方法（STL/SFC）。31.I/O分配：把现场输入输出信号逐一分配到PLC端子并列成表的过程。32.调速范围：额定负载下最高转速与最低转速之比D=nmax/nmin。33.静差率：额定负载转速降落与理想空载转速之比s=Δn/n0。34.转速负反馈：用测速机检测转速负反馈到输入端自动补偿速降的控制。35.PI调节器：比例快速响应加积分消除静差的组合调节器。36.V-M系统：由晶闸管可控整流装置供电给直流电动机的调速系统。37.占空比：PWM一个周期中导通时间与周期之比α=t_on/T，Ua=αUd。38.转差率：同步转速与转子转速之差对同步转速之比s=(n0−n)/n0。39.调压调速：改变定子电压改变转速的变转差率调速，适合风机泵类。40.串级调速：绕线电机转差功率整流逆变回馈电网的高效调速。41.变频器：把固定频率电压的交流电变为频率电压可调交流电的装置。42.PAM：脉冲幅值调制，调直流幅值与逆变频率分开。43.PWM：脉冲宽度调制，由逆变器同时调压调频。44.SPWM：正弦调制波与三角载波比较得等幅变宽脉冲逼近正弦的调制。45.恒压频比控制：变频同时保持U/f恒定以维持磁通恒定的控制方式。46.矢量控制：坐标变换分解励磁与转矩分量分别控制、等效直流电机的高性能控制。47.回馈制动：电机动能变为电能回馈电网的制动（n>n0时）。深化篇八简答题背诵（分点采分版）1.简述交流接触器的组成及短路环作用。答：由电磁机构、触点系统、灭弧装置组成；短路环（分磁环）嵌在铁芯端面，使穿过它的磁通与另一部分磁通存在相位差，合成吸力在交流过零时不致为零，从而消除铁芯振动和噪声。2.热继电器为什么不能作短路保护？答：热继电器依靠热元件加热双金属片弯曲动作，存在热惯性、动作较慢，短路电流瞬间极大时来不及分断；短路保护应由瞬时动作的熔断器或断路器承担，二者配合使用。3.比较能耗制动与反接制动。答：能耗制动停车时定子通直流、产生静止磁场形成反向转矩，制动平稳、能耗小、需整流电源；反接制动反接两相相序、制动快但冲击大、需串限流电阻并由速度继电器在转速近零时切除以防反转。4.星三角减压起动为什么能减小起动电流，适用条件是什么？答：星形连接时每相绕组电压降为额定的1/√3，相电流相应减小，线电流为直接起动的1/3，起动转矩也为1/3；只适用于正常运行为三角形接法、且空载或轻载起动的笼型电机。5.什么是互锁，正反转为什么必须互锁，如何实现？答：互锁是保证两个接触器不能同时得电的制约。正反转两接触器若同时闭合会造成电源相间短路，故必须互锁：用两接触器常闭辅助触点互串对方线圈实现电气互锁，用正反复合按钮常闭互控实现机械互锁，二者并用为双重互锁。6.简述PLC循环扫描工作过程。答：每个扫描周期依次为：输入采样（集中读入全部输入到映像寄存器）、程序执行（从上到下、从左到右逐条运算）、输出刷新（集中把结果送出驱动负载）、公共处理（自诊断、通信、看门狗）；集中采样集中输出导致存在最多约1~2个周期的I/O延迟。7.比较PLC三种输出接口形式及适用场合。答：继电器输出可带交直流负载、隔离好但动作慢、有机械寿命限制，适合一般低频开关；晶体管输出只带直流、动作最快，适合高速脉冲；晶闸管输出带交流、无触点，适合交流频繁通断。8.简述PLC控制系统设计步骤。答：分析工艺明确控制要求→统计并分配I/O、选机型（留10%~30%余量）→硬件设计（主电路、外部I/O接线、电源保护）→软件设计（顺序功能图、梯形图、指令表）→离线模拟与联机调试→编写技术文件。9.直流电动机有哪几种调速方法，各属什么调速性质？答：由n=(U−IaRa)/(CeΦ)：①调压调速，基速以下、恒转矩；②弱磁调速，基速以上、恒功率；③电枢串电阻，有级、特性软、耗能，较少用。10.调速范围与静差率关系如何，为什么闭环能扩大调速范围？答：D=nN·s/[ΔnN(1−s)]，额定速降ΔnN越大、要求静差率s越小，则调速范围D越小。转速负反馈闭环能自动补偿负载引起的速降、显著减小ΔnN，使低速时静差率仍满足要求，从而扩大了调速范围。11.双闭环直流调速系统中两个调节器各起什么作用？答：ASR转速调节器为外环，保证转速无静差，其输出作为电流给定，起动时饱和限幅给出最大电流指令；ACR电流调节器为内环，起动时维持恒流以最快起动，运行中抑制电网波动、限制最大电流、保护电机，动态响应快。12.为什么变频调速要同时调压、保持U/f恒定？答：异步电机定子电压U≈4.44fNΦ，若只降低频率f而电压不变，磁通Φ增大导致铁芯饱和、励磁电流过大发热；故基频以下按比例同时降压、保持U/f恒定以维持磁通恒定（恒转矩），基频以上电压维持额定、弱磁恒功率。13.简述SPWM基本原理。答：以正弦波作调制波、等腰三角波作载波，二者实时比较：正弦值大于三角值时开关导通，输出一系列幅值相等、宽度按正弦规律（中间宽两边窄）变化的脉冲，其基波逼近正弦；改变调制波频率调输出频率、改变调制度调输出电压。14.交流异步电动机有哪些调速途径？答：三大途径：①变极调速（改极对数p，有级高效）；②变频调速（改频率f，无级高效、主流）；③变转差率s，包括定子调压、绕线电机转子串电阻、串级调速、电磁转差离合器。按转差功率去向分消耗型、回馈型、不变型。深化篇九典型编程与设计实例详解一、电动机连续运行（起保停）实例★★I/O：X0启动SB2、X1停止SB1