机电传动与控制（第2版）
目 录
绪 论 1
一、机电传动系统的组成 1
二、机电传动及其控制系统的发展概况 1
三、机电传动系统的动力学基础 3
四、课程的性质与任务 10
习题与思考题 10
第1篇 机电传动系统的驱动元件
第1章 电动机概述 15
1．1 电动机的型号与分类 15
1．2 电动机外壳防护等级 17
1．3 电动机中的电磁定律 18
1．4 电动机中使用的材料 22
1．5 电动机中的电磁功率损耗 22
习题与思考题 23
第2章 直流电动机 24
2．1 直流电动机的结构和分类 24
2．1．1 直流电动机的基本结构 24
2．1．2 直流电动机的分类 28
2．2 直流电动机的工作原理 29
2．3 直流电动机的额定参数 32
2．4 直流电动机的机械特性 33
2．4．1 他励直流电动机的机械特性 33
2．4．2 串励直流电动机的机械特性 41
2．4．3 复励直流电动机的机械特性 43
2．5 他励直流电动机的启动特性 43
2．6 他励直流电动机的调速特性 46
2．6．1 改变电枢电路外串电阻调速 48
2．6．2 改变电动机电枢供电电压调速 49
2．6．3 改变电动机主磁通调速 51
2．7 他励直流电动机的制动特性 54
2．7．1 能耗制动 55
2．7．2 反接制动 58
2．7．3 反馈制动 61
习题与思考题 64
第3章 交流电动机 67
3．1 三相异步电动机的结构和工作原理 67
3．1．1 三相异步电动机的基本结构 67
3．1．2 三相异步电动机的工作原理 69
3．1．3 三相异步电动机的旋转磁场 69
3．1．4 定子绕组出线端子的连接方式 72
3．2 三相异步电动机的定子电路和转子电路 73
3．2．1 三相异步电动机的定子电路 73
3．2．2 三相异步电动机的转子电路 75
3．2．3 三相异步电动机的额定参数 76
3．2．4 三相异步电动机的功率传递 77
3．3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 78
3．3．1 三相异步电动机的电磁转矩 78
3．3．2 三相异步电动机的机械特性 79
3．4 三相异步电动机的启动方法 82
3．4．1 三相笼型异步电动机的启动方法 82
3．4．2 绕线式三相异步电动机的启动方法 87
3．4．3 特殊三相笼型异步电动机 89
3．5 三相异步电动机的调速方法 91
3．5．1 调压调速 91
3．5．2 转子电路串电阻调速 92
3．5．3 变极对数调速 93
3．5．4 变频调速 94
3．6 三相异步电动机的制动 97
3．6．1 反馈制动 97
3．6．2 反接制动 98
3．6．3 能耗制动 99
3．7 单相异步电动机 100
3．7．1 单相异步电动机的工作原理 100
3．7．2 单相异步电动机的启动方法 102
3．7．3 单相异步电动机的调速方法 103
3．8 三相同步电动机 104
3．8．1 三相同步电动机的结构 104
3．8．2 三相同步电动机的工作原理 105
3．8．3 三相同步电动机的启动方法 106
3．8．4 三相同步电动机的特点 108
习题与思考题 108
第4章 控制电动机 110
4．1 伺服电动机 110
4．1．1 交流伺服电动机 111
4．1．2 直流伺服电动机 115
4．1．3 两相交流伺服电动机与直流伺服电动机的性能比较 118
4．2 力矩电动机 119
4．2．1 永磁式直流力矩电动机的结构特性 119
4．2．2 直流力矩电动机的特点 120
4．3 小功率同步电动机 121
4．3．1 永磁式同步电动机 121
4．3．2 磁阻式电磁减速同步电动机 123
4．3．3 磁滞式同步电动机 124
4．4 步进电动机 126
4．4．1 步进电动机的结构与分类 126
4．4．2 步进电动机的工作原理 128
4．4．3 步进电动机的运行特性 131
4．4．4 步进电动机的主要性能指标 134
4．4．5 步进电动机的选择 135
4．5 直线电动机 135
4．5．1 直线异步电动机 136
4．5．2 直线直流电动机 139
4．5．3 直线同步电动机 141
4．5．4 直线步进电动机 142
习题与思考题 144
第5章 机电传动控制系统中电动机的选择 146
5．1 电动机功率选择的原则 146
5．2 电动机的温度变化规律 147
5．3 不同工作制电动机功率的选择 148
5．3．1 连续工作制电动机功率的选择 148
5．3．2 短时工作制电动机功率的选择 151
5．3．3 重复短时工作制电动机功率的选择 152
5．4 电动机功率选择的统计法和类比法 154
5．5 电动机种类、电压、转速和结构形式的选择 154
5．5．1 根据生产机械的负载性质来选择电动机的类型 154
5．5．2 电动机电压等级的选择 155
5．5．3 电动机额定转速的选择 155
5．5．4 电动机结构形式的选择 156
习题与思考题 156
第2篇 机电传动系统的控制
第6章 机电传动系统的继电器-接触器控制 159
6．1 常用低压电器 160
6．1．1 低压开关 161
6．1．2 低压断路器 163
6．1．3 接触器 165
6．1．4 继电器 167
6．1．5 熔断器 173
6．1．6 主令电器 175
6．2 电气控制系统的电路图及绘制原则 179
6．2．1 电气控制系统图中的图形符号和文字符号 179
6．2．2 电气原理图 180
6．2．3 电气元件布置图 182
6．2．4 电气安装接线图 183
6．3 三相笼型异步电动机的基本控制线路 184
6．3．1 三相笼型异步电动机全压启动控制线路 184
6．3．2 三相笼型异步电动机降压启动控制线路 185
6．3．3 三相笼型异步电动机正反转控制线路 191
6．3．4 三相笼型异步电动机制动控制线路 193
6．3．5 多速三相笼型异步电动机控制线路 199
6．3．6 三相笼型异步电动机的其他控制线路 200
6．4 继电器-接触器控制系统的设计 203
6．4．1 继电器-接触器控制系统设计的基本内容 203
6．4．2 电气原理图设计的基本步骤及一般规律 203
6．4．3 电气控制线路设计举例 205
习题与思考题 210
第7章 机电传动系统的可编程序控制器控制 211
7．1 可编程序控制器概述 211
7．1．1 可编程序控制器的产生 211
7．1．2 可编程序控制器的特点 212
7．1．3 可编程序控制器的主要功能及应用 214
7．1．4 可编程序控制器与继电器-接触器控制系统的区别 215
7．1．5 可编程序控制器的发展趋势 216
7．2 可编程序控制器的组成与工作原理 219
7．2．1 可编程序控制器的基本组成 219
7．2．2 可编程序控制器的工作原理及主要技术指标 223
7．2．3 可编程序控制器的分类 225
7．2．4 可编程序控制器的编程语言 225
7．3 S7-200系列PLC的基础知识 228
7．3．1 S7-200系列PLC的硬件系统 228
7．3．2 S7-200 系列PLC的内部资源及寻址方式 235
7．3．3 S7-200系列PLC的指令系统及编程软件 242
7．4 S7-200系列PLC的基本指令及编程方法 244
7．4．1 基本逻辑指令及使用举例 244
7．4．2 定时器指令和计数器指令 254
7．4．3 顺序控制指令 260
7．4．4 程序控制指令 262
7．4．5 梯形图编程的基本规则及注意事项 269
7．5 S7-200系列PLC的功能指令及应用 272
7．5．1 运算指令 272
7．5．2 数据处理指令 281
7．5．3 表功能指令 289
7．5．4 转换指令 292
7．5．5 特殊指令 299
7．6 典型简单电路的PLC程序设计 325
7．6．1 启动、保持、停止电路 325
7．6．2 互锁电路 326
7．6．3 脉冲信号发生电路 326
7．6．4 脉冲宽度可调电路 327
7．6．5 长计数电路 327
7．6．6 长定时电路 328
7．6．7 报警电路 329
7．6．8 单按钮启停电路 330
7．7 PLC 控制系统的设计及应用 331
7．7．1 PLC控制系统设计概述 331
7．7．2 PLC控制系统的硬件设计 333
7．7．3 PLC程序设计常用的方法 339
7．7．4 人机界面设计 350
7．7．5 提高PLC控制系统可靠性的措施 354
7．7．6 PLC工程应用实例 362
习题与思考题 371
第8章 机电传动系统的微机控制 375
8．1 微机控制系统的组成与特点 375
8．2 直流电动机的调速控制系统 378
8．2．1 直流电动机的调速方法 378
8．2．2 直流电动机的脉宽调制（PWM）电路 378
8．2．3 直流电动机调速的微机控制系统 382
8．3 三相交流异步电动机的变频调速控制系统 384
8．3．1 三相交流异步电动机的变频调速概述 385
8．3．2 变频器简介 387
8．3．3 SPWM电压型变频器 392
8．3．4 通用变频器的介绍及应用 396
8．3．5 PLC控制变频器的方法及应用 399
8．4 步进电动机的微机控制 402
8．4．1 步进电动机的脉冲分配 403
8．4．2 步进电动机的驱动电路 405
8．4．3 步进电动机的细分电路 408
8．4．4 步进电动机的微机控制 408
8．4．5 步进电动机的PLC控制 410
习题与思考题 411
参考文献 413
绪 论 1
一、机电传动系统的组成 1
二、机电传动及其控制系统的发展概况 1
三、机电传动系统的动力学基础 3
四、课程的性质与任务 10
习题与思考题 10
第1篇 机电传动系统的驱动元件
第1章 电动机概述 15
1．1 电动机的型号与分类 15
1．2 电动机外壳防护等级 17
1．3 电动机中的电磁定律 18
1．4 电动机中使用的材料 22
1．5 电动机中的电磁功率损耗 22
习题与思考题 23
第2章 直流电动机 24
2．1 直流电动机的结构和分类 24
2．1．1 直流电动机的基本结构 24
2．1．2 直流电动机的分类 28
2．2 直流电动机的工作原理 29
2．3 直流电动机的额定参数 32
2．4 直流电动机的机械特性 33
2．4．1 他励直流电动机的机械特性 33
2．4．2 串励直流电动机的机械特性 41
2．4．3 复励直流电动机的机械特性 43
2．5 他励直流电动机的启动特性 43
2．6 他励直流电动机的调速特性 46
2．6．1 改变电枢电路外串电阻调速 48
2．6．2 改变电动机电枢供电电压调速 49
2．6．3 改变电动机主磁通调速 51
2．7 他励直流电动机的制动特性 54
2．7．1 能耗制动 55
2．7．2 反接制动 58
2．7．3 反馈制动 61
习题与思考题 64
第3章 交流电动机 67
3．1 三相异步电动机的结构和工作原理 67
3．1．1 三相异步电动机的基本结构 67
3．1．2 三相异步电动机的工作原理 69
3．1．3 三相异步电动机的旋转磁场 69
3．1．4 定子绕组出线端子的连接方式 72
3．2 三相异步电动机的定子电路和转子电路 73
3．2．1 三相异步电动机的定子电路 73
3．2．2 三相异步电动机的转子电路 75
3．2．3 三相异步电动机的额定参数 76
3．2．4 三相异步电动机的功率传递 77
3．3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 78
3．3．1 三相异步电动机的电磁转矩 78
3．3．2 三相异步电动机的机械特性 79
3．4 三相异步电动机的启动方法 82
3．4．1 三相笼型异步电动机的启动方法 82
3．4．2 绕线式三相异步电动机的启动方法 87
3．4．3 特殊三相笼型异步电动机 89
3．5 三相异步电动机的调速方法 91
3．5．1 调压调速 91
3．5．2 转子电路串电阻调速 92
3．5．3 变极对数调速 93
3．5．4 变频调速 94
3．6 三相异步电动机的制动 97
3．6．1 反馈制动 97
3．6．2 反接制动 98
3．6．3 能耗制动 99
3．7 单相异步电动机 100
3．7．1 单相异步电动机的工作原理 100
3．7．2 单相异步电动机的启动方法 102
3．7．3 单相异步电动机的调速方法 103
3．8 三相同步电动机 104
3．8．1 三相同步电动机的结构 104
3．8．2 三相同步电动机的工作原理 105
3．8．3 三相同步电动机的启动方法 106
3．8．4 三相同步电动机的特点 108
习题与思考题 108
第4章 控制电动机 110
4．1 伺服电动机 110
4．1．1 交流伺服电动机 111
4．1．2 直流伺服电动机 115
4．1．3 两相交流伺服电动机与直流伺服电动机的性能比较 118
4．2 力矩电动机 119
4．2．1 永磁式直流力矩电动机的结构特性 119
4．2．2 直流力矩电动机的特点 120
4．3 小功率同步电动机 121
4．3．1 永磁式同步电动机 121
4．3．2 磁阻式电磁减速同步电动机 123
4．3．3 磁滞式同步电动机 124
4．4 步进电动机 126
4．4．1 步进电动机的结构与分类 126
4．4．2 步进电动机的工作原理 128
4．4．3 步进电动机的运行特性 131
4．4．4 步进电动机的主要性能指标 134
4．4．5 步进电动机的选择 135
4．5 直线电动机 135
4．5．1 直线异步电动机 136
4．5．2 直线直流电动机 139
4．5．3 直线同步电动机 141
4．5．4 直线步进电动机 142
习题与思考题 144
第5章 机电传动控制系统中电动机的选择 146
5．1 电动机功率选择的原则 146
5．2 电动机的温度变化规律 147
5．3 不同工作制电动机功率的选择 148
5．3．1 连续工作制电动机功率的选择 148
5．3．2 短时工作制电动机功率的选择 151
5．3．3 重复短时工作制电动机功率的选择 152
5．4 电动机功率选择的统计法和类比法 154
5．5 电动机种类、电压、转速和结构形式的选择 154
5．5．1 根据生产机械的负载性质来选择电动机的类型 154
5．5．2 电动机电压等级的选择 155
5．5．3 电动机额定转速的选择 155
5．5．4 电动机结构形式的选择 156
习题与思考题 156
第2篇 机电传动系统的控制
第6章 机电传动系统的继电器-接触器控制 159
6．1 常用低压电器 160
6．1．1 低压开关 161
6．1．2 低压断路器 163
6．1．3 接触器 165
6．1．4 继电器 167
6．1．5 熔断器 173
6．1．6 主令电器 175
6．2 电气控制系统的电路图及绘制原则 179
6．2．1 电气控制系统图中的图形符号和文字符号 179
6．2．2 电气原理图 180
6．2．3 电气元件布置图 182
6．2．4 电气安装接线图 183
6．3 三相笼型异步电动机的基本控制线路 184
6．3．1 三相笼型异步电动机全压启动控制线路 184
6．3．2 三相笼型异步电动机降压启动控制线路 185
6．3．3 三相笼型异步电动机正反转控制线路 191
6．3．4 三相笼型异步电动机制动控制线路 193
6．3．5 多速三相笼型异步电动机控制线路 199
6．3．6 三相笼型异步电动机的其他控制线路 200
6．4 继电器-接触器控制系统的设计 203
6．4．1 继电器-接触器控制系统设计的基本内容 203
6．4．2 电气原理图设计的基本步骤及一般规律 203
6．4．3 电气控制线路设计举例 205
习题与思考题 210
第7章 机电传动系统的可编程序控制器控制 211
7．1 可编程序控制器概述 211
7．1．1 可编程序控制器的产生 211
7．1．2 可编程序控制器的特点 212
7．1．3 可编程序控制器的主要功能及应用 214
7．1．4 可编程序控制器与继电器-接触器控制系统的区别 215
7．1．5 可编程序控制器的发展趋势 216
7．2 可编程序控制器的组成与工作原理 219
7．2．1 可编程序控制器的基本组成 219
7．2．2 可编程序控制器的工作原理及主要技术指标 223
7．2．3 可编程序控制器的分类 225
7．2．4 可编程序控制器的编程语言 225
7．3 S7-200系列PLC的基础知识 228
7．3．1 S7-200系列PLC的硬件系统 228
7．3．2 S7-200 系列PLC的内部资源及寻址方式 235
7．3．3 S7-200系列PLC的指令系统及编程软件 242
7．4 S7-200系列PLC的基本指令及编程方法 244
7．4．1 基本逻辑指令及使用举例 244
7．4．2 定时器指令和计数器指令 254
7．4．3 顺序控制指令 260
7．4．4 程序控制指令 262
7．4．5 梯形图编程的基本规则及注意事项 269
7．5 S7-200系列PLC的功能指令及应用 272
7．5．1 运算指令 272
7．5．2 数据处理指令 281
7．5．3 表功能指令 289
7．5．4 转换指令 292
7．5．5 特殊指令 299
7．6 典型简单电路的PLC程序设计 325
7．6．1 启动、保持、停止电路 325
7．6．2 互锁电路 326
7．6．3 脉冲信号发生电路 326
7．6．4 脉冲宽度可调电路 327
7．6．5 长计数电路 327
7．6．6 长定时电路 328
7．6．7 报警电路 329
7．6．8 单按钮启停电路 330
7．7 PLC 控制系统的设计及应用 331
7．7．1 PLC控制系统设计概述 331
7．7．2 PLC控制系统的硬件设计 333
7．7．3 PLC程序设计常用的方法 339
7．7．4 人机界面设计 350
7．7．5 提高PLC控制系统可靠性的措施 354
7．7．6 PLC工程应用实例 362
习题与思考题 371
第8章 机电传动系统的微机控制 375
8．1 微机控制系统的组成与特点 375
8．2 直流电动机的调速控制系统 378
8．2．1 直流电动机的调速方法 378
8．2．2 直流电动机的脉宽调制（PWM）电路 378
8．2．3 直流电动机调速的微机控制系统 382
8．3 三相交流异步电动机的变频调速控制系统 384
8．3．1 三相交流异步电动机的变频调速概述 385
8．3．2 变频器简介 387
8．3．3 SPWM电压型变频器 392
8．3．4 通用变频器的介绍及应用 396
8．3．5 PLC控制变频器的方法及应用 399
8．4 步进电动机的微机控制 402
8．4．1 步进电动机的脉冲分配 403
8．4．2 步进电动机的驱动电路 405
8．4．3 步进电动机的细分电路 408
8．4．4 步进电动机的微机控制 408
8．4．5 步进电动机的PLC控制 410
习题与思考题 411
参考文献 413
全书分为2篇，共8章，内容包括直流电动机的工作原理和和特性，三相异步电动机的工作原理及特性，常用控制电动机的工作原理和应用，电动机的选择，机电传动系统的继电器-接触器控制、可编程序控制器控制和微机控制，机电传动系统课程设计指导。
本书课程体系新，内容实用，重点突出。本书内容分为机电传动系统的驱动元件、电动机与机电传动系统的控制两篇，层次分明又相互联系，知识体系完整。在内容组织上，本书突出新（新技术、新元件），侧重应用，适当淡化纯理论分析，彰显应用实例。
本书课程体系新，内容实用，重点突出。本书内容分为机电传动系统的驱动元件、电动机与机电传动系统的控制两篇，层次分明又相互联系，知识体系完整。在内容组织上，本书突出新（新技术、新元件），侧重应用，适当淡化纯理论分析，彰显应用实例。
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