电气专业可编程控制器教案

复习提问：继电器控制线路特点教学内容导入：本专题重点1、可编程控制器的定义2、发展过程3、发展趋势4、组成及各部分的作用一、可编程控制器的定义是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。采用计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。可编程控制器也称为PLC(Programma-bleLogicController)，其主要功能是取代传统继电器，执行逻辑、计时和计数等顺序控制功能，建立一种柔性的程序控制系统。现代工业自动化控制的重要支柱之一。二、GM十条1968年，美国通用汽车公司(GM)以用户身份新一代工业控制器应具备十大条件后，再度掀起了开发热潮。这十大条件是：GM1055(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。三、发展过程程控制器PDP-14,在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着，美国MODICON公司也研制出084控制器，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出日本第一台可编程控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。四、可编程控制器的发展趋势管理一体化发展，使之成为具备更完善的通信网络功能的高档大型PLC，与计算机组成单元控制系统。1．发展迅速，产品更新换代快2．开发各种智能化模块，不断增强过程控制功能3．PLC与个人计算机的结合4．通信联网功能不断增强5．发展新的编程语言，增强容错功能五、PLC的组成及硬件配置目前PLC制造厂家很多，市场上有品种、规格繁多的PLC，且各厂家均独具特色，但一般来说，PLC的基本组成主要由中央处理单元（CPU模国家展趋势部分5和编程器等五大部分组成。1、中央处理单元又称CPU模块或中央控制器，它由微处理器和存储器组成，是可编程控制器的核心，其作用类似于人类的大脑。CPU模块的工作电压一般是5V。输出模块的组成及作用输入模块一般由输入接口、光电耦合器、PLC内部电路输入接口输入模块可以用来接收和采集两种类型的输入信号，一种是由按钮、开关等提供的开关量输入信号；另一种是由电位器、热电偶等提供的连续变化的模拟量输入信号。输出模块（O模块）一般由PLC内部电路输出接口、光电耦合器、输出接口和驱动电源等四大部分组成。输出模块可以控制接触器、电磁阀、电磁铁和调节阀调节装置等执行对象，并反映外部负载工作状态，如指示灯、数字显示器与报警3．编程器编程器用于用户程序的编制、调试检查和监视，还可通过键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。4．电源何备有后备电源何备有后备电源本课小结：本次课讲解了1、可编程控制器基本的组成2、可编程控制器基本的硬件配置5复习提问：PLC的定义5教学内容导入：本专题重点3、与用户程序执行过程的三个阶段4、应用范围6、PLC与继电器控制系统的不同一、PLC的工作原理PLC运行时，CPU不能同时去执行多个操作，只能按分时操作原理运作原理行，即每一时刻执行一个操作，完成一个动作，随着时间的自然延伸，一个动作接一个动作地顺序执行下去。这种分时操作过程叫做CPU对程序的扫描。PLC的工作过程就是CPU扫描程序的执行过程。这些操作过程大致分为以故障诊断处理为主的公共操作、联系工业控制现场的数据输入和输出的操作、执行和服务于外部设备命令的操作（若外部设备有中断请求）牢公共操作是在每次扫描程序前的又一次自检，若发现故障，除通过等待处理；对于严重故障，则停止用户程序的运行，关闭PLC的一切输出信号并切断相关的输出联系。2．数据输入／输出操作数据输入／输出操作也称为I/O状态刷新。它完成采样输入信号（即刷新输入状态表的内容）和输出处理结果（即按输出状态表的内容刷新输出电路）两种操作，实现采样一处理一输出一控制对象的整个工3、执行用户程序执行用户程序是在监控定时器工作正常的条件下，CPU开始执行扫描程序，将存放在存储器中的用户程序，按顺序从零步开始，逐条解释和执行，直到执行END指令才结束对用户程序的扫描。4．执行外设命令每次执行完用户程序后，就进入通信服务外设命令的操作。二、输入/输出映像寄存器在PLC的内部寄存器中，设置了一定数量的用来存放输入信号和输出信号状态的寄存器，分别称为输入映象寄存器和输出映象寄存器。P梯形图中的编程元件也有对应的映象存储区域，它们统称为映象寄存器。三、与用户程序执行过程的三个阶段PLC把外部输入信号的接通／断开(ON/OFF)状态读人到输入映象PLC的用户程序由若干条指令组成，指令按步序号顺序排列存放在存储器中。在没有跳转指令时，CPU只能从第一条指令开始逐条顺序地执输入/输阶段行用户程序，直到用户程序结束(END)处。CPU将输出映象寄存器的通／断状态传送到输出锁存器中，经输出模块隔离和功率放大后，驱动外部的负载。1）可靠性高，抗干扰能力强2）通用性强，适应性强3）硬件配套齐全，用户使用方便4）编程简单，使用方便5）减少控制系统的设计、安装和调试工作量6）功能完善7）体积小，重量轻，能耗低用用4）数据处理5)通信网络六、PLC与微机系统的不同1）PLC抗干扰性能比微机高2）PLC编程比微机简单，易学易用3）PLC设计调试周期短4）PLC的输入/输出响应速度慢，有较大的滞后现象，而微机的响应速度快5）PLC易于操作，易于维修，人员培训时间短，而微机操作、维修较困难，人员培训时间长七、PLC与继电器控制系统的不同的不同继电器控制线路由许多硬件继电器组成，而PLC由许多“软件继电器”组成2）触点的数量不同继电器的触点数较少，一般4~8对，而PLC中触发器的状态可以取用任意次，软继电器的触点数为无线对3）控制方法不同继电器控制系统是通过元件之间的硬接线实现，功能专一，缺乏灵活性，体积庞大，安装维修不方便，而PLC控制功能是通过软件编程完成，功能调整和改变容易便捷，控制灵活4）工作方式不同在继电器控制系统中，工作方式是并行的。而在PLC中，工作方式是串行的当PLC处于停机状态时只执行停机操作：而PLC处于运行状态时，还要完成输入处理、程序执行和输出处理等三个阶段的操作。本课小结：本次课讲解了1、可编程控制器的工作原理2、输入、输复习提问：可编程控制器的工作原理教学内容导入：本专题重点内容:1、常用编程语言2、梯形图定义3、指令表定义4、功能图定义5、功能图的基本结构6、梯形图绘图原则一、PLC常用编程语言(InstructionList)、功能图(FunctionBlockDiagram)、高级语言和逻辑方程式（或布尔代数式）等5种二、梯形图编程语言定义梯形图语言是一种图形语言，是在继电器控制原理图的基础上产生的一种直观、形象的逻辑编程语言，它沿用继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电器控制的控制符号。被厂家作为第一编程语言。通常把梯形图叫做电路或程序，把梯形图二、指令表语言（或助记符语言）指令表语言就是助记符编程语言，用来彦示PLC的各种操作功能或控亦称语句表。通常一条指令由指令助记符和作用器件编号两部分组成。程语言言定义义555三、功能图定义本结构特点编制顺序控制程序的基本算法。功能图又称转移图、状态图或流程图。），有向连线（一）和动作或命令等5大部分组成。四、功能图的基本结构功能图的基本结构有单序列、选择序列和并行序歹三大类，它们是组成功能图的基本构成模式。五、梯形图的主要特点(1)PLC梯形图沿用了继电器触点、线圈、串并联等术语和图形符号，形象直观，易于接受。但它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），(2)梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线。在分析梯形图的逻辑关(3)梯形图中各编程元件的动合触点和动断触点均可以反复使用，次(4)梯形图程序运行时其执行顺序是按从左到右，从上到下的原则。则(1)梯形图每一行都是从左母线开始，画到右母线为止，触点放在左边，输出线圈放在最右边。(2)梯形图程序的书写顺序是先左后右，自上而下。在把梯形图程序改写成指令表程序时也应按此顺序进行。(3)在梯形图中可以多个触点串联或并联使用，各编不受限制，可多次重复使用。(5)梯形图中允许多个线圈并联输出，但不允许串联输出。（6)禁止使用“双线圈输出”。在一个程序中各输出处同一编号的输出线圈若使用两次，容易引起误动作，应禁止使用。(8)梯形图每一行都是从左边的母线开始，所有触点靠近左边母线的一侧，线圈接在右边的母线上，线圈右边不允许再有触点出现。(9)线圈不能直接接在左母线上，若真需要的话，可通过一个不动作(10)在梯形图中不能存在有电流流动的寄生电流回路，只允许从左到(11)在梯形图中串、并联触点数从原理上讲不受限制，但受到屏幕尺寸的制约，因此，可采用中间继电器使超限的大块程序分成若干子块，然后由各子块的触点按原逻辑关系重新进行连接。本课小结：本次课讲解了1、功能图的定义2、梯形图的特点及绘图原则复习提问：1、梯形图的定义2、功能图的定义教学内容导入：本专题重点内容1、基本单元和扩展单元2、型号的含义3、继电器编号4、内部继电器5、定时器、计数器6、数据寄存器的分类及作用FX2系列PLC是日本三菱公司近年推出的高性能小型整体式PLC。它点数为128，64个输入，64个输出，通过增设扩展模块，可只增加输入点数，也可只增加输出点数，改变系统输入、输出点数的比例，可以满足不同应用所需的控制要求。基本单元、扩展单元和扩展模块可根据用户实际需要，分别选择不同扩展单元基本单元32元二、型号的含义FX2系列的输出电路有继电器型、双向晶闸管型和晶体管型三种。第二个字母：R为继电器输出、S为晶闸管输出、T为晶体管输出第一个字母：M表示基本单元、E为扩展部分数字部分：表示I/O的总点数产品系列名例如，Fl-40MR表示产品系列名为Fl，I/O的总点数为40，继电器输出的基本单元型可编程序控制器。又如，FX2-48MS表示产品系列名为FX2，I/O的总点数为48，双向晶闸管输出的基本单元型可编程控制器。三、FX2系列PLC内部继电器的编号FX2系列PLC梯形图中的编程元件的名称由字母和数字两大部分表示，它们与PLC内部各器件及其编号均为一一对应关系。其中字母部分表等。元器件的编号用八进制数表示，在八进制数中只有0~7这8个数字符号，且遵循“逢八进一”的运算规则。FX2系列PLC内部各类继电器的编含义号FX2系列PLC内部继电器的编号1DP1．输入继电器输入继电器专门用于接收外部元件发来的控制信号，与输入端子相连，供编程时使用，但在编程时注意，输入继电器只能由外部信号驱动，不能在程序内部用指令驱动，其触点也不能直接输出带动负载。2．输出继电器输出继电器专门用于将输出信号传给外部负载，具有一定的负载能力，不能直接由外部信号驱动，而只能在程序内部用指令驱动。它有继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管输出等3种结构类型。3．辅助继电器辅助继电器与输出继电器一样，只能由程序驱动，而不能直接驱动外部负载，专供PLC内部编程时用，其作用相当于继电器控制电路中的中间继电器。它有通用型、保持型两类。功能4．移位寄存器移位寄存器是由相邻的几个辅助继电器组成，第一个辅助继电器的编号就是该移位寄存器的编号。当移位寄存器的位数不足时，可以将两个移位寄存器串联使用，组成高低位结构用低位溢出的数据作为高位的输入5．特殊辅助继电器特殊辅助继电器和通用辅助继电器一样，均为内部使用继电器，但前者只向用户提供使用触点，而不允许用户用各种方式驱动工作线圈。它主要用于电池电压监控、扫描周期和工作状态监控保护等。6．定时器定时器是PLC内部提供的不同延时的触点，供用户在编程时选用或设定，它相当于继电器控制系统中的延时继电器。7．计数器计数器计数次数的设置，是用户根据设计要求而自行选定或设定的，它是按积算定时方式计数工作的。8．状态寄存器状态寄存器是在编制步进顺序控制程序时使用的基本单元，常与步进梯形指令STL配合使用，主要用于编程过程中的初始化和电池电压监控保器特殊辅助继电器共256点，用于表示PLC的某些状态，提供四种时钟脉冲（10ms，100ms，ls和1min）和标志，设定PLC的运行方式，用于步进顺控、禁止中断、设定计数器是加计数或减计数等运行方式控制。六、状态寄存器(S)的作用状态寄存器用于表示PLC各类运行的具体状态，常与STL指令一起使七、指针(P/I)的分类及作用指针包括分支指令用的PO~P54（共55点）和中断用的指针（共9点）两部分，总共64点。用PO~P63表示跳转指令(JUMP)的跳步目标和子程序调用指令(CALL)调用的子程序标号，执行到子程序中的SRET指令时返回执行主程序。中断用指针共9点，用于指出某一中断源的中断入口程序标号，执行到IRET指令返回到中断指针的下一条指令。八、定时器的分类及作用定时器分非积算定时器和积算定时器两类。非积算定时器没有积算功能，只是在线圈断电或PLC停电时复位操作。九、计数器计数器可通过常数K直接设定方式或指定数据寄存器的元件间接设定方式，来指定数据寄存器中的数值。32位加减计数器C200~C234的加／减计数方向由特殊辅助继电器M8200~M8234设定，当对应的M接通时为减计数器的输入端XO~X5，十、数据寄存器(D)的分类及作用数据寄10特殊数据寄存器D8000~D8255，共256点，用于监控PLC的运行状态，例及作用如电池电压、扫描时间、正在动作的状态编号等。文件寄存器Dl000一D2999，共2000点，用于存储大批量数据。变址寄存器V/Z用于改变或修改编程元件的当前元件号，例如当V=8时，数据寄存器编号D5V相当本课小结：本次课讲解了FX2系列PLC11个内部寄存器的代号、作用多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。两个或两个以上的电阻依次连接，组成一条无分支电路，这样的连接方式叫做电阻的串联。I++-+-+--I+-n（2）流经各电阻的电流相等。（3）串联总电压等于各电阻上电压之和，即（4）分压关系为的使用U2U2、电阻串联电路的应用（1）用几个电阻串联以获得较大的电阻。（2）采用几个电阻串联构成分压器，使同一电源能供给几种不同数（3）当负载的额定电压低于电源电压时，可用串联电阻的方法将负（4）限制和调节电路中电流的大小。电阻分压器限制和调节电路中电流a解：根据题意可知，当表头满刻度时，表头两端电压为U。a3可见，用这个表头测量大于0.5V的电压会烧坏表头，需串联分压电阻，以扩大测量范围。设量程扩大到10V需要串入的电阻为Rx。xxIaUUIa6二、电阻的并联把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。两个或两个以上的电阻接在电路中相同的两点之间，承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联。II++U-I1R1I2R2U-R（1）等效电阻如下（3）并联总电流等于各电阻上电流之和，即I2、电阻并联电路的应用（1）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式。这样每个负载都是一个可独立控制的回路，任一负载的正常启动或关断都不影响其它负载的正常使用。解的使用AB上的电压、各负载电阻中的电流。解：等效电阻RAB6+3总电流ABRI各负载上的电流I1=RR6+3I2aa问需并联多大的分流电阻Rx？解：因微安表允许流过的最大电流为40µA，用它测量大于40µA的电流会将该电流表损坏，可适当采用并联电阻的方法将表的量程扩大到500mA，让流过微安表的最大电流不超过40µA，其余电流从并联阻中分EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up13(4),0)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up13(×1),10)-EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up13(3),0)a三、电阻的混联既有串联又有并联的电路称为混联。混联电路形式多种多样，但可以30,利用电阻串、并联关系进行逐步化简。EQ\*jc3\*hps31\o\al(\s\up11(效电),的求解)R5cR1解：等效电阻bb解：等效电阻电路有简单电路和复杂电路之分，不能用电阻串、并联关系化简的电路叫做复杂电路。分析电路的方法很多，但它们的依据是电路的两条基本定律——欧姆定律和基尔霍夫定律。基尔霍夫定律既适用于直流电路，又适用于交流电路。它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律两个定律。基尔霍夫电流定律应用于节点，基尔霍夫电压定律应用于回路。为了阐明该定律，先介绍电路的几个基本术语。（1）支路：电路中的每一个分支称为支路。它由一个或几个相互串联的电路元件构成。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。如图所示支路，不含电源的支路称无源支路。（2）节点：三条或三条以上支路所汇成的交点叫节点。图中共有2个节点，分别是节点a和节点b。（3）回路：电路中任意由支路组成的闭合路径叫回路。图中共有3（4）网孔：中间无支路穿过的最简单回路叫网孔或独立回路。图中本概念+c++E1-U1-R1III++R-3--U22+d+-b一、基尔霍夫第一定律（节点电流定律，简称KCL）电流之和。表达式为ΣI=ΣI因此得到ΣI=0的列写2、内容2：在任一瞬间，流入（或流出）该节点的电流代数和恒等于零。符号的规定，流入节点的电流取“＋”号；流出节点的电流取“-”号。表达式为ΣI=0I2III4求1）AB支路的电流I=?（2）交于B点的另一支路电流I=?IAI2RIRI3BI4I5不仅适用于结点，还适用于任一假设的闭合面。把该闭合面看成广义大节点，还可以列写电流方程。用aIRI3R2IbcIbcccIIbb若把虚线所围的闭合面看成是一个节点，应有I=I+II6I2I4III解：电路中有3个节点，根据基尔霍夫电流定律有：或用基尔霍夫电流定律的推广形式，将中间三条支路看成一个广义节二、基尔霍夫第二定律（回路电压定律，简称KVL）1、内容：在任一闭合回路中，沿某循环方向各部分电压降的代数和电源——正极指向负极的方向与循环方向一致，取“＋”号；正极指向负极的方向与循环方向不一致，取“—”号。负载——电流I的参考方向与循环方向一致，电阻上的压降IR取“+”号；电流I的参考方向与循环方向不一致，电阻上的压降IR取“—”号。下图中，对于回路abca，按顺时针循环一周，根据电压和电流的参考的规定+c++E-U1-R1+IaI2－U2+IR+--d+-bI1+-aI3I+-b解：图中，左右两个网孔分别选择顺时针和逆时针循环方向。对于回路Ⅰ,电压方程为20I+10I=100V对于回路Ⅱ,电压方程为25I+10I=200V基尔霍夫电压定律不仅适用于电阻、电源等实际元件构成的回路，也适用于假想的回路。2KVL的用++EIRRIE--+++---解：图示电路右侧可以假想为闭合回路，按顺时针循环方向可得方程11对于整个回路，按顺时针循环方向列电压方程：SSR=6Ω,求各支路电流。3R1I+E--R2a2I++-IIR解b对于网孔Ⅰ,按顺时针循环一周，根据电压和电流的参考方向可对于网孔Ⅱ,按逆时针循环一周，根据电压和电流的参考方向可3个方程联立求解解得：一、磁体及其性质磁性：人们把物体能够吸引铁、镍、钴等金属及其合金的性质叫做磁性。磁体：具有磁性的物体叫做磁体。磁体分天然磁体（磁铁矿）和人造磁体两大类。磁极：磁体两端磁性最强的区域叫磁极，分别称为北极（用N表示，白色极总是成对出现的。磁力：磁极间的这种相互作用力叫做磁力。磁极间相互的作用力：同性互相排斥，异性互相吸引。二、磁场与磁感线互不接触的磁体之间存在着相互的作用力，说明在磁体周围存在着一种特殊的物质——磁场。作用力就是通过磁场这一特殊物质进行传递的。磁场的分布常用磁感线描述。BNSA磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是放在该点的磁针N极所指的方向。磁感线是假想的互不交叉的闭合曲线。磁感线的方向定义：在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。磁感线的疏密程度定义：磁感应线的疏密程度表示磁场的强弱。磁感线均匀分布而又相互平行的区域，称为均匀磁场；反之称为非均三、电流的磁场教材P34两个例子说明，不仅磁体能产生磁场，电流周围也存在着磁场，这种现象叫做电流的磁效应。近代科学又进一步证明，产生磁场的根本原因是电流，而且电流越大，它所产生的磁场就越强。概念电流产生的磁场方向可用安培定则（又称右手螺旋法则）来判断，用右手握住通电导体，伸直的大拇指所指方向为电流方向，则弯曲四指指向就是磁感线的环绕方向，即磁场方向。2、环形电流产生的磁场用右手握住通电线圈（螺线管），以弯曲四指指向线圈电流方向，则拇指指向就是线圈内部磁感线方向，即N极方向。通电螺线管相当于一根条形磁体。的使用磁感应强度B是表示磁场内某一点磁场强弱和方向的物理量。磁感应理解各强度是一个矢量，其方向与磁场的方向一致，可用右手螺旋定则确定。磁物理量感应强度B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁感线数目。磁感应强度的单位为特[斯拉]，符号为T。在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线长度l的乘积Il的比值称为该处的磁感应强度B，即二、磁通Φ磁通是定量描述磁场在一定面积上的分布情况的物理量。均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，单位是韦[伯]，符号为Wb。三、磁导率μ磁导率μ是用来表示物质导磁性能的物理量，单位是亨[利]/米，符号为H/m。物质磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率，用μr顺磁物质：如空气、铝、铬、铂等，其μ稍大于1。r反磁物质：如氢、铜等，其μ稍小于1。r顺磁物质和反磁物质一般被称为非铁磁性材料。铁磁物质：如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等，其磁导率远大于真空的磁导率，相对磁导率μ远大于1。r一、磁场对通电直导体的作用通电导体在电磁场中受到的力称为电磁力，也称安培力。如果把一根通电直导体放在磁场中，它也会受到磁力的作用。通电导体在磁场内的受力方向，可以用左手定则来判断。将左手伸平，拇指与四指垂直，磁感应线穿过手心，四指指向电流方向，则拇指的指向就是通电把一段通电导线放入磁场内中，当电流方向与磁场方向垂直时，电流所受的电磁力最大。单位：牛[顿]，N表示。如果电流方向与磁场方向不垂直，而是有一个夹角α,这时通电导线的有效长度为lsinα,电磁力的计算公式则为：二、通电平行直导线间的作用两条相距较近且相互平行的直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥。三、磁场对通电线圈的作用用电流能够产生磁场，一定条件下磁场也能产生电流。电磁感应现象：利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象。感应电流：电磁感应现象产生的电流。感应电动势：产生感应电流的电动势。（1）首先判断原磁通的方向及其变化趋势；（2）根据感应电流磁场方向永远和原磁通变化趋势相反的原则，确（3）用安培定则判断感应电动势或感应电流的方向。三、法拉第电磁感应定律1、内容：线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。如图所示，平伸右手，拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场方向，用拇指指向表示导体运动方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向则应用2、感应电动势的计算当导体、导体运动方向和磁感线方向三者相互垂直时，导体中感应电若导体运动方向与磁感线方向有一夹角α,则导线中感应电动势为：试在图中标出感应电流方向2）M端和N端的电位哪端高3）若DEvM×××NCF解1）根据右手定则，感应电流方向由M到N。也可由楞次定律判断。LREHL1HL2开始增大，穿过线圈L的磁通也随之增加，根据楞次定律可知，感应电动势要阻碍线圈中电流的增大，因此灯泡HL2必然要比HL1亮得慢些。而是闪亮一下，然后才熄灭。象分析HLL原因：由于断开开关后，通过线圈L的电流突然减小，穿过线圈L的磁通也很快减少，线圈中必然要产生一个很强的感应电动势，以阻碍电流的减小。虽然这是电源已被切断，但线圈L和灯泡HL组成了回路，在这个电路中有较大的感应电流通过，所以灯泡会突然闪亮。由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用e表示，自感电L流用i表示。L二、自感系数为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数（简称电感）线圈的电感是由线圈本身的特性决定的。线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，电感就越大。有铁心的线圈：磁导率不是常数，其电感也不是常数（非线性电感）空心线圈：电感近似为常数（线性电感）三、自感电动势自感现象是电磁感应现象的一种特殊情况，也遵从法拉第电磁感应定律。计算公式为四、线圈L储存能量与电容器相似，都是电路中的储能元件。其电感反映了它储存磁场能量的能力。磁场能量可用下式计算把由一个线圈中是电流发生变化而在另一个线圈中产生电磁感应的M全耦合时，互感电动势最大。M为互感系数，简称互感，单位也是亨利（H）。由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端子称同名端为线圈的同名端，用“”或“*”表示。的判断利用同名端可以很容易判断互感电动势的极性，以及了解线圈的绕一、什么是交流电直流电量：大小和方向均不随时间变化而变化的电量。交流电量：大小和方向均随时间作周期性的变化，且在一个周期内平正弦交流电量：大小和方向随时间按正弦函数规律变化的电流、电压或电动势称为正弦交流电流、正弦交流电压或正弦电动势，统称为正弦交和直流电相比，交流电具有以下优点：（1）交流电比直流电输送方便、使用安全。（2）交流电机结构比直流电机简单，成本也较低，使用维护方便、（3）可以应用整流装置，将交流电变换成所需的直流电。二、交流电的产生由交流发电机提供，也可由振荡器产生。三、正弦交流电的三要素mii由上式可知，正弦交流电的特征具体表现在变化的快慢、振幅的大小和计时时刻的状态三个方面，这三个量称为正弦量的“三要素”，它们分1、周期、频率与角频率周期：正弦交流量变化一次所需要的时间，用T表示，它的单位是秒素”频率：正弦量每秒内变化的次数，用f表示，单位是赫兹（Hz）。根角频率：表示正弦量每秒变化的弧度数，用①表示，单位是弧度每秒常识：在我国工农业及生活中使用的交流电频率为50Hz，周期为iImφiIT2、瞬时值、最大值与有效值瞬时值：指正弦量在任意瞬时对应的值。用小写字母表示，如i、u、的大写字母表示，如I、U、E。工程上常采用有效值来衡量交流电能量转换的实际效果。有效值是根据交流电流和直流电流的热效应相等的原则来定义的。经数学推算可以得出正弦交流电的有效值和最大值之间的关系：Imm注意：符号不可以乱用。（1）如无特别说明，本书中所说的交流电流、电压的大小，均（2）电气设备铭牌标注的额定值也是指有效值。（3）用交流电表测得的值为交流电量的有效值。义值关系3、相位和初相位正弦量在任意时刻的点角度称为相位角，简称相位或相角，用t=0时的相位φ称为初相位或初相角，简称初相。习惯上初相的取ii四、同频率正弦电量的相位关系一个正弦交流电路中，电压和电流的频率是相同的，但它们的初相位有可能不同，进行加减运算时，常常要考查它们之间的相位关系。相位差设两个同频率的正弦电压和电流分别为：i)即：同频率的两个正弦量，其相位差等于它们的初相位之差。u,iu,iuu,iuu,iu,iuu,iuiiiiiiOOOπ2围位关系i超前φ角，或称为i比u滞后φi同相；i正交。。m。。周期、初相位和相位差。任何一个正弦量，都可以找到一个与之对应的空间矢量。一个正弦量有三大要素，即角频率、最大值和初相。正弦交流电路中的电压、电流是与电源同频率的正弦量，用幅角代表正弦量的初相，那么就可以用一个空间矢量表示正弦量了。为了与一般的矢量有所区别，把表示正弦量的矢量称为相量。规定正弦量的+jIIi2o)A，试用相量图来表示。解：有效值初。III2和u2运算UUX\1XUUU2U2UU1ou2XXU2U2一、电阻元件交流电路中如果只有线性电阻，这种电路叫做纯电阻电路。我们日常生活中接触到的白炽灯、电炉、电熨斗等都属于电阻性负载，在这类电路中影响电流大小的主要是负载电阻R。uuiπiiπpπpIIPP二、电压与电流关系二、电压与电流关系件上的电压与通过的电流成线性关系。①m件①mm2、电压和电流的相位差φ=0°,即u和i同相位；三、功率在交流电路中，电路元件上的瞬时电压与瞬时电流之积为该元件的瞬时功率，用p表示，单位为W（瓦[特]）。电阻元件上的瞬时功率为说明电阻是耗能元件。电阻是耗能元件，为了反映电阻所消耗功率的大小，在工程上常用平率（平均均功率（也叫有功功率）来表示。所谓平均功率就是瞬时功率在一个周期功率）的内的平均值，用大写字母P表示。用数学表达式表示为求解计算公式和直流电路中计算电阻功率的公式相同，单位也相同，但要注意这里的P是平均功率，电压和电流都是有效值。解：因为纯电阻电路的电流与电压同相位，并且瞬时值、最大值、有效值都符合欧姆定律。则f、R和P。N一、电感元件在电子技术和电气工程中，常常用到由导线绕制而成的线圈，如日光布电容小到可以忽略不计时，可以看成是一个纯电感。将它接在交流电源储能元上就构成了纯电感电路。件L称为线圈的电感量，单位为H（亨[利]）。具有参数L的电路元件称为电感元件，简称电感。空心线圈的电感量是一个常数，与通过的电流大小无关，这种电感称为线性电感。iuiiLπpL①①hhI—二、电压与电流关系根据电磁感应定律，当线圈中电流i发生变化时，就会在线圈中产生感应电动势，因而在电感两端形成感应电压u，当感应电压u与电流i的参即电感电压与电流的变化率成正比。mm1、电感元件上的电压u和电流i是同频率的正弦电量。3、电压和电流的最大值、有效值的关系为LL称为电感电抗，简称感抗，单位为Ω（欧[姆]）。它表明电感对交流起阻碍作用。在一定的电压下，X愈大，电流愈小。感抗X与电源频LL率f成正比。L不变，频率愈高，感抗愈大，对电流的阻碍作用愈大。在极端情况下，如果频率非常高且f→∞时，则X→∞,此时电感相当于L开路。如果f=0，即直流时，则X=0，此时电感相当于短路。所以电L泛应用，如滤波、高频扼流等。三、功率从图可以看出，电感在第一和第三个1/4周期内，p处吸收能量，并将它转换为磁能储存起来；在第二和第四个1/4周期内，p<0，表示线圈向电路释放能量，将磁能转换成电能而送回电源。2、有功功率（平均功率）交换功率的平均值为零，即纯电感电路的平均功率为零。纯电感线圈在电路中不消耗有功功率，它是一种储存电能的元件。电感与电源之间只是进行能量的交换而不消耗功率，平均功率不能反应能量交换的情况，因而常用瞬时功率的最大值来衡量这种能量交换的情况，并把它称为无功功率。无功功率用Q表示，单位为var（乏）。计算解LU2XL50Hz的交流电源上，求流过线圈的电流和无功功率2）若电源频率为LLL一、电容元件电容的基本性能是，当对电容器施加电压时，极板上聚集电荷，极板间建储能元立电场，电场中储存能量。所以电容器是一种能够储存电场能量的元件。件C称为电容器的电容量，单位为F（法拉，简称法）。具有参数C的电路元件称为电容元件，简称电容。当电容量C是一个常数，与两端电压无关时，这种电容称为线性电容。uiπ2πiiIpπI①二、电压与电流关系O—当电容两端的电压发生变化时，极板上的电荷也相应地变化，这时电容器所在的电路就有电荷作定向运动，形成电流。选定电容上电压与电流①的参考方向为关联参考方向时，电容的伏安关系为即电容电流与电压的变化率成正比。m1、电容元件上的电压u和电流i也是同频率的正弦电量。3、电压和电流的最大值、有效值的关系为1I=XI1I=XIC称为电容电抗，简称容抗，单位为Ω（欧姆）。它表明电容对交流电容抗的流起阻碍作用。容抗X流起阻碍作用。容抗X与电源频率f成反比。在C不变的条件下，频率C愈高，容抗愈小，对电流的阻碍作用愈小。在极端情况下，如果频率非常CC高频、阻低频”的性质。在电子技术中被广泛应用于旁路、隔直、滤波等可见，电容元件的瞬时功率也是随时间变化的正弦量，其频率也为电源频率的两倍，如图所示。从图可以看出，电容在第一和第三个1/4周期内，p>0，电容元件在充电，将电能储存在电场中；在第二和第四个1/4周期内，p<0，电容元件在放电，放出充电时所储存的能量，把它还给2、有功功率（平均功率）交换功率的平均值为零，即纯电容电路的平均功率也为零。这说明电容元件也是一个储能元件，不消耗能量，它只是进行电容电场能和电源的电能电容与电源之间只是进行能量的交换而不消耗功率，其能量的交换也解用无功功率来衡量。无功功率用Q表示，单位为解2C交流电源上，试求1）容抗2）电流有效值3）电流的瞬时值表达式4）电路的无功功率。在电阻、电感与电容串联的交流电路中，各元件通过同一电流，电流与各电压的参考方向如图所示。iuRLCLuCX UUm通过画相量图来分析。φCLUIR2LCLCΩ。可以看出Z，R，(X—X)也组成了一个直角三角形，叫做阻抗三LC角形，如图所示。阻抗三角形和电压三角形是相似三角形。ZφRXLLCRφ角既表示电压相量与电流相量的夹角，还等于阻抗Z的阻抗角。二、电路性质的讨论LCLCLC时电路发生串联谐振现象。三、功率关系把电路中电压的瞬时值与电流的瞬时值的乘积叫做瞬时功率，即论2、有功功率（平均功率）计算的电感元件和电容元件均为储能元件，与电源进行能量交换，其交换的在RLC串联电路中，因为电流I相同，U与U反相，所以，当电感LC储存能量时，电容必定在释放能量；反之亦然。说明电感与电容的无功功率具有互相补偿的作用，而电源只与电路交换补偿后的差额部分。4、视在功率在交流电路中，总电压与总电流有效值的乘积定义为视在功率，用字母S表示，单位为V.A（伏·安）或kV.A（千伏·安即S=UI由于平均功率P、无功功率Q和视在功率S三者所代表的意义不同，为区别起见，各采用不同的单位。这三个功率之间有一定的关系，即2显然，它们也可以用一个直角三角形来表示，叫做功率三角形。功率、电压和阻抗三角形都是相似的。φZRUXC XXC XL+LURSQP数。功率因数是用电设备的一个重要技术指标。在整个电力供电系统中，感性负载占的比重相当大，如广泛使用的日光灯、电动机、电焊机、电磁铁、接触器等都是感性负载，它们的功率因数较低，有的低至0.35（如电一、提高功率因数的意义1、提高电源设备的利用率交流电源的容量是用其视在功率来衡量的，当容量一定的电源设备向外供电时，负载能够得到多少有功功率P，除了与电源设备的视在功率有越大。无功功率就越小。提高功率因数，可以使同等容量的供电设备向用户提供更多的有功功率，提高供电能力。2、降低线路损耗，提高供电质量，节约用铜当负载的有功功率P和电压U一定时，cosφ越大，输电线上的电流越小，线路上能耗就越少。线路损耗减少，可以使负载电压与电源电压更接近，电压调整率更高。此外，在线路损耗一定时，提高功率因数可以使输电线上的电流减小，从而可以减小导线的截面，节约铜材。二、提高功率因数的方法功率因数低的根本原因主要是由于大量感性负载的存在。工厂中广泛使用的三相异步电动机就相当于感性负载。为了提高功率因数，可以从两合理选用电动机，改进用电设备的功率因数，但这主要涉及更换或改2、在感性负载的两端并联适当大小的电容器并联电容器前后，电路所消耗的有功功率不变。因为电容不消耗有功功率，仅仅是用电容性无功功率去补偿电感性无功功率。同时也未改变感性负载本身的功率因数和工作状态，因为感性负载的端电压不变，而是提高了整个电路的功率因数。的方法一、常用照明方式此外，还有事故照明、障碍照明等特殊照明方式。二、常用照明灯具白炽灯、荧光灯。此外还有卤钨灯、高压汞灯、高压钠灯等。三、荧光灯电路由荧光灯管、镇流器、启辉器及开关组成。启辉器作原理镇流器镇流器1、荧光灯管：是一个在真空情况下充有一定数量的氩气和少量水银的玻璃管，管的内壁涂有荧光材料，两个电极用钨丝绕成，上面涂有一层加热后能发射电子的物质。管内氩气既可帮助灯管点燃，又可延长灯管寿2、镇流器：又称限流器，是一个带有铁心的电感线圈，其作用是：①在灯管启辉瞬间产生一个比电源电压高得的多的自感电压帮助灯管启辉。②灯管发光后限制通过灯管的电流不致过大而烧毁灯丝。3、启辉器：它由一个启辉管（氖泡）和一个小容量的电容组成。氖泡内充有氖气，并装有两个电极，一个是固定电极，另一个是用膨胀系数不同的双金属片制成的倒“U”型可动电极，两电极上都焊有触头。“U”型可动电极内层金属片热膨胀系数大，在两电极间加上电源电压时头闭合，这时两电极间的电压降为零，辉光放电停止，几秒钟内双金属片冷却后回到原来位置，两触头分开，启辉器在电路中起自动开关作用。电容是防止触头断开而产生火花将触头烧坏以及灯管启辉时对无线设备产1、辉光放电、热电子发射当接通电源瞬间，由于启辉器没工作，电源电压都加在启辉器内氖泡的两电极之间，电极瞬间击穿，管内的气体导电，使“U”型的双金属片受热膨胀伸直而与固定电极接通。这时日光灯的灯丝通过电极与电源构成一个闭合回路。灯丝因有电流（称为启动电流或预热电流）通过而发热，从而使灯丝上的氧化物发射电子。2、产生高电压同时，启辉器两端电极接通后电极间电压为零，启辉器停止放电。由于接触电阻小，双金属片冷却，当冷却到一定程度时，双金属片恢复到原来状态，与固定片分开。在此瞬间，回路中的电流突然断电，于是镇流器两端产生一个比电源电压高得多的感应电压，连同电源电压一起加在灯管两端，使灯管内的惰性气体电离而产生弧光放电。随着管内温度的逐步升高，水银蒸气游离，并猛烈的碰撞惰性气体而放电。水银蒸气弧光放电时，辐射出紫外线，紫外线激励灯管内壁的荧光即启辉器两端电压低于电源电压，不足以使启辉器放电，所以启辉器的触头不再闭合。这时日光灯处于正常工作状态。单相交流电路中发电机只产生一个交变电动势。但在现代电力系统中，电能的产生、输送和分配，普遍采用三相正弦交流电路。三相交流电路之所以获得广泛应用，是因为它和单相交流电路相比具有下列优点：（1）三相交流发电机比同容量的单相交流发电机节省材料，体积小。（2）远距离输电较为经济：电能损耗小，节约导线的使用量。在输（3）三相电器在结构和制造上比较简单，工作性能优良，使用可靠。一、三相交流电动势的产生正弦电压源按一定方式联接而成的对称电源。三相对称电压是由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中有三V、W表示。这三个绕组分别称为U相、V相、W相，所产生的三相VmWm波形图和相量式如图所示。ππ02EQ\*jc3\*hps25\o\al(\s\up6(π),π)ωtππ0TPPPUV的书写●CB三个交流电压达到最大值的先后次序叫相序，相序为U→V→W，称为正序或顺序，反之，当相序为W→V→U时，这种相序称为反序或逆序。通常无特殊说明，三相电源均为正序。二、三相四线制三相电源的联接有两种：星形联接（Y接）和三角形联接(Δ接）。而星形联接是电源通常采用的联接方式。下图为三相电源的星形联接。图a中三个电源的末端连接成一个点，该点称为中性点，简称中点或零点。从中点引出的输电线叫中性线或零线，用N表示。在低压供电系统中，中点通常是接地的，因而中性线又俗称地线。由三个电源的首端引出三根输电线称为相线或端线，俗称火线，用U、V、W（或L、L、L）表示。工程上，U、V、W三根相线分别用黄、绿、红颜色来区别，零线的颜色是黑色或黄绿相间色。点UUUVWVUUUUWVVUWWUVW由三根相线和一根中性线所组成的输电方式称为三相四线制。三相四线制通常在低压供电系统中采用。三相电源联接成星形时，可以向用户提供两种电压。相线与中性线之间的电压称为相电压，用U，U，U表UVW示。相线与相线之间的电压称为线电压，用U，U，U表示。UVVWWUUVUVVWVWWUWU由相量图分析得到，三个线电压的幅值相同，频率相同，相位相差LP式中U为线电压的有效值，U为相电压的有效值。LP线电压与相电压的相位关系为线电压超前相应的相电压30。我国供电系统所说的电源电压为220V，指的是相电压；电源电压为380V，指的是线电压。由此可见，三相四线制的供电方式可以给负载提供两种电压，线电压380V和相电压220V。AmABBCABCA当发电机三相绕组联成星形时，设线电压表达式为：A三相负载：接在三相电源上的负载。对称三相负载：各相负载相同的三相负载。不对称三相负载：各相负载不相同的三相负载。一、三相负载星形连接IWNUVVZWIWWNUVVZWIWIVNIZUZV特点相电压：每相负载两端的电压称为负载的相电压。相电流：流过每相负载的电流称为负载的相电流。线电流：流过相线的电流称为线电流。中线电流：中性线上的电流为中线电流。（1）负载相电压等于电源相电压，线电压有效值为相电压有效值的3倍，且在相位上线电压超前相应的相电压30o。（2）负载相电流等于线电流。NUVW1）对称三相电路：三相电源提供的线电压和相电压是对称的。如果三相负载的阻抗相等，则称为对称的三相负载。由对称三相电