工程机械电控,湖南机电职业技术学院 李宏策 TEL：13808425839,绪论,一、本课程的性质、内容、任务,本课程是机械制造及自动化(工程机械装配与维修方向)专业的一门专业课。主要介绍三个方面的内容：1、工程机械中常用电气电子设备（如蓄电池、交流发电机及调节器、起动机、点火系、照明设备、信号装置、仪表、电气控制器件等）的作用、分类、结构、原理、使用、维护、检测、修理等。2、自动控制系统、计算机控制系统的基本知识。 3、典型工程机械（如沥青混凝土摊铺机、沥青混凝土搅拌设备、挖掘机、压实机械等）的电控系统。,本课程的学习与实践，力求使学生能够树立起现代工程机械电气控制、电子控制、自动控制的观点和意识，并达到下列要求：1、理解工程机械中常用电气电子控制技术的基本概念、基本理论、基本方法。 2、掌握工程机械中常用电气电子设备的作用、分类、结构、原理，熟悉其使用、维护、检测、修理等方面的基本知识，并具有一定的实践技能。3、了解并理解自动控制系统、计算机控制系统的基本知识。4、对目前典型工程机械电控系统的线路，具有一定的读图能力、系统故障诊断能力。,本课程与其它课程的关系：,电工电子技术 电机与电拖 电气控制与PLC技术 自动控制原理与系统 传感器与检测技术 微机原理与接口技术,二、几个名词术语,1、工程机械,工程机械是我国装备工业的重要组成部分。概括地说，凡是土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，都称为工程机械。它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。,2、电气,电气就是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论，应用技术，设施设备等。,主要区别是用途的不同。强电是用作一种动力能源，弱电是用于信息传递。具体而言，它们大致有如下区别：（1）交流频率不同强电的频率一般是50HZ，称“工频”，意即工业用电的频率；弱电的频率往往是高频或特高频，以KHZ、MHZ计。（2）传输方式不同强电以输电线路传输，弱电的传输有有线与无线之分。无线电则以电磁波传输。（3）功率、电压、电流的大小不同强电功率以KW、MW计、电压以V、KV计，电流以A、KA计；弱电功率以W、mW计，电压以V、mV计，电流以mA、uA计，因而其电路可以用印刷电路或集成电路构成。,3、强电和弱电,三、工程机械基本电路,基本电路的工作过程如下：（1）起动过程：起动开关闭合（与此同时，点火开关也闭合），蓄电池驱动起动机。起动机驱动发动机。发动机起动之后，起动机便停止工作，并且与发动机断绝关系，与蓄电池也断绝关系。起动过程大约5s左右。（2）发电过程：在点火系的作用下，发动机处于工作状态，并且驱动三相交流发电机发电。三相交流发电机的输出电压经过整流器，变成脉动直流电压。再经过调节器，变成比较稳恒的直流电压。（3）供电过程：发电系给负载供电，同时给蓄电池充电（如果蓄电池亏电的话）。,基本电路的3大组成：,电源系统 用电设备（或者说负载系统） 配电装置（或者说中间环节）,基本电路的4大特点：,直流 低压 单线制 负极搭铁,思考 若人体接触到基本电路中的搭铁部分（即负极部分），会发生人身触电事故吗？,第一章 蓄电池,蓄电池的定义：电极活性物质经氧化还原反应向外输出电能（放电）而被消耗之后，可以用充电的方法使活性物质恢复的电池称为可充电电池或二次电池。由于兼有贮存电能的作用，因此通称蓄电池。,酸性蓄电池：如铅酸蓄电池等。 碱性蓄电池：如镉镍蓄电池、锌银蓄电池等。 中性蓄电池：,蓄电池的分类：按电解质性质的不同，可分为三大类。,铅酸蓄电池的分类：按用途的不同，可分为四大类。,起动用铅蓄电池 牵引车辆用铅蓄电池 固定型铅蓄电池 其它用铅蓄电池,按制造工艺的不同，可分为两大类。,普通铅蓄电池,干荷电铅蓄电池 湿荷电铅蓄电池 胶质铅蓄电池 免维护铅蓄电池 ,新型铅蓄电池,铅酸蓄电池在工程机械中的作用：（1）供电。（2）充电（或者说储能）。（3）保护。,思考 为什么铅酸蓄电池能吸收电路中产生的过电压？,名词术语：比能（也叫比能量、能量密度）单位质量或单位体积所能提供的能量。电池的比能量是指单位质量或单位体积的电池所能提供的能量，单位是J/kg或J/L（有的文献为Wh/kg或Wh/L）。电池的比能量是电池性能的综合指标，电池的开发与改进，始终围绕比能量的提高，即用最小的电池质量（或体积），使电池输出更多的电能，使化学能转换为电能的效率更高。,第一节 蓄电池的结构,一、蓄电池的结构,主要由极板、隔板、电解液和外壳4部分组成，如下图。,1、极板,作用 分类(或者说种类） 构成（或者说组成） 安装 极板组,作用：蓄电池中电能与化学能的相互转换，依靠极板上活性物质与电解液中硫酸的化学反应来实现。,分类：分类的方法有很多，注意分类的标准。按作用不同，可分正极板、负极板两种。按结构不同，可分普通极板、薄型极板两种。,构成：由栅架和活性物质组成。活性物质是极板上的工作物质。正极板的活性物质为二氧化铅（PbO2），呈棕褐色。负极板上的活性物质为海绵状纯铅，呈深灰色。活性物质都做成膏状涂敷在有一定机械强度的栅架上，制成正负极板。由于正极板活性物质容易脱落，所以把正极板做的比负极厚。,栅架由铅锑合金浇铸而成，加锑目的是提高机械强度和浇铸性能。但是锑有副作用。为了降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，现代工程机械蓄电池都采用了放射形栅架。,极板组：将正负极板各一片浸入电解液中，就可获得2V的电动势。为了增大蓄电池容量，通常把多片正负极板分别并联，用汇流条（横板）焊接成正、负极板组，构成一个单格蓄电池，一个蓄电池通常由一个或几个单格电池串联而成。,名词术语：钝化、比容量、额定容量,钝化：一种活性金属或合金，其中化学活性大大降低，而成为贵金属状态的现象。,比容量（比容、容量密度）：单位质量或单位体积所能提供的容量。电池的比容量是指单位质量或单位体积的电池所能提供的电量，单位是Ah/kg或Ah/L。,额定容量：完全充足电的新蓄电池在电解液温度为255条件下，若以某一放电电流连续放电20个小时，此时各单格电池的平均电压降到1.75V，则该蓄电池所输出的电量称为20h率额定容量，记为C20。对应的放电电流称为20h率放电电流，记为If20h。,目前国产极板厚度为：22.4mm，国外 大多采用1.11.5mm后的薄型极板。薄型极板对提高蓄电池的比容量和启动性能都有利。,C20 =每片正极板的额定容量x单格电池内正极板片数。例子：6-Q-105蓄电池，每个单格电池有正极板7片，每片正极板额定容量为15Ah，解：该电池的额定容量为7x15=105Ah。,2、隔板,作用 分类 安装,作用：使正、负极板尽量地靠近但又不至于短路，缩小蓄电池的体积，防止极板变形和活性物质脱落。,分类：按材料的不同，可分木质隔板、微孔橡胶隔板、微孔塑料隔板等。为了有利于电解液渗透，隔板常用具有良好的耐酸性和抗氧化性的微孔塑料制成。,安装：带槽一面应面向正极板，且沟槽必须与外壳底部垂直。这是因为正极板在充放电过程中化学反应剧烈，沟槽既能使电解液上下流通，也能使气泡沿槽上升，还能使脱落的活性物质沿槽下沉。,3、电解液,作用 构成 纯度 密度,作用：不但起导电作用，而且参与可逆的电化学反应。,构成：由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。,纯度：应符合ZBK84003-89铅酸蓄电池用电解液规定。,密度：过高、过低不但影响蓄电池的内阻和容量，而且影响蓄电池的使用寿命。密度越高，氧化作用越强，对栅架的腐蚀就越严重；密度越低，越容易导致蓄电池在冬季使用中出现结冰。实际使用中，充足电后，密度一般在1.280.03g/cm3之间。,4、外壳,作用 分类 结构,作用：用来盛装电解液和极板组，使铅蓄电池构成一个整体。,分类：按材料的不同，可分硬橡胶外壳、聚丙乙烯外壳等。,结构：内有壁、上有盖、盖有孔。,5、连接条和极桩,作用 分类,连接条,作用：将单格电池串联起来，提高整个蓄电池的端电压。,分类：按连接方式的不同，可分敞露式、跨桥式、穿壁式三种。,铅蓄电池的各单格电池串联后，两端的正负极柱穿出电池盖，分别形成正、负极桩。正极桩：+、p、红色。负极桩：-、N、蓝色（或绿色）。,二、铅蓄电池的型号,JB2259-85铅蓄电池产品型号编制方法中规定，铅蓄电池的型号由4部分组成。,6-QAW-100：6个单体电池组成，额定电压12v，额定容量100Ah的启动用干荷电免维护铅蓄电池。,进口铅蓄电池的型号，由国际蓄电池协会（BIC）和美国汽车工程师学会（SAE）联合制定。,国产部分车型的蓄电池型号：红旗CA722AE 6-QA-63S奥迪100 6-QAS-63桑塔纳2000 6-QAW-54天津夏利 6-QA-40S解放CA1091 6-QAW-100东风EQ1090 6-QA-105D,第二节 蓄电池的工作原理和特性,蓄电池作为一种可逆的低压直流电源，既能将化学能转换为电能对外供电，也能将电能转换为化学能储存起来。,一、蓄电池的工作原理,根据双硫化理论，蓄电池中的总化学反应方程式为：,1、电动势的建立 根据能斯特理论，金属或金属化合物插入电解液后，部分金属或金属化合物溶于电解液，当电解液达到平衡时，在金属或金属化合物与电解液之间产生了电势差，叫做电极电势。由于蓄电池正极是二氧化铅（PbO2），负极是铅（Pb），材料不同，电极电势不同，从而形成了蓄电池的电动势。在外电路未接通、正负极板与电解液反应平衡时，铅酸蓄电池的电动势（即正负极之间的电势差）约为E2.0(0.1)2.1（V）。,2、放电过程蓄电池将化学能转换成电能的过程称为蓄电池的放电过程。具有以下特征：（1）正、负极板上的活性物质逐渐变为PbSO4。（2）随着放电的进行，电解液中的H2SO4减少，水增多，电解液密度下降。（3）由于PbSO4的导电性能比 PbO2和Pb差，随着PbSO4的增多，蓄电池内阻增大；同时，蓄电池的供电能力逐渐下降。,3、充电过程蓄电池将外接电源的电能转换成化学能储存起来的过程称为蓄电池的充电过程。具有以下特征：（1）正、负极板上的活性物质逐渐由PbSO4转变为PbO2和Pb。（2）随着充电的进行，电解液中的水减少，H2SO4增多，电解液密度上升。（3）随着充电的进行，PbSO4的减少及PbO2和Pb的增多，蓄电池的内阻减小；同时，蓄电池的供电能力逐渐恢复。,了解蓄电池的特性对于正确选择和合理使用蓄电池有重要的指导作用。1、静止电动势是指蓄电池既不充电也不放电的静止状态时，正负极板之间的电位差，用E0表示，E0的大小主要与电解液的密度和温度有关。实际应用中，电解液密度一般在1.100g/cm31.300 g/cm3范围内， E0可用下式近似计算：E00.85+25 (V) 式中25 t+(t-25)实用结论：通过直接测量静止电动势来判断蓄电池的充放电程度，容易产生较大的误差，而用测量电解液密度的方法，相对误差要小一些。,二、蓄电池的特性,2、内阻电源的内阻大小，决定了电源带负载的能力，内阻越小，电源带负载的能力越强，即可以输出更大的电流。蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液、连接条和极桩等部分的电阻。完全充足电的蓄电池在20时，其内阻R0可根据下式计算：R00.0585Ue/Qe（）实用结论：保持蓄电池充足电状态，采用适当密度的电解液、提高电解液的温度（如冬天对蓄电池保温）并减少极桩接触电阻，是降低蓄电池内阻、提高蓄电池供电能力的有效措施。,3、放电特性是指在恒流放电（放电电流大小保持不变）过程中，蓄电池端电压和电解液密度随放电时间而变化的规律。将一只完全充足电的蓄电池以20h率的电流连续放电，每隔一定时间测量其单格的端电压和电解液密度，整理得到如下图的放电特性曲线。,