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第一篇 电气基础知识部分本篇学习目的：在本篇中，我们共编入了十章内容。其中：1、“磁与电磁的基本知识”、“交流电”、“电机”、“可共硅”等五章内容是学习电铲电气的基本理论，是帮助学员进行理论分析的基础知识。2、“PLC简介”和“自动控制”介绍了先进技术的控制及元件。是为了使学员在学习中了解电铲电气控制的发展方向。3、WK10B，359B、2800XP电铲的电气控制系统概述，介绍了几种不同的电控方式，在今后引进新型号电铲时，起参考和帮助作用。重点说明的是，本篇中的WK10B电铲电气控制方式和神宝露天矿的WK10B（E）的控制方式有区别，主要是在可控硅的铡发装置上发生了变化，我们将在第三篇中详细介绍。第一章 磁与电磁的基本知识第一节基本名词解释磁性：在物理学中，我们把能吸引铁、镍、钴的物质的性质叫做磁性磁体：把具有磁性的物质叫做磁体磁场：就像电荷周围存在电场一样，在磁体周围同样存在着磁场磁力线：为了形象的描述磁场，可仿照用电力线描述电场一样的方法而引入磁力线第二节 磁感应强度及有关物理量一、 磁感应强度：是描述磁场中各点的强弱和大小的力量，我们用载流导体在磁场中所受的力，与导体中的电流和它垂直于磁力线的长度的乘积的比值来表示该点磁场的性质，并叫作该点的磁场感应强度。B=F/IL （单位：特拉斯，简称：特，用T表示）其中：F：表示载流导体在磁场中所受的力（单位：牛顿）I：表示载流导体垂直磁力线的长度（单位：米）L：表示载流导体导体中的电流（单位：安培）B：磁感应强度。（单位：特拉斯）二、 均匀磁场：如果磁场中各点的磁感应强度的大小相当方向相同，则该磁场就是均匀磁场。在均匀磁场中磁感应强度是个常数。为了讨论方便，用符号和分别表示磁场垂直过入或流出纸面的方向。三、 磁通：我们把描述磁场在空间分布情况的物理量叫作磁通（用表示）磁通的定义是：磁感京戏强度B和与它垂直方向的某一截面积S的乘积。=BS （适宜均匀磁场）为了把磁通磁感应强度与磁力线密切的联系起来，通常也定义；通过垂直于磁场的方向上某一截面种的磁力线数叫磁通 B=/S （适宜于均匀磁场）则B就是单位面种上的磁通，所以人们也通常把磁感应叫做磁通密度。四、 磁导率：磁导率是表征媒介质磁化性质的物理量。自然界中绝大多数的物质对磁感应强度的影响甚微，根据各种物质的磁导率的大小，可以把物质分成三类: 第二类叫反磁物质,它们相对磁导率小于1,如铜、银等; 第二类叫顺磁物质它们相对磁导率稍大于1,如空气、锡、铝等; 第二类叫铁磁物质它们相对磁导率远大于1,如铁、镍、钴及其合金等.五、 磁场强度:我们定义磁场强度的大小等于磁场中某一点的磁感应强度B与媒介质磁导率的比值.H=B/第三节 铁磁材料 电磁铁一. 铁磁材料磁化:我们把原来没有磁性,在外磁场作用下而产生磁性的性质叫做磁化.铁磁材料:用铁磁物质作成的材料叫铁磁材料.剩磁:铁磁材料被磁化后,再把电流减小为零,则外磁场就为零.但磁感应强度B并不立刻为零而维持着一定的数值,人们常把这个数值叫做剩磁.矫顽力:为了削除剩磁,必须在线圈中加反向电流,随着反向电流逐渐增大,剩磁才逐渐降为零.使剩磁为零的反向磁场强度叫做矫顽力磁滞:出于铁磁材料在反复磁经过程中,磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化,所以我们称这一现象为磁滞.二. 铁磁材料的性质:(1) 能被磁体吸引.(2) 能被磁化,在反复磁化过程中有剩磁和磁滞损耗.(3) 磁导率不是常数,但每一种铁磁材料都有一个最大导磁率.(4) 对各种材料的磁感应强度B都有一个饱和值.它决定于铁磁材料的磁性质.三. 铁磁材料分类:根据铁磁材料磁滞回线的形状及其在工程上的用途,大致可分为三大类.第一类:软磁材料.如:硅钢片、坡莫合金等,特点是磁导率很大,剩磁和矫顽力都较小,容易被磁化也容易被去磁,因而磁滞损耗小.第二类:硬磁材料.它们必须用较强的外磁场才能磁化.但一经磁化,取消外磁场后磁性不易消失,具有很强的剩磁,而且矫顽力很大.它们主要是用于制造各种形状的永久磁铁和恒磁(如喇叭的磁钢)第三类:矩磁材料,它在很小的外磁作用下就能磁化,并达到饱和;去掉外磁场后,磁性仍然保持与饱和时一样.用于做记忆元件(如电子计算机的磁芯).四. 电磁铁:人们常用铁磁材料做铁芯,在外面缠绕上线圈,再通以电流作成了电磁铁.电磁铁的分类:按励磁电流的性质分为直流和交流良种.五. 电磁铁的用途:(1) 起重电磁铁.(2) 控制和保护电器中的电磁铁,用于接触器、继电器、电磁阀等,起控制电路的接通与关断或流量的有无,以及保护电气设备.(3) 电磁吸盘,主要用于磨床,用来固定铁磁材料制成的工件.六. 磁场对通电导体的作用由于电流周围存在着磁场,所以把通电导体放在磁场中以及两个通电导体之间,都将受到力的作用.通常把这种力叫做磁力.F=BILsina式中 B均匀磁场的磁感应强度(韦/ I导体中的电流强度(安培)L导体在磁场中的长度(米)F导体受到的磁力(牛顿)a导体与磁力线的相交角度 第四节 电磁感应一、 电磁感应:英国科学家法拉第发现,当导体相对磁场运动而切割磁力线,或线圈中的磁通发生变化时,都有感生电动势产生,若导体或线圈是闭合回路的一部分,则导体或线圈中将产生感电流. 这种现象叫做电磁感应.二、 楞次定律L它说明了感生电动势的方向)1. 导体中产生感生电动势和感生电流的条件是:导体切割磁力线运动或线圈中的磁通发生变化时,导体或线圈中就产生感生电动势;若导体或线圈是闭合的,就产生感生电流.2. 感生电流产生的磁场总是阻止原磁场的变化.也就是说,当线圈中的磁通要增加时,感生电流就产生一个磁场去阻止它增加;当线圈中的磁通要减少时,感生电流所产生的磁场将阻止它减少.这个规律叫做楞次定律三、 法拉第电磁感应定律（它说明了感生电动势的大小)线圈中感生电动势的大小与线圈中磁通的变化速度(即变化率)成正比. 这个规律叫做法拉第电磁感应定律四、 自感和互感自感:出于通过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应,叫自感自感电动势:由自感产生的感生电动势叫自感电动势.自感对人们来说,既有利又有弊.例如:日光灯是利用镇流器的自感电动势来点燃灯管的,同时也利用来限制灯管的电流;但在含有大电感元件的电路被切断的瞬间,由于电感两端的自感电动势很高,能产生大电弧,容易损坏设备的元件,必须注意尽量避免.互感:两个线圈之间的电磁感应,叫互感.互感电动势:由互感产生的感生电动势叫互感电动势.(是我们制造变压器、互感器所应用的基本原理.)第二章 交流电第一节 交流电的基本概念直流电:是指它的电流(或电压、电动势)的大小和方向都不随时间的变化而变化.交流电:是指它的电流(或电压、电动势)的大小和方向是随着时间的变化而变化的.一、 交流电的分类:正弦交流电、菲正弦交流电两类.正弦交流电:是指它的电流(或电压、电动势)的大小和方向是随着时间按着正弦规律变化的.非正弦交流电:是指它的电流(或电压、电动势)的大小和方向是随着时间不按正弦规律变化的交流电.二、 正弦交流电的产生:通常可用交流发电机产生.如果用简单的发电机结构说明,在静止不动的对磁极间安装一个年转动的圆柱 形铁芯,在它上面紧绕着一个单匝线圈,两端分别联结一对接外的电刷和铜环,这样在转子圆柱面上的磁感应强度就按正弦规律分布.B=Bm sina (Bm是磁感应强度的最大值)当a=0时,产生的感生电动势e=0当a=II/2时,产生的感生电动势e最大当a=3/2时,产生的感生电动势e是负最大电角度:是从0到正最大到0,又到负最大再到0的过程,这种以电磁关系来计算交流电变化的角度叫做电角度.机械角度:是电机转过的角度电角度=磁极对数机械角度三、 交流电的三要素:1. 最大值(峰值、振幅).2. 频率、角频率、周期.频率:是指每秒种内交流电变化的电角度.周期:是指交流电变化一次所需的时间.初相角:我们把开始的瞬间(t=0时),此时交流电对应的民角度叫初相角(也叫初相、也叫初相位).相位差:我们把两个相同频率的正弦交流电的初相位之差叫做相位差.同相位:若两个交流电的初相相同,即同时到达零值或是最大值叫做同相位.第二节 三相交流电一、 三相交流电:我们把三相电动势、电压和电流统称为三相交流电.二、 三相绕组的联结:有星形(Y)、三角形()两种方式.三、 三相绕组的星形(Y)联结:把三相发电机各绕组的一端如X、Y、Z联在一起成为一个公共点,此点叫做三相发电机的中性点或零点,符号“O”表示.从中性点接出的输电线称为中性线,简称中线.中性线通常与大地相连接.从三个始端A、B、C引出的输电线称为端线或相线,俗称炎线.这种联结方式叫做三相绕组的星形(Y)联结. 三相四线制:星形(Y)联结的三相发电机在输电时,一般用四根输电线,其中三根端线及一根中线,这种输电方式叫三相四线制.相电压:星形(Y)联结的三相发电机在输电时可输送两种电压,即端线与中线间的电压叫做相电压.线电压:星形(Y)联结的三相发电机在输电时可输送两种电压,即端线与端线间的电压叫做线电压.四、 三相绕组的三角形()联结:把三相发电机各绕组的首位依次相连,构成闭合回路,并把三个结点作为输出端,这种联结方式叫做三角形联结法,或形联结法.五、 区别:星形(Y)联结: 线电压=相电压(即线电压超前相电压300三角形()联结:线电压=相电压(即只有一种电压)对称的三相负载:如果各相的负载的性质(感性、容性或电阻性)相同,阻值相等,这样的三相负载叫做对称的三相负载.如:三相电动机、三相电炉等.不对称的三相负载:如果三相的负载不相同,这样的三相负载叫做不对称的三相负载.如:三相照明负载.三相交流电的特点:电流、电压的大小相等,相位彼此互差1200第三节 安全用电电的危害:如果用电不当,将会产生触电、烧坏电气设备、引起火灾等事故.电在现代生产和生活中起着很重要的作用,给人类造福不浅.随着四个现代化的迅速发展,电的应用将更为广泛.但用电不当,将会产生危害;如触电、烧坏电气设备、引起火灾等事故,给国家和个人带来很大损失,因此安全用电很重要.下面介绍一些安全用电的一般知识:一、 保护接地和保护接零的重要性 在正常情况下,电气的外壳是不带电的.但因绝缘损则漏电时,外壳就会带电,如人体触及就会触电,轻则“麻电”,重责死亡.为保证操作人员安全,即使在电气设备设备因绝缘损坏而漏电,人不慎触及也不会触电,因此对电气设备必须才用保护接地和保护接零两种措施.分别说明如下. 1、保护接地 三相三线制的电源,中线不直接接地的电力网,应将电气设备的外壳用导线同接地极可靠的连接起来,称为保护接地如图(图纸)2、保护接零 在三相四线制中,中线直接接地,电气设备的外壳应采用保护接零(又称保护接中线)的方法.即将外壳与零线(中性线)可靠连接起来.如图(2-1)b所示.外壳接零线后,如电动机的一相绝缘损坏而碰壳时,则该相短路,立即将熔丝熔断,或使其他保护电器动作迅速切断电源,消除触电危险.在单相用电设备中,如果使用三脚插头和三孔插座时,应正确识别三孔插座中三个接线端的极性.其中两个个较小的孔:一个表示火线另一个表示接地线,第三个较大的虽用电笔测试也不带电,但它不是接地线而是保护接零线,如图(2-2)有了这样的识别后,我们再来看三脚插头的极性.三脚插头中一个较粗的脚,显然应插入三孔插座中的粗孔(保护接零线).这样,就要求,把用电设备的三根引出线正确地接在三脚插头的接线柱上,如我们常用的台式电风扇,他的三根引出线分别用红、黄、黑区别,其中黑线就是表示保护接零线,必须把它接在三脚插头的粗脚的接线柱上.不能接错.正确接线能起到保护接零的作用. 应该指出的是在同一配电线路中,不允许一部分电气设备采用保护接地,而另一部分电气设备采用保护接零的方法.否则,当用电设备一相碰壳后,由于大地的电阻比中线的电阻大的多,所以经过机壳、接地极和大地形成短路电流往往不足以使自动开关或熔断器动作,而电流流过大地又使电源中点的电位升高,这样使所有接零线的用电设备的外壳或框架出现了对地电压,造成更多的触电机会.二、 电气设备的绝缘要求电气设备的绝缘材料时间长会老化.温升过高或温度增大时,其绝缘性能也要降低.我们常见的许多漏电现象大都是由于绝缘性能下降所引起的.当绝缘材料由于受潮严重或温升长期超过允许值使用,或加上过高的电压的情况,使绝缘破坏造成击穿.电气设备绝缘性能的好坏是按照如下标准来鉴别的:对于一般固定的电气设备,其外壳与线圈之间的绝缘电阻不能低于0.5兆欧;对于可移动之电气设备,如台式电扇、手枪电钻等,其绝缘电阻不能低于1兆欧;在潮湿地方使用的电气设备,如船用电气设备,其绝缘电阻还应适应增大,以保证安全.各种电气设备的绝缘电阻可用兆欧计进行测量.应该指出的是长期搁置的电气设备,在使用前,必须先用摇表测量其绝缘电阻是否是合乎标准,不准冒然使用,以免发生事故.另外,在使用前,应仔细检查电气设备的联结线是否完好,联接线切勿裸露在外面,确保绝缘良好,避免触电事故.三、 火线进开关的重要性安装照明线路时,应先用电笔识别火线.应将电源的火线接入开关,这就是通常所说的“火线进开关”.见图(2-3)a所示(图纸)为什么一定要火线进开关呢?因为,这种接法能保证在开关时,电灯的灯头不带电.这样,无论在换灯泡或检修时都不发生触电,保证了安全用电.有的人不重视火线进开关,按图(2-3)b的方法接线,即将开关串联在地线与灯头之间.这样接,虽然开关合上时电灯照样亮,但是,开关断时,灯丝回路虽然被切断,而灯头与火线仍然带电,此时,掉换灯泡时触及灯头,便会触电.所以这种接线方法是不正确的,一定要保证“火线进开关”,对于其他用电设备,同样要求正确接线.有时,我们看到开关了,日光灯(特别是功率小的日光灯)仍在隐隐 发光,它就是表示“火线”没进开关,灯头带电在作怪的缘故.遇到这种情况,应及时改正接线,将火线引入开关.四、 低压照明的意义为确保用电安全,我们采用降低用电设备的工作电压,如各种机床照明灯的工作电压,采用36伏以下的电源就是这个道理.所以36伏以下的交流电压,通常称为安全电压.在特别潮湿环境极易导电的场合中,还要适当降低用电设备的工作电压,如常采用24伏、12伏工作电压等.第三章 变压器第一节 变压器的用途、分类一、 变压器的用途变压器是一种静止的电器,用于将一种形式的交流电能改变成另一种形式的交流电能,其形式的改变是多种多样的.即可改变电压、电流;也可改变等效阴抗电压、电流或电源相数、频率等,它们分别用于不同场合:1. 能够把电能的电压、电流升高和降低.2. 当电压、电流发生变化时,对应的等效阻抗也变化的叫做阻抗变压器.3. 可以改变电源相数,如三相变两相,三相变六相或十二相.4. 采用特殊结构的变压器甚至可以改变电源的频率.二、 变压器的分类1. 按用途分主要有:电力变压器、调压变压器、仪表用互感器、特殊变压器(如整流变压器、电焊变压器、脉冲变压器等).2. 按线圈数目分:双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器.3. 按铁芯结构分:芯式变压器、壳式变压器.4. 按冷却方式分:空气冷却的干式变压器、油冷却的油浸式电力变压器.三、 几种常用变压器1. 三相变压器:所谓的三相变压器实际上就是三个相同容量的单相变压器的组合。在每个铁芯上缠绕着同一相的两个绕组，一个是主绕组即高压绕组；另一个是副绕组即低压绕组。通常高压绕组的初始端分别用、表示，尾端以、表示，零点以表示。2. 自耦变压器：是个单相变压器。它与一般变压器的不同点是把原、副绕组组合成一个绕组，其中高压绕组一部分兼做低压绕组，它的高低压绕组在电的方面是连通的，其电压比和单相变压器是一样的。必须注意的是，自耦变压器不能作为安全变压器使用。容易发生由于接线错误造成的触电事故，接线错误以后，虽然次级电路电压（假如只有12伏）很低，但当工作人员接触到次级电路任何一端，都会发生触电事故。因此，安全变压器一定要采用原、副绕组分开的双绕组变压器。3. 电焊变压器：交流电弧焊在生产中应用很广泛，从结构上看，这种弧焊机实际上就是一台特殊的降压变压器，即所谓的电焊变压器。它的结构特点是：普通变压器的原、副绕组是同心地套在一个铁芯柱上的，这样可以减小漏磁通使漏阻抗很小。但电焊变压器原、副绕组不是同心地套在一起，而是分别安装在两个铁芯柱上的。有的在副边电路中还另外串联一个铁芯电抗器。这样主河以获得较大的漏阻抗，而且调节电抗器的空气隙还可以调节漏阻抗的大小，改变输出电压与工作电流。第二节 变压器基本结构与原理1. 是由铁芯部分、绕组部分、绝缘结构、冷却系统等组成。2. 根据电磁感应原理，当原边接上交流电时，在原边就有交变的电流通过，电流产生磁场，于是在变压器铁芯中就有交变的磁通，该磁通的主磁通同时穿过原、副绕组，它要按电源电压的频率而变化，因此，在原、副绕组中都将产生感生电动势，副边产生的电动势，就是变压器的输出电压。3. 变压器的原、副绕组采用不同的匝数就可以达到升压或奖压的目的。对于产品变压器（无论是升压或是降压的变压器）的电压比是一个定值，所以在使用时一定要严格按着额定值使用。4. 变压器工作时，原、副原、副绕组中的电流大小与它们的电压或匝数成反比，这样的变压器在改变电压的同时也改变了电流。5. 变压器电压高的一边，由于绕组匝数多，电流小，可以使用截面积较小的导线烧制，低压侧绕组匝数较少，电流大，需使用截面积较粗的导线烧制，对于产品变压器，可以根据出线端的粗细来判断高、低压绕组。6. 变压器的效率。出于变压器没有机械转换的损失，所以它的效率很高。大容量的变压器效率可以达到9899，小容量的变压器效率也达到了7090第三节 变压器的运行主要包括变压器的空载支行和负载运行的计算，在电铲的实际工作中不涉及到，我们不做详细的说明，只是把相关的知识进行简单的介绍。有的时候变压器的负载电压比空载运行时的电压高。变压器的运行性能主要有副边电压变化玅效率。当坟器负载变化时，为保证其副边电压稳定，必须进行电压调整。通常在变压器的高压绕组上设有抽头用以调节高压绕组的匝数（调变化）来达到调节副边绕组电压。这种帛头称为分接头，中小型变压器一般有三个分接头。利用分接开关副绕组电压可调节的变化范围达到25。变压器的损耗：可分为铜耗和铁耗两类。每类包括基本损耗和附加损耗两部分。空载损耗主要是铁耗；短路损耗主要是铜耗。基本铁耗包括：磁滞损耗和涡流损耗。第四节 互感器互感器是电力系统中供测量和保护用的重要设备。使用互感器的目的，主要是为了变换任何大小的电流或电压到一测量或使用继电器动作方便、且对工作人员安全的电流或电压。互感器按使用的系统不同，分为交流互感器和直流互感器。限于篇幅，这里只介绍交流互感器。交流互感器通常称为仪用互感器，其作用原理和变压器相同，按用途分电流互感器和电压互感器。一、 电流互感器电流互感器的原绕组由一匝或几匝截面较大的导线构成，被串到需要测量的电路上，副绕组的匝数较多、截面较小，并与阴搞较小的仪表构成闭路。因此，电流互感器的运行情况相当于变压器的短路运行。电流互感器的铁芯磁密取得很低，一般在0.080.1范围内，帮对应得激磁电流可忽略，副绕绵的匝数愈多，原绕组的匝数愈少，则电流比愈大，在一定的原边电流下，副边电流愈小这是借助于电流互感用小量和电流表测量大电流的原理。为了使用安全，电流互感器的副绕组必须牢固接地，防止由于绝缘损坏后，原边的高压传到副边，发生人身事故。电流互感器使用时特别应注意的是，副互组绝对不许开路。因为电流互感器的总的等效阻抗与被测线路的负载相比是可忽略不计的，因此被测回路电流，并不随电流互感器副边阻抗的变化，而变，在副绕组开路的时候，互感器成了空载地状态，此时原边被测线路电流成了激磁电流，将使铁芯内的磁密比正常值增加许多倍，1.41.8，因此铁耗剧增，使铁芯过热，影响铁芯的电磁性能，从而大大地降低了准确度。更为严重的是，当磁路进入高饱和状态后，交变磁通趋近于外矩形的梯形波。在磁密过零时，很大，加之副绕级的匝数又很多，副边将产生幅值极高的尖顶波电压，在安培容量较大的电流互感器里，其幅值高达数千伏以上，因此对于人身绕组绝缘都十分危险。故保电流互感器的副绕永远自身短路或经过仪表短路是非常重要的。二、 电压互感器图（上）是电压互感器的原理图，其原边接到被测线路，副边接电压表或功率表的电压线圈。出于电压表的功率表的电压线圈内阻很大，故电压互感器按过于变压器空载运行。如果忽略漏阻抗压降，则有u1=(w1/w2)u2=k2u2,因此利用原，副绕组不同的匝比可将线路高压变换为低电压来测量类似电流互感器，它也有电压的副值误差和相角差误，为了减少字的激磁电流，其铁芯采用高性能硅钢片制成，磁通密度取得较低，约0.60.8。为减小原、副漏阻抗，在绕制时应尽是减少原、副绕组间的漏磁。采取以一措施即可减少民压互感器的误差。一般电压互感器副边电压为100，而其准确度分为0.2，0.5，0.1，3.0和6.0五级。电压互感器使用时，副边不允许短路，否则会产生很大的短路电流，为了安全起见，副绕组同铁芯都必须可靠地接地，另外，电压互感器有一定的额定容量，使用时副边不宜接过多的仪表，以免电流过大引起较大的漏阻压降，影响互感器的准确度。第四章 简介第一节的基本定义1. 什么是是可编程序控制器（programmable logic controller）简称，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、记时、记数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。2. 的发展作为通用工业控制计算机，30年来，可编程程序控制器从无到有，实现工业控制领域接线逻辑到存储的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程序控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着钺来钺大的作用。第二节在电铲的应用美国公司应用技术，在制造电铲和钻机时广泛采用。在神华准格尔运行的五台395电铲就采用了技术，在395上主要用途是：1. 利用其故障自我检测功能，本身出现故障时会立即发出报警信息。2. 代替了以前电路上的各种控制联锁，不需要那么多的辅助触点和开关，它就是一个无触点的继电控制装置，可以对30多个辅助装置的接触器的吸合/断开进行。如：所有的净化风机、空压机、加热器等。3. 可以完成对电铲上的81条故障信息的报警。如：温度报警、各个系统的过压报警、过流报警、某些短路和开关跳闸、气压、油压报警等。4. 可以通过设定什么时间润滑一次，或者给什么部位润滑，可以查看润滑情况，可以调定油压报警状态。5. 可以通过设定提升/下放的极限、推压/回拉的极限、在更换钢丝绳和调整中心轴间隙时可以锁定某一定的位置。6. 在操作时可以观察电铲的运行状态，查看以前发生的故障的报警记录。以上都可以在司机室内的显示器上看到，并且在显示器的键盘上可以输入数据。的体积不大，在395上使用非常方便，一般没有什么故障发生。第三节的特点和构成1. 的特点（1） 可靠性高，抗干扰能力强可靠性是电气控制设备的关键性能，出于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从的机外电路来说，使用构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大降低。此外，带有硬件自我检测功能，出现故障时会立即发出报警信息。（2）配套齐全，功能完美，实用性强发展到现在，已经形成大、中、小各种规模的系统化产品，可以用于各种场合。除了逻辑功能以外，现代具有完善的数据运算能力。可以用于各种数字控制领域。（3）易学易会，深受工程技术人员欢迎。作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它的接口容易，编程语言容易为工程技术人员接受接受。梯形语言的图形符号与表达方式和继电器电路相当接近。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大大缩短，同时维护也容易。更重要的是使同一设备经过改变生产过程成为可能。（5）体积小，重量轻，能耗低。有的尺寸没有超过100毫米，重量小于150克，功率消耗只有几瓦。由于它体积小，所以它很容易装哪机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2. 的构造从结构上分，分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式包括板、/板、显示板、内在块、电源等，这些元素的组合成一个不可拆卸的整体。模块式包括模块、/板、内存、电源模块、底板或机架等，这些模块可以按一定规则组合配置。第五章可控硅可控硅是一种大功率半导体电气元件，主要用来控制强电系统各种电路的通断，从而实现预定的任务。相比于其他同类的装置，具有质量轻，体积小，无噪音、无振动、反映灵敏、使用寿命长、易于维护等特点。广泛应用于电力、电子的各个领域。在4和10（）电铲各个系统（即提升、推压、回转/行走）的直流发电机的励磁控制都是采用的可控硅，与第一代10相比，10（）已把可控硅的触发装置进行了改进，触发脉冲由原来的磁性触发改为了电子模拟控制装置。第一节可控硅的类型及结构国产可控硅有螺栓型和平板型两种，如图51所示（图51）由图可见，可控硅比普通半导体多一个控制极。对于平板型可控硅，中间的金属环为控制极，离控制极远的一面是阳极，近的一面是阴极。这种可控硅通过电流较大，可达千安以上。对于螺栓型可控硅，带有螺栓的一端为阳极，同时利用它可与散热器固定，另一端的粗引线为阴极，细引线为控制级，这种结构具有更换元器件方便等优点，但通过电流较小，一般只有上百安培，挖掘机多用于可控硅。可控硅的内部有一个管芯，它是一块很薄的单硅晶片上采有掺杂工艺研制而成，这一点与普通二极管、三极管类似。不同的是，它具有三个结1、2、3，由最外层的层和层分别引出阳极和阴极，由中间的层引出控制极（图52）。第二节可控硅的参数及选用下面对原机械工业部颁标准114475中有关可控硅的参数规定作一个简单介绍。1. 额定通态平均电流（）：在环境温度为+40及规定的散热条件、纯电阻负载且可控硅导通角大于170度时，可控硅所允许的单相工频正弦半波电流在一个周期内的最大平均值，简称为额定电流。通常所说的10、20的可控硅，就是指的这个可控硅的额定通态（图52）2. 断态重复峰值电压：在控制极断开和正向阻断的条件下，阳极和阴极之间可重复施加的正向峰值电压。其数值规定为断态不重复峰值电压的80。3. 反向重复峰值电压：在控制极断开的条件下，阳极和阴极之间可重复施加的反向峰值电压。其数值规定为反向不重复峰值电压的80。通常将2、3之间的较小值规定为可控硅的额定电压。4. 通态平均电压（）：在规定环境温度和散热条件下，可控硅通以额定通态平均电流，结温稳定时阳极和阴极之间的平均电压值。5. 控制极触发电压：在不室温下，阳极和阴极之间施加6电压时，使可控硅从截止变为完全导通所需的最小控制极直流电压。6. 控制极触发电流：在室温下，阳极和阴极之间施加6电压时，使可控硅从截止变为完全导通所需的最小控制极直流电流。7. 维持电流：在室温和控制极断路时，可控硅从较大的通态电流降至刚好能保持可控硅处于通态的最小直流电流。维持电流一般为几十到一百多毫安。以上对可控硅的一些主要参数作了简单说明，为了正确选择使用可控硅，还应了解可控硅的型号含义。根据114475，可控硅的型号其含义如下：（图）第三节可控硅的工作原理为了说明可控硅的工作原理，我们先做如下实验：首先让可控硅的阳极接电源负极，可控硅阴极通过指示灯接电源正极（反向电压）。此时无论控制极加不加电压，指示灯都不亮，表明可控硅没导通。事实上，可控硅这种状态叫反向阻断状态。然后让可控硅的阳极接电源正极，可控硅阴极通过指示灯接电源负极（正向电压）。此时如果控制极不加电压，指示灯将不亮，表明可控硅没导通；如果控制极加反向电压，指示灯也不亮；而如果控制极加正向电压，指示灯亮，表明可控硅处表土层通状态。当可控硅导通后，即使去掉控制极所加电压，指示灯仍亮，可控硅仍然导通。由以上实验可见，要使可控硅从不导通转为导通，必须具备两个条件：第一，可控硅的阳极和阴极之间接正向电压；第二，控制极同时接适当正向电压。可控硅一旦导通，控制极将失去控制作用。加到控制极的电压一般很低，只有几伏，控制电流很小，只有几毫安到几百毫安，但经过可控硅通断的电流和电压则很大，可达几千安和几千伏。可控硅为什么会有这样的特点呢？我们不防先分析一下它的结构。我们知道，结的导通条件是在它的两边加正向电压，而可控硅具有三个1、2、3。由图52可见，如果可控硅阳极到阴极间加正向电压而控制极不加电压，此时中间的结2为反向截止，所以可控硅将不导通。因此，如果控制极不加触发电压，无论可控硅阳极、阴极间加何种电压，可控硅均无法导通。事实上，我们可以把可控硅的这种结构看作是（1）和（2）两个晶体三极管的互联，如53所示。如果在可控硅的阳极和阴极之间电压，同时在控制极上也加一个正向电压，晶体三极管2，放大后，在2的集电极将产生一个集电极电流2222，而此集电极电流即为管1的基极电流11再经1放大，在1集电极将得到一个放大后的集电极电流1212212。其中1、2分别为1、2的共发身极的电流放大系数。由于1的集民极与2基极相连，因此1的集电极电流1也将流向控制极，成为2的基极电流2。如此不断循环，电路中产生强烈的正反馈，三极管1、2很快达到饱和和导通状态，在三极管各自的发射极也将产生很大的电流，表明此时可控硅已完全导通。由此可见，只要满足两个条件，即可控硅的阳极和阴极之间接正向电压；同时控制极接适当正向电压，可控硅即可导通。可控硅导通后，这种导通状态完。全由管子本身的正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，可控硅仍将导通。可控硅导通后，其两端的压降变得很小，电源电压几乎全部加在负载上。可控硅导通后，如要使可控硅从导通变到截止（关断），只需降低阳极电流，使其不足以维持可控硅的正反馈过程。在这里，减少阳极电流可通过如下几种途径：将电源电压断开；在可控硅上施加反向电压；减少电源电压，使可控硅电流小于其维持电流，这样，可控硅即可自行关断。（图53）第四节可控硅的伏安特性我们在使用可揬寺时，最关心的莫过于它的工作特性，所以必须搞清可控硅的电流与电压的关系，也就是要分析它的伏安特性。在可控硅控制极开路的条件下，通过改变可控硅阳极、阴极之间所加电压的大小和极性，不难得到可控硅阳极电压和电流的关系。反映在图形上，即为可控硅的伏安特性曲线（图54）。1. 反向特性由图可见，可控硅的反向特性与一般的二极管差不多。开始时可控硅处于反向阻断状态，只有很小的反向漏电流通过，随着反向电压的不断增大，当反向电压达到某一数值时，反向电流急剧增大。此时所对应的电压值为不重复峰值电压，或称反向转折（击穿）电压。2. 正向特性在可控硅正向特性的初始段，伏安特性大致与二极管的反向特性相似。此时可控硅处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流通过。当阳极电压上升到某一数值时，正向电流突然增大，可控硅从正向阻断状态转为正向导通。此时的阳极电压称为断态不重复峰值电压，或称正向转折电压。可控硅导通后的正向伏安特性与二级管的正向特性相似，不多述。（图54）第五节可控硅的整流电路利用可控硅的开关特性，可以把交流电能转化成直流电能，这就是整流。可控硅整流电路是在二极管整流电路基础上发展起来的，它的主电路在结构上与二极管整流电路完全相同，下面将常见可控硅整流电路及其性能比较汇总成表51供参考。常见可控硅整流电路（表51）以上介绍整流概念及其常见电路，它的功能主要是实现交流电能到直流电能的转化。当然，也可以反过来通过某种电路实现直流电能到交流电能的转化，这叫逆变，如果把逆变后的交流电能送到交流电源，就叫有源逆变；如果不送回交流电源，而是送到负载，则叫“无源逆变”，由于无源逆变电路常用作变频，所以常称为变频电路。第六节可控硅的触发电路我人已经知道，可控硅由阻断到导通的转化必须满足两个条件：第一，可控硅的阳极和阴极之间接正向电压；第二，控制极同时接适当正向电压。控制极上所加的这个电压称触发电压，而给可控硅提供适当的触发电压的电路称为触发电路。为了保证可靠触发，可控硅对触发电路有一定要求：1. 触发电路应能供给足够大的触发电流和触发电压。由于实际可推荐寺应用电路里，各可控硅器件的触发电压和电流可能不一致，为保证每个可控硅都能可靠触发，一般要求触发电压在410之间。2. 只有当可控硅阳极受到正向电压时，施加触发电压才能使可控硅导通，所以在交流电源情况下，必须触发脉冲都在正半周时加入。而为了使每个正半周的控制角相同，还必须保证在每个正半周的同一刻加入。3. 可控硅的控制作用是靠改变控制角的大小得到的，因此触发脉冲应该能够在一定范围移动。4. 由于可控硅从截止转到完全导通状态需要一定的时间（一般在10ms以下），因此触发电路的脉冲宽度应在10ms以上。一般地，考虑到负载大电感，电流上升较慢的情况，可控硅触发电路的脉冲宽度应保持在2025ms。5. 触发脉冲前沿要陡，不能平缓上升。触发电路各类很多，比较常用的有以下几种：1. 单结晶体管触发电路。这种电路电路简单，可靠性高，是目前用的最多的一种，但输出脉冲不够宽。2. 阻容移相触发电路。这种电路所用元件少，简单可靠，胆脉冲前沿不陡，幅度较小，移相范围有很。3. 晶体管触发电路。可获得宽脉冲，但接线复杂，抗干扰能力不强。4. 可控硅触发电路，即采用小容量的可控硅去触发大容量的可控硅。这种电路可获得宽脉冲，而且电路简单、可靠、触发功率大，但需要另外的单结晶体管去触发小可控结，所用元件也较多。第七节可控硅电路分析入门可控电路是挖掘机电气控制系统的核心。在可控硅电路分析过程中，要抓住两个环节、一个关键和一个突破口。第一个环节是要熟悉可控硅器件的性能。对可控硅来说，除要了解它的型号、参数、性能等特点外，特别要清楚并熟练掌握可控硅的导通和阻断条件。正如前述，要使可控硅是导通，除了在阳极施加正向电压外，还必须在控制极施加正向触发电压，同时要求阳极电流大于维持电流。要使可控硅由导通状态转换到阻断状态，就必须降低阳极电流使它小于维持电流。这种特性是其他电气元件少有的。不熟悉它，就无从分析可控硅电路。第二个环节就是电路的结构和组合。不论可控硅电路如何复杂，总可以分解成主电路和触发电路两部分。主电路包括从电源经过可揬寺到负载的全部电路，触发电路则是指可控硅控制极和阴极之间起触作用的那部分电路。主电路的功能是通过可揬寺的特殊开关作用，在电源和负载之间完成电能的转换，如把交流电能转换为直流电能（即整流），或者把直流电能转化为交流电能（即逆变），或者用来改变交流电压的大小（即交流调压），或者是改变直流电压的大小（即直流调压）。这部分电路除了可控硅器件本身外，其他部分并不陌生。而触发电路的作用则是给可控硅提供适当的触发电压。它是保证可控硅电路可靠工作从而实现预定功能的重要条件。两部分电路缺一不可。一个关键就是控制角，为了说明问题，现以单相半波可控整流为例（图55（）。根据波形图，我们定义可控硅在正向电压下不导通的范围叫做控制角（又称移相角），用a表示，而加入触发脉冲g使导通，导通的范围叫做导通角，用表示（图55（b）。由图55可见，a和的为a+1800。可以看出，a越小，导通范围越大，输出直流电压越高；反之，输出直流电压越低。当a00，输出最大，这时在电源正半周内可控硅全导通，当a1800，输出电压为零，可控硅阻断。由图75（b）,负载电压是正弦半波的一部分，其平均值（直流分量）为：（公式）由此可见，改变加入触发脉冲的时刻，就可改变可控硅的导通角，使负载载上得到的电压平均值也随之改变。（图55）实际上，工作在交流电源的可控硅，它的几乎所有工作状态都与控制角有关。所以，要想顺利分析可控硅电路，就必须抓住控制角。一个突破口噈是触发脉冲。控制角是分析可控硅电路的关键，但控制角最终要由触发电路所产生的触发脉冲决定，因此，可控硅电路的分析，首先要从分析触发脉冲开始。自动跳闸等功能。触发电路又可分解成同步电源、脉冲电源、移相信号控制、脉冲形成、功率放大等环节，分析时主要触发电路的移相特性、控制电压的极性数值，此外，还要考虑到同步电压的选择、触发脉冲幅值和功率是否满足晶闸管的要求、各触发器间统调是否方便等。控制电路可分解为控制器，给定积分器，各种反馈如电流、电压反馈，其他功能控制如点动、爬行等环节，它是自动控制系统的核心，它的功能直接影响控制系统的技术性能。对调速系统主要是电流、转速双闭环控制。检测电路主要考虑检测装置的选择，而辅助电路主要是各种继电保护电路、显示电路和报警电路。3. 化零为整，摸清原理在搞清以上各单元、环节作用的基础上，再抓各单元的输入输出，将各个环节联系起来，统观全局，画出系统框图，然后在此基础上，掌握系统正常和故障时的工作情况及相应流程。第六章自动控制第一节自动控制的基本知识1. 自动控制的含义自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，按照事先设定的顺序或程序，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预先的方案达到要求的目标。2. 自动控制发展概述自动控制的发展可以追溯到18世纪瓦特利用小球离心调速器实现蒸汽机恒转速的控制。但在自动控制的相应初期，无论是自动控制的理论研究，还是它的推广应用，进展都是不快的。自动控制的真正发展是在20世纪。1920年，eaviside首次人拉氏变换；1950年，vens创立根轨迹法和现代应用数学的发展，自动控制无论在理论研究，还是在实际应用中，都取得了长足的进展。 挖掘机的电气自动控制，也经历了一个相当长的过程。自本世纪30年代美国生产出世界上第一台机械挖掘机以来，直到70年代中期，电气自动控制部分的发展都较为缓慢。1975年，美国H2800型挖掘机上实现了可控硅供电.高压交流电源输入挖掘机后分别送往电枢变压器等变压器,电枢变压器将电压称到600V后分别送往提升、推压、回转整流电路，以整流后去控制挖掘机各工作机构。1981年，公司在其395型挖掘机上采用了交流变频调速技术。高压由集电环输入挖掘机变压器，变为800或380的低压，经整流、逆变后送往各工作机构的交流电压和电流由整流民路控制，频率由逆变路控制，挖掘机各种动作产生的电能可反馈到供电网络。在国内，挖掘机的电气自动控制主要以引进和消化为主，代表型号有10型挖掘机。3. 自动控制是通过调节器来实现的，虽然调节器的类型各异，但所遵循的控制规律不外乎比例控制、积分控制、微分控制及它们的几种组合。（1） 比例控制（控制）调节器的输出与被控参数的偏差成比例的控制，叫做比例控制。比例控制又反映快速、控制作用强、不存在时延，但有静差，也就是说，当干扰发生后，系统经过比例控制，虽能达到新的稳定，但无法回到原给定值。（2） 积分控制（控制）调节器的输出与被控参数的偏差随着时间的累积数成比例的控制，叫做积分控制，与比例控制相比，积分控制可以实现无静差控制，但在控制过程中，容易出现超调甚至振荡的现象，且存在时延。（3） 比例积分控制（）为了克服比例控制的静差和积分控制的时延和振荡，实际应用中常把这两种控制动作结合起来，组成一个以比例控制为主，积分控制为辅的调节器，用这种调节器实现的控制称比例积分控制。由于比例积分控制兼有比例、积分两种控制的优点，因此在工程中得到了广泛的应用。（4） 微分控制（控制）调节器的输出与被控参数的偏差随时间变化的快慢（速率）成比例的控制，叫做微分控制。微分控制主要用来克服被控参数的容积滞后。实际微分调节器的输出由比例作用和近似微分作用两部分组成。简称调节器。总体说来，调节器的调节效果不错，被控参数的动态、静态偏差都不在，而且控制过程结束也快。但由于调节器的微分作用只有在参做变化时才产生，而且不允许被控参数含干扰成分，因此实际应用爱到一些限制，常用于延迟较大的温度调节中。（5） 比例积分微分控制（控制）包含比例、积分、微分三种控制作用的调节器称比例积分微分调节器，简称三调节器，用这种调节器实现的控制叫做比例积分微分控制。控制主要用于大延积迟系统的控制。第二节自动控制的组成一个典型的自动控制系统一般都有被控制对象、检测变送元件、调节器、执行元件、给定元件五个部分，如图616所示。（图616）被控对象：在自动控制系统中需要