《高級維修電工技能培訓(xùn)教材》課件B

1、 面向 21世紀(jì)高級應(yīng)用型人才 目 錄第一章： 傳統(tǒng)B2012A龍門刨床工作原理介紹 (1)第二章：自動往復(fù)直流調(diào)速系統(tǒng)電氣控制模擬裝置原理分析 (22)第三章：電子電路焊接及調(diào)試(22) 1、10W功放電路原理圖、印刷線路及調(diào)試要求； 2、PID電路焊接（調(diào)試）用圖及調(diào)試要求。 3、晶閘管調(diào)速電路原理圖及調(diào)試要求第四章：故障分析與排除(33)附錄(42) 附圖13:傳統(tǒng)B2012A龍門電氣原理圖； 附圖49：自動往復(fù)直流調(diào)速裝置電氣原理圖； 末頁：高級維修電工考核大綱。第二章第二章 自動往復(fù)直流調(diào)速系統(tǒng)電氣控制模擬裝置自動往復(fù)直流調(diào)速系統(tǒng)電氣控制模擬裝置 原理分析原理分析 內(nèi)容提要 該模擬裝

2、置是B2012A龍門刨床的模擬型，專為高級維修電工的培訓(xùn)和考核而制作。內(nèi)容包括： 1、直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速原理圖； 2、直流調(diào)速PID控制電路； 3、工作臺(橫梁)自動往復(fù)(PLC)控制電路； 4、觸發(fā)電路。 第一節(jié)第一節(jié) 直流電機(jī)自動調(diào)速（直流電機(jī)自動調(diào)速（PIDPID）電路）電路 該部分電路見附圖7。 “P、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(shí)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(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)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

3、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(zhǔn)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 (Ri)(Rf) 國產(chǎn)第一代運(yùn)算放大器F001電路原理圖1)、運(yùn)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很大，又由于 Ui Ao ( Ui1 Ui2 ) Ao Uo 有限值，因而 Ui

4、( 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(jù)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。ViVo1914RIRIKK102 3)虛地端的特征：該點(diǎn)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(diǎn)的另一個輸入端接地。 對于單端輸入式線性放大電路(見圖2-2)，其放大倍數(shù) 2、比例積分電路：起延緩信號傳輸?shù)淖饔?，克服?shí)際設(shè)備中存在的電磁慣性和機(jī)械慣性。見圖2-3：在該電路中，存在著兩個電容電流，始端和終端電容電流Ic0和Ic1。 在電容C充電

5、過程中，由于 I=Ii+I2+Ic0I2+Ic0 ，K= = = = = 0.2 。RiRf 又由于 IcIc0 0I I2 2， 所以 IIc0 = = ；13RViKVi10(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RfRoRi在線電阻： 在電容C的充電過程中，由于放大器的深度負(fù)反饋，IcoC（常數(shù)），所以C110t0Ic132RRViCRtVi131Vo =(Ic0R2 dt )=( )電容充電所經(jīng)歷的時間為ViCRRViRVo13)13/2(t1 =輸出電壓隨時間的變化過程見下圖所示： K= = = = (2 1) 。圖 圖24比例積分放大器的輸出特性曲

6、線 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，電容終端電流Ic1=0 ，則 II2+IC1=I2 ， 該級穩(wěn)態(tài)電壓放大倍數(shù)13562RIRI1356RRKKK101020K 3、比例微分電路：對信號的傳遞起加速作用，在實(shí)際電路中與其它反饋量配合，起消除機(jī)電振蕩的阻尼作用，它的標(biāo)準(zhǔn)電路形式，見下圖： 圖25比例微分放大器 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。 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(yùn)放集成塊，每一塊的引腳功能見下圖：圖26集成運(yùn)放LM324的引腳功能 它屬于第三代集成電路，

7、基本上不需要調(diào)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(jìn)行調(diào)整時修正它的靜態(tài)電壓(電流)值。如可通過調(diào)整R21，調(diào)節(jié)U1D的輸出電壓(靜態(tài))值。確保當(dāng)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(jī)的正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速， 下一半用于控制工作臺電機(jī)的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，其電路結(jié)構(gòu)是一樣的。由于上一半電路引入的給定電壓是負(fù)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2-3，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=

8、（21），它的具體數(shù)值取決于電路中可調(diào)電阻R6的實(shí)際數(shù)值。 (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 圖27 級間耦合電路 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(yùn)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）。3、 第二級放大器的其它功能電路： 1)級間耦合電路。見下圖： 2)靜態(tài)電壓負(fù)反饋電路。在第二級放大器的輸入端與整個直流調(diào)速系統(tǒng)的輸出端直流電機(jī)電樞電壓Va之間，有一個電壓負(fù)反饋電路，其等效電路見圖2-8。其反饋系數(shù) 圖28電壓負(fù)反饋電路上

9、式分子中，1W，R 3都是可調(diào)電阻，其值可在010K之間調(diào)整。 加入了電壓負(fù)反饋電路后對第二級放大器的影響是，相當(dāng)于降低了該級放大器的放大倍數(shù)，但是提高了其靜態(tài)輸出電壓的穩(wěn)定性。 圖29考慮了電壓負(fù)反饋電路后的第二級放大器等效電路 圖2-9是第二級放大器輸入端在考慮了電壓負(fù)反饋后的等效電路，很明顯，它屬于電壓並聯(lián)負(fù)反饋類型。從輸入端看，因?yàn)樵黾恿艘粋€負(fù)極性的反饋電流，其結(jié)果是使實(shí)際輸入電流減少了。根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流定律 I=IfI2+Ii2IfI2 ， 即 I2=IIf ，17102RIRIIIfI 1710RRIIfI 則現(xiàn)在條件下第二級的電壓放大倍數(shù)= K2 K2 K2= = 3) 隔離電阻。圖

10、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(fù)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。 由于 If = Vf / R9 ，調(diào)節(jié)1W和R3，使 I2 =（IIf） 0 。 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）。 圖210 具有電流正反饋和電流截止負(fù)反饋功能的電路 5、第三級放大器的其它功能電路：(見圖2-10) 1)電流截止負(fù)反饋電路：當(dāng)負(fù)載端電流Ia的電樞

11、大至一定值時，就會在2W中點(diǎn)與地之間得到較大取樣電壓VI，D3將導(dǎo)通，于是有電流Ijz經(jīng)R23加至U1B端，其極性為正極性，見圖2-11。該電流與來自前級輸出的負(fù)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U1B端的電流I2減少。即 I2+Ijz=I+IiI，I2 =IIjz I， 圖211 具有電流截止負(fù)反饋功能時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 。1582RIRIII2158RRII2 當(dāng)負(fù)載電流較大時，調(diào)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(fù)載電流Ia大幅度下降，將負(fù)載電流限制在一定

12、范圍內(nèi)，保證了電機(jī)運(yùn)行的安全。 2)動態(tài)電壓負(fù)反饋電路： 動態(tài)電壓負(fù)反饋電路見圖2-12所示，它屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋類型。此電路用于當(dāng)輸出電壓有出現(xiàn)跳變的趨勢時，利用劇烈的負(fù)反饋?zhàn)饔?，阻礙電壓跳變的發(fā)生，使電路工作穩(wěn)定。圖212 動態(tài)電壓負(fù)反饋電路此時，跳變信號經(jīng)C8傳至R31，產(chǎn)生反饋電壓Vvf，其第三級放大器輸入電壓Vi=Vo2 VvfVo2 ,第三級放大器輸出電壓Vo3=K3 Vi=K3(Vo2 Vvf) Vo3 。 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(jù)以上討論可知， 該級電壓放大倍數(shù) K4 = R11/R18 = (10K0K)/10

13、K = (10) 。 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(jīng)R33，分壓后經(jīng)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(jīng)R18引至U1A輸入端，因此它們構(gòu)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(dāng)負(fù)載增大使轉(zhuǎn)速下降時，通過電流正反饋的作用，讓負(fù)載電流更大一些，補(bǔ)償轉(zhuǎn)速的下降，從而起到穩(wěn)定轉(zhuǎn)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(fù)載條件下，調(diào)節(jié)R33，通過試驗(yàn)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

14、路的反饋系數(shù)的乘積，它應(yīng)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，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(xué)員討論。) 第二章(1)課堂練習(xí)題 PID控制電路原理 2.1 運(yùn)算放大器電路中“虛地端”存在的條件和特征是什么？ 2.2 寫出比例運(yùn)算放大電路中的電壓放大倍數(shù)的計(jì)算公式，並說明對這兩個電阻的取值有何要求？ 2.3 試說明PID控制電路中各種反饋電路的組成元件和作用。 2.

15、4 PID的反轉(zhuǎn)控制電路與正轉(zhuǎn)控制電路相比，有哪些不同之處？起什么作用？ 第二節(jié)第二節(jié) 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 觸發(fā)電路接受來自“PID”的控制電壓，向直流調(diào)速電路中的兩個可控硅提供觸發(fā)脈沖，電路圖見附圖8。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(diào)的觸發(fā)脈沖。對該電路的基本要求有兩條： 1、控制角應(yīng)連續(xù)可調(diào)，理論上最大控制角可達(dá)180電角； 2、應(yīng)有控制觸發(fā)的同步電路。 按電路結(jié)構(gòu)來區(qū)分，該電路由一組為觸發(fā)電路提供正負(fù)12V電壓的穩(wěn)壓電源和兩個互相獨(dú)立，結(jié)構(gòu)幾乎完全相同的觸發(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(jī)的正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控

16、制，下面一個觸發(fā)電路用于反轉(zhuǎn)控制。由于兩個觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)和原理完全一樣，下面我們著重分析圖中上面一個觸發(fā)電路即正轉(zhuǎn)控制觸發(fā)電路的工作原理。 (一)正轉(zhuǎn)控制觸發(fā)電路的工作原理分析： 該電路又可分成四個部分： 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(jīng)過一只可調(diào)電阻R6，隔離電阻R35，一個由運(yùn)放U3-A和兩個電阻R33、R34組成的線性放大電路，再經(jīng)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(yùn)放的輸入端，還接有一條從負(fù)12伏電源經(jīng)R40，D4穩(wěn)壓后再經(jīng)隔離電阻R37引入的電路，它與從IN1輸入的控制電壓傳傳輸電路以及運(yùn)放一起組成

17、加法器。該加法器滿足以下兩公式 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(jù)上兩式應(yīng)有UIN10，調(diào)節(jié)R34可保證使得UIN1的值足夠大，通過D10進(jìn)入比較器U1-B的輸入端U1-B腳。 考慮到上式中，KIN1與括號內(nèi)的值都是負(fù)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(jìn)入比較器U1-B腳的電壓也越低。反之亦然。 2、同

18、步電路：由鋸齒波發(fā)生電路U1-C，D2，R7，C2，V7，R19，D13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(guān)”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(shí)現(xiàn)同步。 該電路的工作原理如下：設(shè)t=0時，有效值為16V的交流正弦波電壓開始進(jìn)入負(fù)半周，該電壓從U1-C腳引入，經(jīng)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(dǎo)通，通過R7對電容C2充電，由于它時間常數(shù)較大，R7*C250mS ，遠(yuǎn)大于電源正弦波的半個周期10

19、mS，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(jìn)入正半周，經(jīng)U1-C放大和整形，從其腳輸出負(fù)極性的矩形電壓波形，則D2截止，而D13導(dǎo)通，此時的負(fù)電壓加至V7基極，V7導(dǎo)通，C2經(jīng)V7、R19迅速放電，形成如圖213（b）圖所示的鋸齒波形。 10mS U1-B與相關(guān)元件組成比較器。鋸齒波電壓加至U1-B腳，經(jīng)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(dāng)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(diǎn)” ，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(shí)現(xiàn)了同步

20、。 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(dá)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(diào)低，則依據(jù)(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,輸出電壓降低。 圖2-13(c) U1B輸出波形圖即為來自U1B腳的控制電壓。當(dāng)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(yuǎn)小于T/210mS。3、多諧振蕩電路:主要元件由圖中的兩個與非門U2C、U2D及電容C1、C3,電阻R2、R3組成 (見圖2-16)。其起振條件

21、是，腳和 腳都必須是高電平。當(dāng)腳設(shè)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2 4、脈沖形成和輸出電路(附圖8-4)：從腳輸出的方波，通過V6、V2進(jìn)行功率放大后，再通過脈沖變壓器T2，向可控硅V5的圖2-13(d)(e) U1B輸出波形圖控制極G1 與K1之間，輸出控制脈沖，使該可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。我們把一個周期內(nèi)第一個脈沖輸出時，與正弦波過零點(diǎn)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U2C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(dāng)正弦波電

22、壓過“零點(diǎn)”時，腳由于C15剛開始充電，其上 圖2-17 脈沖形成和輸出電路 的電壓還是“零” ，振蕩器還不能起振。經(jīng)過一定的時間間隔（t 3R25C15），當(dāng)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(shè)置該電路的目的，是為了防止V5過早導(dǎo)通，而此時另一只可控硅可能還未關(guān)閉，從而會導(dǎo)致失控！調(diào)節(jié)C15可調(diào)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(fù)電壓。 6、與主電路的相位關(guān)系：整個觸發(fā)電路中我們要注意一點(diǎn)，那就是必須確保當(dāng)從U1C腳引入的交流電壓極性為負(fù)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(guān)于反轉(zhuǎn)控制觸發(fā)電路工作原理的補(bǔ)充說明： 電路中下面一個觸發(fā)電路的工作原理與以上的討論基本一樣。所不同的是增加了一節(jié)由U1D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(zhuǎn)控制的可控硅的相位需要。當(dāng)下面一個觸發(fā)