電工電子技術(shù)(劉曉巖)課件

1、電工電子技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社電工電子技術(shù)第三章 正弦交流電路 第二章 電路的基本概念、定律、和分析方法 第一章 概論第五章 安全用電課程定位和培養(yǎng)目標(biāo)內(nèi)容提要第四章 變壓器和電動(dòng)機(jī)第七章 數(shù)字電子技術(shù)第六章 模擬電子技術(shù)23電工電子技術(shù)第一篇 電工技術(shù)3電工電子技術(shù)本杰明富蘭克林（17061790）。電是看不見(jiàn)的，然而今天我們卻能夠如此豐富地享受電所帶來(lái)的便利。這是因?yàn)槎俣嗄陙?lái)，人們應(yīng)用了許多科學(xué)和工程技術(shù)的先驅(qū)在電工電子技術(shù)領(lǐng)域研究的成果。本課程就是傳承電工電子技術(shù)領(lǐng)域科學(xué)家的研究成果和科學(xué)精神，為同學(xué)們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和工作中，不斷的發(fā)現(xiàn)和探索大自然的規(guī)律和奧妙奠定所需的基本電工電子技術(shù)知識(shí)

2、和技能。第一章 緒 論41847年2月11日，托馬斯愛(ài)迪生誕生。他的名言是：“天才是百分之一的靈感，百分之九十九的汗水。無(wú)論哪個(gè)頭腦清楚的人，如果他能拼命鉆研，都能像我一樣有成就?！?學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、電工電子技術(shù)的應(yīng)用范圍；2、電工與電子技術(shù)的發(fā)展歷史；3、非電專(zhuān)業(yè)電工電子技術(shù)課程的定位；4、如何學(xué)好電工電子課。 電工電子技術(shù)5電工電子技術(shù)1.1 電工電子技術(shù)的應(yīng)用范圍 電工電子技術(shù)已滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，宇宙航行、人造衛(wèi)星、通信、廣播電視、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子醫(yī)療設(shè)備以及我們的日常生活都離不開(kāi)電工電子技術(shù)。 61.2電工與電子技術(shù)的發(fā)展歷史 電工與電子技術(shù)講的就是“電”的

3、應(yīng)用技術(shù)。今天電工電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)歸功于19世紀(jì)以來(lái)的各國(guó)科學(xué)家的努力，讓我們向這些科學(xué)家學(xué)習(xí)。 伏特 高斯 焦耳 奧斯特 安培 西門(mén)子電工電子技術(shù)7電工電子技術(shù)2.學(xué)習(xí)好電工電子技術(shù)這門(mén)課程要注意把握以下幾點(diǎn)： （1）掌握基本概念、基本電路和基本分析方法 （2）注意定性分析和近似分析的重要性 （3）學(xué)會(huì)辯證、全面地分析電子電路中的問(wèn)題 （4）注意電路中常用定理在電子電路中的應(yīng)用。 （5）做好實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、電子設(shè)計(jì)與制作。10電工電子技術(shù)思考題 為什么在電工電子技術(shù)的發(fā)展歷史中，鮮有中國(guó)科學(xué)家的名字被提及？工作任務(wù) 查閱資料，寫(xiě)一篇短文，闡述你最敬仰科學(xué)家在電工電子技術(shù)的發(fā)展歷史中對(duì)人類(lèi)文明發(fā)

4、展所作出的貢獻(xiàn)，與同學(xué)一起分享你的學(xué)習(xí)體會(huì)。11電工電子技術(shù)第2章 電路的基本概念、定律和分析方法歐姆定律的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)要從電路的基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始。本章在復(fù)習(xí)物理電學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上，著重介紹了電路的一些概念、重要定律和定理，以及一些工程實(shí)用計(jì)算方法。對(duì)電路的研究最有影響的定律是1826年歐姆發(fā)現(xiàn)的關(guān)于電阻性質(zhì)的歐姆定律和在1849基爾霍夫發(fā)現(xiàn)的關(guān)于電路網(wǎng)絡(luò)的基爾霍夫定律等，這兩個(gè)定律確立了電路的基本理論和分析方法。12電工電子技術(shù)（2）信號(hào)電路：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理功能（如廣播電視系統(tǒng)等）。此類(lèi)電路的電壓較低，功率及電流較小，常稱(chēng)為“弱電”電路 （如圖2-3所示） 圖2-3信號(hào)電路16電工電子

5、技術(shù)2.1.2電路模型 1.電路模型 電氣元件和設(shè)備在工作運(yùn)行中所發(fā)生的物理過(guò)程很復(fù)雜，為了便于研究電路的特性和功能，揭示電路的內(nèi)在規(guī)律，在電路分析中，我們必須對(duì)電路進(jìn)行科學(xué)抽象，用一些模型來(lái)代替實(shí)際電器元件和設(shè)備的外部功能，這種模型稱(chēng)為電路模型。電路模型是實(shí)際電路電磁性質(zhì)的科學(xué)抽象和概括，它是由理想元件構(gòu)成的電路。17電工電子技術(shù)2.理想電路元件： 根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性質(zhì)所設(shè)想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件，其u，i關(guān)系可用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式子嚴(yán)格表示，稱(chēng)為理想電路元件。18電工電子技術(shù) 表2-1部分電路元件圖形符號(hào)電工電路圖電子電路圖電氣控制圖19電工電子技術(shù)4.電路模型實(shí)例分析用元件的

6、模型（理想元件及其組合）組成的電路等效地模擬了實(shí)際電路的功能，（如圖26） 是手電筒電路的演化過(guò)程。(a) 實(shí)際電路 (b) 電原理圖 (c) 電路模型 (d) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖26 手電筒電路的演化過(guò)程23電工電子技術(shù)2.1.3電路的基本物理量 1電流及其參考方向 （1)電流的定義在電場(chǎng)力的作用下，帶電粒子（電荷）的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電荷量定義為電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)為電流。即 24電工電子技術(shù) （2)電流的方向圖2-7 電流實(shí)際方向及其參考方向25電工電子技術(shù)2電壓及其參考方向 帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力對(duì)電荷做功，這種電場(chǎng)力做功的本領(lǐng)用電壓來(lái)度量。（1)電壓定義：電路

7、中、兩點(diǎn)間的電壓等于單位正電荷在電場(chǎng)力的作用下由點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)時(shí)減少的電能，用表示，即 26電工電子技術(shù)（2）電壓方向： 電壓的實(shí)際方向習(xí)慣上規(guī)定從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即電壓降的方向關(guān)聯(lián)參考方向：在分析和計(jì)算電路時(shí)，電壓和電流參考方向的假定，原則上是任意的。但為了方便起見(jiàn)，元件上的電壓和電流常取一致的參考方向，即電流從正極性端流入該元件，從負(fù)極性端流出。這樣選擇的某一段電路的電流與電壓的參考方向稱(chēng)為相關(guān)聯(lián)的參考方向(如圖2-8)。圖2-8 關(guān)聯(lián)參考方向27電流和電壓的參考方向表示法電壓的表示方法和方向電流參考方向電流與電壓的方向28電工電子技術(shù) 3.電位及其性質(zhì)（1）電位的定義：電路中任意點(diǎn)與電

8、位參考點(diǎn)O之間的電壓,用表示。電位的單位：伏（V）。（2）相對(duì)性和單值性（3）電位的計(jì)算：29電工電子技術(shù) 4.電動(dòng)勢(shì)及其方向（1）電動(dòng)勢(shì)定義：在電源內(nèi)部，外力將單位正電荷由負(fù)極移到正極增加的電能，用 表示，30電工電子技術(shù)2）電動(dòng)勢(shì)方向：從低電位（負(fù)極）指向高電位（正極），與電源電壓的實(shí)際方向相反（見(jiàn)圖2-10）。圖2-10 電動(dòng)勢(shì)方向31電工電子技術(shù) 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1.歐姆定律和基爾霍夫定律 2.電源有載工作、開(kāi)路與短路 3.電路中電位的概念及計(jì)算汽車(chē)電子控制技術(shù)34電工電子技術(shù)221 歐姆定律 1.部分電路歐姆定律 2 .全電路歐姆定律 圖2-12 部分電路 圖2-13 全電路 35電工電子

9、技術(shù)222 基爾霍夫定律 基爾霍夫定律是電路的基本定律之一，它包含有兩條定律，分別稱(chēng)為基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。1.電路結(jié)構(gòu)的基本名詞 支路： 節(jié)點(diǎn)： 回路：圖2-14 電路名詞定義示意圖36電工電子技術(shù)2基爾霍夫電流定律（KCL） I入=I出 （a）基爾霍夫電流定律 （b） 基爾霍夫電流定律擴(kuò)展應(yīng)用圖2-15基爾霍夫電流定律（KCL）3738例：分析以下電路中應(yīng)列幾個(gè)電流方程？幾個(gè)電壓方程？39電工電子技術(shù)3基爾霍夫電壓定律（KVL） 或 （a）基爾霍夫電壓定律 （b） 基爾霍夫電壓定律擴(kuò)展應(yīng)用 圖2-16基爾霍夫電流定律（KCL） 4041電工電子技術(shù)2.3.

10、3電路的三種狀態(tài)1.有載工作狀態(tài)序號(hào)名稱(chēng)特點(diǎn) 1滿載電氣設(shè)備工作在額定值情況下的狀態(tài)稱(chēng)為額定工作狀態(tài)（又稱(chēng)為“滿載”）。電氣設(shè)備的使用最經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、保證電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命。 2過(guò)載電氣設(shè)備超過(guò)額定值工作，過(guò)載時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)大大縮短電氣設(shè)備的使用壽命，甚至?xí)闺姎庠O(shè)備損壞。 3輕載電氣設(shè)備低于額定值工作，電氣設(shè)備不能正常合理地工作或者不能充分發(fā)揮其工作能力，41電工電子技術(shù) 2. 開(kāi)路狀態(tài) 圖2-19所示的電路，為開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或連接導(dǎo)線折斷時(shí)的開(kāi)路狀態(tài)，也稱(chēng)為空載狀態(tài)。電路在空載時(shí)，外電路的電阻可視為無(wú)窮大。 圖2-19電路的有載42電工電子技術(shù)3.短路狀態(tài)如圖2-19所示的電路中，電源的兩輸出

11、端線，因絕緣損壞或操作不當(dāng)，導(dǎo)致兩端線相接觸，電源被直接短路，這就叫短路狀態(tài)。43思考 回答1.在電路分析中，引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁矗?.應(yīng)用參考方向時(shí)，你能說(shuō)明“正、負(fù)”、“加、減”及“相同、相反”這幾對(duì)詞的不同之處嗎？ 電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖牵簽榉治龊陀?jì)算電路提供方便和依據(jù)。 應(yīng)用參考方向時(shí)，“正、負(fù)”是指在參考方向下，電壓、電流數(shù)值前面的正負(fù)號(hào)，如某電流為“5A”，說(shuō)明其實(shí)際方向與參考方向相反，某電壓為“100V”，說(shuō)明該電壓實(shí)際方向與參考方向一致；“加、減”指參考方向下電路方程式中各量前面的加、減號(hào)；“相同”是指電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向，“相反”指的是電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)

12、。 44電工電子技術(shù)23 電路的基本分析方法探索與發(fā)現(xiàn)萊昂夏爾戴維南（Lon Charles Thvenin，1857年3月30日1926年9月21日）出生于法國(guó)莫城，是法國(guó)的電信工程師。他1876年畢業(yè)于巴黎綜合理工學(xué)院。1878年他加入了電信工程軍團(tuán)，最初的任務(wù)為架設(shè)地底遠(yuǎn)距離的電報(bào)線。1882年成為綜合高等學(xué)院的講師，在研究了基爾霍夫電路定律以及歐姆定律后，他發(fā)現(xiàn)了著名的戴維南定理，用于計(jì)算更為復(fù)雜電路上的電流。45電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 1.電源的等效變換 2.支路電流法 3.疊加原理 4.戴維南定理和諾頓定理46電工電子技術(shù)231電源的等效變換（1）理想的電壓源恒壓源（2）電壓源1電

13、壓源圖2-22實(shí)際電壓源模型及伏安特性曲線47電工電子技術(shù)3電壓源與電流源的等效變換 圖2-24 實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源等效變換 48練習(xí)：4950電工電子技術(shù) 232 支路電流法 支路電流法是利用基爾霍夫兩個(gè)定律列出電路的電流和電壓方程，求解復(fù)雜電路中各支路電流的基本方法。支路電流法的解題步驟為：1.先標(biāo)出電路中各支路電流、電壓的參考方向和回路的繞行方向；2.如果電路中有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)KCL列出n-1個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程；3.如果電路中有m個(gè)回路，根據(jù)KVL列出m-（n-1）個(gè)獨(dú)立回路電壓方程。通常選電路中的網(wǎng)孔來(lái)列回路電壓方程；4.代入已知數(shù)，解聯(lián)立方程組，求出各支路電流。根據(jù)需要還可以求

14、出電路中各元件的電壓及功率。51例1：在上圖示電路中，已知E16V、R11、E21V、R22、R33。試求各支路電流。 52練習(xí)：下圖中R1=R2=10，R3=20，Us1=4V，Us2=2V，Is=0.1A，用支路電流法求各支路電流。53電工電子技術(shù)233 疊加原理在應(yīng)用疊加定理時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1.在考慮某一電源單獨(dú)作用時(shí)，要假設(shè)其他獨(dú)立電源為零值。電壓源用短路替代，電動(dòng)勢(shì)為零；電流源開(kāi)路，電流為零。電源有內(nèi)阻的都保留在原處，其他元件的聯(lián)接方式不變。 2.在考慮某一電源單獨(dú)作用時(shí)，以原電路中電壓和電流的參考方向?yàn)闇?zhǔn)，分電壓和分電流的參考方向與其一致時(shí)取正號(hào)，不一致時(shí)取負(fù)號(hào)。 3.疊加定

15、理只能用于計(jì)算線性電路的電壓和電流，不能計(jì)算功率等與電壓或電流之間不是線性關(guān)系的量。 4.受控源不是獨(dú)立電源，必須全部保留在各自的支路中。54電工電子技術(shù)234 戴維南定理和諾頓定理 1. 戴維南定理 圖2-25 有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路55電工電子技術(shù)2.諾頓定理2.3.5 最大功率傳輸定理在測(cè)量、電子信息系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)遇到接在電源輸出端或接在有源二端網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載如何獲得最大功率的問(wèn)題。根據(jù)戴維南定理，有源二端網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)化為電源與電阻的串聯(lián)電路來(lái)等效，因此，在研究負(fù)載如何獲得最大功率的問(wèn)題時(shí)，根據(jù)圖2-26電路中的負(fù)載RL獲得的功率為 圖2-26 負(fù)載獲得最大功率的條件56電工電子技術(shù)3.1

16、正弦交流電的基本概念圖3-1 正弦交流電波形圖57電工電子技術(shù) 相位差反映了同頻率正弦量在時(shí)間上的超前和滯后關(guān)系。如果0，則 的相位超前于 的相位 ，見(jiàn)圖3-2(a)； 圖3-2 正弦電壓與電流的相位差58電工電子技術(shù) 相量在復(fù)平面上的幾何表示稱(chēng)為相量圖。如圖3-3為 =30(/3)A, =20-(2/3)V的相量圖表示.相量圖在正弦電流電路分析中非常有用。例如,可以用來(lái)表示電流,電壓之間的關(guān)系；還可以利用平行四邊形法則,進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。 圖3-3 相量圖59電工電子技術(shù)通過(guò)實(shí)際測(cè)量回答下面問(wèn)題：1.如果微波爐的功率為1200W，則所測(cè)得的耗電電流應(yīng)為多少？2.如果測(cè)得結(jié)果超出范圍過(guò)大，則可能是

17、什么原因引起的？ 圖3-4 微波爐耗電電流的測(cè)量60電工電子技術(shù)圖3-4 純電阻電路3.2.1單一參數(shù)的正弦交流電路1純電阻電路 電壓與電流的關(guān)系如圖3-4為純電阻交流電路，它由一個(gè)正弦電動(dòng)勢(shì)為的電源和一個(gè)純電阻R為負(fù)載組成。61電工電子技術(shù) 圖3-5 純電阻電路中電壓、電流的波形圖和相量圖62電工電子技術(shù) 圖3-6 純電感電路 63電工電子技術(shù)圖3-7 純電感電路中電壓、電流的波形圖和相量圖64電工電子技術(shù)電壓與電流的關(guān)系。設(shè)電容器上電壓 圖3-8 純電容電路65汽車(chē)電子控制技術(shù) 圖3-9純電容電路中電壓、電流的波形圖和相量圖 66汽車(chē)電子控制技術(shù)圖3-10 RLC串聯(lián)的交流電路67汽車(chē)電子

18、控制技術(shù)圖3-11 RLC串聯(lián)電路電壓、電流關(guān)系相量圖68汽車(chē)電子控制技術(shù)圖3-12 阻抗、電壓三角形69電工電子技術(shù)2.功率關(guān)系（1）瞬時(shí)功率（2）平均功率(有功功率)圖3-13 功率三角形70電工電子技術(shù)3.2.3正弦交流電路的相量分析法 根據(jù)上述分析可知，引入相量和復(fù)阻抗以后正弦交流電路也有歐姆定律形式，因此也可將直流電路分析方法推廣到交流電路中。具體方法步驟如下：選參考相量；(一般串聯(lián)選電流，并聯(lián)選電壓為參考相量)將電流、電壓寫(xiě)作相量式；寫(xiě)復(fù)阻抗：電阻R仍寫(xiě)作R；電感L寫(xiě)作jXL；電容C寫(xiě)作jXc；利用直流電路分析方法列出相量方程；進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，求出未知相量；寫(xiě)出交流電的瞬時(shí)式。 71

19、電工電子技術(shù)324電路的諧振1串聯(lián)電路的諧振 諧振的條件圖3-17 串聯(lián)諧振電路72電工電子技術(shù)串聯(lián)諧振的特征.2.并聯(lián)諧振電路 （1）諧振頻率 （2）諧振的特性 圖3-18并聯(lián)諧振電路73電工電子技術(shù)325功率因數(shù)的提高 1功率因數(shù)提高的意義 2功率因數(shù)提高的方法圖3-19在感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容提高功率因數(shù)74電工電子技術(shù)圖3-20無(wú)功功率關(guān)系75電工電子技術(shù)33三相交流電路 探索與發(fā)現(xiàn) 多利沃-多布羅沃利斯基(-, ，1861-1919)，生于彼得堡，俄國(guó)電工科學(xué)家。三相電流技術(shù)的創(chuàng)始人 。76電工電子技術(shù) 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1為什么在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，從電能的產(chǎn)生、輸送到分配世界各國(guó)采用的幾乎都是

20、三相交流電？ 2三相交流電路中負(fù)載是如何連接的？3三相交流電路中電壓、電流的相值與線值的關(guān)系和功率的關(guān)系是怎樣的77電工電子技術(shù)以對(duì)稱(chēng)三相電源作為激勵(lì)向（下圖為多利沃-多布羅沃利斯基在法蘭克福博覽會(huì)上展示的三相同步電動(dòng)機(jī)）負(fù)載供電的電路稱(chēng)為三相電路，其組成包括對(duì)稱(chēng)三相電源，三相負(fù)載和三相傳輸控制環(huán)節(jié)，下面分別進(jìn)行介紹。78電工電子技術(shù)331 三相電源與負(fù)載（b）形連接79電工電子技術(shù)圖3-22三相電源的波形圖和相量圖80電工電子技術(shù)332 三相電路的連接方式 圖3-23 負(fù)載的兩種連接方式81電工電子技術(shù)333 對(duì)稱(chēng)三相電路相量與線量間的關(guān)系Y形連接的相量與線量關(guān)系圖3-24 Y形連接線量與相

21、量的關(guān)系82電工電子技術(shù)(2)形連接的相量與線量關(guān)系圖3-25 形連接相量與線量的關(guān)系83電工電子技術(shù)334三相電路的功率 (1)有功功率 (2)無(wú)功功率 (3)視在功率84電工電子技術(shù)第4章 變壓器和電動(dòng)機(jī) 變壓器與電動(dòng)機(jī)是最重要兩個(gè)的電氣設(shè)備，變壓器是一種變換交流電壓的電磁設(shè)備，是輸配電網(wǎng)絡(luò)中的主要設(shè)備。 85電工電子技術(shù) 4.1 磁路和交流鐵心線圈邁克爾法拉第（Michael Faraday，1791年9月221867年8月25日），出生在英國(guó)薩里郡紐因頓的一個(gè)鐵匠家庭。1831年8月29日，法拉第用7/8英寸的鐵棍制成一個(gè)圓環(huán)，圓環(huán)外徑6英寸；A是三段各24英尺長(zhǎng)銅線繞成的線圈(三段間

22、可根據(jù)需要串聯(lián))；B是50英尺銅線繞成的2個(gè)線圈(2個(gè)線圈可以串聯(lián))；1為電池；2為開(kāi)關(guān)；3為檢流器。實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)合上開(kāi)關(guān)2后，法拉第發(fā)現(xiàn)檢流器3擺動(dòng)，即線圈B和檢流器3中有電流流過(guò)。也就是說(shuō)，法拉第通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。以后法拉第利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)的裝置(法拉第感應(yīng)線圈，圖4-1實(shí)際上是世界上第一只變壓器雛形) 1855年法拉第在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)做演講86電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1.磁場(chǎng)的基本物理量； 2磁性材料的磁性能； 3. 磁路歐姆定律； 4交流鐵芯線圈。 87電工電子技術(shù)4.1.1磁路的基本知識(shí) 1磁場(chǎng)的基本物理量（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B（2）磁通（3）磁導(dǎo)率（4）磁場(chǎng)強(qiáng)度88電工電子技術(shù)2.

23、鐵磁物質(zhì)與非鐵磁物質(zhì)表41 鐵磁物質(zhì)與非鐵磁物質(zhì)的磁化性能 89電工電子技術(shù)3.磁性材料的分類(lèi) 表42鐵磁物質(zhì)分類(lèi)90電工電子技術(shù)4.磁路和磁路基本定律（1）磁路的概念 （a） 變壓器的磁路 （b）直流電機(jī)的磁路 （c）電磁繼電器的磁路圖4-2 常見(jiàn)設(shè)備的磁路91電工電子技術(shù)（2）磁路的基本定律 1）安培環(huán)路定律（全電流定律） 2）磁路歐姆定律4.1.2交流鐵芯線圈（a）交流變壓器 (b) 交流鐵芯線圈 圖4-3 交流鐵芯線圈92電工電子技術(shù) 1交流鐵芯線圈的磁通 2渦流 圖4-3 渦流93電工電子技術(shù)94電工電子技術(shù) 95電工電子技術(shù)4.2 變壓器 探索與發(fā)現(xiàn) 高蘭德吉布斯二次發(fā)電機(jī)蘭德(L

24、.Gauland,18501888)和英國(guó)人吉布斯(J.D.Gibbs)1882年9月13日，它們?cè)谟?guó)申請(qǐng)了第一個(gè)感應(yīng)線圈及其供電系統(tǒng)的專(zhuān)利(.4362)，他們稱(chēng)這種感應(yīng)線圈為“Secondary generator”(二次發(fā)電機(jī)) 96電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1. 變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理； 2. 變壓器的功能； 3變壓器的外特性； 4常用特殊變壓器。 變壓器是一種變換交流電壓的電磁設(shè)備，這也是“變壓器”的名稱(chēng)來(lái)由。變壓器實(shí)際起到的作用還有以下幾個(gè)。 (1)變換電壓，主要用于輸、配電電路； (2)變換電流，主要用于電工測(cè)量； (3)變換阻抗，主要用于電子技術(shù)領(lǐng)域。97電工電子技術(shù)4.2.1變壓

25、器的結(jié)構(gòu)原理與功能1.變壓器的結(jié)構(gòu) 圖4-5 變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖98電工電子技術(shù)（1）鐵心 （2）繞組2變壓器的工作原理圖4-6 變壓器工作原理圖99電工電子技術(shù)3變壓器的功能 （1）電壓變換 （2）電流變換 （3）阻抗變換4.2.2變壓器的外特性與效率 1變壓器的外特性 圖4-7 變壓器的外特性曲線100電工電子技術(shù)2變壓器的損耗與效率4.2.3特殊變壓器1自耦變壓器 圖4-8 自耦變壓器101電工電子技術(shù) 2儀用互感器。 圖4-9 電壓互感器102電工電子技術(shù)（2）電流互感器圖4-10電流互感器103電工電子技術(shù) 4.3 三相異步電動(dòng)機(jī) 探索與發(fā)現(xiàn) 奧斯特（Hans Christian O

26、ersted；17771851年）丹麥物理學(xué)家。堅(jiān)信自然力是可以相互轉(zhuǎn)化的，長(zhǎng)期探索電與磁之間的聯(lián)系。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)（如右圖）。這一發(fā)現(xiàn)，揭開(kāi)了研究電磁本質(zhì)聯(lián)系的序幕。人們?yōu)榱思o(jì)念他，從1934年起用奧斯特的名字命名磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位。他是一位熱情洋溢重視科研和實(shí)驗(yàn)的教師，他說(shuō)：“我不喜歡那種沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的枯燥的講課，所有的科學(xué)研究都是從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的?！?104電工電子技術(shù) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)1. 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；3. 三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)及制動(dòng)的基本原理和基本方法；4了解電動(dòng)機(jī)的選用及控制方法 105電工電子技術(shù)4.3.1三相異步電

27、動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)介紹。 1-端蓋 2-軸承 3機(jī)座 4-定子繞組 5-轉(zhuǎn)子 6-軸承 7-端蓋 8-風(fēng)扇 9-風(fēng)罩 10接線盒 圖4-11三相異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造106電工電子技術(shù)定子部分 圖4-12 定子繞組及其接線端107電工電子技術(shù)2轉(zhuǎn)子部分 圖4-13 繞線式轉(zhuǎn)子108電工電子技術(shù)圖4-14 籠形繞組 (a) 銅排轉(zhuǎn)子 (b)鑄鋁轉(zhuǎn)子 109電工電子技術(shù) 4.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1、轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖1-120 自動(dòng)車(chē)距控制系統(tǒng)圖1-120 自動(dòng)車(chē)距控制系統(tǒng)圖1-120 自動(dòng)車(chē)距控制系統(tǒng)圖4-15 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理110電工電子技術(shù)2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生 圖 4-16 三相異

28、步電動(dòng)機(jī)定子接線111電工電子技術(shù)。（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向圖4-17 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成112電工電子技術(shù)3三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速（1）極數(shù)（磁極對(duì)數(shù)p）（2）磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0p123456n0300015001000750600500113電工電子技術(shù)（3）轉(zhuǎn)差率s根據(jù)式(5-2),可以得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速常用公式114電工電子技術(shù)4.3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線1電磁轉(zhuǎn)矩（簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩）2機(jī)械特性曲線圖 4-18 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線115電工電子技術(shù)1）額定轉(zhuǎn)矩TN2）最大轉(zhuǎn)矩3）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，3電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力自適應(yīng)分析4.3.4三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)116電工電子技術(shù)4.3.

29、5三相異步電機(jī)的控制1.異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)（1）起動(dòng)特性分析 1）起動(dòng)電流Ist 2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst（2）鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法2三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速117電工電子技術(shù) 3.三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)4三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 常見(jiàn)的電氣制動(dòng)方法有： （1）反接制動(dòng) （2）能耗制動(dòng) （3）發(fā)電反饋制動(dòng) 118電工電子技術(shù)4.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的控制電路 在現(xiàn)代的生產(chǎn)機(jī)械中，大部分都是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的，稱(chēng)為電力拖動(dòng)。應(yīng)用電力拖動(dòng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制的一個(gè)重要前提，為了使電動(dòng)機(jī)按照生產(chǎn)機(jī)械的要求運(yùn)轉(zhuǎn)，必須用一定的控制電器組成控制電路，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用由接觸器、繼電器和按鈕等觸點(diǎn)電器組

30、成的控制電路，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等控制，稱(chēng)為繼電接觸器控制，這是一種基本的控制方法。如果再配合其他無(wú)觸點(diǎn)控制電器、控制電機(jī)、電子電路及計(jì)算機(jī)化的可編程序控制器(PLC)等，便可構(gòu)成生產(chǎn)機(jī)械的現(xiàn)代化自動(dòng)控制系統(tǒng)。119電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1交流接觸器的工作原理；2熱繼電器的工作原理；3三相異步電動(dòng)機(jī)Y一降壓?jiǎn)?dòng)控制電路的工作原理4三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路的安裝方法三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)，其啟動(dòng)、停止以及正反轉(zhuǎn)等運(yùn)行狀態(tài)是由一定的控制線路進(jìn)行控制的。本節(jié)首先學(xué)習(xí)一些基本控制電器，然后學(xué)習(xí)一些常用基本控制線路。120電工電子技術(shù) 4.4.1 電動(dòng)機(jī)常用低壓電器 電器

31、是指對(duì)電路起開(kāi)關(guān)、控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)等作用的電氣設(shè)備。在低壓供電系統(tǒng)中使用的電器稱(chēng)為低壓電器。低壓電器的種類(lèi)很多，根據(jù)觸點(diǎn)的動(dòng)力來(lái)源分為手動(dòng)電器和自動(dòng)電器。1手動(dòng)電器手動(dòng)電器是指通過(guò)人力驅(qū)動(dòng)使觸點(diǎn)動(dòng)作的電器，例如刀開(kāi)關(guān)、組合開(kāi)關(guān)、按鈕等。121電工電子技術(shù)（1）刀開(kāi)關(guān)刀開(kāi)關(guān)又叫閘刀開(kāi)關(guān)。刀開(kāi)關(guān)由動(dòng)觸刀（動(dòng)觸點(diǎn)）、靜夾座（靜觸點(diǎn)）、手柄和絕緣底板等組成。刀開(kāi)關(guān)的外形、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)如圖4-19。刀開(kāi)關(guān)的種類(lèi)：按極數(shù)（刀片數(shù)）分為單極、雙極和三極； 圖4-19 刀開(kāi)關(guān) 122電工電子技術(shù)常用開(kāi)啟式負(fù)荷開(kāi)關(guān)的HK系列其型號(hào)的含義如下。123電工電子技術(shù)（2）組合開(kāi)關(guān)組合開(kāi)關(guān)有單極、雙極、三極和多極幾種

32、，額定電流有10A、25A、60A和100A等多種。 124電工電子技術(shù)組合開(kāi)關(guān)型號(hào)及含義如下。125電工電子技術(shù) 組合開(kāi)關(guān)的系列代號(hào)HZ,例如，HZl0-60型(HZl0系列、額定電流60A)。（3）按鈕 126電工電子技術(shù) 復(fù)合按鈕是將常開(kāi)和常閉按鈕組合為一體，當(dāng)按下復(fù)合按鈕時(shí)，常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合，當(dāng)按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧作用下按鈕復(fù)原，復(fù)原過(guò)程中常開(kāi)觸點(diǎn)先恢復(fù)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)后恢復(fù)閉合。 按鈕的型號(hào)及含義如下。127電工電子技術(shù)（4）行程開(kāi)關(guān) 許多機(jī)械設(shè)備需要對(duì)其運(yùn)動(dòng)部件的行程位置進(jìn)行控制，較典型的如電梯行駛到一定位置要停下來(lái)，起重機(jī)將重物提升到一定高度要停止上升。又如圖4-2

33、1所示的機(jī)床工作臺(tái)，需要控制在行程開(kāi)關(guān)SQl、SQ2所限制的區(qū)間內(nèi)自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其極限不能超越行程開(kāi)關(guān)SQ3、SQ4所限制的區(qū)間。實(shí)現(xiàn)行程位置控制的電器主要是行程開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)也是主令電器的一種。圖4-21 機(jī)床工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)示意圖128電工電子技術(shù)圖4-22所示為行程開(kāi)關(guān)的外形、結(jié)構(gòu)和符號(hào)。行程開(kāi)關(guān)的原理與按鈕開(kāi)關(guān)相同，所不同的是它不是手動(dòng)操作，而是靠機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件撞擊其推桿或滾輪，杠桿與轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使凸輪推動(dòng)撞塊，當(dāng)撞塊被壓到一定位置時(shí)，推動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)快速動(dòng)作，使其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。當(dāng)滾輪上的擋鐵移開(kāi)后，復(fù)位彈簧就使行程開(kāi)關(guān)各部分恢復(fù)原始位置。 圖 4-22 行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖和

34、電路符號(hào)129電工電子技術(shù)行程開(kāi)關(guān)的文字符號(hào)為SQ。行程開(kāi)關(guān)有LX19和JLXKl系列。型號(hào)含義如下。 130電工電子技術(shù)2.自動(dòng)電器（1）自動(dòng)空氣斷路器(空氣開(kāi)關(guān)或自動(dòng)開(kāi)關(guān)) 低壓斷路器也被稱(chēng)為空氣斷路器、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等，簡(jiǎn)稱(chēng)斷路器。它相當(dāng)于刀開(kāi)關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用又能自動(dòng)進(jìn)行欠壓、失壓、過(guò)載和短路保護(hù)的電器。圖4-23為用斷路器控制三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行的電路。圖4-23 低壓斷路器控制三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行的電路131電工電子技術(shù) 與刀開(kāi)關(guān)和熔斷器相比較，低壓斷路器具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能完善、操作安全且方便等優(yōu)點(diǎn)，而且其脫扣器可重復(fù)使用，不必更換，因而

35、使用廣泛。除用在電動(dòng)機(jī)控制電路外，還在各種低壓配電線路中使用。各低壓斷路器的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和文字符號(hào)如圖4-24所示。圖4-24 自動(dòng)空氣斷路器132電工電子技術(shù)（2）接觸器接觸器是一種自動(dòng)控制電器，它可以用做頻繁地遠(yuǎn)距離接通或切斷交直流電路及大容量控制電路。接觸器的主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用做控制其他電力負(fù)載，如電焊機(jī)、電阻爐等。按照所通斷電流的種類(lèi)，接觸器分為交流接觸器和直流接觸器兩大類(lèi)，使用較多的是交流接觸器。交流接觸器從結(jié)構(gòu)上可分為電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和滅弧裝置三大部分。圖4-25所示為交流接觸器的結(jié)構(gòu) 圖4-25交流接觸器133電工電子技術(shù)交流接觸器在電路圖中的符號(hào)如圖4-26所示。

36、其文字符號(hào)是KM。圖4-26 交流接觸器的符號(hào)134電工電子技術(shù)交流接觸器的型號(hào)及含義如下。135電工電子技術(shù)3.保護(hù)電器 為保證三相異步電機(jī)安全可靠運(yùn)行，需要采取一些保護(hù)措施。最常用的是短路和過(guò)載保護(hù)。熔斷器和熱繼電器可起到這些保護(hù)作用。 （1）熔斷器熔斷器用于配電電路的短路保護(hù)，有RL系列螺旋式熔斷器、RC系列插入式熔斷器、管式熔斷器，其文字符號(hào)是FU，如圖4-27所示。圖4-27熔斷器的外形及符號(hào)136電工電子技術(shù)（2）熱繼電器熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)而動(dòng)作的，它的工作原理如圖4-28 （b）所示。 圖 4-28 熱繼電器137電工電子技術(shù)熱繼電器在電路圖中的圖形符號(hào)如圖429所示，其

37、文字符號(hào)是FR。圖429熱繼電器的符號(hào)138電工電子技術(shù)1. 三相異步電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)控制電路 三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方式。在變壓器容量允許的情況下，籠形異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能采用全電壓直接啟動(dòng)，這樣一方面可以提高控制電路的可靠性，另一方面也可以減小電氣的維修工作量。（1）點(diǎn)動(dòng)控制控制電路：由熔斷器FU2、按鈕SB和接觸器線圈KM組成。圖 4-30 電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制139電工電子技術(shù)（2）連續(xù)運(yùn)行控制線路在要求電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電路在點(diǎn)動(dòng)控制電路的基礎(chǔ)上，在啟動(dòng)按鈕兩端并聯(lián)接觸器輔助常開(kāi)觸點(diǎn)，串入停止常閉按鈕，另外增設(shè)熱繼電器。圖4-31為三相籠形異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行控制線

38、路。 圖4-31 三相籠形異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行控制線路 140電工電子技術(shù) 2三相異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制電路 電動(dòng)機(jī)Y一降壓?jiǎn)?dòng)自動(dòng)控制線路如圖4-32所示。141電工電子技術(shù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。圖4-33 Y一降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程142電工電子技術(shù)3、三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 圖4-34 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路143電工電子技術(shù) 4.自動(dòng)往返控制電路 在生產(chǎn)加工過(guò)程中，往往要求電動(dòng)機(jī)能夠拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械在指定范圍內(nèi)作往返運(yùn)動(dòng)，提高生產(chǎn)效率。自動(dòng)往返行程控制電路是在正反轉(zhuǎn)控制電路的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。 圖4-35所示為三相異步電動(dòng)機(jī) 自動(dòng)往返行程控制電路 144電工電子技術(shù)4.6 直流電動(dòng)機(jī) 直流

39、電動(dòng)機(jī)使用直流電源，與交流異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)具有更好的啟動(dòng)和運(yùn)行性能，因此直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在起重、運(yùn)輸機(jī)械、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、精密機(jī)械、自動(dòng)控制系統(tǒng)和電子電器、日用電器中。 直流電動(dòng)機(jī)與三相異步電動(dòng)機(jī)相比，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、使用和維護(hù)要求高。但在啟動(dòng)和調(diào)速性能方面卻有其獨(dú)特的優(yōu)越性。所以在需要較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和要求調(diào)速性能高的生產(chǎn)機(jī)械上仍然獲得廣泛應(yīng)用，如電車(chē)、電氣機(jī)車(chē)、龍門(mén)刨床、軋鋼機(jī)等。學(xué)習(xí)要點(diǎn)1. 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)；2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理和機(jī)械特性；3. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與控制。145電工電子技術(shù)4.6.1直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及分類(lèi)1.直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 和交流電動(dòng)機(jī)一樣，直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

40、也是由定子、轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)件(端蓋、軸承等)三大部分所組成。圖4-36所示為一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4-36 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 146電工電子技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi) 根據(jù)定子磁場(chǎng)的不同，直流電動(dòng)機(jī)主要可分為永磁式和勵(lì)磁(電磁)式兩大類(lèi)，永磁式可分為有(電)刷和無(wú)(電)刷兩類(lèi)，而勵(lì)磁式根據(jù)勵(lì)磁繞組通電方式的不同，又可分成他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四類(lèi)，如圖4-37所示。圖4-37 勵(lì)磁式直流電機(jī)的分類(lèi)147電工電子技術(shù)4.6.2 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理和機(jī)械特性 1.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理接通直流電壓U時(shí)，直流電流為從a邊流入，b邊流出，由于a邊處于N極之下，b邊處于S極之下，則線圈受到電磁力而形成一

41、個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩T，使電樞繞組繞軸線方向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 4-37 直流電機(jī)原理圖148電工電子技術(shù)2.直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 至于復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，則介于上述兩種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性之間，適用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大而轉(zhuǎn)速變化不大的負(fù)載。圖4-38 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性149電工電子技術(shù)4.6.3 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行與控制1直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 一般規(guī)定起動(dòng)電流不應(yīng)超過(guò)額定電流的1.52.5倍。起動(dòng)時(shí)將起動(dòng)電阻調(diào)至最大，待起動(dòng)后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升將起動(dòng)電阻逐漸減小。 圖 4-39直流電機(jī)啟動(dòng)方式150電工電子技術(shù)4.7 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介4.7.1 PLC的基本概念 PLC是60年代末發(fā)

42、展起來(lái)的一種新型的電氣控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)融為一體，被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。傳統(tǒng)的繼電接觸控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能夠在一定范圍內(nèi)適應(yīng)單機(jī)和生產(chǎn)自動(dòng)線的控制需要，因而在目前仍廣泛使用。但是隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和產(chǎn)品更新?lián)Q代周期的縮短，繼電器一接觸器控制系統(tǒng)逐漸暴露出其使用的單一性和控制功能簡(jiǎn)單(局限于邏輯控制和定時(shí)、計(jì)數(shù)等簡(jiǎn)單控制)的缺點(diǎn)。因此，迫切需要有一種能夠適應(yīng)產(chǎn)品更新快、生產(chǎn)工藝和流程經(jīng)常變化的控制要求的工業(yè)控制裝置來(lái)取代它。151電工電子技術(shù)4.7.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)及各部分的作用 各種PLC的具體

43、結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但其結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，都是以微處理器為核心的電子電氣系統(tǒng)如圖4-40。PLC各種功能的實(shí)現(xiàn)，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。PLC內(nèi)部主要由主機(jī)、輸入 /輸出接口、電源、編程器、擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口等幾部分組成。 圖4-40 PLC的基本結(jié)構(gòu)152電工電子技術(shù)4.7.3 PLC的工作方式 PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新

44、的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。153電工電子技術(shù) PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，如圖4-41。 輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出刷新 圖4-41 PLC的工作方式154電工電子技術(shù)第5章 安全用電 安全用電包括供電系統(tǒng)安全、用電設(shè)備安全和人身安全三個(gè)方面，這三個(gè)方面是密切相關(guān)的。如在本書(shū)的“緒論”中所述，電能的應(yīng)用在給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的同時(shí)，也會(huì)給人帶來(lái)危害，在電氣化已經(jīng)越來(lái)越普遍實(shí)現(xiàn)的今天，電擊、電傷和電氣火災(zāi)時(shí)刻在威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此在掌握電能應(yīng)用的知識(shí)與技能的同時(shí)，也需要掌握安全用電的基

45、本知識(shí)，才能駕馭并應(yīng)用好電能，趨利避害，確保用電安全。 155電工電子技術(shù) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解觸電方式;2.掌握防止觸電的措施方法；3.掌握用電安全操作規(guī)程；4.掌握電氣設(shè)備消防及滅火技能。156電工電子技術(shù)5.1 觸 電學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、熟悉可能觸點(diǎn)的幾種情況；2、掌握主要的保護(hù)措施；4、掌握觸點(diǎn)急救的一些基本知識(shí)；5、能夠積極預(yù)防電氣火災(zāi)。圖5-1 電流通過(guò)人體的途徑157電工電子技術(shù)觸點(diǎn)方式 對(duì)于非電專(zhuān)業(yè)人員來(lái)講，所用的電源是低壓電源，具體到生產(chǎn)中絕大多數(shù)為380220 V，三相四線制，中性點(diǎn)接地(N作接地)的電源。下面重點(diǎn)討論在供電系統(tǒng)中觸電的可能性，以便有針對(duì)性地采取防范措施。1直接接觸觸電

46、 在電氣設(shè)備完全正常運(yùn)行的條件下，人體的任何部位觸及運(yùn)行中的帶電導(dǎo)體所造成的觸電稱(chēng)為直接接觸觸電。一般分為三種情況。 (1)兩相觸電 兩相觸電是指人體的兩個(gè)部位同時(shí)觸及三相線中的某兩根相線所發(fā)生的觸電現(xiàn)象，如圖52(a)所示。這時(shí)加在人體上的電壓是線電壓，在380 V220 V電網(wǎng)中是380 V，通過(guò)人體的電流只決定于人體的電阻和人體與兩相導(dǎo)體接觸處的接觸電阻之和。這種觸電方式是最危險(xiǎn)的。158電工電子技術(shù) 圖5-2直接接觸觸電159電工電子技術(shù) 例如電氣設(shè)備的外殼大多是金屬的，正常情況下并不帶電，因?yàn)橥鈿づc帶電部分是有絕緣體隔開(kāi)的。但電氣設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，內(nèi)部的絕緣材料會(huì)老化，造成帶電部件

47、與外殼相連，從而使外殼帶電，這時(shí)人體一旦與其接觸就可能觸電，如圖53所示，其觸電情況與直接接觸的單相觸電情況相同。這是工礦企業(yè)和日常生活中常見(jiàn)的觸電事故。圖5-3 間接接觸觸電 160電工電子技術(shù) 3跨步電壓觸電 當(dāng)帶電體碰地有電流流人地下時(shí)，例如高壓線斷落地面，電流向四周流散，于是接地點(diǎn)周?chē)耐寥缹a(chǎn)生電壓降，在其碰地點(diǎn)1020 m范圍形成若干同心圓的分布電位，離碰地點(diǎn)越近，地面電位越高?？绮诫妷簎的大小及變化規(guī)律如圖54所示。當(dāng)人體的兩腳處于不同的電位梯度時(shí)，承受一定的電壓，稱(chēng)為跨步電壓。由跨步電壓造成的觸電事故稱(chēng)為跨步電壓觸電。圖5-4 跨步電勝觸電161電工電子技術(shù) 應(yīng)用接零保護(hù)必須特

48、別注意以下幾個(gè)問(wèn)題。 1)接零線的最小尺寸：多股絕緣銅線，15 mm；裸銅線，4 mm；絕緣鋁線，25 mm；裸鋁線，6 mm；圓鋼的直徑，(室內(nèi))5 mm、(室外)6 mm。 2)接零保護(hù)只能用于中性點(diǎn)接地的供電系。 3)必須保證零線不斷路。 圖5-5 接零保護(hù)162電工電子技術(shù) 為此應(yīng)使零線有足夠的截面，一方面使它有必要的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)使電阻盡量小以保證在漏電時(shí)能形成短路，使漏電的一相熔斷器或自動(dòng)斷路器及時(shí)切斷電路。零線干線不準(zhǔn)安裝熔斷器和開(kāi)關(guān)，熔斷器和開(kāi)關(guān)只能安裝在火線上，參見(jiàn)圖56。圖5-6 零線干線不準(zhǔn)安裝熔斷器和開(kāi)關(guān)圖163電工電子技術(shù) 對(duì)于中性點(diǎn)不接地的三相供電系統(tǒng)，可以采用“接

49、地保護(hù)”。 具體做法是把設(shè)備的金屬外殼都接地。如圖57所示。圖5-7 接地保護(hù) 164電工電子技術(shù) 漏電保護(hù)器的工作原理如圖5-8所示。用電設(shè)備的所有電源線穿過(guò)一個(gè)電流互感器TA的環(huán)形鐵心，正常工作時(shí)由于通過(guò)互感器環(huán)形鐵心內(nèi)的所有導(dǎo)線中電流的相量和等于零，故互感器的二次繞組沒(méi)有電流，漏電保護(hù)器保持在正常供電狀態(tài)。 圖5-8 漏電保護(hù)器工作原理165電工電子技術(shù)2. 急救處理 使觸電者脫離電源后，應(yīng)迅速打120電話請(qǐng)急救中心前來(lái)救護(hù)，并視受傷害程度立即進(jìn)行急救處理，不要耽擱時(shí)間，搶救要分秒必爭(zhēng)。 (1)觸電者神志清醒，但心慌、四肢麻木、全身無(wú)力或一度昏迷，又很快恢復(fù)知覺(jué)，應(yīng)讓其靜臥休息，保持空氣

50、流通，并注意觀察。 (2)觸電者呼吸停止，但有脈搏，應(yīng)立即進(jìn)行人工呼吸法搶救，方法如下。 1)讓觸電者仰臥，禁止用枕頭。把頭側(cè)向一邊，掰開(kāi)嘴，清除口腔中的異物，使呼吸道暢通，必要時(shí)可用金屬匙柄由口角伸人，使口張開(kāi)，如果舌根下陷應(yīng)將其拉出。同時(shí)解開(kāi)衣領(lǐng)、腰帶，松開(kāi)上身的緊身衣服，使胸部可以自由擴(kuò)張。 2)搶救者位于觸電者一邊，用一手捏緊觸電者的鼻孔，另一手托在觸電者頸后，使觸電者頸部上抬，頭部后仰，鼻孔朝天。 3)搶救者深吸一口氣，緊貼觸電者的口吹氣約1 s，使其胸部擴(kuò)張。 4)吹氣完畢后，立即離開(kāi)觸電者的口，同時(shí)放開(kāi)其鼻孔，使觸電者胸部自然恢復(fù)排氣。 166電工電子技術(shù) 按上述步驟不斷進(jìn)行急救

51、，如圖59所示，每5 s一次，直至好轉(zhuǎn)。如果掰不開(kāi)觸電者的嘴可用口對(duì)鼻吹氣。對(duì)幼小兒童用此法時(shí)，鼻孔不必捏緊，吹氣不能過(guò)猛。圖5-9 口對(duì)口人工呼吸法167電工電子技術(shù)胸外心臟擠壓方法如下： 1)觸電者仰臥，清除口腔中異物，解開(kāi)衣領(lǐng)、松開(kāi)衣服、腰帶，姿勢(shì)與人工呼吸相同，但后背著地處須結(jié)實(shí)，為硬地或木板之類(lèi)，不可躺在沙發(fā)或彈簧床上。搶救者跨腰跪在觸電者腰部(或跪在觸電者一側(cè)肩旁)，掌根放在觸電者胸骨下13處(心窩稍上一點(diǎn)，兩乳頭間略下一點(diǎn))，中指指向頸部凹陷處，這時(shí)的手掌根部所在位置即為正確的壓區(qū)，如圖510所示。圖5-10胸外心臟擠壓法 168電工電子技術(shù)5.2. 用電安全操作規(guī)程 觸電事故都

52、是在一瞬間發(fā)生的，但并不是不可預(yù)防的。搞好安全用電，要從思想上重視，堅(jiān)持按規(guī)章制度辦事，以預(yù)防為主，這是很重要的。在具體執(zhí)行中，安全用電要守住五道防線：第一道防線是：線路設(shè)備要合格是保障安全用電的帶根本性的措施。第二道防線是：安全用電常要普及,要牢記安全用電“十禁”： 1禁止私設(shè)電網(wǎng) 2禁止私拉亂接 3禁止用電捕魚(yú) 4禁止掛鉤用電 5禁止“一線一地”照明 6禁止使用不合格的導(dǎo)線和用電設(shè)備 7禁止帶電接火線 8禁止帶電移動(dòng)、安裝、修理電氣設(shè)備 9禁止不約時(shí)停、送電 10.一般禁止在觸電現(xiàn)場(chǎng)急救中注射強(qiáng)心針 第三道防線是：安裝合格的漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)。 169電工電子技術(shù)第四道防線是：用電設(shè)備的使用不允

53、許超過(guò)額定值第五道防線是：建立定期安全檢查制度5.3 電氣設(shè)備消防及滅火5.3. 1電氣設(shè)備常用的消防措施 1.引起電氣火災(zāi)的原因 2.消防措施5.3. 2電氣火災(zāi)的撲救方法斷電滅火帶電滅火170電工電子技術(shù)第二篇電子技術(shù)第6章 模擬電子技術(shù)第7章 數(shù)字電子技術(shù)171電工電子技術(shù) 6.1半導(dǎo)體二極管及整流電路探索與發(fā)現(xiàn)約翰安布魯斯弗萊明（John Ambrose Fleming (18491945)）1904年，約翰安布魯斯弗萊明根據(jù)愛(ài)迪生效應(yīng)發(fā)明了真空檢波二極管，取代了原來(lái)用于無(wú)線電報(bào)機(jī)中的金屬粉末檢波器。這是最早出現(xiàn)的真空電子管。自從20世紀(jì)50年代開(kāi)始了半導(dǎo)體材料的應(yīng)用后，固體電子學(xué)幾乎

54、已成為電子學(xué)的主流 約翰安布魯斯弗萊明172電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、掌握半導(dǎo)體的特性2、掌握PN結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?、掌握二極管及特性；4、掌握二極管整流電路 173電工電子技術(shù)6.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié) 1.固體的導(dǎo)電性 導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體銀、銅、鋁鍺、硅、砷化鎵石英玻璃、氧化鋁174電工電子技術(shù)2.半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體(2)P型半導(dǎo)體 圖6-1 N型半導(dǎo)體 圖6-2 P型半導(dǎo)體175電工電子技術(shù)3.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)的形成 圖6-3 PN結(jié)的形成176電工電子技術(shù)（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)的正向偏置 外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變窄擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散形成正向電流I F

55、圖6-4 加正向電壓177電工電子技術(shù)(2) PN結(jié)的正向偏置外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變寬漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流I R 圖6-5 加反向電壓178電工電子技術(shù)6.1.2二極管及特性1.二極管的電流、電壓關(guān)系 圖6-6 二極管及符號(hào) 圖 6-7 二極管特性曲線179電工電子技術(shù)（1）正向特性（2）反向特性2.二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流I FM(2)最高反向工作電壓URM(3)反向電流IR3.常見(jiàn)二極管及其應(yīng)用（1）檢波二極管圖6-8 檢波二極管180電工電子技術(shù)(2)整流二極管(3)穩(wěn)壓二極管圖6-9 穩(wěn)壓二極管及特性曲線181電工電子技術(shù)(4)發(fā)光二極管（LED）圖6-10

56、 發(fā)光二極管及符號(hào)182電工電子技術(shù)6.1.3二極管整流電路1.單相橋式整流電路（1）半波整流6-11單相半波整流電路183電工電子技術(shù)圖6-12 單相半波整流電路波形圖184電工電子技術(shù)（2）單相橋式整流電路 圖6-13 二極管單相橋式整流電路原理圖(a) 電路原理圖 (b) 電路簡(jiǎn)化圖185電工電子技術(shù) 圖6-14 橋式整流電路電流路徑186電工電子技術(shù)圖6-15 單相橋式整流的輸出波形187電工電子技術(shù)2。三相橋式整流電路（1）電路組成（2）工作原理(a)橋式整流電路原理圖 (b)橋式整流電路波形圖 圖6-16 橋式整流電路 188電工電子技術(shù)6.1.4濾波及穩(wěn)壓電路 1. 電容濾波電路

57、 （1）電容濾波電路a）原理圖 （b）波形圖圖6-17 電容濾波電路189電工電子技術(shù) （2）參數(shù)估算 2.電感濾波電路圖6-21 單相橋式整流電感濾波電路 圖6-22 電感濾波電路的輸出波形190電工電子技術(shù) 3. 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖6-23 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路191電工電子技術(shù)6.2晶體三極管及應(yīng)用電路探索與發(fā)現(xiàn)美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員巴丁、蕭克萊、布拉頓（John Bardeen，William Shockley和Walter Brattain）合作研究晶體管的理論和制作。在一次實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)阪N晶體上放置了一枚固定針和一枚探針，利用加上負(fù)電壓的探針來(lái)檢查固定針附近的電位分布。當(dāng)巴丁將探針向固定

58、針靠近到0.05毫米處時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)，改變流過(guò)探針的電流能極大地影響流過(guò)固定針的電流。由于這一貢獻(xiàn), 巴丁和肖克萊、布拉克一起獲得了1956年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1947年發(fā)明的世界上第一只點(diǎn)接觸型晶體管192學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、掌握三極管的工作特性；2、理解三極管放大電路的工作原理及特點(diǎn)；3、掌握晶體三極管的開(kāi)關(guān)作用；4、掌握三極管功率放大器5、理解晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路電工電子技術(shù)193電工電子技術(shù)6.2.1晶體三極管1.三極管的結(jié)構(gòu)圖6-25 三極管的類(lèi)型及符號(hào)194電工電子技術(shù)2.三極管的類(lèi)型分類(lèi)3.三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6.2.2三極管的特性曲線 1.輸入特性曲線圖6-26 晶體管的輸入電路與輸入特性曲

59、線 195電工電子技術(shù)2.輸出特性曲線（a）輸出回路 (b) 輸出特性曲線族圖6-27 三極管的輸出回路和特性曲線196電工電子技術(shù)放大區(qū)截止區(qū)圖6-28截止?fàn)顟B(tài)的晶體管等效為斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)197電工電子技術(shù)飽和區(qū)圖6-29 飽和狀態(tài)的晶體管等效為閉合的開(kāi)關(guān)198電工電子技術(shù)6.2.3 晶體三極管的主要參數(shù) 1晶體管的主要性能參數(shù) 2晶體管的極限參數(shù) 圖6-30 晶體管的安全工作區(qū)199電工電子技術(shù)6.2.4三極管開(kāi)關(guān)特性應(yīng)用 圖6-31 三極管開(kāi)關(guān)電路的組成200電工電子技術(shù)6.2.5 共發(fā)射極基本放大電路的組成 圖6-32 放大系統(tǒng)的組成201電工電子技術(shù)1.共發(fā)射極放大電路的基本特征圖6-3

60、2 放大電路結(jié)構(gòu)示意圖202電工電子技術(shù)2.共發(fā)射極放大電路組成的原則3.共發(fā)射極放大電路的基本組成(a) 電路原理圖 (b) 電路原理圖的習(xí)慣畫(huà)法 圖6-32 共發(fā)射極基本放大電路簡(jiǎn)圖203電工電子技術(shù) 6.2.6電壓放大電路的基本分析方法1. 放大電路的靜態(tài)分析圖6-34 直流通路204電工電子技術(shù)(2)用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)(a) 靜態(tài)工作分析的電路圖 (b) 圖解法分析圖6-35 靜態(tài)工作的圖解分析205電工電子技術(shù)2.放大電路的動(dòng)態(tài)分析 (a) 輸入圖形的變化 (b) 輸出圖形的變化 圖6-36 放大電路波形變化圖206電工電子技術(shù)1)三極管的微變等效電路圖6-38 晶體管微