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培训考核部分第二部分 培训考核内容课题一 电子技术基础培训要点：本课题应重点掌握各种典型电子电路的功能、工作原理、性能指标和分析方法，电力半导体器件的结构、原理、特性和主要参数，使用与保护知识。一、模拟电子电路模拟电子电路，通常包括放大、运算、滤波、比较、波形变换、功率放大、稳压电路等，其常用的电子器件，有二极管、稳压管、晶体管、场效应晶体管和各种模拟集成电路（如集成运算放大器、集成比较器、集成功率放大器、含集成稳压器等）。各种模拟电子电路，均有各自的应用场合。1、晶体管放大电路晶体管放大电路的基本组成条件，是晶体管工作于放大区且信号能不失真的输入和输出。各种晶体管都是利用晶体管的电流放大特性，在输入信号的作用下，将直流电源的能量转变为输出信号的能量。放大电路的特点是电路中同时存在直流量和交流量，而且晶体管是非线性器件。分析放大电路时主要采用图解法和微变等放电路法的分析法。图解法是一种借助晶体管特性典线，进行作图求解的分析方法适用于分析输入信号幅值较大（如功率放大）、频率较低以及无反馈的放在电路，但它不能用来求取放大电路的某些指标，如输入电阻Ri、输出电阻R。等。而微变等效电路法，适用于分析输入信号幅值较小的电压放大电路。它是一种近似计算的分析方法，即在一定条件下用线性模型代替晶体管，然后用分析线性电路的方法来分析放大电路的各项参数和指标。常用的放大电路有电压放大电路、差功放大电路和功率放大电路等。晶体管电压放大电路的三种基本放大电路分别是共发射极电路，共集电极电路和共基极电路。差动放大电路有四种接法，即双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出。功率放大电路主要有甲类和乙类等几种功率放大类型。乙类功率放大器的效率高于甲类功率放大器，理论上其效率最大值为78.5%，常见的无变压器互补型乙类功率放主器主要有OTL、OCL和BTL功率放大电路等。2、正弦波振荡器正弦波振荡器是一种能量变换装置，某功能是将直流电变换为具有一定频率和幅度的正弦交流电。它在测量、控制通信等许多领域中都得到了广泛应用。按振荡器中选频网络不同，正弦波振荡器可分为LC正弦振荡器、RC正弦波振荡器和石英晶体振荡器。其中LC正弦波振荡器可以产生高频正弦波信号，其输出正弦波信号的频率可达1000MHZ以上。RC正弦波振荡器可产生较低频率范围（如1HZ-1MHZ）的正弦波信号；石英晶体正弦波振荡器，利用石英晶体谐振器的品质因数很高，且谐振频率很精确和很稳定的特性，可获得很高的频率稳定度。3、集成运算放大器的应用集成运算放大器（简称运放）是一种高放大倍数（404-102）的直接耦合放大器。运放的主要技术指标有：开环差模电压放大信数Aod、共模抑制比KcmR、差模输入电阻Rid、输入失调电压 UIO、输入失调电压的温漂dUIO/dT 、输入失调电流IIO、输入失调电流的温漂dIIO/dT、最大共模输入电压UICM 、最在差模输入电压UIDM等。运放按其性能指标，分为通用型和专用型两大类，一般情况下可采用通用型。目前，运放作为一种基本的功能器件，已广泛用于各类线性、非线性电子电路中。运放的线性应用电路主要有反相输入放大器、同相输入放大器、反相加法运算放大器、差功输入运算放大器。运放在非线性应用电路中，主要用反相输入滞回电压比较器和锯齿波发生器两种。4、直流稳压电路直流稳压电源，一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。一般分为串联型和并联型两种，其中串联型稳压电路主要由基准电压电路，取样电路、比较放大电路和调整元件等组成。该线路具有输出电压稳定，纹波小的优点，但由于其调整管始终工作于线性放大区，因而管耗一般较大，电源变换效率较低，而且调整管所需的散热器的尺寸较大。为提高电源变换效率，可采用开关型稳压、电路，其调整元件工作在开关状态，通过改变调整管的导通时间与截止时间的比值，来保证输出电压稳定。二、数字电子电路数字电子电路是现代计算机、数控装置、数字式仪表等数字系统的基础。数字电路中的工作信号为脉冲信号，其输入信号和输出信号只有两种对立的状态，即电平的高低、脉冲的有无。为了便于研究数字电路，可用逻辑“1”表示高电平，用逻辑“0”表示低电平，这种表示法为正逻辑。反之，若用逻辑“0”表示高电平，用逻辑“1”表示低电平，就称为负逻辑表示法。通常采用的是正逻辑表示法。数字电路一般包括脉冲的形成、放大、整形、控制、记忆、计数、显示等电路，通常由数字集成电路等元器件组成。常用的数字集成电路有双极型的TTL集成电路（如CT54/74系列）和单极型的CMOS集成电路（如CC4000系列），其功能、型号较多，读者可查阅有关手册。TTL集成电路具有负载能力强、转换速度快等优点；CMOS集成电路具有静态功耗低、电源电压范围宽（3-18V）、输入阻抗高、扇出能力（即驱动同类CMOS门电路的能力）强、抗干扰能力强、逻辑摆幅大、温度稳定性好等特点，其工作速度低于TTL电路，其功耗随工作频率的升高而显著的增大。1、逻辑函数的化简逻辑函数，又称开关代数或布尔代数，是研究数字电路的数学工具，是分析和设计逻辑电路的重要基础。逻辑变量的取值只有“0”和“1”两种。如果输入逻辑变量A、B、C确定后，输出逻辑变量F的值也按下定的逻辑关系被唯一地确定，那么F就是A、B、C的逻辑函数。逻辑函数可以用逻辑表达式真值表、逻辑图和卡诺图等多种方法来表示。2、集成逻辑门电路在数字电路中，任何复杂的数字电路都可以由与门、或门和非门等基本逻辑门电路组成。逻辑门电路是组成数字电路的基础。（1）TTL与非门电路TTL门电路是晶体管晶体管逻辑门电路的简称。它最大的特点是：当TTL与非门电路输入端全为“1”时，输出端为“0”；当输入端有“0”时，输出端为“1”。其逻辑功能可表示为：F=AB。（2）CMOS集成逻辑门电路MOS集成电路制造工艺简单、体积小、集成高度、输入阻抗高，已得到广泛的应用。MOS集成电路按其型式为NMOS、PMOS和CMOS三种。常用的CMOS电路又称为互补型MOS电路，是兼有增强型NMOS管和增强型PMOS管的集成电路。1）CMOS非门电流（CMOS反相器）当输入端为“1”时，输出端为“0”时，输入出端为“1”。该电路实现的逻辑功能为：F=A。2）CMOS与非门电路当两个输入端全为“1”时，输出端为“0”；当两个输入端中至少有一个为“0”时，输出端为“1”。该电路实现的逻辑功能为：F=AB。3）CMOS或非门电路当两个输入端全为“0”时，输出端为“1”；当两个输入端至少有一个为“1”时，输出端为“0”，该电路实现的逻辑功以膦：F=A+B3、组合逻辑电路组合逻辑电路在任意时刻的输出信号，只取决于该时刻的输入信号。而与信号作用之前电路的状态无关。组罗逻辑电路都是由基本逻辑门电路构成的。常见的组合逻辑电路有编码器、译码器、数字分配器、数字选择器、半加器、全加器、数码比较器、奇偶检验器等。4、集成触发器双稳态触发器简称触发器，它具有两稳定的工作状态，在适当的输入信号作用下，两种状态可以转换，当输入信号消失后，触发器状态保护不变。触发器具有记忆和存储的功能，它在某一时刻的输出不仅和当时的输入状态有关，而且还和在此之前有电路状态有关。双稳态触发器按其结构形式可分为：基本触发器、同步触发器、主体触发器、维技阻塞触发器；按其逻辑功能可分为：RS触发器、JK触发器、D触发器、T和T触发器。5、时序逻辑电路时序逻辑电路在任何时刻的输出信号不仅取决于该时刻的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。典型的时序逻辑电路有计数器、寄存器和顺序脉冲分配器等。1）计数器计数器是用于累计并寄存输入脉冲个数的时序逻辑电路。按计数过程数字增减来分，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；按数字的进位来分，可分为二进制计数器、十进制计数器和N型进制计数器；按各触发器状态转换方式来分，又可分为同步计数器和异步计数器。2）寄存器寄存器用来暂存数据和信息。按其功能的不同，分为数码寄存器和移位寄存器两种。数码寄存器的功能有：清除数码、接收数码、存储数码和输出数码。按接收数码方式，可分为单拍接收方式和双拍接收方式两种。移位寄存器的功能有：降具有存储数码的功能外，还具有移位的功能，即在移位控制脉冲的作用下，所存储的数码能逐位左移或右移。按其移位的方式，可分为单向移位寄存器和双向移位奇存器两种。6、数字显示电路数字显示电路通常由译码器和数字显示器件组成，其功能是将二进制代码信息用十进制数字显示。数字显示器件是用来显示数字、文字和符号的器件。常用的显示器件有辉光数码管、荧光数码管、发光二极管（LED）数码显示品德和液晶数码显示器（LCD）等。目前广泛应用的LED数码显示器，具有数字显示清晰醒目、工作电压低（153V）、体积小、寿命长（1000h）、响应速度快（100ns色彩丰富（有红、绿、黄等颜色）、运行可靠等特点。按其内部发光二级管连接方式的不同，可分为共阴极和共阳极两种LED数码管。7、A/D与D/A转换器为了能够用数字系统（如电子计算机等）处理模拟信号，必须把模拟信号转换成数字信号，才能送入数字系统中进行处理，而处理后得到的数字信号通常还必须再转换成模拟信号，才能作为最终的输出信号。从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换（A/D转换），而从数字信号到模拟信呈的转换则称为数/模转换（D/A转换），用于进行相应转换的电路分别称为A/D转换器（即ADC和D/A转换器（即DAC）。三、电力半导体器件电力半导体器件是电力电子技术的基础，其性能的优劣在很大程度上决定了电力电子设备的技术经济指标。电力半导体器件一般工作在较为理想的开关状态，其显著的特点是导通时压降很低，关断时漏电流很小，消耗能量很少或几乎不消耗能量，因此电力电子技术（曾称为功率电子技术）具有高效率和节能的特点。常用的电力半导体器件有：普通晶闸管(SCR)、门极关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、电力MOS场效应晶体管(MOS-FET)、绝缘双极型晶体管(IGBT)、MOS栅控晶闸管(MCT)和功率集成电路(PIC)等。普通晶闸管在门极加触发脉冲时，能使其导通而不能使其关断，属于无自关断以控型功率开关器件。门极关断（GTO）晶曾管的基本结构和伏安特性与普通晶闸管基本相同，但于由采用了特殊工艺，可以使晶闸管导通工作时处于临界饱和状态，因此门极加正触发脉冲时可使晶闸管导通，而当门极上加足够的负触发脉冲时又可使导通的晶曾管关断，所以它属于有自关断能力的全控型功率开关器件。电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管等电力半导体器件和门极关断晶闸管一样都具有自关断能力，可以用基极（或栅极、门极）的电流（或电压）信号控制其导通与关断，它们都属于全控型功率开关器件。1、电力晶体管电力晶体管（简称GTR）属于电流控制型器件，是一种耐压高、电流容量大的双极型大功率晶体管。GTR具有控制方便、开关时间短、高频特性好和通态压降低等优点，其缺点是存在局部过热引起的二次击穿现象。目前GTR的最大容量为1200V/400A，最佳工作频率约为110KHZ，适用于500VA以下的应用场合。2、电力场效应晶体管场效应晶体管（FET）是利用电场来控制固体材料导电能力的单极型有源器件。所谓单极型器件是指内部只有多数载流子参与导电的半导体器件。场效应晶体管的特点是驱动简单，驱动功率小，而且开关时间很短，一般为NS数量极，工作频率可达50100KHZ，其控制较为方便，热稳定性好肯设有二次击穿现象，耐过流和抗干扰能力强，安全工作区（SOA）宽，但其容量较小，耐压较低。3、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）绝缘栅双极型晶体管是由单极型MOS管和双极型GTR复合而成的新型功率器件。它具有单极型MOS管的输入阻抗高、开关速度快的优点，又具有双极型电力晶体管的电流密度高、导通压降低的优点。课题二 电 机培训要点：本课题应重点掌握直流电机和交流电机的基本工作原理、机械特性，各种运行状态及其特点，控制电机的构造、工作原理、特性及应用。电机是用于能量转换或信号民变换的一种机电装置。按其用途可以分为普通旋转电机和控制电机两大类。它们都是根据电磁感应原理进行工作的，因而两者亦无本质上的区别。普通旋转电机主要有交流电机智直流以电机两大类，由于其主要用于机电能量转换，有为对其主要要求是有较高的能力指标。控制电机的任务是完成机电信号变换，用于机电信号检测、放大和执行，对其主要要求是运行可靠、响应迅速和精确度高等。按其功能和用途来分，控制电机可分为信号元件和功率（执行）元件两大类。其中作为信号元件的控制电机有测速发电机、旋转变压器、自整角机等；而作为执行元件的控制电机有伺服电动机、步进电功机等。一、直流电机直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机作为一种电能和机械能相互转换装置，它具有可逆性，即一台直流电机即可作发电机运行，又可以作直流电动机运行。1、直流电机的构造直流电机由定子和电枢两大部分组成。其中定子包括主磁极、换向磁极、机座和电刷装置等；电枢包括电枢铁心、电枢绕组、换向器及转轴、风扇等。2、直流电机基本工作原理。1）直流电机的磁场直流电机的磁路由定子磁轭、主极铁心、电枢铁心和气隙构成。励磁绕组和电枢绕组的合成磁势在电机的气隙内形成气隙磁场。2）直流发电机基本工作原理直流发电机在原动机的拖动下旋转，电枢上的导体切割磁力线产生交变电动势，再通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电压输出，从而实现了将机械能转换成直流电能的目的。3）直流电动基本工作原理直流电动机在外加电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，由于换向器的换向作用，导体进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩的方向不变，使直流电动机能连续旋转，把直流电能转换成机械能输出。3、直流电机的分类直流电机按其励磁方式，可分为他励、并励、串励和复励四种直流电机。4、直流电机的电枢绕组电枢绕组是直流电机的主要组成部分，是由绕组元件按一定规律相连接的组合。直流电机的电枢绕组按组连接规律的不同，可分为叠绕组（单叠、复叠）、波绕组（单波、复波）、复合绕组（蛙型）等三大类，其中应用较多的是单叠绕组和单波绕组。直流电机的电枢绕组都采用双层绕组，绕组元件数S、虚槽数Zr、换向长数K三者相等。极距C=Zr/2P，其中P为磁极对数。同一绕组元件两有效边之间所跨的虚槽数叫第一节距y1。一般y1=C。根据y1大于、等于、小于C而称为长距、整距和短矩绕组。长距绕组一般不用。相互串相的两个绕组元件中前一元件的下层边和后一元件上导边之间所跨为虚槽数叫第二节距y2。前后两个元件对应边之间所跨的虚槽数叫合成节距y0一个元件的两个端头所连接的两个换向片所跨的换向片数叫换向器节距yK。因此y就是连接同一般向片上的两条有效边之间所跨的虚槽数，而y=yk。5、直流电机的电枢反应当主磁极中通入励磁电流后，电机便建立起主磁场；当电机带负载运行时，电枢绕组中有电流流过，就会产生电枢磁场。电枢磁场主磁场的影响叫电枢反应。电枢反应有两个方面的影响，其一是将使主磁场发生扭转畸变，即使合成磁场的轴线编移一个角，其偏移的方向对发电机是与电枢转向相同，对电动机则相反；其二是电枢反应还将使主磁场被削弱。这两方面影响的结果将使直流电机的换向火花增大，使发电机发出的电动势降低，使电动机输出的转矩减小。6、直流电机的换向（1）换向过程直流电机旋转时，电枢绕组元件的有效边越过磁极中性线，从一个磁极下进入另一个极性相反的磁极下，电枢绕组元件从一条支路经过电刷进入另一条支路，该元件中的电流方向发生改变称为换向。（2）换向时火花产生的原因6、直流电机的换向（1）换向过程直流电机旋转时，电枢绕组元件的有效边越过磁极中性线，从一个磁极下进入另一个极性相反的磁极下，电枢绕组元件从一条支路经过电刷进入另一条支路，该元件中的电流方向发生改变称为换向。（2）换向时火花产生的原因产生换向火花的原因十分复杂，有电磁方面的原因、也有机械和电化学等方面的原因。7、改善换向的方法直流电机改善换向的方法，主要有加装换向极（对无换向极的直流电机而言）、合理选用电刷和移动电刷位置等。8、直流电动机（1）直流电动机的电势、功率、转矩平衡方程式1）他励或并励直流电动机的电势平衡方程式：U=Ea+IaRa。2）功率平衡方程式：输入电功率为P1，输出的机械功率为P2，则P1=P+P2;P=P0+PCU；P0=PSC+PFe; P1=Pcu+P;P=P0+P2 = 100%。 3）转矩平衡方程式：电磁转矩T=T0+T2。可以证明，T=9.55 (N.m), TN=9.55 (N.m),其中n,nN单位为r/min，P2、PN单位为W。 （2）直流电动机的机械特性。 电动机的机械特性是n与T2之间的关系。由于T0很小。TT2，故用T代替T2来进行讨论。 1）并励电动机的机械特性由T=CmIa可得n= =no-XT,式中no为理想空载转速，为机械特性曲线的斜率，并励电动机的机械特性曲线为直线，这种电动机从空载到满载转速降获很小，机械特性为“硬特性”。电动机的转速调整率n%= 100%，一般并励电动机n%约为3%8%，适合于要求转速比较稳定的场合，如金属切削机床，造纸机等。并励电动机运行时不得断开励磁回路。2）串励电动机的机械特性串励直流电动机轻载时，Ia不大，磁路不饱和。故当Ia增大时，也增大，使转速迅速下降。重载时，Ia较大，磁路已饱和，基本不随Ia变化，n的下降已不明显，与并励电动机相似。这种转速随转矩的增加而急剧下降的机械特性叫“软特性”。它的特性曲线为抛物线。串励电动机适用于负载转矩变化不大，要求启动转矩大且不可能空载运行的场合，如挖掘机、铲车、起重机等。串励电动机不允许空载、轻载运行、不允许使用皮带或链条传动。（3）直流电动机制启动、制动及调速1）直流电动机的启动直流电动机启动瞬间，由于n=0，Ea=0，启动电流Ist=U/Ra很大，达到额定电流IN的1020倍。启动电流过大将引起强烈的换向火花、烧坏换向器；将产生过大的冲击转矩、损坏传动机构；将引起电网电压波动，影响供电的稳定性。因此，必须设法限制启动的电流。直流电动机常用的启动方法有两种，一是电枢回路串电阻启动，即串入启动电阻Rpa，把启动电流限制在（1.52.5）IN范围内,这种启动方法设备简单,价格便宜,但在启动电阻上有能耗,用于小容量的或容量不大但不需经常启动的直流电动机.二是降压启动,即采用晶闸管可控整流电源。但应注意，并励电动机降压启动时不能降低励磁电压。2）直流电动机的调速改变电源电压调速（调压调速）。它具有调速性能好、调速范围宽，能实现平滑的无级调速，调速过程中没有能耗，机械特性硬度不变，稳定性好。但其转速只能调低，设备较复杂，成本高。改变电枢回路电阻调速（串电阻调速）。它所需设备简单、成本低。但是调速性能差、机械特性变软、是有级调速，转速只能调低，能耗较大，经济性差。值得注意的是，调速电阻可以用来启动，但启动电阻不能用来调速。改变主磁通调速（弱磁调速）对于并励电动机，是在励磁回路中串入附加电阻；对于串励电动机，是在串励绕组两端并联分流电阻。它具有控制方便，能耗较小，可实现平滑的无级调速。但是其转速只能调高，调速范围窄，机械硬度稍有降低，通常只能作为一种辅助的调速方法。3）直流电动机的制动直流电动机的制动方法分为机械制动和电力制动两大类。其中电力制动又分为反接制动，能耗制动和回馈制动三种。反接制动对于他励或并励电动机，是将电枢绕组反接，反接时必须串入限流电阻。对于串励电动机是将串励绕组反接。当电机转速接近零时应及时切断电源，防止电机反转。这种制动方法具有制动力强、制动迅速的优点，但其冲击力大，不够准确、平稳，耗能较多。能耗制动又称电阻制动。保持励磁电流不变，电枢绕组从电源上切除，并立即与制动电阻连接成闭合回路。电枢凭惯性处于发电运行状态，将转动动能转化为电能并消耗在电枢回路中，同时获得制动转矩。这种制动具有设备简单、成本低、制动平稳。但其能量未被利用、低速时制动力弱、不易致停。回馈制动又称发电制动、再生制动。电动机因受外力作用而使转速超过理想空载转速，使反电动势高于电源电压，使电枢电流反向，变为发电运行状态，将机械能转换为电能并回馈电网，获得制动转矩以限制电机转速不至无限制地升高。对于串励电动机回馈制动时应改接为他励。这种制动方法的经济性特别好，但应用范围较窄，如电力机车下坡时，起重机下放重物时等。4）直流电动机的反转改变直流电动机旋转方向的方法有两种：一是改变励磁电流的方向；二是改变电枢电流的方向。改变励磁电流的方向实用于串励电动机，反转时应将串励绕组和换向极绕组同时反接即可。改变电枢电流的方向实用于他励或并励电动机，反转时应将电枢绕组和换向极绕组同时反接即可。二、交流电机交流电机主要有同步电动和异步电机两种，同步电机主要用作发电机，异步电机主要用作电动机。1、三相交流异步电动机（1）三相异步电动机的定子绕组三相异步电动机的定子绕组是由许多嵌放在定子铁心槽内的线圈按照一定的规律分布，三相绕组的构成原则是：1）三相绕组必须对称分布，每相导体材质、规格、匝数、并绕根数、并联支路数都必须完全相同；2）每相绕组的分布规律完全相同；3）每相绕组在空间位置上互差1200电角度。三相异步电动机定子绕组的分类方法有多种，如按槽内线圈边层数来分，可分为单层绕组、双层绕组和单双层混合绕组；如按绕组端部的形状来分，单层绕组可分为链式、交叉式和同心式绕组；而双层绕组又可分为双层叠绕和双层波绕两种；如按每极每相所占槽数来分，还可分为整数槽绕组和分数槽绕组。（2）三相异步电动机的变极原理三相变极多速异步电动机有双速、三速、四速等多种。定子绕组极数的改变，有倍极比（如2/4、4/8极）和非倍极化（如4/6、6/8极）两类。为使定、转子极数能对应，多速电机大多为笼型转子电动机。单绕组多速电动机的变极方法有反向法、换相法、变跨距法等。单绕组双速电动机的接法主要有YY/和YY/Y接法两种。YY/接法的单绕组双速电动机，适用于拖动恒功率性质的机械负载，故可用于金司切削机床上。而YY/Y接法的单绕组双速电动机则可获得近似恒转矩调速特性。适用于拖动恒转矩负载，故用于起重机运输带等机械。（3）三相异步电动机的基本特性 1）转差率S=,由于电动运行状态下，0nn1,故转差率的变化范围是：0S1，电动机空载时S很小，约为 0.0040.007之间，额定运行状态下，SN = ,由于 nN很接近n1，故SN约为0.01-0.07之间。2）旋转磁场对定子的作用旋转磁场在定子绕组中产生感应电动势E1XU1=4.44K1f1N1m, 只要U1一定，则铁心中主磁通最大值m就基本一定。3）旋转磁场对转子的作用转子电流频率f2=Sf1。转子感应电动势E2=SE20，E20=4.44K1f1N1m。转子电抗，f1L2。转子阻抗Z2= = 转子电流I2=E2/Z2=SE20/ 转子功率因数COS2=R2/Z2=R2/ （4）三相异步电动机的功率和转矩。1）三相异电步动机的功率输入的电功率P1= UNINCOSQN；P1=P+P2；P1=PCU+P；P= P0+P2；= 100%。异步电动机轻载时效率很低，负载率为 0,750.8时效率最高，满载时=75%93.5%。2)三相异步电动机的转矩三相异步电动机的电磁转矩T=T0+T2,因空载转矩T0很小,可认为TT0，可以证明：T2=9.55(N.m),额定转矩TN =9.55 (N.m)。 （5）三相异步电动机的工作特性。1）转矩特性三相异步电动机的电磁转矩T=CmmI2COSQ2=CmSE20R2/，当S一定时，T U12，即电磁转矩与电压的平方成正比。异步电动机的启动能力用电启动转矩倍数表示：st=Tst/TN.老型号的异步电动机st=1.01.8；Y系列异步电动机st=1.72.2;特殊用途电动机st=2.63.1。2）机械特性电动机转速与转矩之间的关系叫机械特性。三相异步电动机的机械特性为“硬特性”，即电动机从空载到满载，转速降落很小。（6）三相异步电动机的启动、调速和制动1）启动三相异步电动机的启动方法有直接启动和降压启动。降压启动可以减小启动电流，但同时也降低了启动转矩。降压启动的方法有：在定子电路中串接电阻或电抗、Y-降压启动、自耦变压器降压启动和延边三角形降压启动。绕线式转子异步电动机一般采用转子回路串接电阻或串接频敏阻器的启动方法。前者具有限制Ist和增大Tst的特点，启动性能比笼式电动机好，适用于功率较大的重载启动场合，后者则具有转子回路等效电阻值随转速上升而自动减小的优点，可使电动机平滑启动。2）调速三相异步电动机的调速方法有改变定子绕组极对数P调速（变极调速）、改变电源频率f调速（变频调速），改变转差率S调速（变转头绪率调速）三种。3）制动三相异步电动机的制动分为机械制动和电力制动。其中机械制动有电磁抱制动和电磁离合器制动。而电力制动的制动方法有反接制动、能耗制动和回馈制动。2、同步电机同步电机是转速等于同步转速的一类交流电机。按功率转换关系，同步电机可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三类。同步电动机的启动方法有两种：一种是辅助电动机启动法；另一种是异步启动法。同步电动机的主要运行特性是“绝对硬特性”，即同步电动机的转速不因负载变化而变化。三、测速发电机测速发电动是一种用于将输入的机械转速转变为电压信号输出的信号元件。它在自动控制系统中因于测量或自动调节电动机转速，在随动系统中用来产生电压信号以提高系统的稳定性和精度，在计算解答装置中作为微分和积分元件。测速发电动可分为交流测速发电机和相流测速发电机两大类。（1）交流测速发电机交流测速发电机其定子上装有互成900电角度的两个绕组：励磁绕组和输出绕组。转子为空心杯形转子，用高电阻材料制造，其本上属于纯电阻。励磁绕组通入交流励磁，产生直轴脉动磁场。当转子不动时，转子感生磁场也是直轴磁场，输出绕组电压为零。当转子随待测转速的机械转动时，转子切割直轴磁场而产生感应电动势和感应电流，产生一个交轴磁场，输出绕组便感应出一个变电压，其有效值与转子转速成正比，其频率就等于电源频率。输出端接高内阻的测量仪表，可测出输出电压，也可直接按转速标度而成为转速表。（2）直流测速发电机直流测速发电机的原理与直流发电机相似，它主要适用于低速伺服系统，负载电阻不能太小，转速不宜过高。四、旋转变压器旋转变压器是一种将机械转角转换为电压信号输出的信号元件。旋转变压器在自动控制系统中可以作为解算元件，以及用于坐标变换和三角运算等，在随动系统中可用于传输与转角相应的电信号等。旋转变压器按其极对数的多少，可分为单极对和多极对旋转变压器；安其输出电压与转角之间的函数关系，又可分为正余弦旋转变压器和线性旋转变压器等。正余弦旋转变压器（产品代号XZ）的输出电压与转子转角之间为正弦和余弦关系；线性旋转变压器（产品代号）的输出电压在一定的转角范围内与转角成线性关系。五、伺服电动机伺服电动机是一种执行元件（功率元件），它用于把输入的电压信号变换成电动机转轴的角位移或转变输出，常用的伺服电动机有交流伺服电动机和直流伺服电动机两大类。1、交流伺服电动机交流伺服电动机是一种微型交流异步电动机。在定子上装有互成900电角度的两个绕组：励磁绕组和控制绕组。它们的电流在相位上也互差900，能形成旋转磁场。转子采用笼型，但质量很小，转动惯性很小，而转子电阻较大，R2X20，使临界转差率Sm1，启动转矩大。一有控制电压，立即产生旋转磁场，转子立即启动运转；一旦去掉控制电压，立即变为单相脉动磁场，由于Sm1，立即在转子上形成制动力矩，使转子迅速停转，不存在“自转”现象，功率通常为0.5100W。2、直流伺服电动机它是一种微型他励直流电动机，但其磁路不饱和，电枢电阻大，机械特性软、转动惯量小，换向性能好。从原理上讲可以采用电枢控制和磁极控制两种控制方式。但工程上多采用电枢控制。近年来，国内外已发展了无槽电枢、空心杯电枢、印刷绕组电枢和无刷直流伺服电动机，其性能更好。功率约为1600W。六、步进电动机步进电动机是一种把电脉冲控制信号转换成角位移的执行元件。它由专用电源供给电脉冲，每输入一个脉冲信号，电动机就前进一步，故称为进步电动机。步进电动机的角位移量或直线位移量与电脉冲的数量成正比，其转速或线速度与电脉冲的频率成正比，而且其步距角不受电源电压、负载、环境等变化的影响。在正常情况下，其误差也不会长期积累。步进电动机的种类很多，如按运动方式来分，有旋转或和直线式，而按工作原理分，又有反应式、永磁式和永磁感应子式。其中，反应式（磁阻式）步进电动机具有步距小、响应速度快、结构简单等特点，广泛应用于数控机床、自动记录仪、计算机外转设备等数控设备。课题三 晶闸管变流技术培训要点：本课题应重点掌握晶闸管可控整流、斩波、调压、逆变等典型电路的结构、工作原理、换相方法和基本数量关系，以及晶闸管交流装置的一般调试方法。晶闸管是一种大功率的可控半导体器件。普通型晶闸管具有反向阻断特性，故又称为逆阻型晶闸管。近年来，晶闸管技术发展很快，出现了许多派生型晶闸管，如快速型、双向型、关断型和逆导型等晶闸管。各种晶闸管具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制灵敏等优点，广泛应用于可控整流、逆度、折波、调压及无触点开关等大功率的电角转换和自动控制领域。一、晶闸管的构造和工作原理1、晶闸管器件结构与符号晶闸管亦称半导体晶闸管，过去称为可控硅，其器件内部有四层半导体（P1、N1、P2、N2），三个PN结（P1N1、P2N2、P2N1）。外部有三个电极，分别为阳极A，阴极K和门极（控制板）G。2、晶闸管的工作原理有是流流过晶闸管时，称晶闸管导通；反之称为截止。晶闸管导通的条件是：在阳极一阴极间加上正向电压的同时，门极一阴极间加上适当的触发电压。3、晶闸管的特点（1）晶闸管不仅具有反向阻断能力，还具有正向阻断能力。其正向导通受门极控制。（2）晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，要重新关断晶闸管，必须让阳极电流减小到低于其维持电流。二、可控整流电路可控整流电路从相数来分，有单相、两相、三相、六相等多种；从控制方式来分，有半控、全控两种；从电路型式来分，有多种多样。1、三相桥式全控整流电路（1）电阻负载三相桥式全控电阻负载整流电路是由三相半波晶闸管共阴极整流电路和三相半波晶闸管共阳极整流电路串联组成的。在纯电阻性质负载时，负载中流过的电流波形与负载上的电压波形相同。电路中，有关电压、电流的数量关系如下：负载两端的整流输出电压平均值Ud为：Ud=2.34U2COS (当00600时，即当电压和电流波形连续时)。式中U2变压器二次侧三相交流电的相电压（有效值）。流过电阻负载的直流电流平均值Id为： Id2.34 COS(00600) Id=2.34 1+COS(600+)(6001200) 流过每个晶闸管的平均电流ITAV为负载电流Id为负载电流的三分之一.即ITAV=Id/3每个晶闸管可能承受的最高正、反向电压UTm为三相交流电线电压的峰值，即UTm= 2（ U2g）。2、电感负载三相桥式全控整流电路的负载多数是电感性负载，如电动机的励磁绕组、电感线圈、滤波电抗器等。三相桥式全控整流电路在大电感负载时，电压、电流的数量关系如下：整流输出电压平均值Ud为：Ud=2.34U2COS (00900)负载中直流电流平均值Id为： Id=2.34 COS (00900)流过晶闸管的平均电流ITAV为：ITAV=Id/3流过晶闸管电流的有效值IT为： IT= 值得注意的是，若大电感负载并接了续流二极管，由于此续流二级管的作用，使电路中的晶闸管能够得到及时关断，从而使整流输出电压Ud的波形不再出现负值，因此这种电路输出电压平均值Ud的计算公式将与电阻负载时相同。三、斩波器与交流调压器1、斩波器斩波器是按在直流电源与负载电器之间，用以改变加到负载电路上的直流平均电压的一种也称之为直流直流变换器。调节斩波器输出电压平均值的方法有三种，它们分别是定频调宽法、定宽调频法和调频调宽法。晶闸管斩波器作为一种直流调压装置，常用于直流电动机的调压调速。广泛应用于电力牵引方面，如地铁、电力机车、蓄电池电动车等。主要有采用普通晶闸管的逆阻型斩波器和采用逆导晶闸秋的逆导型斩波器两种。2、交流调压器交流调压器是按在交流电源与负载之间的调压装置。晶闸管交流调压器，可以通过控制晶闸管的通断，方便地调节输出电压的有效值。在交流调压器中，晶闸管元件一般为反并联的两只普通的晶闸管或双向晶闸管，一般采用的控制方式是能断控制和相位控制。四、逆变电路所谓逆变电路是整流的逆向过程，即把直流电转变为交流电。晶闸管的逆变电路可分为二大类：有源逆变和无源逆变。（1）有源逆变，它将直流电逆变为与电网同频率的交流电并反送到交流电网去其工作过程为直流电逆变交流电交流电网；它主要用于直流可逆调速系统和交流绕线转子异步电动机串级调速系统和高压直流输电等方面。（2）、无源逆变在工业生产中，常要求把直流电或某一固定频率的交流电变换成另一频率可变的交流电，供给负载使用，这种变流技术称为变频技术。变频电路按其能量的变换情况，可分为交交变频器和交直交变频器两种。前者是直接将工频交流电变为所需频率的交流电源，故称为直接变频；后者则是先把工频交流电速流为直流电，然后再由直流电逆变为所需频率的交流电。在交直交变频器中，用于把直流电逆变成交流电的装置称为逆变器，由于逆变的交流电不反送到交流电网，而是直接供给负载使用，因此也称为无源逆变。五、晶闸管中频电源装置晶闸管变流装置是一种利用晶闸管把50HZ工频交流电变换成中频交流电的设备，主要用于感应加热熔炼，可取代中频发电机组，是一种较先进的静止变频设备。晶闸管中频装置的基本工作原则是通过三相桥式全控整流电路，直接将三相交流电整流为可调直流电，经直流电抗器滤波，供给单相桥式并联逆变器，由逆变器将直流电逆变为中频交流电供给负载。课题四 自动控制系统的基本知识培训要点：本课题应重点掌握自动控制系统的基本概念，自动调速的性能指标，各种调节器的基本控制规律、特点和应用知识。一、自动控制原理的基本概念所谓自动控制，是在人为规定的目标下，没有人的直接参与，系统能自动地完成规定的动作，而且能够克服各种干扰。被控设备：它是一个设备，由一些机械或电器零件所组成，其功能是完成某些特定的动作，这些动作通常是系统最后输出的目标。系统：系统是由一些部件所组成的，用以完成一定的任务。扰动：是一种对系统的输出量产生反作用的信号。环节：环节是由控制系统中的一个部件或一些部件组成的系统中的某一部分。它的任务是完成系统工作过程中的局部过程。反馈控制：反馈控制是这样的一种控制过程：它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统输出量与参考输入量之间的偏差，而且这种控制是基于这一偏差的基础之上的。1开环控制 在机床自动控制系统中，将各个环节连接起来，组成完的一套系统，但没有形成闭合回路。如图41所示是调节直流电动机，转速的开环系统原理图。从输入到输出是单一方向的，没有反馈环节。系统的调速原理是：改变给定电压Ug，即能改变直电动机电枢绕组两端的电压，达到调速的目的。这种自动控制系统有下列特点：(1)为了保证一定的控制精度，必须采用高精度元件。(2)对被控量不进行反馈，结构比较简单。(3)对干扰产生的误差不能自行修正。(4)不存在不稳定问题。2闭环控制 所谓闭环控制，就是将被控对象的部分或全部输出量反馈到输入端，从而可以影响输出量。或者说，凡是输出量对控制过程能产生直接影响的系统，即闭环系统。图42所示是闭环控制自动调速原理图。该系统的调速过程如下：假设电动机在正常情况下稳定运行，电动机转速为n1，电磁转矩为M，负载转矩为Mc，且MMc。现在设负载转矩有一个增量M，则电动机带不动负载，电动机的转速下降，测速发电机的转速跟着下降，反馈电压Uf减小，但因Ue不变，而UUeUf，则U增加，于是放大器的输出电压增加，电动机转速升高，使电动机由于负载增大而丢失的转速得到补偿。闭环控制与开环控制比较，有以下特点：(1)系统需要反馈元件组成反馈环节。反馈元件的精度，将直接影响控制质量，故反馈元件必须采用高精度、高灵敏度元件。 (2)由于采用了负反馈，可自动进行调节补偿。对系统中参数的变化产生的扰动不敏感。(3)系统具有一定的抗干扰能力。(4)系统可能出现不稳定现象，因此存在着稳定性问题。二、自动调速系统在直流调速系统中，有电机放大机调速系统、磁放大器调速系统和晶闸管调速系统等。随着电子技术和晶闸管技术的发展，晶闸管直流调速系统在经济和技术性能方面比前者更具有优越性，因此得到越来越广泛的应用。晶闸管直流调速系统按可控整流电路可分为单相和三相可控整流电路；按反馈回路数量，可分为单闭环系统和多闭环系统；按所取不同的反馈量，可分为转速负反馈、电压负反馈、电流正反馈和电流负反馈等。1单闭环有差调速系统 在单闭环调速系统中，分有静差调速系统和无静差调速系统。在有静差调速系统中有：(1)转速负反馈有静差调速系统 图43所示是转速负反馈有静差调速系统。系统中各环节的稳态关系如下： U=Us Uf放大器的放大倍数为Kp，则： Uc=KpU触发器和晶闸管整流装置放大倍数为Ktr，则： Udo=KtrUc电枢回路电压方程式为： EUdo一IdR R为电机电枢电阻、电刷电阻等电阻之和。电动机的转速为：在反馈环节中：Uf = nn由上述分析得，转速负反馈有静差调速系统的静特性方程式为： KnKpKmKtrn为转速负反馈系统开环放大倍数。该系统的特点是：闭环系统的稳态速降只为开环系统稳态速降的1(1+Kn)。只要系统的开环放大倍数Kn足够大；就可以把系统的稳态速降减小到允许范围内，而且闭环系统的调速范围是开环系统的(1+Kn)倍。(2)带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统 图44所示是带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统。系统的静特性方程为：系统的特点是：电动机启动时电流截止负反馈起作用，从而限制了启动电流。正常工作时，电流截止负反馈作用很小，只有转速负反馈起作用，从而解决了电动机的启动电流大、换向困难的问题。 (3)电压负反馈调速系统 图45所示是电压负反馈调速系统。系统的静特性方程为：系统的特点是：电压负反馈电阻接在电枢前面，这种反馈只能使主回路中的Rr和Rs上的电压变化得到补偿，电动机电枢电阻上的电压变化没有得到补偿。电压负反馈调速系统的调节性能虽不如转速负反馈系统，但由于省略了测速发电机，使系统的结构简单，维修方便。2转速负反馈无静差调速系统 图46所示是采用了PI调节器的无静差调速系统。该系统的特点是：系统采用了比例积分调节器，简称PI调节器，使系统在扰动的作用下，通过PI调节器的调节作用使电动机的转速回到原来的稳态值，从而实现了无静差调速。 在无静差调速系统中，PI调节器的调节作用是比例部分的响应比较快，系统的调速性能好。积分部分使闭环系统的开环放大倍数大，使系统消除静差。3转速、电流双闭环调速系统 单闭环系统在应用比例积分调节器后，能保证动态的稳定性，能达到无静差的性能。而仅依靠电流截止环节限制启动电流，其启动过程快速性达不到满意的程度。特别是在频繁启动的系统中，如何利用电机过载能力的条件获得最快的过渡过程，采用电流、转速的双闭环系统就能解决启动和运行都好的要求。如图47所示为电流、转速双闭环系统。该系统采用了两个比例积分调节器SR和CR。并将这两个调节器串联，电流调节器在内环，转速调节器在外环。启动时，转速调节器饱和，作用很小，只有电流调节器起作用，系统在允许的最大电流下快速启动。启动完毕，速度调节器退出饱和，起转速调节作用。双闭环系统的特点是： (1)系统的调速性能好。(2)能获得较为理想的“挖土机特性”。(3)过渡过程短暂，启动快，稳定性好。(4)抗干扰能力强。4双闭环系统的调试要点 (1)相序的校验 对机床总电源进线用相序器或示波器检验相序。(2)一般检查 首先对电路中有关交流及直流电源电压进行测量，如有异常，应检查电源电路，以排除故障。如是调节问题，对有关调整元件进行微调，以达到规定的电压数值。(3)运算放大器的检查 应无零点飘移或振荡。(4)触发电路的测试 通常先卸去传动皮带，拆下电机接线，整流输出端接以灯泡负载。断开电流调节器的输出与触发装置的输入之间的连线。根据控制电压Uk的数值，模拟控制电压，调节触发电路，观察有关波形，看整流输出是否符合要求。如果调试的结果良好，则恢复Uk的接线。(5)电流环的调试 根据电动机额定电流Ie的值，选择电动机允许的最大电流为Idm=2Ie，用外接电源模拟电流反馈电压Ui的数值。外接电源应和速度调节器的限幅值极性相同，然后将速度调节器的输出断开，直接用极性和幅值与UsmUi相同的外接电源送至电流调节器的输入端，以代替等值速度环输出限幅电压。送电后，调节电流反馈信号