企業(yè)培訓_高級電工技能培訓講義

第一章 傳統(tǒng)B2012A龍門刨床工作原理介紹第一節(jié) 龍門刨床的基本結構及組成龍門刨床主要用于對大型工件進行各種外部磨削，在大型機械加工廠中較常見。B2012A龍門刨床在上世紀六十年代就在各地絡續(xù)出現(xiàn)，它加工精度較高，工作穩(wěn)定可靠，成為許多機械加工廠的必備設備。它的體積龐大，3.2米的高度，近10米的長度，令一些中小企業(yè)望而卻步。進入二十一世紀以后，龍門刨床的一些性能已跟不上時代發(fā)展的需要。首先它的精度滿足不了新的需要，其次它的能耗大，噪音大，效率低。各地用新技術加以改造的動議提上了日程。其中較為成功的嘗試就是應用PLC技術，PID技術和可控硅技術，取代了交磁擴大機，直流發(fā)電機和部分繼電器、接觸器，較大地節(jié)省了投資，顯著地提高了工作精度和能源效率。下面是B2012A龍門刨床的結構示意圖及各部件名稱。圖1-1 B2012A龍門刨床結構示意圖圖中：1）、8）左右側刀架；2）橫梁；3）、7）左右立柱；4）頂梁；5）、6）兩個垂直刀架；9）工作臺；10）床身。第二節(jié) 龍門刨床的交流機組電路B2012A龍門刨床的交流機組電路見附圖1。該電路在龍門刨床中的作用是：一、用于電力拖動。圖中，主電機MA、擴大機電機MB均為拖動電機。其中MA功率60千瓦，采用Y起動。它采用聯(lián)軸方式拖動兩臺電機直流發(fā)電機MG和直流勵磁機MGE。主電機起動后，意味著直流電源已經建立，可以開始工作了。MB功率為2千瓦，用于拖動擴大機，使擴大機正常工作。二、用于實現(xiàn)對刀架進刀機構、橫梁升降、橫梁夾緊的操作。由圖中可以看出，三副刀架的拖動電機，橫梁升降和橫梁夾緊電機，都是獨立控制的。第三節(jié) 龍門刨床的直流主拖動控制電路B2012A龍門刨床的直流主拖動控制電路見附圖2。對該電路各部分的工作原理簡述如下：一、直流主電路：通過拖動直流電機，實現(xiàn)對工作臺的運行操作。該電路位于直流主拖動控制電路上方的中間部分。他勵直流發(fā)電機M G的電樞部分，提供給它勵直流電動機M驅動所需的工作電壓，它的電壓高低直接決定直流電動機的轉速，電壓的極性則決定直流電動機的轉向。主電路具有過流保護FA1。二、直流控制電路：通過繼電器控制電路，實現(xiàn)對直流電機轉速和轉向的控制。1、勵磁發(fā)電機電路：(見附圖2右側電路。)2、交磁擴大機電路：(見圖1-2及附圖2左側電路。）1) 交磁擴大機基本結構和工作原理：（見圖12,圖13。）2) 交磁擴大機在本電路中的作用：(見附圖2)。改變加在O繞組的電壓大小和極性，可改變直流發(fā)電機的勵磁電壓，達到改變輸出電壓大小甚至極性的目的。用較小的控制電壓和控制電流，通過擴大機，去控制較大的輸出電壓，相當于電子電路中三極管的功率放大作用；又由于它利用了電機定子中的交軸磁場，故命名為“交磁擴大機”。3、給定電壓電路：直流電動機在不同工作狀態(tài)下給定電壓電路各部分的電流通路如下：圖12交磁擴大機工作原理圖圖13電機擴大機定子上各繞組的分布 圖14工作臺自動循環(huán)工作時的速度圖 1) 正轉：正向給定電壓取自221210之間，通過(223225220200)接到控制繞組O1端，從O2端出來，經(270250230210)形成回路。因此給定電壓U221210是正值，中間穿了電壓負反饋Uf200-H，加在控制繞組上的控制電壓UCU221210Uf200-H。2) 反轉：反向給定電壓取自222210之間，而U222210是負值，于是Uf200-H也是負值，這樣加在O繞組上的就是負電壓，即UCU222210Uf200-H是負值。電流回路學員可以自己分析。3) 轉速的控制：通過調節(jié)RQ、RH兩個大磁盤上的旋臂來實現(xiàn)。工作臺自動循環(huán)工作時各段行程的速度見圖14。4)停車：按SB10A按鈕，由于KJI，KQ（或KH）失電釋放，此時給定電壓等于零， O繞組上的控制電壓UCUf200-H，該負電壓促使電機迅速停車。KT延時約1秒。其作用是當執(zhí)行停車操作后，能使給定電壓回路繼續(xù)通電吸合約1秒，使其中的標準電壓U205210，U206210繼續(xù)存在，以防止電流截止負反饋發(fā)生作用。為克服停車時的爬行現(xiàn)象，專門設置了圖中的（KT282RT7）和（280KT270）兩條支路。前一條支路的作用是把交磁放大器的輸出直接短接，后一條支路的作用是給輸入控制電壓回路接入深度負反饋電壓，從而把由于剩磁電壓引起的爬行現(xiàn)象消除掉。4、各種穩(wěn)定和反饋環(huán)節(jié)：該直流電路采用了一系列的穩(wěn)定工作點措施：1）電壓負反饋：組成：由R2的中心抽頭（200）至（H）的這部分電阻組成；作用：穩(wěn)定輸出電壓。 2）電流正反饋：組成：由繞組O及繞線電阻RT9、板型電阻R4組成； 作用：在大負載情況下補償電機的轉速降落；3）電流截止負反饋： 組成：由大功率整流二極管VD1、VD2，及板型電阻R1組成； 作用：當負載出現(xiàn)過載或短路時及時動作，限制過載電流在1.7倍額定電流以下；當過載或短路現(xiàn)象消失時，能自動恢復正常運行狀態(tài)。 4）橋式穩(wěn)定環(huán)節(jié)： 組成：由繞組O及板型電阻R3，發(fā)電機勵磁繞組WC，繞線電阻RT10組成； 作用：起阻尼作用，克服整個系統(tǒng)可能出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象。以上各種反饋共同作用，才使得該設備具有反應靈敏，穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。5、抬刀電路：本電路中以指示燈1T-4T代替實際電路中抬刀電磁鐵的線圈。第四節(jié) 交流繼電、接觸器控制電路B2012A龍門刨床的交流繼電、接觸器控制電路見附圖3。工作過程分析如下： 一、用按鈕實現(xiàn)主機MA的起動控制：其起動過程：按SB2AKCA吸合並自鎖，同時KTA、KY通電吸合，主電機MAY接起動延時35秒后KTA（常閉延時斷開）斷，同時KTA（常開延時閉合）合，為Y轉換作準備當直流電源建立后，KT通電吸合，KT（常閉延時閉合）斷開，KT（常開延時斷開）合KY斷電釋放，同時KCB通電吸合並自鎖，KT斷電，延時約1秒后，KT(常閉延時閉合觸點)閉合， K通電吸合主電機MA接運行，擴大機投入運轉，為直流電機起動運行作準備。KTA 的作用是，決定KY的吸合時間；KT的作用是，在KY斷開至K吸合之間設置一個適當?shù)难訒r時間，這個時間約為1秒，它可防止短路現(xiàn)象的發(fā)生。二、用按鈕實現(xiàn)工作臺的自動往復循環(huán)和其它各種運行狀態(tài)操作：圖15龍刨行程開關的狀態(tài)與工作臺速度對應圖注：上圖中：前進啟動（慢速切入）；工作行程（前進加速）；工作行程（后退復位）；前進減速；前進換向轉后退； 工作臺終止點；后退加速；后退行程（前進復位）；后退減速；后退換向（慢速切入，重復）。上圖帶“ ”下劃線的行程開關表示工作臺在起始位置時處于復位狀態(tài)。）三、自動控制刀架進刀機構進行進刀、復位、抬刀操作：1、以前進啟動為例，分析工作臺在前進啟動后的自動往復運行中，工作臺的狀態(tài)與電路各部分元件的配合情況（見附圖3，同時參考圖15）：在位置時，按下SB9AKJI通電吸合KJI（107129）閉合，實現(xiàn)自鎖由于SHH在工作臺啟動時處于動作（置位）狀態(tài)，SHH（129153）閉合，KIQ通電吸合KIQ（303305）閉合KQC吸合，垂直刀架進刀機構進刀；又由于SHJ此時也處于置位狀態(tài)，SHJ（129157）閉合，通過KIQ（161163）觸點（此時已閉合）KJ通電吸合；同時KJI（111113）閉合KQ通電吸合直流電路中，KT吸合接通直流給定電壓電路，經過231237225220200O1- O2270212210，建立正向給定電壓（U231210）工作臺正向啟動，進入慢速切入運行段；（左右側刀架可與垂直刀架同時進刀，讀者可自行分析。以下分析同。）運行至位置，SHH 復位SHH（129153）斷開KIQ斷電釋放KIQ（303305）斷開KQC斷電釋放；同時由于KIQ（161163）斷開，KJ斷電釋放直流回路中，給定電壓通路變?yōu)閺?21223225220200O1- O2270250230210，正向給定電壓為U221210，工作臺進入工作行程（其運行速度主要取決于大磁盤旋臂的位置）。運行至位置時，SHJ復位SHJ（129157）斷開，SHJ（211210）閉合。由于KJ早已失電，回路（270250230210）仍舊閉合，工作臺的運行狀態(tài)不改變，它的功能只是為后面的后退減速作準備，稱為前進復位。繼續(xù)運行至位置時，SQJ置位SQJ（129159）閉合KJ通電吸合直流電路中，KJ（270250）斷開，SQJ（212210）斷開，給定電壓通路至這一段時，走（270211210）線；同時KJ（223225）斷，而KJ（237225）閉合，此時給定電壓為U231210，與慢速切入速度差不多，進入前進減速運行段； 至位置時，SQH置位SQH（129155）閉合KIH通電吸合KIH（305307）閉合KHC吸合垂直刀架進刀機構復位操作；同時SQH（107109）斷開KQ斷電釋放KQ（123125）閉合KH通電吸合直流通路中，KQ（225220）斷開，KH（226220）閉合，施加于O繞組的給定電壓變?yōu)樨摌O性電壓（U2222100），直流電機經反接制動進入后退行程，由于此時KIH（230210）斷開，給定電壓通路至這一段時，走（270211210）線，后退開始段的穩(wěn)定速度雖高于慢速切入速度，但低于后退中間段行程的速度；同時KH（15）閉合，KQ（57）閉合K2H通電吸合K2H（111）、K2H（122）閉合抬刀電磁鐵吸合所有刀架的進刀機構在進入后退行程時處于抬刀狀態(tài)；至位置時，SQH復位SQH（129155）斷開KIH斷電釋放KIH（305307）斷開KHC斷電釋放進刀機構復位操作停止；同時直流電路中，KIH（230210）閉合給定電壓通路至這一段時，走（270250230210）線，后退加速； 至位置時，SQJ復位SQJ（129159）斷開，直流回路中SQJ（212210）閉合，無運行狀態(tài)改變，為前進減速作準備，稱為后退復位；至位置時，SHJ置位SHJ（129157）閉合經KQ（157163）觸點（早已閉合）KJ通電吸合直流電路中，KJ（270250）斷開，SHJ（211210）斷開，給定電壓通路至這一段時，走（270212210）線；同時KJ（224226）斷，而KJ（238226）閉合，此時給定電壓為U232210（0），與慢速切入速度差不多，進入后退減速運行段； 至位置時，SHH置位SHH（107119）斷開KH斷電釋放KH（113115）閉合KQ通電吸合；同時SHH（129153）閉合KIQ通電吸合KIQ（303305）閉合KQC吸合，垂直刀架進刀機構進刀；又由于SHJ（129157）閉合，KIQ（161163）閉合，KJ繼續(xù)吸合。直流回路中，KH（226220）斷開，KQ（225220）閉合，給定電壓為正極性，由于KJ（237225）已閉合，給定電壓大小為U231210；又由于KQ（57）斷開K2H失電釋放K2H（111）、K2H（122）斷開抬刀電磁鐵釋放所有刀架進刀機構進入工作狀態(tài)；工作臺經反向反接制動進入前進慢速切入運行段，狀態(tài)與位置同。往下周而復始，進入往復循環(huán)。為便于大家理解和歸納，把以上過程中各元件的狀態(tài)列表如下：表11工作臺自動循環(huán)工作時各元件的狀態(tài)與過程對應關系表過程名稱連續(xù)運行前進后退刀架進刀刀架復位低速控制刀架進刀刀架復位 刀架抬刀后退換向后退減速前進減速前進換向KJIKQKHKIQKIHKJKQCKHCK2HSHHSHJSQJSQH前進啟動工作行程前進復位前進減速前進換向后退加速后退行程后退減速后退換向注：上表中：1、 符號“”：對繼電器，表示通電吸合；對行程開關，表示動作（置位）；2、 符號“”：對繼電器，表示斷電釋放；對行程開關，表示復位。2、反向啟動自動運行工作狀態(tài)：此時工作臺應不在最左邊的起始點位置，操作按鈕是SB11A。具體請讀者自行分析。3、正、反向步進工作狀態(tài)：操作按鈕分別是SB8A 和SB12A，此功能是用來微調工位的。四、控制橫梁升降和橫梁夾緊的操作：(見附圖3)橫梁升降操作須在工作臺停止運行的情況下進行，此時KJI(101-345)閉合。圖中S6HX是檢測橫梁是否夾緊的行程開關，當橫梁處于夾緊狀態(tài)時，S6HX處于復位狀態(tài)。按照設計，橫梁的夾緊放松是隨著橫梁升降自動進行的。操作橫梁升降按鈕時，橫梁先自動放松；橫梁升降結束后，又自動夾緊。1、 橫梁上升操作：持續(xù)按SB6ASB6A（602102）合，SB6A（608102）斷KJOH通電吸合KJOH(621-623)閉合KHJ通電吸合夾緊電動機反轉，執(zhí)行橫梁放松操作放松完成，S6HX置位S6HX(101- 621)斷開KHJ斷電釋放；同時S6HX（101601）閉合，由于KJOH（601605）已閉合KQH通電吸合橫梁上升到預定位置時，松開SB6AKJOH斷電釋放KJOH（601605）斷開KQH斷電釋放橫梁停止上升；同時由于KJOH（601613）閉合，電流經（101601613615）KQJ通電吸合，並自鎖（KQJ（6171601）閉合）夾緊電動機正轉，執(zhí)行橫梁夾緊操作橫梁初步夾緊S6HX復位S6HX（101601）斷開，S6HX（101621）閉合由于KQJ（6171601）的自鎖，繼續(xù)橫梁夾緊操作當橫梁完全夾緊時，夾緊電動機出現(xiàn)過流，F(xiàn)A2（101617）斷開KQJ斷電釋放橫梁夾緊過程結束。2、橫梁下降操作：此時應持續(xù)按SB7A，過程分析與上述相似。但當橫梁停止下降后，隨著夾緊操作的進行，有一個橫梁回升過程，須提請讀者注意。與橫梁回升有關的電路是附圖3中的(601-603-605)及(101-191-102)這兩條支路。當橫梁開始下降時，由于KHH的吸合KHH(101-191)常開觸點閉合KTH吸合KTH(603-605)觸點閉合。橫梁下降結束時，KHH斷電釋放，橫梁停止下降，同時KHH(101-191)常開觸點斷開KTH斷電，KTH(603-605)常開觸點延時斷開，其延時時間約在1秒左右。在這段延時時間里，KQH經由(601-603-605)支路而通電吸合，橫梁回升。什么時候橫梁結束回升，即KQH的重新斷電，取決于(601-603-605)回路中的兩個常開觸點哪個先斷開。如果橫梁的夾緊裝置提前于KTH的延時時間而實現(xiàn)完全夾緊，KQJ(601-603)將先于KTH(603-605)觸點斷開，回升將提前結束。橫梁上升和下降操作整個流程總結如下：第五節(jié) 龍門刨床的各種保護環(huán)節(jié)B2012A龍門刨床的保護功能十分齊全，現(xiàn)將電路中各種保護環(huán)節(jié)說明如下：1、主機完成接運行才能讓工作臺啟動的聯(lián)鎖： K（101103）；2、過載保護：其中（705707709711）與（705713715711）兩條並聯(lián)支路構成過載保護電路。當過載保護動作時，能使工作臺停止在起始位置，再全機停車。3、工作臺點動與連續(xù)運行、前進與后退的聯(lián)鎖：KJI（240200）、KJI（220200）；SB8A、SB9A常開與常閉，SB12A、SB11A常開與常閉各自構成的機械互鎖；KQ（123125）與KH（113115）構成的電氣互鎖；4、刀架手動與工作臺運行、橫梁升降與工作臺運行聯(lián)鎖：KJI（101345）；5、潤滑泵的過載保護FRRB（167169）及油壓保護KP（129131）：動作時使工作臺回到起始位置再停車（主機不停車）；6、直流電動機的過流保護：FA1（103105）；7、夾緊電動機的過流保護：FA2（101617）；8、橫梁處于放松過程中或橫梁尚未夾緊時工作臺不能工作的聯(lián)鎖保護KQJ（135137）、KHJ（137139）；9、欠、失壓保護：KCA（703705）、KJI（107129）；10、各種限位保護：1)S1HX、S2HX：工作臺前進或后退時限位保護；2)S3HX：橫梁上升限位保護（裝于固定梁上）；3)S4HX 、S5HX：分別裝于右側和左側橫梁上，當右側和左側刀架上升或橫梁下降時起限位保護作用；4)S6HX：作為橫梁夾緊機構完成放松操作和橫梁初步夾緊檢測元件。S6HX復位時橫梁初步夾緊，S6HX置位時橫梁完成放松操作。第一章習題11標出工作臺直流控制電路中正向點動，高速進給，低速進給，反向點動，反向高速，反向低速控制電路的回路標號？12標出直流控制電路中電壓負反饋電壓的線路標號？它在電路中起什么作用？13直流控制電路中電流截止負反饋起什么作用？標出正轉控制電路電流截止負反饋起作用時的電流回路標號？14列出直流控制電路中電流正反饋的組成元件，說明它的功能？15工作臺直流控制電路在克服停車爬行現(xiàn)象時采取了哪些措施？1.6在主電機起動控制電路中，按下起動按鈕后，各接觸器動作的先后順序如何？ 1.7時間繼電器KTA和KT在電路中各起什么作用？其量值一般取多少？ 1.8電路中有兩條由回路(705-707-709-711)和(705-713-715-711)組成的并聯(lián)支路，其中的幾個元件在這里起到了什么作用？試分析工作原理。 1.9如果主電機起動過程中因勵磁發(fā)電機的故障而不能建立直流勵磁電壓，主電機起動過程中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？1.10按鈕SB8A,SB9A,SB10A,SB11A,SB12A的功能分別是什么？ 1.11繼電器KQ,KH,KJI,KIQ,KIH,KJ的功能分別是什么？ 1.12在工作臺位于正向起始位置時，行程開關SQH,SHH,SHJ,SQJ分別處于什么狀態(tài)(復位或置位)，其常開和常閉觸點各有什么變化？ 1.13在工作臺運行至正中間位置時，行程開關SQH,SHH,SHJ,SQJ分別處于什么狀態(tài)(復位或置位)，其常開和常閉觸點各有什么變化？ 1.14在工作臺運行至前進結束(最右邊)位置時，行程開關SQH,SHH,SHJ,SQJ分別處于什么狀態(tài)(復位或置位)，其常開和常閉觸點又各有什么變化？ 115橫梁升降電路中繼電(接觸)器KJOH,KQJ,KHJ,KQH,KHH的功能是什么？116限位開關S6HX在電路中起什么作用？1.17說出當按下橫梁下降按鈕時，各繼電接觸器的動作順序，實現(xiàn)的功能？再當松開該按鈕時，各繼電接觸器又如何動作，實現(xiàn)哪些功能？1.18電路中S3HX,S4HX實現(xiàn)什么功能？119支路(601-603-605)實現(xiàn)什么功能？120支路(101-617-601)實現(xiàn)什么功能？121支路(101-KJI345)在電路中起什么作用？第二章 自動往復直流調速系統(tǒng)電氣控制模擬裝置原理分析該模擬裝置是專為高級電工的培訓和考核而制作的，它保留了傳統(tǒng)龍門刨床B2012A機床的一些基本功能。由于它應用了一些新技術，如PLC技術，PID技術，可控硅技術等，取消了傳統(tǒng)龍門刨床中的交磁擴大機及其老式的控制電路，笨重的直流發(fā)電機組，因此從外觀上看，更顯得輕盈，漂亮。對于培訓對象而言，由于要掌握一些新技術，無疑增加了難度。但是掌握這些新技術，是時代的要求，也是考核大綱的要求。下面對該模擬裝置的工作原理進行全面分析。(外形見下圖。為簡便起見，下面簡稱“直流調速裝置”。)圖21自動往復直流調速模擬裝置該裝置主要由以下幾部分電路組成：1、 電氣主接線圖：(見附圖4)2、直流電機正反轉調速原理示意圖：(見附圖5)3、工作臺(橫梁)自動往復(PLC)控制電路：(見附圖6)4、直流電機自動調速控制系統(tǒng)（PID）電路圖：(見附圖7)5、觸發(fā)電路：(見附圖8)。下面重點分析直流電機自動調速部分(PID)電路和觸發(fā)電路的工作原理。第一節(jié) 直流電機自動調速（PID）電路 該部分電路見附圖7?！癙、I、D”的意思是：P（表示比例），I（表示積分），D（表示微分）。PID電路也叫“PID控制電路”，是一種線性控制電路。它將給定值與實際輸出值之間的偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱 “PID”控制電路。它在該電路中的作用，由附圖7可以看出，是為觸發(fā)電路提供給定電壓。因此，對該電路的基本要求是：1、 線性度和不失真度高，使控制靈敏而準確；2、 為提高龍刨工作時的穩(wěn)定性，加入的各種反饋電路必須靈敏而有效。一、“PID”電路的基本組成：1、 比例線性電路：起不失真地傳輸和放大信號的作用。見下圖： (a) 比例線性放大器 (b) 等效電路圖22比例線性放大器及其等效電路 1)運算放大器的基本特性： (1)由于輸入電阻Ri很大，因而輸入電流Ii很小，Ii 0 ； (2)由于開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao，又由于 Ui Ao ( Ui1 Ui2 ) Ao Uo 有限值，因而 Ui ( Ui1 Ui2 ) 0 。 即有 Ui1 Ui2。2)虛地端概念的得出： 若將上述放大器的同相輸入端接地，使 Ui2 0， 于是依據上式可得 Ui1 0。 此時的反相輸入端 即稱之為虛地端，用符號“0”表示。 3)虛地端的特征：該點對地電壓恒為零，但對地電阻卻是“無窮大”。 4)存在“虛地端”的必要條件是：該點的另一個輸入端接地。 對于單端輸入式線性放大電路，其放大倍數(shù) (2-1式)2、 比例積分電路：起延緩信號傳輸?shù)淖饔?，克服實際設備中存在的電磁慣性和機械慣性。見圖2-3：(a)比例積分放大器 （b）等效電路 圖23比例積分線性放大器及其等效電路在該電路中，存在著兩個電容電流，始端和終端電容電流Ico和Ic1 。在電容C充電過程中，由于I=Ii+I2+ IcoI2+Ico ， (2-2式)又由于IcoI2，所以IIco =； (2-3式)在電容C的充電過程中，由于放大器的深度負反饋，IcoC（常數(shù)），所以Vo =-（IcoR2dt）= -(+) (2-4式)電容充電所經歷的時間為t1= (2-5式)輸出電壓隨時間的變化過程見下圖所示：圖24比例積分放大器的輸出特性曲線達到穩(wěn)定狀態(tài)后，電容終端電流Ic1=0 ，則II2+IC1=I2 ， (2-6式)該級穩(wěn)態(tài)電壓放大倍數(shù)K= =（21）。 (2-7式)3、比例微分電路：對信號的傳遞起加速作用，在實際電路中與其它反饋量配合，起消除機電振蕩的阻尼作用，它的標準電路形式，見圖2-5： 在本“PID”電路中，是用一只電阻和一只電容的並聯(lián)來代替的，見電路圖中的C4與R15，C18與R48。作用類似，不過效果要差一些。 圖25比例微分放大器二、各級放大器的電壓放大倍數(shù)和附加功能電路：本“PID”電路采用了LM324四運放集成塊，每一塊的引腳功能見下圖： 圖26集成運放LM324的引腳功能它屬于第三代集成電路，基本上不需要調零，每一塊接上電源就可以工作，但不排除對個別線路的參數(shù)進行調整時修正它的靜態(tài)電壓(電流)值。如可通過調整R21，調節(jié)U1D的輸出電壓(靜態(tài))值。確保當輸入端靜態(tài)電壓為零時，使輸出電壓也為零。在本“PID”電路中，上一半電路用于控制工作臺電機的正轉轉速，下一半用于控制工作臺電機的反轉轉速，其電路結構是一樣的。由于上一半電路引入的給定電壓是負極性，為了與下一半電路一樣，輸出正極性控制電壓，所以上一半電路多了一級放大器。我們以上一半電路為例，分析它的電壓放大倍數(shù)。1、 第一級放大器的電壓放大倍數(shù)K1：電路圖見圖23，屬于比例-積分線性放大電路。該級電壓放大倍數(shù)由以上分析知K1=（21）， (2-1式)它的具體數(shù)值取決于電路中可調電阻R6的實際數(shù)值。2、 第二級放大器的電壓放大倍數(shù)K2：該級放大電路以U1C作為運放集成塊，也屬于比例積分放大器這一類型。與以上的分析相類似，它的放大倍數(shù)K2 = R10/R17（15K0K）/10K（1.50）。 (2-8式)3、 第二級放大器的其它功能電路：1) 級間耦合電路。見下圖： 圖27級間耦合電路 圖28電壓負反饋電路其分壓系數(shù)(這里叫級間耦合系數(shù))12 = = = (0.151)， (2-9式)則第一級輸送至第二級輸入端的輸出電壓變?yōu)?Vo12=12 Vo1 = (0.151) Vo1 。 (2-10式)2) 靜態(tài)電壓負反饋電路。在第二級放大器的輸入端與整個直流調速系統(tǒng)的輸出端直流電機電樞電壓Va之間，有一個電壓負反饋電路，其等效電路見圖2-8。其反饋系數(shù)FV = 1， (2-11式)即反饋電壓Vf = FV Va Va 。 (2-12式)加入了電壓負反饋電路后對第二級放大器的影響是， 相當于降低了第二級放大器的放大倍數(shù)，但是提高了該級電路輸出的靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性。圖2-9是第二級放大器輸入端在考慮了電壓負反饋后的等效電路，很明顯，它屬于電壓並聯(lián)負反饋類型。從輸入端看，因為增加了一個負極性的反饋電流，其結果是使實際輸入電流減少了。根據節(jié)點電流定律 IIfI2+Ii2IfI2， (2-13式)即 I2IIf ， (2-14式) 圖29考慮了電壓負反饋電路后的第二級放大器等效電路則現(xiàn)在條件下第二級的電壓放大倍數(shù)K2K2 K2， (2-15式)由于If =Vf / R9 ， (2-16式)調節(jié)1W和R3，使I2（IIf） 0 。 (2-17式)3) 隔離電阻。圖中R9、R17叫隔離電阻，在電路中起電位隔離作用，使得前一級的輸出電壓與電壓負反饋電壓之間互不干擾。在電路中起類似作用的電阻還有， R15與R23，R18與R30等。4、第三級放大器的電壓放大倍數(shù)K3：與前二級一樣，該放大器也屬于比例-積分線性放大電路。與以上的分析同，該級放大器的電壓放大倍數(shù) K3 = R8/R15（15K0K）/10K（1.50）。 (2-18式)5、第三級放大器的其它功能電路：(見圖2-10)1)電流截止負反饋電路：當負載端的電樞電流Ia大至一定值時，就會在2W中點與地之間得到較大取樣電壓VI，D3將導通，于是有電流Ijz經R23加至U1-B端，其極性為正極性，見圖2-11。該電流與來自前級輸出的負極性電流I迭加。由于兩者的極性相反，使流入第三級放大器輸入端U1-B端的電流I2減少。即 I2+Ijz=I+IiI， (2-19式)I2 =I-Ijz I， (2-20式) 圖210 具有電流正反饋和電流截止負反饋功能的電路 圖211 具有電流截止負反 圖212 動態(tài)電壓負反饋電路饋功能的第三級放大器輸入電路 這種情況下的電壓放大倍數(shù) K3= = K3 K3 。 (2-21式)當負載電流較大時，調節(jié)2W和R32，可使Ijz的數(shù)值接近I，使I2的數(shù)值接近于零，從而使輸出端電壓Ua和負載電流Ia大幅度下降，將負載電流限制在一定范圍內，保證了電機運行的安全。2)動態(tài)電壓負反饋電路：動態(tài)電壓負反饋電路見圖2-12所示，它屬于電壓串聯(lián)負反饋類型。此電路用于當輸出電壓有出現(xiàn)跳變的趨勢時，利用劇烈的負反饋作用，阻礙電壓跳變的發(fā)生，使電路工作穩(wěn)定。此時，跳變信號經C8傳至R31，產生反饋電壓Vvf，其第三級放大器輸入電壓Vi=Vo2-VvfVo2 , (2-22式)則動態(tài)情況下的第三級放大器輸出電壓Vo3=K3 Vi=K3(Vo2-Vvf) Vo3 。 (2-23式)6、第四級放大器的電壓放大倍數(shù)：該級放大器與圖2-2所示電路一樣，屬于比例線性放大器。根據以上討論可知，該級電壓放大倍數(shù)K4 = R11/R18 = (10K0K)/10K = (10) 。 (2-24式)7、第四級放大器的電流正反饋電路：(見圖2-10)從D4引出的電流一部分流經R33，分壓后經R30引至U1A輸入端，其極性為正極性。而從前級放大器輸出的電壓VO3也是正極性，其電流經R18引至U1A輸入端，因此它們構成正反饋，全稱叫並聯(lián)電流正反饋。它在電路中的作用是，當負載增大使轉速下降時，通過電流正反饋的作用，讓負載電流更大一些，補償轉速的下降，從而起到穩(wěn)定轉速的作用。為防止系統(tǒng)在輕載時失控，反饋系數(shù)不宜過大，可在不同負載條件下，調節(jié)R33，通過試驗來最終確定。8、前四級總的電壓放大倍數(shù)：前面四級放大器總的電壓放大倍數(shù)等于各級放大倍數(shù)，各個級間耦合系數(shù)，各種反饋電路的反饋系數(shù)的乘積，它應控制在1.01.2之間，不宜過大。9、第五級放大器的電壓放大倍數(shù)，在討論圖2-2電路的電壓放大倍數(shù)時已知 K5=0.2， (2-1式)這一級的作用是提供觸發(fā)電路的控制電壓，其電壓幅值只需35V，故加了這一級，以限制輸出電壓，不致過高。(為什么總的放大倍數(shù)只需1.01.2，卻要這么多級的放大器，道理何在？ 請學員討論。)第二節(jié) 觸發(fā)電路觸發(fā)電路接受來自“PID”的控制電壓，向直流調速電路中的兩個可控硅提供觸發(fā)脈沖，電路圖見附圖8。下面分析它的工作原理。一、觸發(fā)電路各點波形圖：(見圖2-13。)二、觸發(fā)電路基本工作原理：觸發(fā)電路的作用，是為交流電路中用于整流的一對（或其它偶數(shù)個）可控硅，提供控制角可調的觸發(fā)脈沖。對該電路的基本要求有兩條：1、 控制角應連續(xù)可調，理論上最大控制角可達180電角；2、 應有控制觸發(fā)的同步電路。 圖213觸發(fā)電路各點波形圖按電路結構來區(qū)分，該電路由一組為觸發(fā)電路提供正負12V電壓的穩(wěn)壓電源和兩個互相獨立，結構完全相同的觸發(fā)電路組成，用來分別為兩個可控硅提供觸發(fā)脈沖。其中上面一個觸發(fā)電路用于電機的正轉轉速控制，下面一個觸發(fā)電路用于反轉轉速控制。(一)正轉轉速控制觸發(fā)電路的工作原理：1、控制電壓傳輸電路：來自“PID”的控制電壓由圖2-14中IN1端引入，經過一只可調電阻R6，隔離電阻R35，一個由運放U3-A和兩個電阻R33、R34組成的線性放大電路，再經過D10，耦合電阻R36，隔離電阻R39傳輸至比較器U1-B腳。另外，在該運放的輸入端，還接有一條從負12伏電源經R40，D4穩(wěn)壓后再經隔離電阻R37引入的電路，它與從IN1輸入的控制電壓傳輸電路以及運放一起組成加法器。該加法器滿足以下公式KIN1(UIN1-5)=UIN1 ，KIN1=-R34/R35=-(02)； (2-25式)式中的UIN1為控制電壓，其值恒為正，且正常情況下有UIN15V。UIN1為比較電壓，依據上兩式應有UIN10，調節(jié)R34可保證使得UIN1的值足夠大，通過D10進入比較器U1-B的輸入端U1-B腳?？紤]到上式中，KIN1與括號內的值都是負值，將上式變一下形,得：KIN1(5- UIN1)= UIN1 ， (2-26式)可見，輸出端的比較電壓UIN1與輸入端控制電壓UIN1成反比，UIN1越大，則UIN1越低，進入比較器U1-B腳的電壓也越低。反之亦然。2、同步電路：由鋸齒波發(fā)生電路U1-C，D2，R7，C2，V7，R19，D13，U1-B,和控制電壓傳輸電路這兩部分組成，如圖2-15所示。該電路的作用是，為多諧振蕩器提供一個“開關”電壓，從而控制該振蕩器的起振時間，使之與交流電源的正弦波電壓的“零相位”之間，保持固定不變的相位差（或時間差），實現(xiàn)同步。該電路的工作原理如下：設t=0時，有效值為16V的交流正弦波電壓開始進入負半周，該電壓從U1-C腳引入，經U1-C放大和整形，從其腳輸出極性相反（此時即為正極性）矩形電壓波形，如圖2-13（a）所示。D2開始導通，通過R7對電容C2充電，由于它時間常數(shù)較大，R7*C250mS ，遠大于電源正弦波的半個周期10mS，因此在這段時間里C2兩端的電壓線性增大。至t=T/2時，正弦波電壓進入正半周，經U1-C放大和整形，從其腳輸出負極性的矩形電壓波形，則D2截止，而D13導通，此時的負電壓加至V7基極，V7導通，C2經V7、R19迅速放電，形成如圖213中（b）圖所示的鋸齒波形。U1-B與相關元件組成比較器。鋸齒波電壓加至U1-B腳，經該比較器比較后，在其輸出端U1-B腳，輸出如上圖（c）所示電壓波形。當U1-B腳的鋸齒波電壓大于腳的比較電壓的瞬間，腳由低電平跳變成高電平，使振蕩器起振。即從正弦波過“零點” ，到振蕩器起振，這中間間隔的時間（相位差）是固定的，由RC的充電時間決定，從而實現(xiàn)了同步。從圖2-13（b）中還可以看出，改變施加于U1-B腳的比較電壓，可達到改變與正弦波“零相位”之間的相位差的目的。若將輸入端控制電壓UIN1調低，則依據(2-26式)比較電壓增大，于是U1-B腳由低電平跳變成高電平的時間就會后延，使與正弦波“零相位”之間的相位差即控制角增大。3、多諧振蕩電路：見圖2-16。主要元件由圖中的兩個與非門U2-C、U2-D及電容C1、C3，電阻R2、R3組成。其起振條件是，腳和腳都必須是高電平。當腳設置成高電平且常量時，則腳的電平高低就成了決定該振蕩器是否起振的惟一條件。而腳即為來自U1-B腳的控制電壓。當振蕩器起振時，從腳輸出頻率為f=1/2.2R2C317kHz的方波。它的周期T10.06mS，遠小于T/210 mS。4、脈沖形成和輸出電路：見圖2-17。從腳輸出的方波，通過V6、V2進行功率放大后，再通過脈沖變壓器T2，向可控硅V5的控制極G1與K1之間，輸出控制脈沖，使該可控硅觸發(fā)導通。我們把一個周期內第一個脈沖輸出時，與正弦波過零點的相位差，叫做控制角，用符號表示，見圖2-13（d）所示。5、其它電路。我們注意到，在U2-C腳，接有幾只元件：D11，R25，R26，C15。它們起什么作用呢？該電路中，R25、C15組成RC充電電路。當正弦波電壓過“零點”時，腳由于C15剛開始充電，其上的電壓還是“零”，則振蕩器還不能起振。經過一定的時間間隔（t3 R25C15），當腳電壓升高到高電平時，再由腳的電壓來決定該振蕩器是否起振。設置該電路的目的，是為了防止V5過早導通，而此時另一只可控硅可能還未關閉，從而導致短路事故的發(fā)生！調節(jié)C15可調節(jié)出合適的時間間隔。電路中電阻R26用于在交流電的正半周時將電容C15放電，D11用來阻斷此時的負電壓。6、與主電路的相位關系。整個觸發(fā)電路中我們要注意一點，那就是必須確保當從U1C腳引入的交流電壓極性為負時，主電路中可控硅V5陽極的電壓極性是正極性。否則電路將不能工作。(二)關于反轉轉速控制觸發(fā)電路的工作原理，這里只作一些補充說明。圖中增加了一節(jié)由U1-D為主組成的反相器，目的是為了使這個觸發(fā)電路輸出的觸發(fā)脈沖，在相位上比上一個觸發(fā)電路延遲180度，以滿足用于反轉控制的可控硅的相位需要。當給IN2施加用于反轉的控制電壓時，下面一個觸發(fā)電路就開始工作，向接于主電路交流電源上V5陽極端的可控硅V4 （此時其陰極上的電壓極性是負極性）的控制極G2輸出觸發(fā)脈沖，其觸發(fā)脈沖的波形和相位關系見上圖(e)。同時，由于此時施加于IN1的直流控制電壓等于零，上一個觸發(fā)電路雖然仍舊在產生鋸齒波，但是由于此時U1-B腳輸出低電平，使震蕩電路停止工作，不再產生觸發(fā)脈沖，即上一個觸發(fā)電路停止工作。（直流電機的主電路參見附圖5。）第三節(jié) 工作臺(橫梁)自動往復（PLC）控制電路這部分電路見附圖6。圖中左邊部分是控制橫梁升降和橫梁夾緊裝置的繼電接觸器控制電路，與傳統(tǒng)龍門刨床B2012A中的橫梁升降控制電路並無明顯不同之處。圖中的KA支路是傳統(tǒng)龍刨電路中所沒有的，它的作用是確保當進行橫梁升降操作時，工作臺無法啟動運行。而傳統(tǒng)龍刨電路中是在KJI線圈支路中串入了KQJ、KHJ的常閉觸點，在橫梁升降電路中串入了KJI的常閉觸點，以作互鎖。圖中右邊部分是將傳統(tǒng)龍刨繼電控制電路中的工作臺前進與后退控制改成了PLC控制后，可編程控制器的接線圖。它的程序是根據附圖9的繼電接觸控制電路編寫出來的。作為練習，同學們可以應用可編程控制器的編程軟件(比如三菱公司的)，根據這個電路，先編寫出梯形圖，再把它轉換成指令表，看看與下面的指令表，是否相同。有條件的話，也可以上機調試和運行。關于PLC的相關內容，這里不再贅述。第二章習題21 運算放大器電路中“虛地端”存在的條件和特征是什么？22 寫出比例運算放大電路的電壓放大倍數(shù)的計算公式，並說明對這兩個電阻的取值有何要求？23 試說明PID控制電路中各種反饋的組成元件和作用。2. 4 PID的反轉控制