课题四、五电工电子

1、电工电子技术与技能温风燕 主编一、三相交流电源二、三相负载的接法任务二 认识三笼型异步电动机的结构与工作原理一、三相笼型异步电动机的结构二、三相笼型异步电动机的工作原理三、三相笼型异步电动机的铭牌及其数据含义任务一 学习三相交流电的基础知识课题四 CA6140型普通车床电气控制电路的安装与调试任务四 课题实施训练一、训练要求二、CA6140型普通车床的主要结构及对电气电路的要求三、电器元件的选择和检测四、电气电路的安装和调试五、注意事项六、性能检测任务三 三相笼型异步电动机基本控制的实现 一、三相笼型异步电动机起动控制 二、三相笼型异步电动机运行控制图4-1CA6140型普通车床的外形一、三相

2、交流电源1.三相交流电的产生2.三相四线制供电1.三相交流电的产生图4-三相交流发电机的结构三相电源是由三相交流发电机产生的。三相交流发电机的结构如图4-2所示。在三相交流发电机的定子中有三个相同的绕组。三个绕组的首端分别用U1、V1、W1表示，末端分别用U2、V2、W2表示。这三个绕组分别称为U相、V相、W相。1.三相交流电的产生图4-三相交流电的波形图和相量图当转子磁场以一定的速度旋转时，定子绕组中就感应出了三相交流电。三相交流电压分别为其波形图和相量图如图4-3所示。三相交流电压达到最大值的次序称为相序，图4-中的相序为U-V-W，三相电压相位互差。图4-4三相四线制供电2.三相四线制供

3、电这种由一条中性线和三条相线组成的供电方式称为三相四线制供电，如图4-4所示。其中电源相线与中性线之间的电压称为相电压P，电源相线间的电压称为线电压，二者存在如下关系：电源线电压的大小为相电压大小的倍，线电压的相位超前相应的相电压，即二、三相负载的接法1.三相负载的星形联结2.三相负载的三角形联结3.三相负载连接方式的选择1.三相负载的星形联结图4-5三相负载的星形联结三相负载一端接到零线上，另外一端分别接到三根相线上，这种连接方式称为星形联结，如图4-5所示。2.三相负载的三角形联结图4-6三相负载的三角形联结将三相负载分别接在三相电源的两根相线之间，这种连接方式称为三角形联结，如图4-6所

4、示。3.三相负载连接方式的选择 三相负载接成星形还是三角形，应根据负载的额定电压与电源电压的数值而定，要保证每相负载所承受的电压等于其额定电压。若每相负载的额定电压为电源线电压的1/3，则负载应连成星形；若每相负载的额定电压等于电源的线电压，则负载应连成三角形。一、三相笼型异步电动机的结构1.定子2.转子任务二 认识三笼型异步电动机的结构与工作原理一、三相笼型异步电动机的结构图4-9三相笼型异步电动机的外形及结构1前端盖2前轴承3散热片4定子5、7轴承内盖6转子8后轴承9风叶10风罩11后端盖12机座13接线盒三相笼型异步电动机主要由定子和转子两部分组成，定子和转子之间留有一定的空气隙，其外形

5、及结构如图4-9所示。1.定子图4-10定子铁心(1)定子铁心如图4-10所示，定子铁心是用0.350.5mm厚、彼此绝缘、导磁性良好的硅钢片叠压而成。在定子铁心的内圆上冲有均匀分布的槽，按其槽型可分为半闭口、半开口、开口三种。1.定子(2)定子绕组定子绕组是电动机的电路部分，是由高强度漆包铜线绕制成的三相对称绕组，并按一定的空间角度嵌入定子铁心槽中。绕组与铁心之间垫放有绝缘材料使其彼此绝缘。三相绕组的六个出线端U1、U2、V1、V2、W1、W2可接为星形或三角形，如图4-11所示。图4-11三相绕组的出线端(3)机座机座的主要作用是支撑定子，同时通过两侧的端盖和轴承支撑转子，并有散热功能。2

6、.转子(1)转子铁心由0.350.5mm厚、彼此绝缘的圆形硅钢片叠压成圆柱体，并紧固在转轴上。转子铁心外表面上冲有均匀分布的线槽，如图4-12所示。 图4-12转子用硅钢片2.转子图4-13笼型绕组1铜导条2铁心3嵌入的导条4导条短路环5、11铝导条6、10风叶7、9端环8转子铁心(2)笼型绕组在转子铁心的槽里嵌入裸铜条或铝条，并用两个金属环作端环将裸金属条两端分别全部连通，就构成了笼型绕组，如图4-13所示。二、三相笼型异步电动机的工作原理图4-14三相笼型异步电动机的工作原理将三相正弦交流电通入电动机的三相定子绕组，就会形成一个旋转磁场(由安培定则判断方向)，如图4-14所示。三、三相笼型

7、异步电动机的铭牌及其数据含义新出厂的电动机，都会在机座上装有一块铝质的标牌即铭牌，如图-所示。铭牌上标明了该电动机型号、主要性能指标和使用条件，供用者正确使用和维修时参考。三、三相笼型异步电动机的铭牌及其数据含义1.型号(Y112M4)型号表示了电动机的品种、规格等信息，说明如下。2.额定功率(4kW)表示电动机在额定状态下运行时，转轴允许输出的机械功率，又称容量。3.接法()表示电动机三相定子绕组与交流电源的连接方式。 4.额定电压(380V)表示电动机在额定状态下运行时，加在定子绕组上的线电压。5.额定电流(8.6A) 表示电动机在额定状态下运行时，流入定子绕组中的线电流。 6.额定转速(

8、1440r/min) 表示电动机在额定状态下运行时，转子每分钟的转数。 7.额定频率(50Hz)表示电动机所用交流电源的频率。三、三相笼型异步电动机的铭牌及其数据含义 8.绝缘等级(E级) 表示电动机各绕组所用绝缘材料允许耐热程度等级。绝缘材料允许耐热程度共分为7个等级：Y级(90)、A级(105)、E级(120)、B级(130)、F级(155)、H级(180)、C级(大于180)。9.温升(60)当电动机机身温度达到稳定时，电动机温度与环境温度之差称为温升。若环境温度规定为40，温升60则表示电动机的温度不能超过100。 10.定额(连续) 表示电动机允许连续使用的时间。一般分为：1)连续(

9、S1)：在输出额定功率而温升不超过铭牌允许值时，电动机可连续使用； 2)短时(S2)：在输出额定功率而温升不超过铭牌允许值时，电动机只能短时使用；3)断续(S3)：在输出额定功率而温升不超过铭牌允许值时，电动机只能断续使用。三、三相笼型异步电动机的铭牌及其数据含义 11.功率因数(0.85) 电动机的有功功率与从电网所吸收的视在功率的比值称为电动机的功率因数。视在功率一定时，功率因数越大，有功功率就越大，电动机对电能的利用率也越高。电动机的额定功率P、额定电压U、额定电流I之间的关系为三、三相笼型异步电动机的铭牌及其数据含义式中，为电动机的功率因数；为电动机的效率。一、三相笼型异步电动机起动控

10、制1.三相笼型异步电动机全压起动2.三相笼型异步电动机减压起动任务三 三相笼型异步电动机基本控制的实现1.三相笼型异步电动机全压起动(1)手动全压起动控制电路手动全压起动控制电路利用手动电器直接对电动机进行的全压起动。手动电器常见的有负荷开关、断路器、转换开关等。三相笼型异步电动机手动全压起动控制电路如图4-16所示。图4-6三相笼型异步电动机手动全压起动控制电路1.三相笼型异步电动机全压起动 (2)接触器自动控制全压起动图4-17所示为接触器点动单向运转控制电路。 利用接触器通断电流能力强、允许操作频率高的特点，将接触器KM的动合主触头串入电动机的主电路，通过控制接触器主触头的通断即可控制电

11、动机的起停。图4-7接触器点动单向运转控制电路2.三相笼型异步电动机减压起动图4-18三相笼型异步电动机减压起动方法三相笼型异步电动机减压起动方法主要有定子串电阻(或串电抗)减压起动、-减压起动、自耦变压器减压起动和延边三角形减压起动等，如图4-18所示。二、三相笼型异步电动机运行控制1.电动机单向运转控制电路2.电动机可逆运转控制电路3.电动机顺序运转控制电路1.电动机单向运转控制电路(1)接触器点动单向运转控制电路1)接触器点动单向运转控制电路如图4-17所示。2)电路分析：主电路：三相电源经过隔离开关QS、主电路熔断器FU1、接触器KM动合主触头与电动机M串联在一起。主电路中流过的是电动

12、机的工作电流，电流较大。 控制电路：控制电路由熔断器FU2、动合按钮SB、接触器KM线圈串联而成。控制电路中流过的电流较小(一般小于5A)。3)工作原理：合上电源开关QS。起动：按下动合按钮SB控制电路通电接触器KM线圈得电接触器KM动合主触头闭合主电路接通电动机M通电起动运行。 停止：松开动合按钮SB控制电路断电接触器KM线圈失电接触器KM动合主触头分断主电路断开电动机M断电停止。这种控制电路特别适合要求频繁起动和停车的场合，劳动强度小，使用安全可靠。1.电动机单向运转控制电路图4-19接触器自锁单向运转控制电路(2)接触器自锁单向运转控制电路 1)接触器自锁单向运转控制电路如图4-19所示

13、。1.电动机单向运转控制电路2)2)电路分析：电路分析：主电路：三相电源经过隔离开关QS、主电路熔断器FU1、接触器KM动合主触头、热继电器FR发热元件与电动机M串联。 控制电路：由控制电路熔断器FU2、热继电器FR动断触头、动断按钮SB1(停止按钮)、动合按钮SB2(起动按钮)、接触器KM动合辅助触头及接触器KM电磁线圈组成。其中接触器KM动合辅助触头并联在动合按钮SB2(起动按钮)两端。3)3)工作原理：合上电源开关工作原理：合上电源开关QSQS。起动：按下动合按钮SB2接触器KM线圈得电接触器KM动合主触头闭合电动机M通电起动连续运行。接触器KM动合辅助触头闭合。 停止：停止：按下动断按

14、钮SB1接触器KM线圈失电接触器KM动合主触头断开电动机M断电停止运行。接触器KM动合辅助触头断开。2.电动机可逆运转控制电路(1)接触器联锁可逆运转控制电路图4-20接触器联锁可逆运转控制电路1)接触器联锁可逆运转控制电路如图4-20所示。2.电动机可逆运转控制电路2)电路分析：主电路：三相电源经过隔离开关QS、主电路熔断器FU1、接触器KM1和KM2动合主触头、热继电器FR发热元件与电动机M串联。接触器KM1、KM2动合主触头并联，其中有两相交换了相序。 控制电路：由控制电路熔断器FU2、热继电器FR动断触头、动断按钮SB1(停止按钮)、动合按钮SB2(正转起动按钮)、接触器KM1动合辅助

15、触头、接触器KM2动断辅助触头、接触器KM1线圈；动合按钮SB3(反转起动按钮)、接触器KM2动合辅助触头、接触器KM1动断辅助触头、接触器KM2线圈等组成。其中接触器KM1控制正转、KM2控制反转。接触器KM2、KM1动断辅助触头分别串联在KM1正转、KM2反转控制回路中。3)工作原理：合上电源开关QS。正转：正转：按下动合按钮SB2KM1线圈得电 2.电动机可逆运转控制电路停止：停止：按下动断按钮SB1KM1线圈失电反转：按下动合按钮SB3KM2线圈得电2.电动机可逆运转控制电路(2)按钮、接触器双重联锁可逆运转控制电路1)按钮、接触器双重联锁可逆运转控制电路如图4-21所示。图4-21按

16、钮、接触器双重联锁可逆运转控制电路2)电路分析： 主电路：与接触器联锁可逆运转控制电路的主电路相同。 控制电路：与接触器联锁可逆运转控制电路大部分相同。不同之处在于正、反转起动按钮SB2、SB3变成复合按钮，并将它们的动断触头SB2(78)、SB3(45)分别串联在反转、正转控制电路中，构成按钮联锁，从而和接触器联锁共同构成双重连锁。3)工作原理：合上电源开关QS。2.电动机可逆运转控制电路3.电动机顺序运转控制电路图4-22主电路实现电动机顺序运转控制电路(1)在主电路中实现顺序控制1)主电路实现电动机顺序运转控制电路如图4-22所示。3.电动机顺序运转控制电路2)电路分析：接触器KM1控制

17、电动机M1的起停，接触器KM2控制电动机M2的起停。(2)在控制电路中实现顺序控制1)控制电路实现电动机顺序运转控制电路如图4-23所示。图4-23控制电路实现电动机顺序运转控制电路3.电动机顺序运转控制电路2)电路分析：在控制电路中实现顺序控制有两种方式。如图4-23a所示，将电动机M2的控制电路先与接触器KM1的线圈并联，然后再与KM1的自锁触头串联，就可实现M1起动后M2才能起动；在M1停止后M2也跟随停止的顺序控制要求。如图4-23b所示，将接触器KM1的动合辅助触头KM1(67)串入电动机M2的控制电路，一样可实现M1起动后M2才能起动、在M1停止后M2也跟随停止的顺序控制要求。三、

18、三相笼型异步电动机制动控制1.机械制动2.电力制动1.机械制动1)电磁抱闸的结构如图4-25所示。电磁抱闸主要由电磁铁和闸瓦制动器组成。电磁铁由电磁线圈、静铁心和衔铁组成；闸瓦制动器由闸瓦、闸轮(与电动机转轴相连)、轴、杠杆和弹簧组成。图4-25电磁抱闸的结构1轴2闸瓦3杠杆4闸轮5弹簧6衔铁7静铁心8电磁线圈2)电磁抱闸的工作原理。通电制动：当电磁线圈没有通电时，弹簧使闸瓦与闸轮处于分开状态；当电磁线圈通电时，电磁铁的静铁心与衔铁克服弹簧弹力而吸合，杠杆带动闸瓦与闸轮处于抱紧状态。 断电制动：当电磁线圈通电时，电磁铁的静铁心与衔铁克服弹簧弹力而吸合，杠杆带动闸瓦与闸轮处于分开状态；当电磁线圈

19、断电后，电磁铁的衔铁复位，在弹簧恢复力的作用下，杠杆带动闸瓦与闸轮抱紧。1.机械制动1.机械制动图4-26电磁抱闸的控制电路3)电磁抱闸的控制电路如图4-26所示，这里为断电制动。按下起动按钮SB2，接触器KM主触头闭合，电磁线圈得电，使闸瓦与闸轮分开，电动机起动运转。 按下起动按钮SB1，接触器KM主触头断开，电磁线圈断电，闸瓦抱紧闸轮，电动机停止转动。2.电力制动图4-27反接制动的原理(1)反接制动1)反接制动的原理如图4-27所示。在电动机需要制动时，改变定子绕组中三相电源的相序，使定子绕组中的旋转磁场反向(n1方向)，在转子中产生与转子转向(n方向)相反的电磁转矩(F方向)即制动转矩

20、，使电动机转速迅速下降直至为零。)反接制动特点及适用场合。反接制动具有设备简单、制动转矩较大、冲击强烈、能耗较大、准确度不高的特点，适用于要求迅速制动且制动不频繁的场合。2.电力制动3)反接制动控制电路如图4-28所示。由于在反接制动时电动机中的电流很大（约是直接起动时电流的10倍），故对于容量较大的电动机应串联反接制动电阻R以限制制动时的电流。图4-28反接制动控制电路2.电力制动(2)能耗制动1)能耗制动的原理如图4-29所示。图4-29能耗制动的原理2)能耗制动特点及适用场合。 能耗制动具有能耗较小、制动平稳的特点，但需要直流电源，且在低速时制动效果较差。适用于要求制动平稳、准确且制动较

21、频繁的场合。2.电力制动图4-30能耗制动控制电路3)能耗制动控制电路如图4-30所示。任务一 识别与检测二极管一、二极管的结构与电路符号二、二极管的导电特性三、二极管的伏安特性曲线四、二极管的型号与主要参数五、特种二极管任务二 识别与检测晶体管一、晶体管的结构与分类二、晶体管的电流放大作用三、晶体管的特性曲线四、晶体管的型号五、晶体管的主要参数课题五 常用电子元器件的识别与检测一、二极管的结构与电路符号图5-1常用二极管的外形图5-1所示是各种电子产品中不同外形的二极管。一、二极管的结构与电路符号图5-2二极管二极管的基本结构如图5-2a所示。图5-2b所示为二极管的电路图形符号，箭头一边代

22、表正极，另一边代表负极，而箭头所指的方向为二极管正向导通电流的方向。电路中用VD表示二极管。二、二极管的导电特性图5-3二极管单向导电特性实验电路图5-3所示为二极管单向导电特性实验电路。两种不同状态下观察指示灯是否发亮。二极管加正向电压(正向偏置)时导通，加反向电压(反向偏置)时截止，这一导电特性称为二极管的单向导电性。三、二极管的伏安特性曲线图5-4二极管的伏安特性曲线加在二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系曲线称为二极管的伏安特性曲线，利用晶体管特性图示仪可以方便地测出二极管的正、反向伏安特性曲线，如图5-4所示。三、二极管的伏安特性曲线1.死区(OA段)当正向电压较小时，二极管

23、呈现很大的电阻，正向电流几乎为零，通常把这个范围称为不导通区或死区。一般硅二极管死区电压约为0.5V，锗二极管约为0.10.2V。2.正向导通区(AB段)当外加电压大于死区电压后，二极管呈现的电阻很小，正向电流随电压增大而急剧增大，二极管正向导通。AB段特性曲线陡直，电压与电流的关系近似于线性，称为导通区。导通后二极管两端的正向电压称为正向压降(或管压降)，一般硅二极管的正向压降约为0.7V，锗二极管约为0.3V。这个电压比较稳定，几乎不随流过的电流大小而变化。3.反向特性(1)反向截止区(OC段)加反向电压时，二极管呈现的电阻很大，此时反向电流很小，称为反向截止区。而反向电流在很大范围内不随

24、反向电压的变化而变化，故将这个电流称为反向饱和电流或反向漏电流IS。 (2)反向击穿区(CD段)当反向电压增大到某一个数值时，反向电流就会急剧增大，这种现象称为反向击穿。CD段称为反向击穿区，C点对应的电压称为反向击穿电压U(BR)。击穿后电流过大将会使管子损坏，因此除稳压二极管外，加在二极管上的反向电压不允许超过反向击穿电压。综上所述可知，二极管的伏安特性曲线不是一条直线，二极管属于非线性器件。三、二极管的伏安特性曲线四、二极管的型号与主要参数1.1.二极管型号二极管型号国产二极管的型号由五部分组成，以2CZ11D为例，各部分含义如下：2.2.主要参数主要参数(1)最大整流电流IF二极管长时

25、间工作时允许通过的最大直流电流。(2)最高反向工作电压URM二极管正常使用时允许加的最高反向电压，URMU（）。(3)反向漏电流IS未进入击穿区时的反向电流值。IS越小，二极管的单向导电性能越好。四、二极管的型号与主要参数五、特种二极管1.稳压二极管(简称稳压管)2.发光二极管3.光敏二极管1.稳压二极管(简称稳压管)图5-5稳压管的外形和符号稳压管又称齐纳二极管，其外形及符号如图5-5所示，文字符号为VS。1.稳压二极管(简称稳压管)图5-6稳压管的伏安特性曲线稳压管的伏安特性曲线如图5-6所示。稳压管在电路中主要工作在反向击穿区，起稳压作用。1.稳压二极管(简称稳压管)稳压管的主要参数：(

26、1)稳定电压Z稳压管正常工作时的反向稳压值。(2)稳定电流IZ稳压管在正常工作时的参考电流，范围在稳压区域的最大稳定电流IZmax与最小稳定电流IZmin之间。当电流小于IZmin时，稳压管不能起稳压作用。(3)最大稳定电流I指稳压管最大工作电流，超过IZmax时管子将过热损坏。(4)耗散功率PZM指稳压管不会因热击穿而损坏的最大耗散功率。它近似等于稳定电压与最大稳定电流的乘积，即PZM=ZIZ。(5)动态电阻rZ反映稳压管的稳压性能，动态电阻越小，稳压性能越好。(6)温度系数k反映因温度变化引起的稳定电压变化。2.发光二极管图5-7发光二极管的外形和符号发光二极管是一种把电能变成光能的半导体

27、器件，由磷化镓、砷化镓等半导体材料制成，其外形和符号如图5-7所示。2.发光二极管图5-8发光二极管应用电路发光二极管是一种电流型器件，容易损坏，在实际使用中一定要串联限流电阻，如图5-8所示。3.光敏二极管图5-9光敏二极管的外形和符号光敏二极管旧称光电二极管，其外形和符号如图5-9所示。一、晶体管的结构与分类图5-13晶体管的结构和电路符号任务二 识别与检测晶体管晶体管是由两个PN结构成的，按两个PN结的组合方式不同，可分为NPN型和PNP型两类，它们的结构和电路符号分别如图5-13a、b所示。二、晶体管的电流放大作用图5-14实验电路图5-14所示为研究NPN型晶体管电流放大作用的实验电

28、路。二、晶体管的电流放大作用1.晶体管的电流分配规律发射极电流等于基极电流和集电极电流之和，即各极电流方向如图5-15中所示。图5-15晶体管各极电流方向二、晶体管的电流放大作用2.晶体管的电流放大作用用表示晶体管交流电流放大系数，它体现了晶体管对交流信号的放大能力，即晶体管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用。因此，晶体管是一种电流控制器件。图5-16晶体管伏安特性曲线测试电路三、晶体管的特性曲线晶体管的伏安特性曲线是晶体管内部特性的外部表示，是分析放大电路和选择晶体管的重要依据，分为输入特性曲线和输出特性曲线。晶体管伏安特性曲线测试电路如图5-16所示。1.输入特性曲线图5-17晶体管输入特性曲线输入特性是指在CE一定的条件下，加在晶体管基极与发射极之间的电压BE和它产生的基极电流IB之间的关系。改变RP2可改变CE，CE一定后，改变RP1可得到不同的IB和BE。图5-17所示为晶体管输入特性曲线。2.输出特性曲线图5-18晶体管输出特性曲线输出特性是指在IB一定条件下，集电极与发射极之间的电压uCE与集电极电流iC之间的关系。先调节RP1，使IB为一定值，再调节RP2得到不同的CE和C值，