高级电工技能培训讲义

第一章 传统B2012A龙门刨床工作原理介绍第一节 龙门刨床的基本结构及组成龙门刨床主要用于对大型工件进行各种外部磨削，在大型机械加工厂中较常见。B2012A龙门刨床在上世纪六十年代就在各地络续出现，它加工精度较高，工作稳定可靠，成为许多机械加工厂的必备设备。它的体积庞大，3.2米的高度，近10米的长度，令一些中小企业望而却步。进入二十一世纪以后，龙门刨床的一些性能已跟不上时代发展的需要。首先它的精度满足不了新的需要，其次它的能耗大，噪音大，效率低。各地用新技术加以改造的动议提上了日程。其中较为成功的尝试就是应用PLC技术，PID技术和可控硅技术，取代了交磁扩大机，直流发电机和部分继电器、接触器，较大地节省了投资，显著地提高了工作精度和能源效率。下面是B2012A龙门刨床的结构示意图及各部件名称。图1-1 B2012A龙门刨床结构示意图图中：1）、8）左右侧刀架；2）横梁；3）、7）左右立柱；4）顶梁；5）、6）两个垂直刀架；9）工作台；10）床身。第二节 龙门刨床的交流机组电路B2012A龙门刨床的交流机组电路见附图1。该电路在龙门刨床中的作用是：一、用于电力拖动。图中，主电机MA、扩大机电机MB均为拖动电机。其中MA功率60千瓦，采用Y起动。它采用联轴方式拖动两台电机直流发电机MG和直流励磁机MGE。主电机起动后，意味着直流电源已经建立，可以开始工作了。MB功率为2千瓦，用于拖动扩大机，使扩大机正常工作。二、用于实现对刀架进刀机构、横梁升降、横梁夹紧的操作。由图中可以看出，三副刀架的拖动电机，横梁升降和横梁夹紧电机，都是独立控制的。第三节 龙门刨床的直流主拖动控制电路B2012A龙门刨床的直流主拖动控制电路见附图2。对该电路各部分的工作原理简述如下：一、直流主电路：通过拖动直流电机，实现对工作台的运行操作。该电路位于直流主拖动控制电路上方的中间部分。他励直流发电机M G的电枢部分，提供给它励直流电动机M驱动所需的工作电压，它的电压高低直接决定直流电动机的转速，电压的极性则决定直流电动机的转向。主电路具有过流保护FA1。二、直流控制电路：通过继电器控制电路，实现对直流电机转速和转向的控制。1、励磁发电机电路：(见附图2右侧电路。)2、交磁扩大机电路：(见图1-2及附图2左侧电路。）1) 交磁扩大机基本结构和工作原理：（见图12,图13。）2) 交磁扩大机在本电路中的作用：(见附图2)。改变加在O绕组的电压大小和极性，可改变直流发电机的励磁电压，达到改变输出电压大小甚至极性的目的。用较小的控制电压和控制电流，通过扩大机，去控制较大的输出电压，相当于电子电路中三极管的功率放大作用；又由于它利用了电机定子中的交轴磁场，故命名为“交磁扩大机”。3、给定电压电路：直流电动机在不同工作状态下给定电压电路各部分的电流通路如下：图12交磁扩大机工作原理图图13电机扩大机定子上各绕组的分布 图14工作台自动循环工作时的速度图 1) 正转：正向给定电压取自221210之间，通过(223225220200)接到控制绕组O1端，从O2端出来，经(270250230210)形成回路。因此给定电压U221210是正值，中间穿了电压负反馈Uf200-H，加在控制绕组上的控制电压UCU221210Uf200-H。2) 反转：反向给定电压取自222210之间，而U222210是负值，于是Uf200-H也是负值，这样加在O绕组上的就是负电压，即UCU222210Uf200-H是负值。电流回路学员可以自己分析。3) 转速的控制：通过调节RQ、RH两个大磁盘上的旋臂来实现。工作台自动循环工作时各段行程的速度见图14。4)停车：按SB10A按钮，由于KJI，KQ（或KH）失电释放，此时给定电压等于零， O绕组上的控制电压UCUf200-H，该负电压促使电机迅速停车。KT延时约1秒。其作用是当执行停车操作后，能使给定电压回路继续通电吸合约1秒，使其中的标准电压U205210，U206210继续存在，以防止电流截止负反馈发生作用。为克服停车时的爬行现象，专门设置了图中的（KT282RT7）和（280KT270）两条支路。前一条支路的作用是把交磁放大器的输出直接短接，后一条支路的作用是给输入控制电压回路接入深度负反馈电压，从而把由于剩磁电压引起的爬行现象消除掉。4、各种稳定和反馈环节：该直流电路采用了一系列的稳定工作点措施：1）电压负反馈：组成：由R2的中心抽头（200）至（H）的这部分电阻组成；作用：稳定输出电压。 2）电流正反馈：组成：由绕组O及绕线电阻RT9、板型电阻R4组成； 作用：在大负载情况下补偿电机的转速降落；3）电流截止负反馈： 组成：由大功率整流二极管VD1、VD2，及板型电阻R1组成； 作用：当负载出现过载或短路时及时动作，限制过载电流在1.7倍额定电流以下；当过载或短路现象消失时，能自动恢复正常运行状态。 4）桥式稳定环节： 组成：由绕组O及板型电阻R3，发电机励磁绕组WC，绕线电阻RT10组成； 作用：起阻尼作用，克服整个系统可能出现的振荡现象。以上各种反馈共同作用，才使得该设备具有反应灵敏，稳定可靠的优点。5、抬刀电路：本电路中以指示灯1T-4T代替实际电路中抬刀电磁铁的线圈。第四节 交流继电、接触器控制电路B2012A龙门刨床的交流继电、接触器控制电路见附图3。工作过程分析如下： 一、用按钮实现主机MA的起动控制：其起动过程：按SB2AKCA吸合並自锁，同时KTA、KY通电吸合，主电机MAY接起动延时35秒后KTA（常闭延时断开）断，同时KTA（常开延时闭合）合，为Y转换作准备当直流电源建立后，KT通电吸合，KT（常闭延时闭合）断开，KT（常开延时断开）合KY断电释放，同时KCB通电吸合並自锁，KT断电，延时约1秒后，KT(常闭延时闭合触点)闭合， K通电吸合主电机MA接运行，扩大机投入运转，为直流电机起动运行作准备。KTA 的作用是，决定KY的吸合时间；KT的作用是，在KY断开至K吸合之间设置一个适当的延时时间，这个时间约为1秒，它可防止短路现象的发生。二、用按钮实现工作台的自动往复循环和其它各种运行状态操作：图15龙刨行程开关的状态与工作台速度对应图注：上图中：前进启动（慢速切入）；工作行程（前进加速）；工作行程（后退复位）；前进减速；前进换向转后退； 工作台终止点；后退加速；后退行程（前进复位）；后退减速；后退换向（慢速切入，重复）。上图带“ ”下划线的行程开关表示工作台在起始位置时处于复位状态。）三、自动控制刀架进刀机构进行进刀、复位、抬刀操作：1、以前进启动为例，分析工作台在前进启动后的自动往复运行中，工作台的状态与电路各部分元件的配合情况（见附图3，同时参考图15）：在位置时，按下SB9AKJI通电吸合KJI（107129）闭合，实现自锁由于SHH在工作台启动时处于动作（置位）状态，SHH（129153）闭合，KIQ通电吸合KIQ（303305）闭合KQC吸合，垂直刀架进刀机构进刀；又由于SHJ此时也处于置位状态，SHJ（129157）闭合，通过KIQ（161163）触点（此时已闭合）KJ通电吸合；同时KJI（111113）闭合KQ通电吸合直流电路中，KT吸合接通直流给定电压电路，经过231237225220200O1- O2270212210，建立正向给定电压（U231210）工作台正向启动，进入慢速切入运行段；（左右侧刀架可与垂直刀架同时进刀，读者可自行分析。以下分析同。）运行至位置，SHH 复位SHH（129153）断开KIQ断电释放KIQ（303305）断开KQC断电释放；同时由于KIQ（161163）断开，KJ断电释放直流回路中，给定电压通路变为从221223225220200O1- O2270250230210，正向给定电压为U221210，工作台进入工作行程（其运行速度主要取决于大磁盘旋臂的位置）。运行至位置时，SHJ复位SHJ（129157）断开，SHJ（211210）闭合。由于KJ早已失电，回路（270250230210）仍旧闭合，工作台的运行状态不改变，它的功能只是为后面的后退减速作准备，称为前进复位。继续运行至位置时，SQJ置位SQJ（129159）闭合KJ通电吸合直流电路中，KJ（270250）断开，SQJ（212210）断开，给定电压通路至这一段时，走（270211210）线；同时KJ（223225）断，而KJ（237225）闭合，此时给定电压为U231210，与慢速切入速度差不多，进入前进减速运行段； 至位置时，SQH置位SQH（129155）闭合KIH通电吸合KIH（305307）闭合KHC吸合垂直刀架进刀机构复位操作；同时SQH（107109）断开KQ断电释放KQ（123125）闭合KH通电吸合直流通路中，KQ（225220）断开，KH（226220）闭合，施加于O绕组的给定电压变为负极性电压（U2222100），直流电机经反接制动进入后退行程，由于此时KIH（230210）断开，给定电压通路至这一段时，走（270211210）线，后退开始段的稳定速度虽高于慢速切入速度，但低于后退中间段行程的速度；同时KH（15）闭合，KQ（57）闭合K2H通电吸合K2H（111）、K2H（122）闭合抬刀电磁铁吸合所有刀架的进刀机构在进入后退行程时处于抬刀状态；至位置时，SQH复位SQH（129155）断开KIH断电释放KIH（305307）断开KHC断电释放进刀机构复位操作停止；同时直流电路中，KIH（230210）闭合给定电压通路至这一段时，走（270250230210）线，后退加速； 至位置时，SQJ复位SQJ（129159）断开，直流回路中SQJ（212210）闭合，无运行状态改变，为前进减速作准备，称为后退复位；至位置时，SHJ置位SHJ（129157）闭合经KQ（157163）触点（早已闭合）KJ通电吸合直流电路中，KJ（270250）断开，SHJ（211210）断开，给定电压通路至这一段时，走（270212210）线；同时KJ（224226）断，而KJ（238226）闭合，此时给定电压为U232210（0），与慢速切入速度差不多，进入后退减速运行段； 至位置时，SHH置位SHH（107119）断开KH断电释放KH（113115）闭合KQ通电吸合；同时SHH（129153）闭合KIQ通电吸合KIQ（303305）闭合KQC吸合，垂直刀架进刀机构进刀；又由于SHJ（129157）闭合，KIQ（161163）闭合，KJ继续吸合。直流回路中，KH（226220）断开，KQ（225220）闭合，给定电压为正极性，由于KJ（237225）已闭合，给定电压大小为U231210；又由于KQ（57）断开K2H失电释放K2H（111）、K2H（122）断开抬刀电磁铁释放所有刀架进刀机构进入工作状态；工作台经反向反接制动进入前进慢速切入运行段，状态与位置同。往下周而复始，进入往复循环。为便于大家理解和归纳，把以上过程中各元件的状态列表如下：表11工作台自动循环工作时各元件的状态与过程对应关系表过程名称连续运行前进后退刀架进刀刀架复位低速控制刀架进刀刀架复位 刀架抬刀后退换向后退减速前进减速前进换向KJIKQKHKIQKIHKJKQCKHCK2HSHHSHJSQJSQH前进启动工作行程前进复位前进减速前进换向后退加速后退行程后退减速后退换向注：上表中：1、 符号“”：对继电器，表示通电吸合；对行程开关，表示动作（置位）；2、 符号“”：对继电器，表示断电释放；对行程开关，表示复位。2、反向启动自动运行工作状态：此时工作台应不在最左边的起始点位置，操作按钮是SB11A。具体请读者自行分析。3、正、反向步进工作状态：操作按钮分别是SB8A 和SB12A，此功能是用来微调工位的。四、控制横梁升降和横梁夹紧的操作：(见附图3)横梁升降操作须在工作台停止运行的情况下进行，此时KJI(101-345)闭合。图中S6HX是检测横梁是否夹紧的行程开关，当横梁处于夹紧状态时，S6HX处于复位状态。按照设计，横梁的夹紧放松是随着横梁升降自动进行的。操作横梁升降按钮时，横梁先自动放松；横梁升降结束后，又自动夹紧。1、 横梁上升操作：持续按SB6ASB6A（602102）合，SB6A（608102）断KJOH通电吸合KJOH(621-623)闭合KHJ通电吸合夹紧电动机反转，执行横梁放松操作放松完成，S6HX置位S6HX(101- 621)断开KHJ断电释放；同时S6HX（101601）闭合，由于KJOH（601605）已闭合KQH通电吸合横梁上升到预定位置时，松开SB6AKJOH断电释放KJOH（601605）断开KQH断电释放横梁停止上升；同时由于KJOH（601613）闭合，电流经（101601613615）KQJ通电吸合，並自锁（KQJ（6171601）闭合）夹紧电动机正转，执行横梁夹紧操作横梁初步夹紧S6HX复位S6HX（101601）断开，S6HX（101621）闭合由于KQJ（6171601）的自锁，继续横梁夹紧操作当横梁完全夹紧时，夹紧电动机出现过流，FA2（101617）断开KQJ断电释放横梁夹紧过程结束。2、横梁下降操作：此时应持续按SB7A，过程分析与上述相似。但当横梁停止下降后，随着夹紧操作的进行，有一个横梁回升过程，须提请读者注意。与横梁回升有关的电路是附图3中的(601-603-605)及(101-191-102)这两条支路。当横梁开始下降时，由于KHH的吸合KHH(101-191)常开触点闭合KTH吸合KTH(603-605)触点闭合。横梁下降结束时，KHH断电释放，横梁停止下降，同时KHH(101-191)常开触点断开KTH断电，KTH(603-605)常开触点延时断开，其延时时间约在1秒左右。在这段延时时间里，KQH经由(601-603-605)支路而通电吸合，横梁回升。什么时候横梁结束回升，即KQH的重新断电，取决于(601-603-605)回路中的两个常开触点哪个先断开。如果横梁的夹紧装置提前于KTH的延时时间而实现完全夹紧，KQJ(601-603)将先于KTH(603-605)触点断开，回升将提前结束。横梁上升和下降操作整个流程总结如下：第五节 龙门刨床的各种保护环节B2012A龙门刨床的保护功能十分齐全，现将电路中各种保护环节说明如下：1、主机完成接运行才能让工作台启动的联锁： K（101103）；2、过载保护：其中（705707709711）与（705713715711）两条並联支路构成过载保护电路。当过载保护动作时，能使工作台停止在起始位置，再全机停车。3、工作台点动与连续运行、前进与后退的联锁：KJI（240200）、KJI（220200）；SB8A、SB9A常开与常闭，SB12A、SB11A常开与常闭各自构成的机械互锁；KQ（123125）与KH（113115）构成的电气互锁；4、刀架手动与工作台运行、横梁升降与工作台运行联锁：KJI（101345）；5、润滑泵的过载保护FRRB（167169）及油压保护KP（129131）：动作时使工作台回到起始位置再停车（主机不停车）；6、直流电动机的过流保护：FA1（103105）；7、夹紧电动机的过流保护：FA2（101617）；8、横梁处于放松过程中或横梁尚未夹紧时工作台不能工作的联锁保护KQJ（135137）、KHJ（137139）；9、欠、失压保护：KCA（703705）、KJI（107129）；10、各种限位保护：1)S1HX、S2HX：工作台前进或后退时限位保护；2)S3HX：横梁上升限位保护（装于固定梁上）；3)S4HX 、S5HX：分别装于右侧和左侧横梁上，当右侧和左侧刀架上升或横梁下降时起限位保护作用；4)S6HX：作为横梁夹紧机构完成放松操作和横梁初步夹紧检测元件。S6HX复位时横梁初步夹紧，S6HX置位时横梁完成放松操作。第一章习题11标出工作台直流控制电路中正向点动，高速进给，低速进给，反向点动，反向高速，反向低速控制电路的回路标号？12标出直流控制电路中电压负反馈电压的线路标号？它在电路中起什么作用？13直流控制电路中电流截止负反馈起什么作用？标出正转控制电路电流截止负反馈起作用时的电流回路标号？14列出直流控制电路中电流正反馈的组成元件，说明它的功能？15工作台直流控制电路在克服停车爬行现象时采取了哪些措施？1.6在主电机起动控制电路中，按下起动按钮后，各接触器动作的先后顺序如何？ 1.7时间继电器KTA和KT在电路中各起什么作用？其量值一般取多少？ 1.8电路中有两条由回路(705-707-709-711)和(705-713-715-711)组成的并联支路，其中的几个元件在这里起到了什么作用？试分析工作原理。 1.9如果主电机起动过程中因励磁发电机的故障而不能建立直流励磁电压，主电机起动过程中会出现什么现象？1.10按钮SB8A,SB9A,SB10A,SB11A,SB12A的功能分别是什么？ 1.11继电器KQ,KH,KJI,KIQ,KIH,KJ的功能分别是什么？ 1.12在工作台位于正向起始位置时，行程开关SQH,SHH,SHJ,SQJ分别处于什么状态(复位或置位)，其常开和常闭触点各有什么变化？ 1.13在工作台运行至正中间位置时，行程开关SQH,SHH,SHJ,SQJ分别处于什么状态(复位或置位)，其常开和常闭触点各有什么变化？ 1.14在工作台运行至前进结束(最右边)位置时，行程开关SQH,SHH,SHJ,SQJ分别处于什么状态(复位或置位)，其常开和常闭触点又各有什么变化？ 115横梁升降电路中继电(接触)器KJOH,KQJ,KHJ,KQH,KHH的功能是什么？116限位开关S6HX在电路中起什么作用？1.17说出当按下横梁下降按钮时，各继电接触器的动作顺序，实现的功能？再当松开该按钮时，各继电接触器又如何动作，实现哪些功能？1.18电路中S3HX,S4HX实现什么功能？119支路(601-603-605)实现什么功能？120支路(101-617-601)实现什么功能？121支路(101-KJI345)在电路中起什么作用？第二章 自动往复直流调速系统电气控制模拟装置原理分析该模拟装置是专为高级电工的培训和考核而制作的，它保留了传统龙门刨床B2012A机床的一些基本功能。由于它应用了一些新技术，如PLC技术，PID技术，可控硅技术等，取消了传统龙门刨床中的交磁扩大机及其老式的控制电路，笨重的直流发电机组，因此从外观上看，更显得轻盈，漂亮。对于培训对象而言，由于要掌握一些新技术，无疑增加了难度。但是掌握这些新技术，是时代的要求，也是考核大纲的要求。下面对该模拟装置的工作原理进行全面分析。(外形见下图。为简便起见，下面简称“直流调速装置”。)图21自动往复直流调速模拟装置该装置主要由以下几部分电路组成：1、 电气主接线图：(见附图4)2、直流电机正反转调速原理示意图：(见附图5)3、工作台(横梁)自动往复(PLC)控制电路：(见附图6)4、直流电机自动调速控制系统（PID）电路图：(见附图7)5、触发电路：(见附图8)。下面重点分析直流电机自动调速部分(PID)电路和触发电路的工作原理。第一节 直流电机自动调速（PID）电路 该部分电路见附图7。“P、I、D”的意思是：P（表示比例），I（表示积分），D（表示微分）。PID电路也叫“PID控制电路”，是一种线性控制电路。它将给定值与实际输出值之间的偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称 “PID”控制电路。它在该电路中的作用，由附图7可以看出，是为触发电路提供给定电压。因此，对该电路的基本要求是：1、 线性度和不失真度高，使控制灵敏而准确；2、 为提高龙刨工作时的稳定性，加入的各种反馈电路必须灵敏而有效。一、“PID”电路的基本组成：1、 比例线性电路：起不失真地传输和放大信号的作用。见下图： (a) 比例线性放大器 (b) 等效电路图22比例线性放大器及其等效电路 1)运算放大器的基本特性： (1)由于输入电阻Ri很大，因而输入电流Ii很小，Ii 0 ； (2)由于开环电压放大倍数Ao，又由于 Ui Ao ( Ui1 Ui2 ) Ao Uo 有限值，因而 Ui ( Ui1 Ui2 ) 0 。 即有 Ui1 Ui2。2)虚地端概念的得出： 若将上述放大器的同相输入端接地，使 Ui2 0， 于是依据上式可得 Ui1 0。 此时的反相输入端 即称之为虚地端，用符号“0”表示。 3)虚地端的特征：该点对地电压恒为零，但对地电阻却是“无穷大”。 4)存在“虚地端”的必要条件是：该点的另一个输入端接地。 对于单端输入式线性放大电路，其放大倍数 (2-1式)2、 比例积分电路：起延缓信号传输的作用，克服实际设备中存在的电磁惯性和机械惯性。见图2-3：(a)比例积分放大器 （b）等效电路 图23比例积分线性放大器及其等效电路在该电路中，存在着两个电容电流，始端和终端电容电流Ico和Ic1 。在电容C充电过程中，由于I=Ii+I2+ IcoI2+Ico ， (2-2式)又由于IcoI2，所以IIco =； (2-3式)在电容C的充电过程中，由于放大器的深度负反馈，IcoC（常数），所以Vo =-（IcoR2dt）= -(+) (2-4式)电容充电所经历的时间为t1= (2-5式)输出电压随时间的变化过程见下图所示：图24比例积分放大器的输出特性曲线达到稳定状态后，电容终端电流Ic1=0 ，则II2+IC1=I2 ， (2-6式)该级稳态电压放大倍数K= =（21）。 (2-7式)3、比例微分电路：对信号的传递起加速作用，在实际电路中与其它反馈量配合，起消除机电振荡的阻尼作用，它的标准电路形式，见图2-5： 在本“PID”电路中，是用一只电阻和一只电容的並联来代替的，见电路图中的C4与R15，C18与R48。作用类似，不过效果要差一些。 图25比例微分放大器二、各级放大器的电压放大倍数和附加功能电路：本“PID”电路采用了LM324四运放集成块，每一块的引脚功能见下图： 图26集成运放LM324的引脚功能它属于第三代集成电路，基本上不需要调零，每一块接上电源就可以工作，但不排除对个别线路的参数进行调整时修正它的静态电压(电流)值。如可通过调整R21，调节U1D的输出电压(静态)值。确保当输入端静态电压为零时，使输出电压也为零。在本“PID”电路中，上一半电路用于控制工作台电机的正转转速，下一半用于控制工作台电机的反转转速，其电路结构是一样的。由于上一半电路引入的给定电压是负极性，为了与下一半电路一样，输出正极性控制电压，所以上一半电路多了一级放大器。我们以上一半电路为例，分析它的电压放大倍数。1、 第一级放大器的电压放大倍数K1：电路图见图23，属于比例-积分线性放大电路。该级电压放大倍数由以上分析知K1=（21）， (2-1式)它的具体数值取决于电路中可调电阻R6的实际数值。2、 第二级放大器的电压放大倍数K2：该级放大电路以U1C作为运放集成块，也属于比例积分放大器这一类型。与以上的分析相类似，它的放大倍数K2 = R10/R17（15K0K）/10K（1.50）。 (2-8式)3、 第二级放大器的其它功能电路：1) 级间耦合电路。见下图： 图27级间耦合电路 图28电压负反馈电路其分压系数(这里叫级间耦合系数)12 = = = (0.151)， (2-9式)则第一级输送至第二级输入端的输出电压变为 Vo12=12 Vo1 = (0.151) Vo1 。 (2-10式)2) 静态电压负反馈电路。在第二级放大器的输入端与整个直流调速系统的输出端直流电机电枢电压Va之间，有一个电压负反馈电路，其等效电路见图2-8。其反馈系数FV = 1， (2-11式)即反馈电压Vf = FV Va Va 。 (2-12式)加入了电压负反馈电路后对第二级放大器的影响是， 相当于降低了第二级放大器的放大倍数，但是提高了该级电路输出的静态电压的稳定性。图2-9是第二级放大器输入端在考虑了电压负反馈后的等效电路，很明显，它属于电压並联负反馈类型。从输入端看，因为增加了一个负极性的反馈电流，其结果是使实际输入电流减少了。根据节点电流定律 IIfI2+Ii2IfI2， (2-13式)即 I2IIf ， (2-14式) 图29考虑了电压负反馈电路后的第二级放大器等效电路则现在条件下第二级的电压放大倍数K2K2 K2， (2-15式)由于If =Vf / R9 ， (2-16式)调节1W和R3，使I2（IIf） 0 。 (2-17式)3) 隔离电阻。图中R9、R17叫隔离电阻，在电路中起电位隔离作用，使得前一级的输出电压与电压负反馈电压之间互不干扰。在电路中起类似作用的电阻还有， R15与R23，R18与R30等。4、第三级放大器的电压放大倍数K3：与前二级一样，该放大器也属于比例-积分线性放大电路。与以上的分析同，该级放大器的电压放大倍数 K3 = R8/R15（15K0K）/10K（1.50）。 (2-18式)5、第三级放大器的其它功能电路：(见图2-10)1)电流截止负反馈电路：当负载端的电枢电流Ia大至一定值时，就会在2W中点与地之间得到较大取样电压VI，D3将导通，于是有电流Ijz经R23加至U1-B端，其极性为正极性，见图2-11。该电流与来自前级输出的负极性电流I迭加。由于两者的极性相反，使流入第三级放大器输入端U1-B端的电流I2减少。即 I2+Ijz=I+IiI， (2-19式)I2 =I-Ijz I， (2-20式) 图210 具有电流正反馈和电流截止负反馈功能的电路 图211 具有电流截止负反 图212 动态电压负反馈电路馈功能的第三级放大器输入电路 这种情况下的电压放大倍数 K3= = K3 K3 。 (2-21式)当负载电流较大时，调节2W和R32，可使Ijz的数值接近I，使I2的数值接近于零，从而使输出端电压Ua和负载电流Ia大幅度下降，将负载电流限制在一定范围内，保证了电机运行的安全。2)动态电压负反馈电路：动态电压负反馈电路见图2-12所示，它属于电压串联负反馈类型。此电路用于当输出电压有出现跳变的趋势时，利用剧烈的负反馈作用，阻碍电压跳变的发生，使电路工作稳定。此时，跳变信号经C8传至R31，产生反馈电压Vvf，其第三级放大器输入电压Vi=Vo2-VvfVo2 , (2-22式)则动态情况下的第三级放大器输出电压Vo3=K3 Vi=K3(Vo2-Vvf) Vo3 。 (2-23式)6、第四级放大器的电压放大倍数：该级放大器与图2-2所示电路一样，属于比例线性放大器。根据以上讨论可知，该级电压放大倍数K4 = R11/R18 = (10K0K)/10K = (10) 。 (2-24式)7、第四级放大器的电流正反馈电路：(见图2-10)从D4引出的电流一部分流经R33，分压后经R30引至U1A输入端，其极性为正极性。而从前级放大器输出的电压VO3也是正极性，其电流经R18引至U1A输入端，因此它们构成正反馈，全称叫並联电流正反馈。它在电路中的作用是，当负载增大使转速下降时，通过电流正反馈的作用，让负载电流更大一些，补偿转速的下降，从而起到稳定转速的作用。为防止系统在轻载时失控，反馈系数不宜过大，可在不同负载条件下，调节R33，通过试验来最终确定。8、前四级总的电压放大倍数：前面四级放大器总的电压放大倍数等于各级放大倍数，各个级间耦合系数，各种反馈电路的反馈系数的乘积，它应控制在1.01.2之间，不宜过大。9、第五级放大器的电压放大倍数，在讨论图2-2电路的电压放大倍数时已知 K5=0.2， (2-1式)这一级的作用是提供触发电路的控制电压，其电压幅值只需35V，故加了这一级，以限制输出电压，不致过高。(为什么总的放大倍数只需1.01.2，却要这么多级的放大器，道理何在？ 请学员讨论。)第二节 触发电路触发电路接受来自“PID”的控制电压，向直流调速电路中的两个可控硅提供触发脉冲，电路图见附图8。下面分析它的工作原理。一、触发电路各点波形图：(见图2-13。)二、触发电路基本工作原理：触发电路的作用，是为交流电路中用于整流的一对（或其它偶数个）可控硅，提供控制角可调的触发脉冲。对该电路的基本要求有两条：1、 控制角应连续可调，理论上最大控制角可达180电角；2、 应有控制触发的同步电路。 图213触发电路各点波形图按电路结构来区分，该电路由一组为触发电路提供正负12V电压的稳压电源和两个互相独立，结构完全相同的触发电路组成，用来分别为两个可控硅提供触发脉冲。其中上面一个触发电路用于电机的正转转速控制，下面一个触发电路用于反转转速控制。(一)正转转速控制触发电路的工作原理：1、控制电压传输电路：来自“PID”的控制电压由图2-14中IN1端引入，经过一只可调电阻R6，隔离电阻R35，一个由运放U3-A和两个电阻R33、R34组成的线性放大电路，再经过D10，耦合电阻R36，隔离电阻R39传输至比较器U1-B脚。另外，在该运放的输入端，还接有一条从负12伏电源经R40，D4稳压后再经隔离电阻R37引入的电路，它与从IN1输入的控制电压传输电路以及运放一起组成加法器。该加法器满足以下公式KIN1(UIN1-5)=UIN1 ，KIN1=-R34/R35=-(02)； (2-25式)式中的UIN1为控制电压，其值恒为正，且正常情况下有UIN15V。UIN1为比较电压，依据上两式应有UIN10，调节R34可保证使得UIN1的值足够大，通过D10进入比较器U1-B的输入端U1-B脚。考虑到上式中，KIN1与括号内的值都是负值，将上式变一下形,得：KIN1(5- UIN1)= UIN1 ， (2-26式)可见，输出端的比较电压UIN1与输入端控制电压UIN1成反比，UIN1越大，则UIN1越低，进入比较器U1-B脚的电压也越低。反之亦然。2、同步电路：由锯齿波发生电路U1-C，D2，R7，C2，V7，R19，D13，U1-B,和控制电压传输电路这两部分组成，如图2-15所示。该电路的作用是，为多谐振荡器提供一个“开关”电压，从而控制该振荡器的起振时间，使之与交流电源的正弦波电压的“零相位”之间，保持固定不变的相位差（或时间差），实现同步。该电路的工作原理如下：设t=0时，有效值为16V的交流正弦波电压开始进入负半周，该电压从U1-C脚引入，经U1-C放大和整形，从其脚输出极性相反（此时即为正极性）矩形电压波形，如图2-13（a）所示。D2开始导通，通过R7对电容C2充电，由于它时间常数较大，R7*C250mS ，远大于电源正弦波的半个周期10mS，因此在这段时间里C2两端的电压线性增大。至t=T/2时，正弦波电压进入正半周，经U1-C放大和整形，从其脚输出负极性的矩形电压波形，则D2截止，而D13导通，此时的负电压加至V7基极，V7导通，C2经V7、R19迅速放电，形成如图213中（b）图所示的锯齿波形。U1-B与相关元件组成比较器。锯齿波电压加至U1-B脚，经该比较器比较后，在其输出端U1-B脚，输出如上图（c）所示电压波形。当U1-B脚的锯齿波电压大于脚的比较电压的瞬间，脚由低电平跳变成高电平，使振荡器起振。即从正弦波过“零点” ，到振荡器起振，这中间间隔的时间（相位差）是固定的，由RC的充电时间决定，从而实现了同步。从图2-13（b）中还可以看出，改变施加于U1-B脚的比较电压，可达到改变与正弦波“零相位”之间的相位差的目的。若将输入端控制电压UIN1调低，则依据(2-26式)比较电压增大，于是U1-B脚由低电平跳变成高电平的时间就会后延，使与正弦波“零相位”之间的相位差即控制角增大。3、多谐振荡电路：见图2-16。主要元件由图中的两个与非门U2-C、U2-D及电容C1、C3，电阻R2、R3组成。其起振条件是，脚和脚都必须是高电平。当脚设置成高电平且常量时，则脚的电平高低就成了决定该振荡器是否起振的惟一条件。而脚即为来自U1-B脚的控制电压。当振荡器起振时，从脚输出频率为f=1/2.2R2C317kHz的方波。它的周期T10.06mS，远小于T/210 mS。4、脉冲形成和输出电路：见图2-17。从脚输出的方波，通过V6、V2进行功率放大后，再通过脉冲变压器T2，向可控硅V5的控制极G1与K1之间，输出控制脉冲，使该可控硅触发导通。我们把一个周期内第一个脉冲输出时，与正弦波过零点的相位差，叫做控制角，用符号表示，见图2-13（d）所示。5、其它电路。我们注意到，在U2-C脚，接有几只元件：D11，R25，R26，C15。它们起什么作用呢？该电路中，R25、C15组成RC充电电路。当正弦波电压过“零点”时，脚由于C15刚开始充电，其上的电压还是“零”，则振荡器还不能起振。经过一定的时间间隔（t3 R25C15），当脚电压升高到高电平时，再由脚的电压来决定该振荡器是否起振。设置该电路的目的，是为了防止V5过早导通，而此时另一只可控硅可能还未关闭，从而导致短路事故的发生！调节C15可调节出合适的时间间隔。电路中电阻R26用于在交流电的正半周时将电容C15放电，D11用来阻断此时的负电压。6、与主电路的相位关系。整个触发电路中我们要注意一点，那就是必须确保当从U1C脚引入的交流电压极性为负时，主电路中可控硅V5阳极的电压极性是正极性。否则电路将不能工作。(二)关于反转转速控制触发电路的工作原理，这里只作一些补充说明。图中增加了一节由U1-D为主组成的反相器，目的是为了使这个触发电路输出的触发脉冲，在相位上比上一个触发电路延迟180度，以满足用于反转控制的可控硅的相位需要。当给IN2施加用于反转的控制电压时，下面一个触发电路就开始工作，向接于主电路交流电源上V5阳极端的可控硅V4 （此时其阴极上的电压极性是负极性）的控制极G2输出触发脉冲，其触发脉冲的波形和相位关系见上图(e)。同时，由于此时施加于IN1的直流控制电压等于零，上一个触发电路虽然仍旧在产生锯齿波，但是由于此时U1-B脚输出低电平，使震荡电路停止工作，不再产生触发脉冲，即上一个触发电路停止工作。（直流电机的主电路参见附图5。）第三节 工作台(横梁)自动往复（PLC）控制电路这部分电路见附图6。图中左边部分是控制横梁升降和横梁夹紧装置的继电接触器控制电路，与传统龙门刨床B2012A中的横梁升降控制电路並无明显不同之处。图中的KA支路是传统龙刨电路中所没有的，它的作用是确保当进行横梁升降操作时，工作台无法启动运行。而传统龙刨电路中是在KJI线圈支路中串入了KQJ、KHJ的常闭触点，在横梁升降电路中串入了KJI的常闭触点，以作互锁。图中右边部分是将传统龙刨继电控制电路中的工作台前进与后退控制改成了PLC控制后，可编程控制器的接线图。它的程序是根据附图9的继电接触控制电路编写出来的。作为练习，同学们可以应用可编程控制器的编程软件(比如三菱公司的)，根据这个电路，先编写出梯形图，再把它转换成指令表，看看与下面的指令表，是否相同。有条件的话，也可以上机调试和运行。关于PLC的相关内容，这里不再赘述。第二章习题21 运算放大器电路中“虚地端”存在的条件和特征是什么？22 写出比例运算放大电路的电压放大倍数的计算公式，並说明对这两个电阻的取值有何要求？23 试说明PID控制电路中各种反馈的组成元件和作用。2. 4 PID的反转控制电路