名师精编优秀教案第三部分维修电工高级技能第五章工作前准备一 读图与分析1 经济型数控系统的读图经济型数控系统在我国机床改造方面应用较广泛，在此对南京大方数控设备公司生产的JWK系列进行简单的介绍。该微机控制装置由计算机、驱动电路和步进电动机三大部分组成，硬件是计算机本身和外部设备，执行元件是步进电动机。（1）微机控制电路如图 5-1 所示为 JWK-15T 型机床数控系统控制单元电路图（控制部分）。零件加工程序由键盘输入，经8031 单片机处理运算后发出控制信号，经接口电路向驱动电路付出一系列脉冲信号，经光隔离，放大后驱动步进电动机，控制电动机的运行方向、运行速度及位移量，实现数字控制。存储器选用了两片27256 、2764EPROM,以及一片62256RAM 。监控程序、各功能模块程序存放在27256EPROM内， 2764EPROM芯片用于存放常用零件的加工程序。62256RAM则作为存放调试程序和运行程序的中间数据只用。I/O 接口芯片选用8255A 和 8155。8255A 有三个可编程 （选择其工作方式的）通道A、B 和 C,可用于与外部设备接口。其中通道C 可在 “ 方式 ” 字的控制下分成两个4 位通道，分别与数据通道A 和 B配合，输出控制信号和输入外状态信号。可编程带RAM 的 I/O 接口 8155 芯片则作为显示和键盘用的接口。（2）驱动电路驱动电路的功能是将微机送来的弱电信号变成强电信号，供给步进电动机控制绕组电流，从而产生驱动功率。本装置的步进电动机驱动器采用高、低压供横流斩波电路。这种方式在高频或低频段工作时，可使电动机绕组电流最大值保持恒定，根据主回路电流的变化情况，反复地接通和关断高电压源，使电流维持在预定的范围内。JWK-15 型数控机床驱动电路如图5-2 所示，它主要由判频电路及功放电路组成。每个驱动器配备一套判频电路，它的作用是当步进电动机运行频率高于740 步时，将自动把电动机绕组上的电压由+40V 换成 +120V ，使步进电动机在高频运行时具有较强的驱动力矩。功放驱动电路由功放电路和定流检测控制电路组成，通过采样电阻检测步进电动机绕组的电流，这样高压电流重复地通与断，使电动机绕组的电流接近一个平均的恒定电流，增大了电动机的输出转矩，在步进电动机锁定时，高压管关断，由低压电源继续提供绕组镇定电流。（3）光隔离电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 48 页名师精编优秀教案在步进电动机驱动电路中，脉冲信号经功率放大器后控制步进电动机励磁绕组。由于步进电动机需要的驱动电压较高，电流较大，如果将输出信号与功率放大器直接相连，重者导致计算机和接口电路损坏，所以一般在接口电路和功率放大器之间都要接上光隔离电路，光耦合电路如图5-3 所示。（4）辅助电路为了防止机床行程越界，在机床上装有行程控制开关。为了防止意外，装有急停按钮。由于这些开关都安装在机床上，距控制箱较近，容易产生电气干扰，为了避免这种情况发生，在电路和接口之间实行光隔离，同时还设有报警电路。2 三相晶闸管中频电源装置的读图晶闸管中频电源装置是利用晶闸管把50HZ 的工频电流变为中频电流，中频电流流过加热炉的感应器，从而加热和熔化炉料。（1）主电路KGPS100-1中频电源装置的主电路原理图如图5-4 所示。该电路由整流和逆变两部分组成。经过全控整流后的直流电经电感滤波后送给逆变器，逆变器的输出端接负载，输出频率由LC 并联振荡器的谐振频率f0 决定，输出功率可以通过调节整流触发角来改变整流输出电压，以达到调整功率的目的。1)整流电路380V 工频电网电压经低压断路器QF、接触器KM1 为线路供电，晶闸管VT1VT6接成三相桥式全控整流电路；在电源输入端接入由C、R 组成的阻容吸收装置FRC 及由硒堆组成的过电压保护装置FV，以避免电网中出现的操作过电压和其它故障可能产生的浪涌电压危害晶闸管；每个晶闸管都串有空心电感器、电阻、电容及快速熔断器组成晶闸管保护线路，限制电流上升率；电路中的整流电流通过分流器RD 检测，经电感Ld 滤波； Rp 是引流电阻，其通断由接触器KP3 控制；另外，交流电源线上装有两组电流互感器TA1、TA2，用于电路的截流和过电流保护。2） 逆变电路逆变桥由晶闸管VT7VT10组成。每个晶闸管均串有空心电感以限制晶闸管导通时的电流上升率。感应加热炉EH 为逆变桥的负载，由电容C 补偿所需要的无功功率。电容CQ、电感 LQ 及晶闸管VT11 构成起动电路。中频电流互感器TA3、中频电压互感器TV 用以检测逆变器的中频电流和电压。电流互感器TA4 所检测的信号用作自动调频用。（2）控制电路1）整流触发电路其框图如图5-5 所示。从同步信号电源变压器1 输出的同步信号经阻容移相电路2a、2b、2c 后滞后，其滞后的波形送至脉冲形成级4a、4b、4c，可通过改变移相控制端电压来改变触发脉冲控制角，输出的矩形脉冲再经微分电路后产生一负尖脉冲送至双稳态触发电路，输出得到六路单脉冲，这六路单脉冲经过双脉冲形成级7a7b 行程六路双脉冲送至脉冲功放级8a8f 进行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 48 页名师精编优秀教案功率放大，放大后的脉冲经变压器加到晶闸管上。2）逆变触发电路其框图如图5-6 所示。为了实现频率的自动跟踪，逆变触发电路采取自激工作方式，自激信号来自负载端，通过电流互感器及电压互感器检测出负载端电压及电流信号，经调频电路进行合成得到调频信号，输入到方波变换器变成两组互差180 的方波输出，经微分电路后产成尖脉冲，送至双稳态触发电路形成两组互差180 的矩形脉冲，经脉冲功率放大级进行功率放大，然后经脉冲变压器加到逆变晶闸管上。（3）过电流、过电压保护电路由电流、电压检测电路检测到的电流、电压信号经整流滤波后，与给定信号比较，当检测信号超过预先设定值时。装置中的过电流、过电压保护电路工作，把移相控制端电压降为0V，使整流触发脉冲控制角自动移到150，三相全控整流桥自动由整流区快速拉到逆变区，把电感中的能量馈送到电网中去，从而切断整个电路，电表读数快速回零，以避免事故发生。过电流、过电压的数值设定可通过调节电位器2RP1 、2RP4 分别给定（见附图1）（4）截电流、截电压电路由于感应加热工作过程中电路参数变化很大，有时虽然电流、电压超过允许值，但并不意味着设备一定出了故障，而是电路参数变化过大所致，只要限制此时的电流、电压不超过允许值，设备仍能正常工作。为此设置了截电流、截电压电路。当电流电压检测电路检测到的电流、电压信号超过预先设定的截电流、截电压信号时，控制板上的截电流、截电压指示灯就亮，装置中的截电流、截电压电路就工作，通过改变移相控制电压，自动把整流触发脉冲控制角后移，使三相全控整流桥的输出电压降低，从而使主机工作电流、电压自动下降，直至降到截电流、截电压设置值，其数值可通过调节电位器2RP3 和 2RP5 来分别给定（见附图）（5）集成电路触发器由于分立元件组成的触发电路，线路复杂且使用元件多，而集成触发器性能可靠、功率低、体积小，已在晶闸管电路中大量使用。下面介绍几种常用的KC 系列集成电路触发器。1）KC04 晶闸管移相触发器KC04 电路的原理图如5-7 所示，点化线框内为集成电路。V1V4组成同步检测环节。端子7、8 输入同步电压ut，经限流电阻R4 加到 V1、V2 基极。 Ut 正半周时，V1 导通， V2、V3 截止， m 点低电平， n 点高电平； Ut 负半周时， V1 截止， V2、V3 导通， m 点高电平， n 点低电平。 V6、V7 组成与门电路，只要m、n 两点有一处是低电平，就将Ub4 嵌位在低电平， V4 截止。只有在同步电压过零时刻，V1、V2、V3 都截止， m、n 两点都是高电平，V4 饱和导通。 V4 截止时，积分电容C1 充电形成锯齿波。V4 导通时， C1 放电形成锯齿波回程电压。积分电路C1 接在 V5 的集电极，它是电容负反馈的锯齿波发生器。在V4 截止期间，锯齿波上升段精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 48 页名师精编优秀教案开始形成， 15V 电源经 R10 、R6、RP 向电容 C1 充电， V5 的集电极电位逐渐升高，基极电位有所下降，V5 从饱和区过渡到放大区，集电极电流逐渐下降，虽然流经R10 的电流逐渐减少 ，但经 C1、R6、RP 的电流基本恒定，集电极电位线性增大。锯齿波的斜率决定于R6、RP 、C1， PR 是调整斜率用的电位器。V5 是锯齿波形成环节。锯齿波电压Uc5 经过 R3，偏移电压Up 经过 R1，控制电压Uk 经过 R2 在 V6 的基极并联综合，当V6 基极电压达0.7V 时， V6 导通。不改变Uc5 、 Up，让 Uk 变动， V6 导通时刻随之变动，即脉冲可前、后移动。V6、Up、Uk 是脉冲移相环节。V6 截止时， C2 经+15V 电源，经R11、R7 的基极结充电， V7 导通， C2 的极性是左正右负。V6 导通， C2 发出脉冲信号输入到V7 基极， V7 截止。以后 C2 经+15V 电源， R8 和 V7 反向充电，当电容电压使V7 基极电压大于0.7V 时， V7 又导通。V7 截止期间，在集电极得到一定宽度的移相脉冲，在同步电压的正负半周都产生一个相隔180 的脉冲，其宽度由放电时间常数C2*R8 决定。 V7 是脉冲形成环节。V7 每周期输出的两个脉冲，经脉冲选择环节V8 和 V12 ，分别截去负半周和正半周的脉冲。V8 基极经稳亚管接m 点。 M 点在同步电压正半周是低电平，V8 截止，功放级V9、V10 、V11 半周时，端子 15 输出脉冲。各点波形如图5-8 所示。端子 13 、14 是提供脉冲列调制和封锁脉冲端的控制端。2） KC41C 六路双脉冲形成器KC41C 六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发电路中必备组件。KC41C 的内部原理如图59 所示 ，16 端输入三块KC04 来的 6 个脉冲 ，每个脉冲由二极管送给本相和前相，再由六路晶体管放大输出。V7 是电子开关，当控制端7 接低电平时， V7 截止，各路有输出脉冲。7 端接高电平时，V7 导通，将各电路输出每冲接地，无输出脉冲。各点波形如图510 所示。用两块KC41C ，使其对应的输入端并联，两个控制端7 分别作为正反组控制端。这样可以组成三相全控桥逻辑无环流可逆系统的触发器。2）KC42 脉冲系列调制形成器在大功率晶闸管触发电路中，为了减小脉冲变压器的体积，提高脉冲前沿的陡度 ，常常采用脉冲列触发电路。KC42 就是脉冲列调制电路。其原理图如图511 所示。下面以三相全控桥式电路为例以介绍。来自三块KC04 触发起 13 号端子的触发脉冲信号，分别送入KC42 的 2、4、12 端。 V1 、V2、V3 构成与非门电路。只要任何一个触发器有输出，S 点就是低电平，V4 截止，使V6、V5、V8 组成的环形振荡器起振。否则，S 点高电平， V4 导通，环形振荡器停振。端子 10 及经 V7 整形放大由端子8 输出的波形如图5-12 所示。振荡周期T=T1+T2 ，其中T1=0.639R1C1；T2=0.639C2R1R2/（ R1+R2 ） 。振荡频率f=1/T 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 48 页名师精编优秀教案KC42 调制脉冲频率为510kHz调节 R1、R2、C1、 C2 值可改变频率；调节R1、R2 比例可改变调制频率的占空比。3）KCZ6 集成化六脉冲触发组件集成化六脉冲触发组件原理如图5-13 所示。每相同步电压经RCT 型网络滤波，约移相30。电位器RP5 、RP6 、RP7 微调各相同步电压的相位，保证六相脉冲间隔均匀。同步电压取30V 左右，电流限制在23Ma 。同步电压输入后，在KC04 电路端子4 形成100Hz 的锯齿波 。偏移电压Up 调好后 ，改变 Uk 就可以在端子13 得到移相的一定宽度的触发脉冲。将三块 KC04 输出的触发脉冲，送到 KC42 的输入端2、4、12，调制成510kHz 脉冲列，再从输出端 8 送到三块KC04 的端子 14。这时， KC04 的输出端1、15 输出调制了的触发脉冲。三块触发器的 6 个输出脉冲，送到KC41 的 16 输出端。 KC41 输出端 1015 是按后相给前相补脉冲的规律，经 V1V6 放大，可输出驱动电流为300600mA的双窄脉冲列。各点波形如图5-14 所示。 P是 KC04 的各输出端子的波形；A6、A12 是 KCZ6 输出端子波形。调节每相的RC 数值，可以改变触发脉冲宽度。调节RP2 、RP3、RP4 可以改变锯齿波斜率。为了使脉冲变压器在脉冲间断时去掉剩磁，稳压管要选合适的击穿电压，使脉冲变压器反电动势建立一定值之后短路，去掉剩磁。KC 系列晶闸管触发电路种类繁多，不能一一介绍，其他的电路应用可参阅产品说明书。3 高频电源装置读图（1）在感应加热的工业应用中，除钢质工件表面淬火外，高频感应广泛应用于特种合金熔炼、半导体提纯、焊接等生产领域中。GP-100C3型高频设备电路原理如图5-15 所示。它有工频电源输入电路、高压整流电路、高频振荡电路、灯丝供电电路、测量电路、控制保护电路六部分组成。1）工频电源输入电路如图 5-15a 所示，该工频电源输入端接有两级LB-300 型电源滤波器，它保证工频电源顺利输入高频设备，而阻止高频设备产生的信号通过工频电网馈送到高频设备机房以外的电器上去，从而保证了其他电子设备的正常运行。2）高压整流电路该电路由整流变压器T3、电子管 V1V7 及整流控制电路组成。工作中，由高压整流电路供给振荡管的电压。如图5-15b 所示，电子管V1、V2、V3、V7 接成零电位管，其栅极与阴极连接在一起，V4、V5、V6 的栅压可控。电子管V4、V5、 V6 截止时， V7 导通，形成三相半波整流电路，输出半高压直流电压。V4、V5、V6 开放时， V7 承受反压截止，随着可控电子管起燃点的变化，输出电压可以从半高压至全压调节。变压器T4 与 R8、R9 、C6、 C7 组成移相电路向V4、V5、V6 提供交流栅极控制电压，二极管VD1 、VD2 构成全波整流电路提供栅极控制电压中的固定负栅偏压。自耦调压器T7 通过整流变压器T5，经单相桥式整流电路提供栅极控制电压中的可变栅极电压，转动自耦调压器的手柄，可改变栅极控制电压的幅度，从而改变电子管的起燃点，调精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 48 页名师精编优秀教案节整流输出电压。3）高频振荡电路如图 5-15b 所示，电子管V8 采用并联供电方式。隔直输出电容C11 把振荡电路与振荡管阳极直流高压隔开，使振荡贿赂直流电位为零。振荡器的基本电路是电容三点式与变压器反馈式振荡电路的复合方式，由于变压器两线圈L6、L7 的耦合系数可以调节，所以总反馈电压在一定范围内可以调。在实际应用中，高频振荡器存在着防止寄生振荡和起、停振控制的问题。为此，电路中采取了相应的措施，分别介绍如下。1 寄生振荡的产生及危害在实际电路中，由于电子管的极间电容、非振荡回路一些其它元件或阳极引线的分布电容、引线电感等寄生参数与电子管组成了振荡电路，产生非工作频率的振荡，这使很大一部分功率消耗在该电路的元件上，造成振动器不能正常工作，还会使一些元件和电子管过热、烧毁，因此需采取措施防止产生寄生振荡。2 防止寄生振荡的措施防止寄生振荡产生的原则是破坏寄生自激振荡的条件。本电路中采取了三个措施。A 在电子管阳极和栅极各串一个很大的无感电阻R14 和 R15，并分别并联电感l2、L3 感抗很大使寄生超高频电流无法建立。B 在振荡管栅 -阴极间跨接一个小电容C15，对于工作频率而言，C15 的容抗很大，相当于开路，对于超高频寄生振荡，C15 容抗很小，起到了高频旁路和移相的作用，从而破坏了寄生振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件。C 将可能一起正反馈的各元件或引线远离且互相垂直放置，以减少它们的耦合，破坏其振幅平衡条件。3 起、停振控制电路大功率振动器的起、停振不宜用切断阳极高电压的方法来控制。GP-100C3高频振荡电路中采用栅极控制的方法来实现振动器的起振和停振。如图 5-15a 所示， m 点由铁磁饱和变压器供电，它对地之间的交流电压约1000v ，通过二极管 VD7VD10半波整流使电容C20 峰值充电，由于C20 正端接地，其负端电压可达1000v 以上。停振时，这个负压经限流电阻R19 、接触器KM3 的常闭触点及栅极电阻R16 等与振荡管栅极相通，给振荡栅极加上了远远低于振荡管截止栅压的负电压，因而振荡管截止，振荡器停振。要求起振时，接触器KM3 动作，其常闭触点断开，切断了迫使振荡管截止的负栅压；其常开触点闭合，接通了振荡管自给栅偏压电路，振荡管立刻起振。二极管 VD7VD10并联了均压电阻R21R24 ；为抑制浪涌电压，还并联了电容器C22C25 。4）灯丝供电电路振荡管与闸流管灯丝电压波动会一起设备输出功率的急剧变化，并严重影响管子精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 48 页名师精编优秀教案的寿命，因此必须专门考虑灯丝供电电路的稳压为题。GP-100C3型高频设备中应用了铁磁饱和式稳压器来稳定灯丝电压。铁磁饱和式稳压器的基本结构与变压器相似，由硅钢片叠成二心柱式铁心，两个心柱1、2 的横截面积S1、S2 不相等， S1 约为S2 的两倍。心柱1 上绕一次线圈W1，接电源；心柱2 上绕二次线圈W2 接灯丝，其结构如图5-16所示。心柱1 工作在磁化曲线的为饱和段，而心柱2 工作在磁化曲线的饱和段。当一次线圈W1 接上额定电压U1 时，心柱1 的磁通与电源电压成正比，此磁通一部分通过心柱2而闭合，使心柱2 饱和，其余部分（漏磁通）则通过空气而闭合。当电源电压波动时，心柱2 中的磁通变化幅度很小，故二次线圈W2 的端电压U2 变化很小，起到稳压作用。为了进一步提高稳压性能，实际使用的铁磁饱和式稳压器在心柱1 上加绕杂数较少的补偿线圈W2 ，它与二次线圈W2 反极性串联，故输出电压U=u2-U 因为 W2 的磁通不饱和，U2 与外加电源电压成正比，适当的安排W2 与 W2 的杂数比，如图5-16 所示，使 u2 随 u1 变化的斜率与u2 饱和段随u1 变化的斜率相同，则实际输出电压U2为 u2 与 u2 之差，在U1 U2 之间近似为一常数，输出电压就更加稳定。另外，心柱2 上还绕有谐振线圈Wc ，当 Wc 接上电容C1 并使线圈电感和电容的参数匹配，使之在电源频率50Hz 下发生谐振时，线圈内便产生很大的谐振电路（LC 串联谐振）由于二次线圈W2 和谐振线圈Wc 套在一起，彼此互感很大，谐振电流产生的磁通在二次线圈W2 中感应出一个相当数量的附加电动势，所以加接电容后使输出电压u2有很大增加，同时也大大地改善了稳压器的功率因数。在图 5-15 所示电路中，铁磁饱和式稳压器的D、 F 端接交流电压，P、Q 端向 F-433S 振荡管提供的灯丝电压，J、 K 端通过转换开关SA1 向闸流管灯丝变压器共给稳定电压。E 端接地。谐振电容器 C1 接在 eM 端点上，M 同时输出约1000v 的交流电压供给栅极负电压整流器，在 C20 上行程 1000v以上的直流负电压供振荡管停振时作截止负栅压用。5）测量电路为了监控电路的工作情况，GP-100C3型高频设备里还设置了5 块测量仪表，他们是高压直流电压表KV1、高频交流电压表KV2、振荡管灯丝电压表V、振荡管阳极电流表A1、振荡管栅极电流表A2. 线面对高频交流电压表电路略作解释。高频交流电压经电容C16 、C17 分压后，再经二极管VD2 进行半波整流，对电容C18 进行峰值充电，由磁电式仪表KV2 进行测量。为了保证电容分压器的正常工作，C17 的负载必须对称，因此由二极管 VD13 、电容 C19 、电阻 R18 形成 C17 所需的对称的负半波电路。6）控制保护电路为了保障设备的正常使用，避免故障发生，高频电源的控制电路必须满足以下要精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 48 页名师精编优秀教案求。1 设备各单元应按一定顺序投入运行。如必须在闸流管、振荡管灯丝预热之后，再加高压电源；然后才能接通感应加热电路等。2 对人身安全及设备的正常运行必须由可靠保护。如所有机门关闭、振荡管阳极通上冷却水后，才允许接通高压电源，当水压不足或水温过高时，要自动切断高压电源。3 晶闸管及振荡管的灯丝分档供电，在不切断直流高压电源的情况下，能方便地进行加热和停止加热，根据产品批量的大小，可进行手动或自动操作。7） 本设备中的保护措施1 过电流保护设备的过电流保护由图5-15a 所示的交流接触器附属的过电流继电器KA1 来实现。振荡管阳极电流的过载则由图5-15b 所示的过电流继电器KA2 来保护 ，当出现设备过电流或振荡管过载时，相应的过电流继电器动作，断开电源接触器线圈电路，KM 断电释放，切断交流电源。2 水压保护高频电炉中水路系统非常重要，为保证设备运行时有足够的水压，设有水压继电器进行水压保护，水压过低时，水压继电器断开其触点KP，使整个控制系统全部断电，设备与电网隔离，从而保障了设备安全。3 水温保护有时水压虽高，但因水路堵塞，或因振荡管阳极损耗过大，使冷却水温太高，当达到58时，图 5-15 所示的水银触点KT1 接通，灵敏继电器K4 线圈通电，其常闭触点断开高压操作电路，使振荡管免除被损坏的危险。4 连锁保护由于高频设备内部的高电压会给接近设备的人员带来危害，因此门上设有连锁保护开关。当门打开时，门连锁开关S1 、S2、S3 触点断开，电源接触器KM 线圈断电释放，切断交流高压，从而保证操作维修人员的人身安全。5 其它保护为避免振荡管灯丝因感应高频电压而烧坏，因此接上了电容C32 、C33 。另外，在栅极回路中，还装有熔断器FU6 ，以避免电流过大而烧坏管子。（2）晶体管高频电源装置静电晶体管高频电源原理图如图5-17 所示。 KP1KP6组成三相全控桥式整流电路，ud 经 Cl、Ch滤波送到由四只静电晶体管SIT1SIT4 （也可以用IGBT 或 MOSEFET ）组成的逆变桥上，四只静电晶体管由四片驱动模块A1A4 驱动。第一个半波SIT1 、SIT3 导通，第二个半波SIT2 、SIT4 导通，负载上即得到交变电压与电流。电路形式与中频晶闸管逆变桥相似，高频电压互感器HCPT 从负载 L 得到高频信号，送入振荡频率控制回路，经控制脉冲选通回路发出选通脉冲in1in4 ，送入驱动模块的A1A4 输入端，形成自激振荡的闭合回路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 48 页名师精编优秀教案应用 IGBT 或 MOSFET的电路形式如图5-17 所示，将IGBT 或 MOSEFET替换 SIT 即可， SIT 的频率高于IGBT，MOSFET比 SIT 的速度快，更适用于较高频率。一般来说，IGBT 适用于 850kHz频率范围 ， SIT 适用于 50200kHz ，MOSFET 适用于 50400kHz ，功率等级 :MOSFET适用于 100kW以下的高频电源，SIT 适用于 350kW 以下的电源，而IGBT 适用于数千千瓦的电源。二 相关知识1 数控系统的基本原理（1） 数控系统的组成数控系统由数控装置、伺服系统和测量反馈装置组成1） 数控装置数控装置是数控系统的核心，一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成，它接收从机床输入装置（软盘、光盘、纸带阅读机等）送来的控制信号，经过输入、缓存、译码、寄存、运算、存储等转变成控制指令直接或通过可编程控制器（PLC ）对伺服系统进行控制。整个系统的可靠性主要取决于数控装置。2） 伺服系统它是数控系统的执行部分，包括伺服驱动机构与机床的运动部件。其作用就是把来自数控装置的各种指令（脉冲信号），转换成机床移动部件的运动。整个系统的精度与快速性主要取决于伺服系统。在数控机床的伺服驱动机构中，常用的伺服驱动元件有步进电动机、液压马达和大惯量直流电动机、交流伺服电动机等。3） 测量反馈装置测量反馈装置的作用是将机床的实际位置、速度以及当前的环境（如温度、振动等）参数加以检测，并转变为电信号送入数控装置，构成半闭环或闭环系统，补偿执行机构的运动误差，以达到提高运动精度的目的。常用的测量元件有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步尺、光栅尺、磁尺等。（2） 数控系统控制方式及原理机床数控系统的控制对象是机床的移动部件（如工作台、刀架等） ，控制量是移动部件的位置（角度）和速度，控制信号是数控装置的脉冲，控制的作用在于驱动工作台的快速、准确、高效地进给脉冲而移动。根据伺服系统可以分为开环、半闭环控制和闭环控制。1）开环控制开环控制只有从指令位置输出的通道控制，但没有测量实际位置的反馈通道，在经济型数控系统中较广泛使用的是采用步进电动机作为驱动执行元件的开环控制系统。由于他结构比较简单，所以控制系统的实现的实现和调试都比较容易。但在开环系统控制中，伺服执行元件对每个指令脉冲的控制进给误差，传动机构中齿距、螺距的误差及传动链中的间隙等，都直接影响控制精度，也得不到完全的补偿，因此开环控制系统使用于精度要求不高的控制系统中。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 48 页名师精编优秀教案如图 518 所示为数控机床中较为简单的开环控制系统，其数控装置的控制流程是单向的，它对机床移动部件的实际位置不检测，因此，其加工精度完全取决于伺服系统的性能。在开环控制系统中，输入信号进入数控装置，经数控装置运算后分配出指令脉冲，通过步进电动机他驱动工作台移动。2） 半闭环控制半闭环控制系统不但有指令控制通道，而且有检测元件给出的反馈控制通道，检测元件安装在丝杠轴或电动机轴上，检测出角位移后，根据旋转轴的实际位移，以偏差值实现位置控制。此系统由于检测元件检测的不包含从旋转到工作台之间的传动链的误差，因此，这种控制系统称为半闭环控制系统。如图 519 所示为半闭环控制的组成原理图。其主要部件有指令信号、位置偏差比较环节、伺服放大器、伺服电动机和检测元件等。在闭环控制系统中，数控装置输出的指令信号与检测元件所得的反馈信号通过比较环节得到的偏差信号，再经过伺服放大器对该偏差信号进行调节、运算以及功率放大，最后驱动伺服电动机旋转，经丝杠螺母机构推动工作台向指令位置进给。半闭环控制的伺服系统在性能要求较高的中、小型数控机床应用较多。他虽然不能自动补偿从旋转轴到工作台之间的误差，但因测量转角比较容易，测量装置价格较低，结构简单，调整方便，因此应用较广泛。3) 闭环控制闭环控制与半闭环控制的原理及方法基本相同。在闭环控制系统中，要求以工作台 （或刀架）的最终输出作为反馈信号，所以检测元件应安装到工作台上。由于工作台实际位移的测量精度主要决定于测量元件的精度，因此需配备诸多光栅、磁栅或感应同步尺等位置检测元件，这类检测元件安装和维护要求都比较高，因而使整个系统价格提高，由于闭环控制能对整个系统进行自动补偿，因此其精度比半闭环控制要高。闭环控制方式优点是精度高、速度快，其缺点是调试和维修比较复杂。它使用于大型和精密的数控机床。闭环控制的组成原理如图5-20 所示，主要部分有：指令信号、位置偏差比较环节、伺服放大器、伺服电动机和检测元件。数控装置输出的指令信号与位置检测元件检测出的反馈信号，经位置偏差比较环节的比较和综合分析得出位置偏差信号，经伺服放大器对该偏差信号进行调节运算和功率放大，控制伺服电动机运转，直到偏差值消除为止。2 （1）可控整流电路单相可控整流电路的缺点是输出的电压低，电压波形脉动大，单相负载影响电网的平衡运行。因此负载叫大时应采用三相可控整流电路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 48 页名师精编优秀教案1） 三相半波可控整流电路如图521 所示为三相半波可空整流电路，其波形图如图522 琐事。三相电压通过变压器加在三只晶闸管及于负载串联的回路上。A、B、C 三相分别相差120 ，波形如图 522a 所示。三相半控可控整流电路工作时的波形图如图522b 所示。当VT1 的正向触发脉冲ugl 在 t1t2 间加入的情况。从波形图522b 可以看出，在t1t3 间 A 相电位最高，故VT1 导通，负载上得到电压。触发电路按三相相序对称工作，在t3t4 间的相应时刻VT2 正相触发脉冲ug2 加入， VT2 导通，此时VT1 关断。由于此时B 相电位高于A 相电位和C 相电位， VT2 导通后就是VT1 处于反向阳极电压状态，强迫它关断。同样，在t5t6 间正向触发脉冲ug3 加入， VT3 导通 VT2 关断，在此之后电路工作情况又回到A 相电位最高时刻 ，如此往复循环 。正向触发脉冲只允许在t1 以后加入 ，并要求触发脉冲有一定的宽度。从以上分析可知，移动触发脉冲的相位，就可以调节输出电压的高低。其最大移相范围为150 ，没个晶闸管最大导通角为120 。图 522c 、d 画出了不同触发脉冲相位的输出电压波形。三相半波整流还可以接成共阳极可控整流电路，这种电路接线方式与工阴极电路的主要区别是三个晶闸管的方向改变了，三个阳极接在一起。2) 三相桥式可控整流电路三相桥式可控整流电路如图523 所示。图中如果六个整流元件全采用晶闸管，就成了三相桥式全控整流电路。在中等容量整流装置或不可逆的电力拖动系统中，由于桥式半控整流电路进行讨论。如图 524 所示， VT1 的触发脉冲在t1t2 时加入，此时VT1 导通。直到VT2 的触发脉冲在相应时刻加入，VT2 导通， VT1 处于反向阳极电压状态而关断。以后，VT3 的触发脉冲在相应时刻加入， VT3 导通， VT2 关断，以此规律导通关断。负载上直流电压波形如图524a 所示。VT2 的触发脉冲后移至t2 以后加入 ，VT1 先导通， 直到线电压Uac 为零时为止。此时VT1 导通。直到 VT2 的触发脉冲在相应时刻加入，VT2 导通， VT1 处于反向阳极电压状态而关断。然后VT2的触发脉冲在相应时刻加入，VT2 导通，直到线电压Uba 过零时 VT2 自动关断 触发脉冲前移，即VT1 的触发脉冲在0t1 时加入，如果脉冲很窄，此时VT1 导通。在t2 前，电流通过负载VT5 流回变压器 “2”端；在 t2 以后，电流经VT6 流回变压器 “3”端。VT2 的触发脉冲在相应时刻加入，因这时VT1 导通，使VT2 仍处于反向阳极电压下，故VT2 不导通。 VT1 继续导通到 A-C 相线电压为零为止。以后的相应时刻VT3 导通。接着导通的是VT2 如此轮流下去。其波形如图 524c 所示。触发脉冲的加入可采取两种方法：一种是宽脉冲，使没一个触发脉冲宽度大雨60 ，小于 120 ；另一种是采用双窄脉冲（脉宽18 左右），在触发某一晶闸管的同时，再给前一晶闸管补发一个脉冲，作用与宽脉冲一样，但可减小出发电路功率和脉冲变压器体积，因此其应用较精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 48 页名师精编优秀教案广泛。3）感性负载时的回路上面两种整流电路都是在纯电阻负载的理想情况下讨论的。实际中真正的纯电阻负载是很少的，较多的是电感性负载。感性负载特点是电流的变化滞后电压变化，这就是可能在电源正半周结束时阳极电流仍大于维持电流，因此使晶闸管久久不断而破坏了整个电路的正常工作。为此，在感性负载（或电搞器）之前并联一个二极管，如图5-25 所示。这个二极管为感性负载提供了一个放回路，避免了感性负载的持续电流流过晶闸管，保证了晶闸管的正常工作。此二极管称为续流二极管。必须注意：续流二极管的极性不能接错，否则会造成短路事故。（2）有源逆变电路利用晶闸管电路把直流电变成交流电，这种整流的过程叫做逆变。既可整流又可逆变的晶闸管电路称为变流器或变流装置。变流器工作在逆变状态，交流侧接到固定频率的交流电源上，通过变流器把直流电能逆变成交流电能 送到交流电网的叫有源逆变。如直流电动机可逆调速，绕线式异步电动机串极调还，高压直流输电都为有源逆变过程。通过变流器把直流电能变成某一频率或可调频率的交流电能直接供电给负载的，叫做无源逆变。如中频电源，交流电动机变速调变速，不停电电源等都是无源逆变。1） 三相半波有源逆变器三相半波有源逆变电路有共阴极和共阳极两种接法，下面以共阴极电路为例进行讨论。 整流状态（0 a90 三相半波共阴极整流电路如图5-26 所示，负载是电动机 。只要在 0 a90 的整流状态，UD 总是正值，极必是上正下负，整流电压瞬时波形总是面积大于负面积。电流ID 从正端流出，流入电动机M。整流器将交流电能变成直流电能供给电动机。 逆变状态（ 900aUa|时,V1 承受正向电压继续导通,C 相负半交流电通过VT1 送到直流负载 ,同时电抗器储存磁能.wt2 时刻以后 ,|ED|Ua|, 电抗器防除磁能产生感应电动势,使 VT1 继续导通 .电抗器电感量足够大,可使主回路的电流继续 .VT1 导通 120 度,直到 WT3 时刻触发B 相晶闸管VT2 为止。 WT3 时刻 ubua ，VT2 导通。 VT1 因承受反相电压而关断。B 相交流电通过VT2 送到负载侧， VT2 导通 120，然后触发C 相晶闸管 VT3 ，C 相导通 120，以后依次触发，情况同上。需指出的是WT3 时刻发出VT2 的触发脉冲，由于ED 使 VT2 导通， VT1 关断。若在WT2 时 VT2 没有接到触发脉冲，或者B 相缺相， VT1将继续导通，将A 相正半周电压送到共阴极d 点，与电动机反电动势顺向串联，形成短路，这种情况叫做逆变颠覆或逆变失败，必须竭力避免。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 48 页名师精编优秀教案逆变运行时，为计算方便，引入逆变角B=180-A ，逆变电压平均值Ud=-1.17U2cosb. 三相半波共阳极电路与共阴极电路只是电压、电流方向不同，基本工作原理完全相同。三相半波逆变电路接线简单，元件少，但性能比三相桥式电路差，变压器利用率低，只适用于中、小容量的可逆系统。2） 三相桥式有源逆变电路三相桥式有源逆变电路和电压如图5-28 所示，直流侧有足够大的电感，三相桥式逆变器与整流电路的区别在于逆变电路中直流侧有与通流方向一致的电势源ED，且必须是全控桥。三相全控桥工作时，必须共阴极组、共阳极组各有一个元件成对导通，以构成通路，每个元件导通120，每隔 60 换相一次，元件导通顺序是VT1 、VT2 、 VT3VT6 。共阴极组元件VT1 、VT3 、VT5 自然换相点是1、3、5，共阳极组元件VT6 、VT4 、VT2 自然换相点是4、2、6，自然换相点向后移180 就是该元件的B 起算点。三相桥式电路相当于三相半波共阴极组和共阳极组串联，因此平均逆变电压Ud=-2.34U2cosb,比三相半波逆变电压大一倍。为了保证三相桥式逆变电路运行时，能同时触发共阴极组和共阳极组各一个元件，必须用间隔60 的双窄脉冲或双窄脉冲列触发。三相桥式逆变电路电压脉动小，变压器利用率高，晶闸管工作电压低，电抗器比三相半波电路小，在大、中容量可逆系统中广泛的应用。3）逆变失败和逆变角的限制造成逆变失败的原因是：触发电路不可靠，不能适时发出脉冲；交流电源突然断电、缺相；晶闸管质量不好等，另一个原因是逆变角太小。电路中的电抗延长了晶闸管的换相时间，对应的电角度用重叠角表示。同时晶闸管电流下降到零后有一个关断时间t 对应的角度为。再考虑一定的安全裕量角，则为了保证正常换相，最小逆变角。一般角度为30-35 ，触发电路中一般设有最小逆变角保护，确保不小于。3） 可逆电路在需要他激直流电动机可逆运转的地方，如可逆扎机、龙门刨床、电梯等，一般采用改变电枢电压极性的方案由极性相反的两组变流器给电动机供电，常见的可逆主电路连接方式有反并联和交叉连接两种；从控制方式上可分为有环流可逆系统和无环流可逆系统。1 三相桥式反并联可逆电路如图 5-29 所示是两组三相全控桥给他励直流电动机供电反并联电路。左边是 I 组，工作在整流状态，电动机正转，机械特性在第一象限。右边是二组，若工作在整流状态，则电动机反转，机械特性在第三象限。采用a=b 工作制，又称为配合控制。控制方法是I 组工作在整流状态，控制角为a，二组就工作在逆变状态，逆变角为b，并且 a=b 。起动时， I 组控制角a 由 90 逐渐减少， UD1 逐渐增大，电动机正转，最后稳定运转在某一转速，二组逆变角，虽然在逆变区，但，不满足逆变条件，处于待逆变状态。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 48 页名师精编优秀教案电动机制动时，首先让I 组工作在逆变状态，使电动机电流迅速下降到零，本组逆变结束，令一组回到整流状态，二组处于逆变状态，逐渐增大，逐渐减少。电动机机械惯性很大，ED 几乎未变，当时，满足了二组逆变条件，电动机电流反向，作发电制动运转，转速急剧下降，直至停车。2 环流直流环流的产生的原因是整流电压平均值大于逆变电压平均值。为防止产生环流，必须满足，即，但控制方式在他桥逆变开始时，不满足逆变条件，直到自然减速至时，他桥才开始，这段自由减速时间称为死区。为了减少死区，只能稍大于或等于。脉动环流产生的原因是整流电压和逆变电压瞬时值不等，即使两组电压平均值相等，但瞬时值不等，在一组和二组变流器中即会出现环流。环流过大可增大电路的功率损耗，甚至烧毁线路或元件，所以必须加以限制，除直流环流采用消除外。交流环流则采用回路中加入均衡电抗器的方法进行限制。环流也有它好的一面，即可以改善电动机在电流断续区域的机械特性。在要求零位附近快速频繁改变转动方向，位置控制要求准确的生产机械，往往用可控环流可逆系统，即在负载电流小于额定值时，让，人为地造环流，使变流器电流连续，从而消除电流断续给电动机和控制系统带来的危害。3 无环流可逆电路正反两组变流器同时导通才会引起环流，假如两组变流器任何时刻只有一组导通，就不会产生环流。也就是任何一组叫路无论工作在整流状态还是逆变状态，另一组桥路必须阻断，晶闸管承受的是交流电压，使其阻断的办法有两种，一是门极不加触发脉冲，如逻辑无环流系统就是采用这种方法。二是在晶闸管承受反向电压时给触发脉冲，采用这种方法的叫错位无环流系统。（3）变频电路变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类 。前者直接将50Hz 交流电源经整流为直流电源，再将直流电源逆变成所需频率的交流电源，亦称间接变频。其中将直流变交流的逆变与有源逆变不同，它不是将逆变的交流电能反馈到交流电网中去，而是供给负载使用，因此也称为无源逆变。1） 无源逆变器的基本工作原理无源逆变器的原理如图5-30 所示。是幅度可变的直流电源，晶闸管 VT1，VT2 和为两组开关元件。当两组晶闸管轮流切换导通商时，则在负载上便可得到交流电压，的幅植由可调直流电源决定，的频率则由逆变器两组晶闸管切换的频率所决定，这样就实现了直流到交流的逆变。2） 无源逆变的换流无源逆变器的电源电压是直流，晶闸管一旦导通后就失去了自关断的能力。因而在逆变器中，首先要解决晶闸管的换流问题，通常必须依靠换流装置。换流装置的作用是迫使原导通的晶闸管电流降至零而关断。为保证它可靠地关断，换流装置应使它承受一定的反压时间，应大于晶闸管的关断时间。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 48 页名师精编优秀教案逆变器中常采用的换流方法是以下几种；1 负载振荡式换流这种方法利用负载回路中的电阻、电感和电容所形成的振荡特性，使电流过零。只要负载电流超前于电压的时间大于晶闸管的关断时间，就能保证原导通晶闸管可靠地关断，再触发另一组晶闸管导通，实现换流。这种换流也称自然换流，只适用于负载、频率变化不大的场合。2 强迫换流这种方法是依靠专门的换流回路使晶闸管在需要的时刻关断，一般在换流回路中设置电感、电容元件，当辅助晶闸管或另一组晶闸管导通后，使换流回路产生一个短暂的换流脉冲使原导通的晶闸管电流下降至零，并在其上加一反向电压，持续时间大于晶闸管关断时间。3 采用可关断晶闸管与大功率晶闸管换流这两钟元件具有自关断能力，可省去附加的换流装置，构成性能的变速调速系统。目前由于元件的制造水平，只限于较小容量。3）谐振式逆变器的工作原理1 并联谐振式逆变器这种逆变器的换流电容与负载电路并联，换流方式基于并联谐振原理，较多用于金属熔炼、淬火的中频感应加热电源，其工作过程如下；a 导通阶段。晶闸管VT1 、VT4 导通，电流路径如图5-31a 所示，电容上建立了左正右负的电压，负载电压ua 为正弦波，电流ia 为交变的矩形波，如图5-32 所示的t1t7 区段。B 换流阶段在下半周期应触发晶闸管VT1、VT3，但是为了关断已导通的晶闸管实现换流，应选在t2 时刻触发 。这是负载的两端振荡电压为u0，极性如图5-31b 所示坐正右负 。当 VT2、VT3 导通时，u0 反向加到原导通的VT1、VT4 管，迫使 it1、i 迅速减小之零，而i2、i3 迅速增大到Id。在这时四只晶闸管重叠导通，用换流时间表示，称为换流重叠角，由于桥臂电容很小，也很小，远小于中频电流周期T。虽然换流期间四只晶闸管都导通，由于大电感Ld 的限流作用，电源不会短路，晶闸管在其电流下降到零后，还承受一段反压时间（如图5-32 所示的 t4t5 段） ，才能恢复其阻断能力。要求等于乘以大于 1 的安全系数，否则将因晶闸管重新导通而造成逆变失败。综上所述，为保证可靠换流，晶闸管必须在ua 过零前触发。称为触发引前时间，一般取逆变频率周期的。换流过程结束后，又进入了VT2、VT3 稳定导通阶段（如图5-32 所示的 t5t6 段） 。此时电流极性已变，电容上建立了右正左负的电压。在t6 时刻触发VT1 、VT4 ，则又重新上述换流过程。2 串联谐振式逆变器其负载和换流电容串联，利用负载回路串联谐振原理进行换流，适用于负载性质变化不大 （如热加工 、热锻等） 需频繁起动和工作频率较高的场合。其原理电路图如图5-33 所示。直流电压Ud 是不可控整流器输出电压，Cd 是直流输出滤波电容器，为逆变器输入电流id 的中频分量提供通路 。为防止中频电流在Cd 产生较高的中频电压，影响逆变器的运行，Cd 的容量要足够大，可认为整流器输出为一恒压源。L 和 R 为负载等效阻抗，和换流电容C(中频补偿电容)一起组成串联精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 48 页名师精编优秀教案谐振电路。每个桥臂由一只晶闸管和一只二极管并联。当晶闸管关断时，二极管将负载能量反馈至电源端。串联逆变器可以用改变反压角（反压时间tv 所对应的电角度）来调节输出功率，反压角小输出功率大。采用不可控整流电路，将工频交流电源变为直流。串联谐振逆变器输入是恒定的电压，输出电流波形接近于正弦波，属于电压型逆变器。前面介绍的是并联谐振逆变器输入是恒定的电流，输出电压波形接近于正弦波，属于电流型逆变器。3） 电压型逆变器与电流型逆变器在交 -直 -交变频中，由于直流逆变到交流中间滤波环节的不同，可分为电压型与电流型。电压型逆变器中间环节采用大电容滤波。电源阻抗很小，类似电压源。逆变器输出电源为比较平直的矩形波，电流波形接近正弦波。电流型逆变器中间环节采用电抗器滤波，电源呈高阻，类似于电流源。逆变器输出电流比较平直为矩形波，电压波形近似为正弦波。在变频调速系统中的变频电路多采用三相逆变器，下面介绍三相桥式逆变器。1 电压型逆变器图 5-34 所示是串联电感式逆变器，由逆变器与换流电路组成。VT1VT6为主晶闸管， C0 为滤波电容，C1-C6 为换流电容，L1-L6 为换流电感， VD1-VD6为反馈二极管，Za、Zb、Zc 是三相平衡负载。在一个周期内，每一相都由一个晶闸管导通，每个晶闸管导通180. 晶闸管导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，各触发信号彼此相差60，三相对应管导通角互差120 ，这样在任意瞬间都有三只晶闸管同时导通，互差120 的三相电流可同时流经负载。改变六只晶闸管的切换频率，就可以改变负载电压频率。带有辅助晶闸管换流的逆变器如图5-35 所示。 VT1-VT6 为主晶闸管，为辅助晶闸管。此换流电路的特点是，原导通主晶闸管靠触发换流回路中辅助晶闸管来关断，而辅助晶闸管的关断是由LC 串联谐振电路中电流反向来实现，这种换流电路使用元件较多，电路较复杂，但对主晶闸管触发延迟角的选择较灵活，可作为脉宽调制型逆变器。2 电流型逆变器串联二极管逆变器，在变频调速系统中应用广泛，主电路如图5-36 所示，图中VT1-VT6 构成三相桥式逆变器，C1-C6 为换流电容， VD1-VD6为隔离二极管，其作用是使换流回路与负载隔离，防止电容器充电电压经负载放掉，直流侧经大电感Ld 滤波，可使逆变器获得平直的输入电流。逆变器 120 导电型，任意瞬间只有两只晶闸管同时导通，负载轮流形成二相通电（换流过程短时三相导电），晶闸管导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，各触发脉冲间隔60，每个器件导通120. 3 电压型和电流型逆变器较多电压型逆变器采用电容器滤波，输出矩形波电压，电流近似于正弦精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 48 页名师精编优秀教案波。其特点是晶闸管承受电压低，但晶闸管关断时间短，需要换流电容和滤波电容，过电流保护困难。适用于向多台电动机供电，不可拖动，稳速工作，快速性要求不高的场合。电流型逆变器采用电感滤波，输出电压近似于正弦波，电流为矩形波。其特点是可使用关断时间较长的普通晶闸管，不需要换流电容和滤波电容，电流保护容易，并需经常反向的场合。4） 交-交变频器的简单原理交-交变频器（可以是三相半波或三相桥式）及单相电阻负载组成，如图 5-37 所示。当逆变器I 工作在整流状态，变流器二封锁时，负载上的电压为下正上负；反之使变流器二工作在整流状态，变频器I 封锁时，负载电压u0 为上正下负，负载即可获得交流电压。若以一定的频率控制变流器I 和变流器二交替工作，则负载上交流电压的频率就等于两组变流器的切换频率。由于电网电压是交变的，晶闸管换流可像整流器那样采用电网换流，因而省去了强迫换流装置。交 -交变频电路和前面讲过的晶闸管可逆电路基本相同，由两组反并联变频器组成，仅仅是控制方法不同，因此晶闸管可逆电路采用的有环流、无环流、可控环流技术在这里都可应用。由于变频器输出的电流电压是晶闸管整流后得到的，因变频器输出频率不可能高于电网频率。用于三相负载的变频电路需要大量的晶闸管，造价比较高，只适用于低频大容量的场合，如矿井提升机、电力机车、轧机等电力拖动。（3） 晶闸管触发电路1） 对触发电路的要求晶闸管触发电路的触发信号可以是交流、直流信号，也可以是脉冲信号。为了减少触发功率与控制极损耗，通常用脉冲信号触发晶闸管。产生脉冲信号的触发电路，其作用和要求如都能可靠地触发，触发电流、电压必须大于控制极触发电流Igt 和触发电压Ugt 。也就是说脉冲信号必须保证在各种工作条件下都能使晶闸管可靠导通。触发脉冲信号应有一定的宽度，脉冲前沿要陡。电阻负载脉冲宽度为20-50us 。电感性负载一般是1ms ，相当于 50Hz 正弦波的18.如果触发脉冲太窄，在脉冲终止时主回路电流还未升到晶闸管的擎住电流，晶闸管就会重新关断。对于三相全控桥式整流电路，要求脉冲信号是间隔60 的双脉冲或大于 60 小于 120 的宽脉冲2 触发脉冲具有需要的移相范围，为了使整流器、变流器能在给定范围内工作，必须在相应的移相范围内保证触发脉冲移相。3 触发脉冲同步。为了使每一周波重复在相同相位上触发晶闸管，触发信号与主电路对应元件，触发延迟角的起点必须一致，即触发信号必须与电源同步。否则会使主回路输出的直流电压Ud 忽大忽小，逆变进行时甚至会造成短路事故。同步作用由接在交流电网上同步变压器输出的同步信号实现。2） 锯齿波同步的晶闸管触发电路该触发电路由锯齿波发生、脉冲相位控制、脉冲整形、脉冲放大精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 48 页名师精编优秀教案等环节组成。其电路原理如图5-38 所示，各波形如图5-39 所示。1 锯齿波发生环节。交流正弦同步电压U10 经二极管VD1 加于晶体管V11 基极，借助这一点电位的变化来控制V11 的通断，从而控制C1 的放电过程，确定线路移相控制范围。锯齿波的形成则主要靠晶闸管V12 、电容 C2、电阻 R5、电位器RP 组成的积分电路，在交流同步电压的正半周内,V1通路， 2 点为正， V11 处于关断状态。当同步电压U10 又零变至最大值时，C1 充电。在U10 由正最大值变为零的过程中，C2 经电阻 R1 放电，使 2 点电位的降低较U10 为缓，从而将正弦波的后半部分按放电特性（近似线性）延伸，也就是说，将V11 的关断时间延长。在 V11 关断期间，晶体管V12 由于基极经R5、RP 接正电源，也处于关断状态。V12 的集电极电位按 C2 充电特性变化。当V12 的集电极电位按C2 充电特性变化。当V12 因 2 点电位变负而导通时， V12 也转为导通，则C2 迅速放电（因放电回路时间常数很小），从而在V12 的集电极完成了锯齿波的形成。2 脉冲移相控制环节。脉冲的移相控制主要由晶扎管V3 组成。锯齿波电压与直流控制电压Ur 以及故障封锁信号电压Uo，在晶体管V13 的基极进行比较，利用基极电位变化，以控制其开通或关断（在正常情况下，故障封锁信号电压为零）。当锯齿波电压增大到大于Ur 时，V13 由关断状态转为导通，同时，通过电容器C3 产生正尖脉冲（脉冲宽度取决于线路中C3 、R7、R8 的参数）。改变 Ur 的大小，可直接控制V13 由关断转为导通的时刻，从而达到移相控制的目的。3 脉冲整形环节。脉冲整形主要由晶体管V13 、V15 实现。正常情况下，晶体管V14 由于基极经R8 接负电源，所以处于导通状态，V15 则处于关断状态。当V13 导通，经C3 输出正脉冲时，V14由导通转为关断，而V15 由关断转为导通，在V15 集电极输出矩形脉冲。此脉冲宽度取决于C4 、R8 的参数值。二极管 VD5、VD3 组成或门，当触发电路用于三相全控整流时，跟随脉冲从V3 引入，形成双脉冲，被引入的跟随脉冲滞后主脉冲60 电角度。 V6 输出脉冲到相应触发极，形成跟随脉冲。4 脉冲放大环节。脉冲放大主要由脉冲变压器T1、T2、晶体管 V16 等组成。 V15 输出的矩形脉冲经脉冲变压器耦合到晶体管V16 的基极，控制V16 的关断和导通。正常情况下，V16 处于关断状态。当 V16 导通时， V16 的基极在正脉冲作用下，使V16 有关断转为导通。由于V16 在关断时， 60V正电源经R15 对电容 C6 充电， V16 一旦导通，电容C6 上的电荷迅速经T2 一次绕组放电，形成尖峰脉冲，当C6 上的电荷放电低至+20 时， 20V 的正电源经隔离二极管VD16 继续供电，形成矩形脉冲。上述两电压叠加后产生脉冲前沿幅度很高，陡度很大的触发脉冲，从而大大提高了对晶体管触发的可靠性。3） 数字式触发电路以上介绍的分立元件触发电路和操作技能中介绍的集成式触发电路相比较，其精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 48 页名师精编优秀教案移相特性不一致，一般不对称度为3 5。数字式触发电路是为了提高触发脉冲的对称度而设计的。其不对称度不超过1.5，其原理框图如图540 所示。V F 为电压 频率转换器，将控制电压U 转换成频率与电压成正比的脉冲信号。如U =0 时，脉冲频率 f=13KHz 。它作为计数时钟脉冲CP，分别送到三个分频器。分频器由七位二进制的集成电路计数器组成，带有清零环节。脉冲发生器有封锁环节。电路工作时， V/F 不停地输出时钟脉冲CP 到分频器，计数器不停地计数。由于脉冲发生器被封锁，输出端不输出脉冲。Ur 是正弦同步电压经滤波、移相、限幅后形成的梯形波，如图5-14 所示。当同步电压Ur 过零时，它产生两种作用：对计数器清零；使脉冲发生器解除封锁。清零后，便开始对输入的CP 重新计数，当计满128 个脉冲时，分频器输出一个正脉冲发生器，使脉发电路在T2 时刻输出第一个脉冲。与此同时，脉冲发生器封锁。也就是说，在同步电压半个周期内，只能输出与第一个128 脉冲对应的脉冲图中wt2时刻。以后分频器每128 脉冲有输出时，由于脉冲发生器封锁，便不再发生脉冲。wt2 时刻，同步电压再次过零，分频器清零，脉冲发生器解除封锁，在计满128 个脉冲时，输出第二个脉冲。一个周期，每相触发电路输出两个互差180 的脉冲，改变控制电压UK 就能改变128 个脉冲所经历的时间，从而改变了控制角A。同步电压过零时刻，才能得到理想的脉冲对称度，为此，同步电压要经滤波、削波、滤去谐波电压，以增大同步电压过零时刻的陡度。1 交流侧过电压及其保护A 当整流变压器的变化很大和一次电压供电为高压时，由于变压器一、二次线圈间及二次线圈与铁心存在寄生电容，在一次电压峰值时合闸，电源通过分布电容在二次侧将产生一次供电电压一半左右的感应电压，这对晶闸管威胁极大，消除这类电压有两种办法；选用一二次侧之间加屏蔽层的变压器，并将屏蔽层接地；在二次绕组引出端与外壳间加高频无感电容器，或是加在变压器星形中点与地之间，且引线要尽量短，电容量通常在0.5 即可。B 与整流装置并联的其他负载切断时，或整流装置直流侧快速开关跳闸时，电流上升率变化极大，因而整流变压器产生感应电动势造成的过电压。这种过电压是尖峰电压，常用阻容吸收电路加以保护，如图5-34 所示。C 变压器切断电源时释放磁能产生的最大过电压。特别是在整流变压器空载且电源电压过零时一次侧切断电源时，可在二次侧感应出正常峰值电压6 倍以上的瞬时过电压。这种瞬时过电压也是瞬时的尖峰电压，也用阻容吸收电路加以保护，其接线方式见图5-43 。D 雷击及其其他因素引起的过电压。雷击引起的交流侧过电压，可高达变压器额定电压的5-10 倍。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 48 页名师精编优秀教案第六章装调与维修第一节电气故障检修一、中小型直流电动机的拆装、检修和常见故障及排除1.直流电动机的故障、原因、排除知识点 1：电动机不能起动（1）无电源电压或电压过低。（2）电动机过载，应将负载降到额定电压（P） 。（3）接线错误。（4）电刷接触不良。（5）电动机轴承损坏或内部卡死。（6）无励磁电流知识点 2：电动机转速不正常（1）电源电压过高、过低或波动过大（2）电刷架位置不对（3）电枢或励磁绕组接触不良（4）电枢或励磁绕组有短路（5）励磁回路电阻过大（P）（6）串励电动机负载过轻（7）复励电动机中串励励磁绕组极性接反知识点 3：电刷火花过大（1）电动机过载（2）换向器表面有油污精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 48 页名师精编优秀教案（3）换向器偏摆。可用千分表 测量，偏摆过大时应重新精车（P-千分尺）（4）换向器片间云母凸出（5）直流电动机因电刷牌号不相符导致电刷下火花过大时，应更换原牌号的电刷。（6）电刷不在中心线上，需将刷杆调整到原有记号位置上（P） 。电刷不在中心线上，用感应法确定中心线位置，再微调电刷位置至火花最小（P）（7）电动机运转时不平衡或振动，应对电枢进行动平衡知识点 4：电动机温升过高（1）电动机长期过载或末按规定的方式运行，“短时” “断续” 运行方式的电动机不能长期运行（P） 。（2）换向器或电枢绕组短路（3）电枢绕组部分线圈接反，检查后纠正接线（4）定子与转子相互摩擦，可检查轴承是否磨损过大，磁极固定螺栓是否松脱（5）电动机直接起动或正反转过于频繁（6）并励绕组局部短路（7）通风冷却不良，可检查风扇扇叶是否良好知识点 5 滚动轴承发热（1）润滑脂变质或混有杂质（2）轴承室内润滑加得过多或过少，应适量加入润滑脂（一般为轴承室容积的1/32/3） 。(P-1/51/3) （3）轴承磨损过大（4）轴或轴承室配合过松（5）传送带过紧知识点 6 电动机漏电（1）电刷灰和其他灰尘堆积（2）引出线碰壳精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 48 页名师精编优秀教案（3）电动机受潮，绝缘电阻下降，可进行烘干处理（P）（4）电动机绝缘老化2.直流电动机的拆装3.直流电动机绕组的检修知识点 1：电枢绕组开路（1）叠式绕组开路1试灯法：如果发现在两片换向器间有烧毁的黑点，说明该两片换向器上所接线圈开路。可先把它从换向器上拆下，然后与一只灯泡串接在电源上，若灯不亮，就证明该线圈开路。2测量换向片间电压降：叠式绕组开路时，毫伏表测得的换向片电压降将显著增大，表示开路故障就在此。（2）波形绕组开路检查波形绕组开路故障时，在四极绕组里，换向器上有两个烧坏的黑。检查波形绕组开路故障时，在六极绕组里，换向器上有三个烧坏的黑点。若用测量换向片电压降的方法来检查波形绕组开路故障时，当测量到开路的线圈时，毫伏表或是没有读数，或是指示数显著增大 （P-减小） 。知识点 2：电枢绕组短路在波形绕组的电枢上有短路线圈时，就会同时有几个地方发热。电动机的极数越多，发热的地方就越多（ P） 。叠式绕组：若某两片换向片间电压很小或为零，则有短路。波形绕组：检查波形绕组短路故障时，在四极绕组里，测量换向器相对的两换向片时，若电压很小或者等于零，则表示这一只线圈短路。检查波形绕组短路故障时，在六极电动机的电枢中，线圈两端是分接在相距三分之一的两片换向片上。知识点 3：电枢绕组对地短路 1 测量换向片间电压降：用测量换向片间压降的方法检查电枢绕组对地短路故障时，用毫伏表依次测量相邻两换向片的压降，邻近对地短路点的片间压降会方向相反。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 48 页名师精编优秀教案 2 测量换向片和轴间电压降：测量换向片和轴间的压降时，若测到某一换向片，毫伏表读数很小或者为零，则表明这个换向片或所连接的线圈可能对地短路。 3 用试灯检查：将交流电源串联试灯后，一端接在轴上，另一端接在换向片上，用试灯检查电枢绕组对地短路故障时，如果灯亮，说明电枢绕组或换向器对地短路。如果灯亮，说明电枢绕组或换向器对地短路。用试灯检查电枢对地短路，试验用交流 电源，从安全考虑采用36V 安全电压。若必须采用高压时，应采用隔离变压器，并且要特别注意安全（P-直流）。知识点 4：换向器的修理如果换向器表面覆盖着一层黑色炭膜，应研磨电刷，先用0 号砂布打磨表面薄层，再用00 号砂布抛光表面。如果换向器表面烧伤或机械损伤造凸凹不平（超过0.5mm） ，无法研磨时，应在车床车修。车修时，车刀每次切削深度为0.050.1mm,进给量在0.1mm 左右，切削速度为11.5m/s，加工后换向器与轴的同轴度不超过0.020.03mm。换向器车好后，云母或塑料绝缘必须与换向器表面平齐 。为此，把转子上的铜末清除后放在要架上，用挖削工具把云母片或塑料绝缘物下刻12mm，刻好后的云母槽必须和换向片成直角，侧面不应留有绝缘物（P-垂直）。下刻工序完成以后，用锉刀把换向器两边锉成450的倒角。知识点 5：电刷和电刷架的修理当镜面面积少于70%时，就需要研磨电刷，用 00 号玻璃砂纸研磨使电刷与换向器的接触面积达80%以上。可用弹簧秤测量电刷压力，一般电动机为0.0150.025MPa；对于振动负载或起重用电动机，电刷压力要比一般电动机增加50%70%。 电刷应能在刷握中上下自由移动，轴向间隙应在0.20.5mm(0.3mm) 之。整台电动机一次更换半数以上的电刷之后，最好先空载或轻载运行12h,使电刷有较好的配合后再满载运行（P-6h） 。知识点 6：滚动轴承的检修拆卸滚动轴承的方法： 1 敲打法， 2 钩抓法， 3 导板法（ P） 。导块的内径比轴肩直径稍大23mm。滚动轴承的安装（P注意没有钩抓法） ： 1 敲打法，用手锤轻轻敲打套管，管子最好用纯铜管或新的镀锌管， 内径稍大于轴承内环内径25mm。 2 热装法 ： 将轴承放入100左右的油锅， 约煮 5精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 48 页名师精编优秀教案10min 。 （P-钩抓法）知识点 7：直流电动机修理后的试验确定电动机电刷中性线位置时，对于大中型电动机，试验电流从主磁极绕组通入，其值约为额定励磁电流的5%20%。确定电动机电刷中性线位置时，对于大中型电动机，电压一般为几伏到十几伏 。绝缘电阻的测量：额定电压500V 及以下的直流电动机，应使用500V 绝缘电阻表，而500V 以上的直流电动机，应使用1000V 绝缘电阻表测量各绕组对外壳及其相互间的绝缘电阻。对于额定电压为 500V 以下的电动机，在常温下的绝缘电阻一般不低于0.5M。第二节 二极管三极管晶闸管知识点 1：半导体二极管半导体二极管的主要构成部分就是一个PN结。从 P端引出的电极称为阳极，从 N端引出的电极称为阴极。二极管具有单向导电性，是非线性元件（P） 。当外加的电压超过死区电压时，电流随电压增加而迅速增大，二极管导通。导通后二极管的压降很小，硅管为0.7V ，锗管为 0.3V 。当二极管外加反向电压时，反向电流很小， 且不随反向电压变化。最大整流电流IFM是指二极管长期工作时允许通过的最大正向电流平均值。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 48 页名师精编优秀教案知识点 2：半导体三极管三极管是一种具有两个PN 结，三个电极的半导体器件。根据结构不同分为PNP 型和 NPN 型。三级管的主要作用是具有电流放大作用。为了实现电流放大，必须外接直流电源，使发射结正偏，集电结反偏。三极管的放大条件为：发射结正偏，集电结反偏；三极管的截止条件为：发射结反偏或零偏，集电结反偏；三极管的放大条件为：发射结和集电结都正偏。三极管作放大使用时，工作在放大区；作开关使用时，工作在截止区或饱和区。B基极C集电极E发射级IE=IB+IC知识点 3：单管基本放大电路由三极管组成的放大电路，它的主要作用是将微弱的电信号（电压、电流）放大成为所需要的较强的电信号。（P）如右图示， 该放大电路的静态工作点：30A；当 RB断开时，三极管工作在截止状态；当减小时，三极管进入饱和工作状态。知识点 4：单相整流电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 48 页名师精编优秀教案利用二极管的单向导电性将交流电变成脉动直流电。小功率直流稳压电源通常由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电变成脉动直流电。1）单相半波整流电路单相半波整流电压的平均值为：Uout=0.45U2 单相半波整流电流的平均值为：Iav=Iout 单相半波整流二极管承受的最高反向电压为：UVM=2U22）单相全波整流电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 48 页名师精编优秀教案单相全波整流电压的平均值为：Uout=0.9U2 单相全波整流二极管平均整流电流为流过负载的直流电流Iout 的一半：Iav=21Iout 单相全波整流二极管承受的最高反向电压为变压器二次侧绕组总电压的峰值22U2：UVM=22U2 2）单相桥式整流电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 48 页名师精编优秀教案单相桥式整流电压的平均值为：Uout=0.9U2 单相桥式整流二极管平均整流电流为流过负载的直流电流Iout 的一半：Iav=21Iout 单相桥式整流二极管承受的最高反向电压为变压器二次侧绕组总电压的峰值2U2：UVM=2U2 知识点 5：滤波电路滤波电路是利用电容、电感等电路元件的储能特性，将脉动直流电压变成较恒定的直流电压。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和型滤波。电容滤波适用于要求输出电压较高，负载电流较小，并且负载基本不变的场合，此时能得到较平滑的直流电压。电感滤波效果较好，但电感线圈体积大、笨重、价格高。电感滤波一般用在负载电流大和负载变化的场合。为了提高滤波效果，减小输出电压的脉动程度，可用电容和电感组成的复式滤波电路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 48 页名师精编优秀教案知识点 6：稳压电路及集成稳压器当电网电压波动或负载变化时，稳压电路自动维持直流输出电压稳定。常用的稳压电路有：稳压管并联型稳压电路、串联型稳压电路、集成稳压器和开关型稳压电路等。硅稳压二极管与一般二极管不同的是，稳压管工作在 反向击穿 ，稳压管虽然工作在反向击穿区，但只要反向电流不超过允许值，PN 结不会过热而损坏。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 48 页名师精编优秀教案三端集成稳压器CW7805 表示： 78 输出正向电压，05 表示输出电压5V ，后无字母表示最大输出电流 1.5A。 （79 表示负向电压，L 为 0.1A ，M 为 0.5A）第三节晶闸管及其整流电路知识点 1：晶闸管晶闸管又称可控硅（SCR 即普通晶闸管） ，是一种大功率的半导体器件。晶闸管的种类很多，有普通型、双向型、可关断型和快速型。主要缺点地过载能力和抗干扰能力差，控制电路也比较复杂。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 48 页名师精编优秀教案1）晶闸管的结构与符号晶闸管管心有四层半导体（PNPN ）和三个电极（阳极A、阴极 K和门极 G）构成。晶闸管图表符号如图示，文字符号为V。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 48 页名师精编优秀教案晶闸管不仅有反向阻断能力，还具有正向阻断能力。晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压的同时，在门极和阴极间加适当的正向触发电压。晶闸管的关断条件：阳极电流减小到低于其维持电流，或在阳极和阴极间加一个反向电压。KP57 型晶闸管表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700V 的普通晶闸管。知识点 2：晶闸管整流电路1）单相半波整流电路晶闸管在正向电压下不导通的范围称为控制角（又称移相角），用 表示，而导通范围称为导通角，用 表示。 越大，即导通角越大，输出整流电压Ud 越小。Ud=0.45U2(1+cos )/2 单相半波整流电路接电感性负载时，为了使晶闸管在电源电压降到零时及时判断，使负载不出现负电压，必须在电感性负载两端并联一个续流二极管。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 48 页名师精编优秀教案2)单相桥式整流电路与单相半波整流相比，单相桥式整流的输出电压平均值要大1 倍，即：Ud=0.9U2(1+cos )/2 越大， 输出整流电压Ud 越小， 每只晶闸管所承受的反向最高电压为2U2，且晶闸管导通平均电流为负载平均电流的一半。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 48 页名师精编优秀教案第四节数字电路基础知识一、基本逻辑门电路各种逻辑门电路是组成数字电路的基本单元。1关于逻辑电路的几个规定一、逻辑状态的表示方法用数字符号0 和 1 表示相互对立的逻辑状态，称为逻辑0 和逻辑 1。表 11.2.1 常见的对立逻辑状态示例一种状态高电位有脉冲闭合真上是1 另一种状态低电位无脉冲断开假下非0 二、高、低电平规定用高电平、低电平来描述电位的高低。高低电平不是一个固定值，而是一个电平变化范围，如图11.2.1(a)所示。单位用“ V”表示。在集成逻辑门电路中规定标准高电平VSH 高电平的下限值；标准低电平VSL 低电平的上限值。应用时，高电平应大于或等于VSH；低电平应小于或等于VSL。三、正、负逻辑规定正逻辑：用1 表示高电平，用0 表示低电平的逻辑体制。负逻辑：用1 表示低电平，用0 表示高电平的逻辑体制。2 与门电路图 11.2.1 正逻辑和负逻辑精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页，共 48 页名师精编优秀教案基本的逻辑关系：与逻辑、或逻辑和非逻辑。一、与逻辑1与逻辑关系与逻辑关系如图11.2.2 所示。当决定一件事情的几个条件全部具备后，这件事情才能发生，否则不发生。图 11.2.2 用串联开关说明与逻辑关系图 11.2.3 与门电路2与门电路，如图11.2.3( a) 所示。A、B输入端； Y 输出端。3逻辑符号，如图11.2.3( b) 所示。二、工作原理1工作原理动画与门电路2逻辑函数式YAB或YAB或YAB(11.2.1) 3真值表真值表 表明逻辑门电路输入端状态和输出端状态逻辑对应关系的表。表 11.2.2 与门真值表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 35 页，共 48 页名师精编优秀教案输入输出A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 4逻辑功能如图 11.2.4 所示，与门逻辑功能为： “有 0 出 0，全1 出 1” 。即YABCD 说明：输入端不论是几个，逻辑关系相同。三或门电路一、或逻辑1或逻辑关系或逻辑关系如图11.2.5 所示。当决定一件事情的几个条件中只要有一个条件得到满足，这件事情就会发生。2或门电路或门电路如图11.2.6( a) 所示。3逻辑符号或门的逻辑符号如图11.2.6( b) 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 36 页，共 48 页名师精编优秀教案图 11.2.5 用并联开关说明或逻辑关系图 11.2.6 或门电路二、工作原理1工作原理VA0 V，VB0 V，V1 、 V2均截止， Y12 V；VA6 V，VB0 V，V1导通， V2截止， Y6 V；VA0 V，VB6 V，V1截止， V2导通， Y6 V；VA6 V，VB6 V，V1、V2均导通， Y6 V。2逻辑函数式YAB3真值表表 11.2.3 或门真值表输入输出A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 37 页，共 48 页名师精编优秀教案4逻辑功能或门的逻辑功能为“全0 出 0，有 1 出 1” ，其逻辑表达式为YABCD说明：输入端不论是几个，逻辑关系是相同的，如图所示。非门电路一、非逻辑关系1非逻辑关系非逻辑关系：事情和条件总是相反状态。2非门电路非门电路如图11.2.8( a) 所示。3逻辑符号非门逻辑符号如图11.2.8( b) 所示。二、工作原理1工作原理VA6V ，V 导通， Y0；VA0V ，V 截止， YVG。2逻辑函数式为AY ( 11.2.3)3真值表表 11.2.4 非门真值表输入输出图 11.2.7 四输入端或门图 11.2.8 非门电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 38 页，共 48 页名师精编优秀教案A Y 0 11 04逻辑功能：有0 出 1，有 1 出 0。3、组合逻辑门电路实用中常把与门、或门和非门组合起来使用。11.3.1 几种常见的简单组合门电路一、与非门1电路组成在与门后面接一个非门，就构成了与非门，如图11.3.1 所示。2逻辑符号在与门输出端加上一个小圆圈，就构成了与非门的逻辑符号。3函数表达示式与非门的函数逻辑式为BAY ( 11.3.1) 4真值表表 11.3.1 给出了与非门的真值表。5逻辑功能与非门的逻辑功能为“全1 出 0，有 0 出 1” 。表 11.3.1 与非门真值表图 11.3.1 与非门精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 39 页，共 48 页名师精编优秀教案A B AB BA0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 二、或非门1电路组成在或门后面接一个非门就构成了或非门，如图11.3.2 所示。2逻辑符号在或门输出端加一小圆圈就变成了或非门的逻辑符号。3逻辑函数式或非门逻辑函数式为BAY( 11.3.2) 4真值表表 11.3.2 给出了或非门的真值表。表 11.3.2 或非门真值表A B AB BAY0 0 0 1 0 1 1 0 图 11.3.2 或非门精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 40 页，共 48 页名师精编优秀教案1 1 0 1 1 1 0 0 5逻辑功能或非门的逻辑功能为“全0 出 1，有 1出 0” 。三、与或非门1电路组成把两个 ( 或两个以上 ) 与门的输出端接到一个或非门的各个输入端，就构成了与或非门。与或非门的电路如图11.3.3( a) 所示。2逻辑符号与或非门的逻辑符号如图11.3.3( b) 所示。3逻辑函数式与或非门的逻辑函数式为CDABY ( 11.3.3)4真值表表 11.3.3 给出了与或非门真值表。表 11.3.3 与或非门真值表A B C D Y 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 图 11.3.3 与或非门精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 41 页，共 48 页名师精编优秀教案0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 5逻辑功能与或非门的逻辑功能为：当输入端中任何一组全为1 时，输出即为0；只有各组输入都至少有一个为 0 时，输出才为1。四、异或门1电路组成异或门的电路如图11.3.4( a) 所示。2逻辑符号异或门的逻辑符号如图11.3.4( b) 所示。3逻辑函数式图 11.3.4 异或门精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 42 页，共 48 页名师精编优秀教案异或门的逻辑函数式为BABAY( 11.3.4)上式通常也写成YAB( 11.3.5)4真值表表 11.3.4 给出了异或门真值表。表 11.3.4 异或门真值表A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 5逻辑功能：当两个输入端的状态相同( 都为 0 或都为 1) 时输出为0；反之，当两个输入端状态不同 ( 一个为 0，另一个为1) 时，输出端为1。6应用：判断两个输入信号是否不同。五、同或门1电路组成在异或门的基础上，最后加上一个非门就构成了同或门，如图 11.3.5( a) 所示。2逻辑符号同或门逻辑符号如图11.3.5( b) 所示。3逻辑函数式图 11.3.5 同或门精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 43 页，共 48 页名师精编优秀教案同或门逻辑函数式为BAABY(11.3.6) 同或门逻辑函数式通常也写成YA B(11.3.7) 4真值表表 11.3.5 给出了同或门的真值表。表 11.3.5 同或门真值表A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 5逻辑功能：当两个输入端的状态相同( 都为 0 或都为 1) 时输出为1；反之，当两个输入端状态不同 ( 一个为 0，另一个为1) 时，输出端为0。6应用：判断两个输入信号是否相同。六、三态门三态门：是在门电路上加一个使能端，输出状态有：高电平、低电平和高阻状态。三态门的逻辑符号如图11.3.6( a) 所示。EN：使能端，控制输出状态。逻辑功能：EN1 时，三态门呈高阻状态；EN0 时，门电路恢复反相器常态，即Y =A。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 44 页，共 48 页名师精编优秀教案用途：实现数据传输的控制。如图11.3.6( b) 所示。EN10，EN21，EN31 时， Y2、Y3呈高阻态， Y1送数据 A1到总线；EN11，EN20，EN31 时， Y1、Y3呈高阻态， Y2送数据 A2到总线；EN11，EN21，EN30 时， Y1、Y2呈高阻态， Y3送数据 A3到总线。七、 OC 门OC 门：输出晶体管集电极开路的TTL“与非门” 电路。OC 门的逻辑符号：如图11.3.7 所示。逻辑功能： OC 门同与非门一样；作用：作为计算机的母线驱动器；注意：使用时要外接负载电阻。逻辑函数式与组合逻辑电路1逻辑函数式逻辑函数式：逻辑变量用逻辑运算符号连接起来，就成为逻辑函数式。如：BABABAY；)()(BABABAY。运算的次序：如有括号先进行括号里的运算，没有括号则先算非号下的内容，取非后， 再按乘、 加的次序依次运算。2组合逻辑电路组合逻辑电路：仅由基本门电路( 在不加反馈的情况下 ) 组成的逻辑电路称为组合逻辑电路。3逻辑函数与组合逻辑电路转换 例 11.4.1 把图 11.4.1 中逻辑电路的输出Y 和输入 A、B 的逻辑关系写成逻辑函数式。图 11.3.6 三态门逻辑符号及其应用图图 11.3.7 OC 门电路逻辑符号图 11.4.1 分析逻辑电路函数式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 45 页，共 48 页名师精编优秀教案解(1) BAY1(2) 12YAY(3) BYY13(4) 324YYY(5) 4YAY)(BBABAAAY 例 11.4.2根据逻辑函数式BABAY)(，画出它的逻辑电路。解逻辑电路如图11.4.2 所示。逻辑代数的基本定律及其应用逻辑代数具有基本运算定律，运用这些定律可以把复杂的逻辑函数式恒等化简。一、逻辑代数基本定律交换律ABBA；ABBA结合律CBACBA)()(CBACBA)()(分配律)()(CABACBA1AA；0AA反演律 ( 又称摩根定律)BABA；BAA+BCBACBACBACBA注意：逻辑函数等式表示等号两边的函数式代表的逻辑电路所具有的逻辑功能是相同的。二、逻辑函数的化简(代数法 ) 图 11.4.2 由逻辑函数式画电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 46 页，共 48 页名师精编优秀教案代数法：运用逻辑代数的基本定律和一些恒等式化简逻辑函数式的方法。化简的目的：使表达式是最简式。最简式的含义：乘积项的项目是最少的；每个乘积项中，变量的个数为最少。化简方法：1并项法利用1AA的关系，将两项合并为一项，并消去一个变量。2吸收法利用AABA的关系，消去多余的项。3消去法利用BABAA的关系，消去多余的因子。4配项法利用)(BBAA的关系，将其配项，然后消去多余的项。 例 11.4.3求证BAABBABA解ABABBABABABABABABABA)()( 例 11.4.4求证CABACAAB解CABACBAACABACBCABACABACAABCAAB)()()( 例 11.4.5化简BDCAABDAAD解BDCABDCAABDCAABABDCAABDAADBDCAABDAAD)()()(三、逻辑代数在逻辑电路中的应用实现一定逻辑功能的逻辑电路有简有繁，利用逻辑代数化简，可以得到简单合理的电路。(a) (b) 图 11.4.3 逻辑电路图的简化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 47 页，共 48 页名师精编优秀教案 例 11.4.6 设计一个体现函数式ACABY的逻辑电路。解根据题意，可画出图11.4.3( a) 的电路，但函数式化简后得)(CBAACABY，可简化成图 11.4.3( b) 的电路。 例 11.4.7设计一个DCBDCACBAY的逻辑电路。解化简前后的逻辑电路分别如图11.4.4、11.4.5所示。DCBAADCBADACBADCACBAY( 例 11.4.8变换DACABA为与非与非表达式，并画出对应的逻辑电路图。解逻辑电路如图11.4.6 所示。DCBADCBADCBADACABA)(逻辑函数表达式形式：非表达式或与或非表达式或非与非表达式与非或表达式与与表达式或)()()(DCCADCCADCACDCACDCCAY图 11.4.4 化简前的电路图 11.4.5 化简后的电路图 11.4.6 例 11.4.8电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 48 页，共 48 页