第五章电-机械转换元件.
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机电能量转换基础课件
电力电子技术概述
电力电子技术是指利用电子器件进行电能转换和控制的技术。
电力电子器件
电力电子器件包括晶体管、可控硅整流器、可关断晶闸管等。
控制策略
电力电子技术的控制策略包括PWM控制、SVPWM控制等。
应用领域
电力电子技术广泛应用于电机驱动、可再生能源、智能电网等领域。
能量储存技术
能量储存技术概述
能量储存技术是指将能量转换为其他形式存 储起来，并在需要时释放的技术。
储能系统
储能系统包括电池储能系统、超级电容储能 系统、飞轮储能系统等。
储存方式
能量储存方式包括化学能储存、机械能储存 、电磁能储存等。
应用领域
能量储存技术广泛应用于可再生能源利用、 智能电网等领域。
PART 04
机电能量转换效率与优化
效率分析
转换效率定义
机电能量转换效率是指机械能转换为电能的效率，通常用百分比表 示。
结构设计
02
优化机械能与热能之间的转换结构，减少能量损失，提高转换
效率。
控制策略
03
采用先进的控制策略，如PID控制、模糊控制等，提高系电桩的机电能量转换效率分析，通过实验测量和理论计算，发现转换效率较低，主要原 因是散热不良和机械能损失较大。
案例二
某风力发电系统的机电能量转换效率优化，通过改进材料、结构和控制策略，提高了转换效率和稳定 性。
机电能量转换的发展趋势
高效率与紧凑化
提高能量转换效率和减小设备体积是未来发展的主要 方向。
多功能与智能化
结合多种能量转换方式，实现设备多功能化，并提高 智能化水平。
环境友好与可持续性
发展环保、可持续的机电能量转换技术，减少对环境 的负面影响。
电力电子技术是指利用电子器件进行电能转换和控制的技术。
电力电子器件
电力电子器件包括晶体管、可控硅整流器、可关断晶闸管等。
控制策略
电力电子技术的控制策略包括PWM控制、SVPWM控制等。
应用领域
电力电子技术广泛应用于电机驱动、可再生能源、智能电网等领域。
能量储存技术
能量储存技术概述
能量储存技术是指将能量转换为其他形式存 储起来，并在需要时释放的技术。
储能系统
储能系统包括电池储能系统、超级电容储能 系统、飞轮储能系统等。
储存方式
能量储存方式包括化学能储存、机械能储存 、电磁能储存等。
应用领域
能量储存技术广泛应用于可再生能源利用、 智能电网等领域。
PART 04
机电能量转换效率与优化
效率分析
转换效率定义
机电能量转换效率是指机械能转换为电能的效率，通常用百分比表 示。
结构设计
02
优化机械能与热能之间的转换结构，减少能量损失，提高转换
效率。
控制策略
03
采用先进的控制策略，如PID控制、模糊控制等，提高系电桩的机电能量转换效率分析，通过实验测量和理论计算，发现转换效率较低，主要原 因是散热不良和机械能损失较大。
案例二
某风力发电系统的机电能量转换效率优化，通过改进材料、结构和控制策略，提高了转换效率和稳定 性。
机电能量转换的发展趋势
高效率与紧凑化
提高能量转换效率和减小设备体积是未来发展的主要 方向。
多功能与智能化
结合多种能量转换方式，实现设备多功能化，并提高 智能化水平。
环境友好与可持续性
发展环保、可持续的机电能量转换技术，减少对环境 的负面影响。
液压控制系统复习资料(王春行版)
一、简略设计应用电液比例阀控制的速度控制回路。
画出原理图并加以说明。
该液压控制系统由控制计算机、比例放大器、电液比例方向阀、液压泵、液压缸、基座、负载、位移传感器和，数据采集卡组成，如图1所示。
图1 电液比例阀控制的速度控制回路液压系统采用定量泵和溢流阀组成的定压供油单元，用电液比例方向阀在液压缸的进油回路上组成进油节流调速回路，控制活赛的运行速度。
位移传感器检测出液压缸活塞杆当前的位移值，经A/D 转换器转换为电压信号，将该电压信号与给定的预期位移电压信号比较得出偏差量，计算机控制系统根据偏差量计算得出控制电压值，再通过比例放大器转换成相应的电流信号，由其控制电液比例方向阀阀芯的运动，调节回路流量，从而通过离散的精确位移实现对负载速度的精确调节。
二、说明使用电液闭环控制系统的主要原因。
液压伺服系统体积小、重量轻，控制精度高、响应速度快，输出功率大，信号灵活处理，易于实现各种参量的反馈。
另外，伺服系统液压元件的润滑性好、寿命长；调速范围宽、低速稳定性好。
闭环误差信号控制则定位更加准确，精度更高。
三、在什么情况下电液伺服阀可以看成震荡环节、惯性环节、比例环节？在大多数的电液私服系统中，伺服阀的动态响应往往高于动力元件的动态响应。
为了简化系统的动态特性分析与设计，伺服阀的传递函数可以进一步简化，一般可以用二阶震荡环节表示。
如果伺服阀二阶震荡环节的固有频率高于动力元件的固有频率，伺服阀传递函数还可以用一阶惯性环节表示，当伺服阀的固有频率远远大于动力元件的固有频率，伺服阀可以看成比例环节。
四、在电液私服系统中为什么要增大电气部分的增益，减少液压部分的增益？在电液伺服控制系统中，开环增益选得越大，则调整误差越小，系统抗干扰能力就越强。
但系统增益超过临街回路增益，系统就会失稳。
在保持系统稳定性的条件下，得到最大增益。
从提高伺服系统位置精度和抗干扰刚度考虑，要求有较高的电气增益K P，因此，液压增益不必太高，只要达到所需要的数值就够了。
【2024版】新教材-人教版高中物理选择性必修第二册-第五章-传感器-精品教学课件(非图片版可编辑)
【典例示范】
(多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理
量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越
小),C为电容器,当环境温度降低时
()
A.电容器C的带电荷量增加
B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
【思维建模】
六、电阻应变片 1.电阻应变效应: 金属导体在外力作用下发生_机__械__形__变__(伸长或缩短)时,其 _电__阻__随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。电阻应变片是一种 _力__敏__元件。 2.电阻应变片的原理:当金属丝受到拉力时,长度变_长__、横截面积变_小__,导致 电阻变_大__;当金属丝受到压力时,长度变_短__、横截面积变_大__,导致电阻 变_小__。 3.电阻应变片能够把_物__体__形__变__这个力学量转换为电阻这个电学量。应用有 _电__子__秤__。
一 对传感器的认识 1.传感器的组成和工作流程: (1)传感器的组成。 ①敏感元件:相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏 感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 ②转换元件:将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电 信号的电子元件。 ③转换电路:将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如 电压、电流、电阻等电学量或电路的通断等。
1.传感器:能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_被__测__量__,并能把它们 按照一定的规律转换为便于传送和处理的_可__用__信__号__输出的一类器件或装置。 2.非电学量转换为电学量的意义: 把_非__电__学__量__转换成电压、电流等电学量,或转换为电路的_通__断__,可以很方便 地进行测量、传输、处理和_控__制__。
液压控制系统总复习题
Vt
阻尼特点：一般约为 0.1~0.2
8．液压动力元件负载特性。
（ 1 ）惯性负载： 有加速度和质量（角加速度和转动惯量）必然产生惯性负载 （ 2 ）粘性摩擦负载：粘性摩擦力的大小与速度成正比 （ 3 ）弹性负载： （ 4 ）冲击负载： 弹性摩擦力的大小与位移成正比 持续时间很短（毫秒级）的力
（ 5 ）不平衡负载：回转零件结构不对称产生的力
9. 液压动力元件负载匹配的两个基本原则。 液压缸的输出力 F Ap pL 活塞运动速度：v A p
QL
第四章 电液伺服阀 1．电液伺服阀组成、分类。 电-机械转换元件(力矩马达)＋液压放大元件
电信号 电功率 放大器
－
电液伺服阀 力矩马达 电气机械 转换器 液压放大 元件 液压 执行元件
反馈装置
Dm
xv
K ce Vt s 1 TL Dm 4 e K ce
s 2 2 s 2 h s 1 wh wh
Ⅰ型：积分 +振荡
6．液压系统的固有频率及参数含义。 .固有频率
h
2 4 e Ap
Vt M t
如何提高液压固有频率？
5
o
B 电液伺服阀的动态性能主要包括：
7
7. 电液伺服阀静态特性试验项目、动态特性试验项目。
A 静态特性试验项目 • • • • • • • • • 空载流量特性 分辨率试验 负载流量特性 压力增益特性 内部泄漏特性 动态流量测量、无载油缸的设计 低增益位置闭环 正弦扫描信号 测试数据采集和处理
B 动态特性试验项目
（1）按放大级数分类：单级、两级、三级 （2）按第一级结构分类：滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀 （3）按反馈形式分类：无反馈对中弹簧式、力反馈式、位置反馈式、压力反馈式
阻尼特点：一般约为 0.1~0.2
8．液压动力元件负载特性。
（ 1 ）惯性负载： 有加速度和质量（角加速度和转动惯量）必然产生惯性负载 （ 2 ）粘性摩擦负载：粘性摩擦力的大小与速度成正比 （ 3 ）弹性负载： （ 4 ）冲击负载： 弹性摩擦力的大小与位移成正比 持续时间很短（毫秒级）的力
（ 5 ）不平衡负载：回转零件结构不对称产生的力
9. 液压动力元件负载匹配的两个基本原则。 液压缸的输出力 F Ap pL 活塞运动速度：v A p
QL
第四章 电液伺服阀 1．电液伺服阀组成、分类。 电-机械转换元件(力矩马达)＋液压放大元件
电信号 电功率 放大器
－
电液伺服阀 力矩马达 电气机械 转换器 液压放大 元件 液压 执行元件
反馈装置
Dm
xv
K ce Vt s 1 TL Dm 4 e K ce
s 2 2 s 2 h s 1 wh wh
Ⅰ型：积分 +振荡
6．液压系统的固有频率及参数含义。 .固有频率
h
2 4 e Ap
Vt M t
如何提高液压固有频率？
5
o
B 电液伺服阀的动态性能主要包括：
7
7. 电液伺服阀静态特性试验项目、动态特性试验项目。
A 静态特性试验项目 • • • • • • • • • 空载流量特性 分辨率试验 负载流量特性 压力增益特性 内部泄漏特性 动态流量测量、无载油缸的设计 低增益位置闭环 正弦扫描信号 测试数据采集和处理
B 动态特性试验项目
（1）按放大级数分类：单级、两级、三级 （2）按第一级结构分类：滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀 （3）按反馈形式分类：无反馈对中弹簧式、力反馈式、位置反馈式、压力反馈式
《机电能量转换原理》课件
应用
用于制造压电陶瓷、压电传感器等。
VS
利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，将磁场能转换为机械能或电能。
应用
用于制造磁致伸缩驱动器、磁致伸缩传感器等。
工作原理
机电能量转换的特性分析
机电转换效率是衡量能量转换过程中损失程度的指标，它表示了转换效率的高低。
在机电能量转换过程中，由于各种原因，如电阻、摩擦、磁滞等，输入的能量不可能全部转化为机械能或电能，因此需要用机电转换效率来评估转换性能。转换效率越高，说明能量损失越少，转换性能越好。
总结词
详细描述
总结词
能量密度是衡量单位体积或质量中能量存储或释放的能力，它反映了转换装置的储能或动力输出能力。
要点一
要点二
详细描述
在机电能量转换中，能量密度越大，意味着在相同体积或质量的条件下，装置能够存储或释放更多的能量。这对于小型化、轻量化的应用非常重要。提高能量密度是当前研究的重点之一。
总结词
热管理是提高机电能量转换装置可靠性和稳定性的重要手段。
总结词
热管理设计需要考虑装置在工作过程中的热产生、传递和散失，通过合理的热设计，降低装置的工作温度和提高散热效率，从而保证装置的稳定运行。常用的热管理技术包括散热器、液冷和热管技术等。
详细描述
机电能量转换的未来展望
总结词：新材料与新技术的应用是推动机电能电能量转换技术的核心要求，未来的发展将更加注重这两个方面。
总结词
随着能源需求的不断增加，高效能已成为机电能量转换技术的重要发展方向。通过改进设计、优化材料和工艺，可以提高转换器的效能和效率，从而减少能源浪费和环境污染。同时，高可靠性也是机电能量转换技术的重要指标，能够保证设备的长期稳定运行和降低维护成本。未来技术的发展将更加注重提高设备的可靠性和寿命，以满足不断增长的市场需求。
用于制造压电陶瓷、压电传感器等。
VS
利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，将磁场能转换为机械能或电能。
应用
用于制造磁致伸缩驱动器、磁致伸缩传感器等。
工作原理
机电能量转换的特性分析
机电转换效率是衡量能量转换过程中损失程度的指标，它表示了转换效率的高低。
在机电能量转换过程中，由于各种原因，如电阻、摩擦、磁滞等，输入的能量不可能全部转化为机械能或电能，因此需要用机电转换效率来评估转换性能。转换效率越高，说明能量损失越少，转换性能越好。
总结词
详细描述
总结词
能量密度是衡量单位体积或质量中能量存储或释放的能力，它反映了转换装置的储能或动力输出能力。
要点一
要点二
详细描述
在机电能量转换中，能量密度越大，意味着在相同体积或质量的条件下，装置能够存储或释放更多的能量。这对于小型化、轻量化的应用非常重要。提高能量密度是当前研究的重点之一。
总结词
热管理是提高机电能量转换装置可靠性和稳定性的重要手段。
总结词
热管理设计需要考虑装置在工作过程中的热产生、传递和散失，通过合理的热设计，降低装置的工作温度和提高散热效率，从而保证装置的稳定运行。常用的热管理技术包括散热器、液冷和热管技术等。
详细描述
机电能量转换的未来展望
总结词：新材料与新技术的应用是推动机电能电能量转换技术的核心要求，未来的发展将更加注重这两个方面。
总结词
随着能源需求的不断增加，高效能已成为机电能量转换技术的重要发展方向。通过改进设计、优化材料和工艺，可以提高转换器的效能和效率，从而减少能源浪费和环境污染。同时，高可靠性也是机电能量转换技术的重要指标，能够保证设备的长期稳定运行和降低维护成本。未来技术的发展将更加注重提高设备的可靠性和寿命，以满足不断增长的市场需求。
第五章第2节霍尔传感器介绍PPT课件
卡形电流计的结构44霍尔电流传感器演示霍尔电流传感器演示铁心线性霍尔ic45在霍尔器件背后偏置一块永久磁体并将它们和相应的处理电路装在一个壳体内做成一个探头将霍尔器件的输入引线和处理电路的输出引线用电缆连接起来构成霍尔接近传感霍尔线性接近传感器主要用于黑色金属的自控计数黑色金属的厚度检测距离检测齿轮数齿转速检测测速调速缺口传感张力检测棉条均匀检测电磁量检测角度检测46当磁性物件移近霍尔开关时开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化由此识别附近有磁性物体存在进而控制开关的通或断
虽然温度升高了ΔT，为使霍尔电势不变，补偿电路必须满 足温升前、 后的霍尔电势不变，即UH0=UH，则
KH0IH0B=KHIHB
（5）
有
KH0IH0=KHIH
（6）
-
27
KH=KH0(1+αΔT)
IH0
Rp0Is Rp0 Ri0
IHR R pp Is R i R p0(1 R p0 (1 T ) R T i0()1 Is T )
Rp0()Ri0
-
31
3．采用温度补偿元件（如热敏电阻、电阻丝）
这是一种常用的温度误差的补偿方法，尤其适用于锑化铟 材料的霍尔元件，图5-11示出了几种不同连接方式的例子。
热敏电阻Rt具有负温度系数，电阻丝具有正温度系数。图 a、b、c中霍尔元件材料为锑化铟，其霍尔输出具有负温度系
数。图d为用Rt补偿霍尔输出具有正温度系数的温度误差。使 用时要求这些热敏元件尽量靠近霍尔元件，使它们具有相同
功率放大器A3为后级，它不仅切断共模干扰的传输，还将双 端输入方式变换成单端输出方式，以满足负载的需要
-
13
霍尔传感器输出电压是交流的情况： C1漏电流小，C2漏电流大- ，其差表现为偏移电压。 14
虽然温度升高了ΔT，为使霍尔电势不变，补偿电路必须满 足温升前、 后的霍尔电势不变，即UH0=UH，则
KH0IH0B=KHIHB
（5）
有
KH0IH0=KHIH
（6）
-
27
KH=KH0(1+αΔT)
IH0
Rp0Is Rp0 Ri0
IHR R pp Is R i R p0(1 R p0 (1 T ) R T i0()1 Is T )
Rp0()Ri0
-
31
3．采用温度补偿元件（如热敏电阻、电阻丝）
这是一种常用的温度误差的补偿方法，尤其适用于锑化铟 材料的霍尔元件，图5-11示出了几种不同连接方式的例子。
热敏电阻Rt具有负温度系数，电阻丝具有正温度系数。图 a、b、c中霍尔元件材料为锑化铟，其霍尔输出具有负温度系
数。图d为用Rt补偿霍尔输出具有正温度系数的温度误差。使 用时要求这些热敏元件尽量靠近霍尔元件，使它们具有相同
功率放大器A3为后级，它不仅切断共模干扰的传输，还将双 端输入方式变换成单端输出方式，以满足负载的需要
-
13
霍尔传感器输出电压是交流的情况： C1漏电流小，C2漏电流大- ，其差表现为偏移电压。 14
机电能量转换原理分解课件
电磁感应定律及其实例解析
电磁感应定律
当导线切割磁力线或磁场发生变化时，导线两端会产生 感应电动势，从而产生电流。这一现象称为电磁感应。
实例解析
发电机是电磁感应定律的典型应用。当发电机转子在定 子磁场中旋转时，转子导线切割磁力线，从而在导线两 端产生感应电动势，输出电流。
永磁同步电机工作原理剖析
永磁同步电机结构
06
总结回顾与未来展望
关键知识点总结回顾
机电能量转换基本概念
阐述机械能、电能之间的转换原理及 其在工程实践中的应用场景。
电动机工作原理
分析电动机的结构、工作原理及其分 类，讨论其优缺点及应用范围。
电磁感应定律
解释电磁感应现象及其在工程实践中 的应用，如发电机、变压器等。
电力电子变换技术
介绍电力电子变换器的基本类型、工 作原理及其在能量转换系统中的作用 。
04
优化作用
传感器与执行器选型依据讲解
01
传感器选型依据
根据被测量类型、测量范围、精度要求、环境适 应性等因素进行选择。
02
执行器选型依据
根据驱动方式、控制精度、响应速度、负载能力 等因素进行选择。
PID调节策略在实际应用案例分析
PID调节原理
讲解比例、积分、微分三个调节环节的作用原理 及调节参数整定方法。
变压器原理
变压器是一种利用电磁感应原理改变交流电压的设备。它由 两个或多个线圈绕在同一个铁芯上组成。当原边线圈通电时 ，会在副边线圈产生感应电动势，从而实现电压变换。
变频器原理
变频器是一种能够改变交流电机供电频率的设备。它首先将 交流电转换为直流电，再通过逆变器将直流电转换为可控频 率的交流电。通过改变输出交流电的频率，可以实现对电机 的无级调速。
第五章 电液伺服阀(2015)
30
油研伺服阀
图5.13 油研伺服阀示意图
31
油研伺服阀
图5.14 油研伺服阀参数表
32
国产电液伺服阀参数(704所)
图5.15 CSDY1型射流管电液伺服阀参数表 33
主要性能参数一览表
规格
额定流量 额定电流 额定供油压力
静态特性
负载流量特性 空载流量特性 压力特性 静态流量特性
动态特性
7
5.2 单级滑阀式电液伺服阀
5.2.1 动铁式单级电液伺服阀
直流伺服电机、步进电机、力矩马达、动圈式力马达以及 动铁式力马达(后者一般的称为比例电磁铁)等都是这种电机械转换装置，但在伺服阀中应用最广的是力矩(力)马达。 力矩马达是一个电磁元件。它输入的电信号通常为直流电 流，输出的物理量是力矩(力)；力矩及力都可以通过一个弹 性元件转换为角位移或直线位移，所以力矩(力)马达的输出 量也可以是机械位移量。 力矩马达的型式很多，比较常见的是极化永磁式力矩马达
1 2 3 4 5 6 7
1.永久磁铁；2.内导磁体；3.外导磁体 4.可动控制线圈 5.线圈骨架；6对中弹簧；7.滑阀阀芯
图5.4 动圈式力马达工作原理图
12
5.5.2 动圈式单级电液伺服阀
1.磁铁；2. 导磁体；3.十字弹簧；4.控制杆 5.阀芯； 6.阀体；7.控制线圈；8.框架
当信号电流通过控制线圈时，载流线圈在磁场中产生的电磁力，通过控 制杆与十字弹簧的反力平衡，阀心移动相应的位移，从而使阀输出相应 的流量。
1.流量增益 3.速度常数Kv
e M t
Vt
Kv
Kq Ap
4.刚度
Kh
2 4 e Ap
Vt
3
5.1电液伺服阀分类及发展概述
教科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第5章 传感器 本章整合 (2)
(3)①在调节过程中,电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用,电阻箱的阻值
应为报警器报警时热敏电阻的阻值,即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中
为限流接法,滑片应置于b端附近,若置于另一端a时,闭合开关,则电路中的
18
电流I= 650.0 A≈27.7 mA,超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏。②
消除干扰并转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量,然后传给执行
机构。
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
2.处理与传感器有关的电路设计问题时,可将整个电路分解为:
(1)传感器所在的信息采集部分;
(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关);
(3)执行电路。
器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电
流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在
60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器
光敏电阻——
温度传感器
光传感器
工作流程:非电信息→敏感元件→转换元件→信号调节转换
电路→
电学量
二、传感器的应用
电子秤
力传感器——
应用
传感器的应用
电熨斗
温度传感器 电饭锅
光传感器——
控制电路
光控 LED 灯
温度报警器
火灾报警器
重点题型·归纳剖析
一、
常见敏感元件的特点及应用
1.光敏电阻
光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强,电阻减小;光照减弱,电阻
应为报警器报警时热敏电阻的阻值,即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中
为限流接法,滑片应置于b端附近,若置于另一端a时,闭合开关,则电路中的
18
电流I= 650.0 A≈27.7 mA,超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏。②
消除干扰并转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量,然后传给执行
机构。
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
2.处理与传感器有关的电路设计问题时,可将整个电路分解为:
(1)传感器所在的信息采集部分;
(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关);
(3)执行电路。
器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电
流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在
60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器
光敏电阻——
温度传感器
光传感器
工作流程:非电信息→敏感元件→转换元件→信号调节转换
电路→
电学量
二、传感器的应用
电子秤
力传感器——
应用
传感器的应用
电熨斗
温度传感器 电饭锅
光传感器——
控制电路
光控 LED 灯
温度报警器
火灾报警器
重点题型·归纳剖析
一、
常见敏感元件的特点及应用
1.光敏电阻
光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强,电阻减小;光照减弱,电阻
(完整版)第五章 电气控制的逻辑设计
第五章 电气控制的逻辑设计逻辑设计是近年发展起来的一种新兴设计方法，它的主要优点就在于能充分应用数学 工具和表格，全面考虑控制电路的逻辑关系，按照一定的方法和步骤设计出符合要求的控 制电路。
用逻辑设计法设计出的控制电路，精炼、可靠。
第一节 电气线路的逻辑表示一、电器元件的逻辑表示为便于用逻辑代数描述电路，对电器元件状态的逻辑表示作如下规定：(1)用K 、KM 、ST 、SB 分别表示继电器、接触器、行程开关、按钮的常开(动合)触头；用 表示其相应的常闭(动断)触头。
(2)电路中开关元件的受激状态(如继电器线圈得电，行程开关受压)为“1”状态；开关元件的原始状态(如继电器线圈失电，行程开关未受压)为“o ”状态，触头的闭合状态为“1”状态，触头的断开状态为“0”状态。
K ＝1，继电器线圈处于得电状态；K ＝o ，继电器线圈处于失电状态；K ＝1，继电器常开触头闭合；K ＝o ，继电器常开触头断开；K ＝1，继电器常闭触头闭合；K ＝o ，继电器常闭触头断开。
从上述规定看出，开关元件本身状态的“1”(线圈得电)、“o ”取值和它的常开触头的‘1”、“o ”取值一致，而和其常闭触头的取值相反。
B S T S MK K 、、、二、逻辑代数的基本逻辑关系及串、并联电路的逻辑表示在逻辑代数中，常用大写字母A、B、C、…表示逻辑变量。
三、电气线路的逻辑表示有了上述规定和基本逻辑关系，就可以应用逻辑代数这一工具对电路进行描述和分析。
具体步骤是：以某一控制电器的线圈为对象，写出与此对象有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件、保护元件等，它们触头间相互联接关系的逻辑函数表达式(均以未受激时的状态来表示)。
有了各个电气元件(以线圈为对象)的逻辑表达式后，当发出主令控制信号时(如按一下按钮或某开关动作)，可分析判断哪些逻辑表达式输出为“1”(表示那个电器线圈得电)，哪些表达式由“1’’变为“o”。
从而可进一步分析哪些电动机或电磁阀等运行状态改变，使机床各运动部件的运行发生何种变化等。
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第五章
电-机械转换元件
5.1 动圈式力马达 5.2动铁式力马达 5.3直流比例电磁铁 5.4 控制用电动机简介
概述
电-机械转换元件的作用：是将电气装置 输入的电信号转换为机械量：F(T)、S。 在电液伺服系统中，作为电液控制元件 的前置级，其稳态控制精度和动态响应 性能以及抗干扰能力和工作的可靠性， 直接关系到整个系统的控制精度和响应 速度，也直接影响到系统工作的可靠性 和寿命。 常用的有：动铁式力矩马达、动圈式力 马达、比例电磁铁、步进电机、直流和 交流伺服电机等。
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动圈式力马达
力马达的可动线圈悬置于工作气 隙中，永久磁铁在工作气隙中 形成极化磁通，当控制电流加 到线圈上时，线圈就会受到电 磁力的作用而运动。 线圈的运动方向可根据磁通方向 和电流方向按左手定则判断。 线圈上的电磁力克服弹簧力和 负载力，使线圈产生一个与控 制电流成比例的位移。
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－调整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈
动圈式力马达
dxv e Bg DN C dt
气 隙 磁 通 密 度 线 圈 平 均 直 径 线 圈 匝 数 线 圈 位 移 变 化 量
u
根据载流导线在磁场中受力，且由于磁场的磁 力线与线圈电流垂直，得力马达的力方程：
F Bg D NC ki i
可以看出：F与i 返回子目录 成线性关系。
永磁动铁力矩马达原理图
5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁
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动铁式力矩马达
假定力矩马达的两个控制线 圈由一个推挽放大器供电1，
放大器中的常值电压在每个 控制线圈中产生的常值电流 大小相等方向相反，因此在 衔铁上不产生电磁力矩。
永磁动铁力矩马达原理图
力马达的电流力增益
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－源自整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈动圈式力马达
建立线圈运动部件的力平衡方程：
d 2 xv dxv F mc Bc K C xv 2 dt dt
线 圈 组 件 的 质 量 在磁 场中 运动 部件 所受 的阻 尼力 系数 弹 簧 风 度
u
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－调整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈
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i1
动铁式力矩马达
当衔铁处于中位时，每个工作气隙的磁阻为
永磁动铁力矩马达原理图
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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动铁式力矩马达
假设，在气隙①、③中控制磁通与极化 磁通方向相同，而在气隙②、④中控制 磁通与极化磁通方向相反。因此气隙①、 ③中的合成磁通大于气隙②、④中的合 成磁通，于是在衔铁上产生顺时针方向 的电磁力矩，使衔铁绕弹簧管转动中心 顺时针方向转动。当弹簧管变形产生的 反力矩与电磁力矩相平衡时，衔铁停止 转动。如果信号电流反向，则电磁力矩 也反向，衔铁向反方向转动，电磁力矩 的大小与信号电流的大小成比例，衔铁 的转角也与信号电流成比例。
ｉ——每个线圈中的信号电流。
两个线圈中的差动电流为
： i i1 i2 2i ic
永磁动铁力矩马达原理图
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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i1
动铁式力矩马达
假定磁性材料和非工作气隙的磁阻可以忽略不计，只考虑四个 工作气隙的磁阻，则力矩马达的磁路可用等效磁路表示。
永磁动铁力矩马达原理图
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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动铁式力矩马达
无信号电流时，衔铁在上、下导磁体的 中间位置，由于力矩马达结构是对称的， 永久磁铁在四个工作气隙中所产生的极 化磁通是一样的，使衔铁两端所受的电 磁吸力相同，力矩马达无力矩输出。当 有信号电流通过线圈时，控制线圈产生 控制磁通，其大小和方向取决于信号电 流的大小和方向。
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动铁式力矩马达
主要组成：永久磁铁、上导磁体、下导 磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管等组成。 衔铁固定在弹簧管上端，由弹簧管支承 在上、下导磁体的中间位置，可绕弹簧 管的转动中心作微小的转动。 衔铁两端与上、下导磁体（磁极）形成 四个工作气隙①、②、③、④。两个控 制线圈套在衔铁之上。上、下导磁体除 作为磁极外，还为永久磁铁产生的极化 磁通和控制线圈产生的控制磁通提供磁 路。
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动圈式力马达
将前面公式分别进行拉氏变换： 从电流输入到输出位移的传递函数为：
uEg E R C rP I LSI E B g DN C Sxv F ki I F mc S 2 xv BC Sxv K C xv
将前面公式合并整理：
xv s 2 I s S w2 c
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动圈式力马达
di ue g e RC rc i L dt
输 入 放 大 器 的 信 号 电 压
放 大 器 的 单 边 增 益
反 电 动 势
线 圈 内 阻
放 大 器 内 阻
信 号 电 流
线 圈 电 感
u
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－调整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈
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ki Kc 2 c s 1 wc
其中：线圈组件的固有频率：
ki I mc S 2 xv BC Sxv K C xv
wc
kc mc Bc 2 K c mc
c
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动铁式力矩马达
力矩马达的作用：将电信号转换为机械运动。
电气-机械转换器是利用电磁原理工作的，它由永久磁铁 或激磁线圈产生极化磁场，电气控制信号通过控制线圈 产生控制磁场，两个磁场之间相互作用产生与控制信号 成比例并能反应控制信号极性的力矩，从而使其运动部 分产生角位移的机械运动
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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i1
动铁式力矩马达
当放大器有输入电压时，将使一个控制线圈中的 电流增加，另一个控制线圈中的电流减少，两个 线圈中的电流分别为。
i1 I 0 i
i1——每个线圈中的电流；
i2 I0 i
i2——每个线圈中的常值电流；
电-机械转换元件
5.1 动圈式力马达 5.2动铁式力马达 5.3直流比例电磁铁 5.4 控制用电动机简介
概述
电-机械转换元件的作用：是将电气装置 输入的电信号转换为机械量：F(T)、S。 在电液伺服系统中，作为电液控制元件 的前置级，其稳态控制精度和动态响应 性能以及抗干扰能力和工作的可靠性， 直接关系到整个系统的控制精度和响应 速度，也直接影响到系统工作的可靠性 和寿命。 常用的有：动铁式力矩马达、动圈式力 马达、比例电磁铁、步进电机、直流和 交流伺服电机等。
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动圈式力马达
力马达的可动线圈悬置于工作气 隙中，永久磁铁在工作气隙中 形成极化磁通，当控制电流加 到线圈上时，线圈就会受到电 磁力的作用而运动。 线圈的运动方向可根据磁通方向 和电流方向按左手定则判断。 线圈上的电磁力克服弹簧力和 负载力，使线圈产生一个与控 制电流成比例的位移。
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－调整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈
动圈式力马达
dxv e Bg DN C dt
气 隙 磁 通 密 度 线 圈 平 均 直 径 线 圈 匝 数 线 圈 位 移 变 化 量
u
根据载流导线在磁场中受力，且由于磁场的磁 力线与线圈电流垂直，得力马达的力方程：
F Bg D NC ki i
可以看出：F与i 返回子目录 成线性关系。
永磁动铁力矩马达原理图
5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁
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动铁式力矩马达
假定力矩马达的两个控制线 圈由一个推挽放大器供电1，
放大器中的常值电压在每个 控制线圈中产生的常值电流 大小相等方向相反，因此在 衔铁上不产生电磁力矩。
永磁动铁力矩马达原理图
力马达的电流力增益
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－源自整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈动圈式力马达
建立线圈运动部件的力平衡方程：
d 2 xv dxv F mc Bc K C xv 2 dt dt
线 圈 组 件 的 质 量 在磁 场中 运动 部件 所受 的阻 尼力 系数 弹 簧 风 度
u
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－调整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈
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i1
动铁式力矩马达
当衔铁处于中位时，每个工作气隙的磁阻为
永磁动铁力矩马达原理图
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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动铁式力矩马达
假设，在气隙①、③中控制磁通与极化 磁通方向相同，而在气隙②、④中控制 磁通与极化磁通方向相反。因此气隙①、 ③中的合成磁通大于气隙②、④中的合 成磁通，于是在衔铁上产生顺时针方向 的电磁力矩，使衔铁绕弹簧管转动中心 顺时针方向转动。当弹簧管变形产生的 反力矩与电磁力矩相平衡时，衔铁停止 转动。如果信号电流反向，则电磁力矩 也反向，衔铁向反方向转动，电磁力矩 的大小与信号电流的大小成比例，衔铁 的转角也与信号电流成比例。
ｉ——每个线圈中的信号电流。
两个线圈中的差动电流为
： i i1 i2 2i ic
永磁动铁力矩马达原理图
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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i1
动铁式力矩马达
假定磁性材料和非工作气隙的磁阻可以忽略不计，只考虑四个 工作气隙的磁阻，则力矩马达的磁路可用等效磁路表示。
永磁动铁力矩马达原理图
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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动铁式力矩马达
无信号电流时，衔铁在上、下导磁体的 中间位置，由于力矩马达结构是对称的， 永久磁铁在四个工作气隙中所产生的极 化磁通是一样的，使衔铁两端所受的电 磁吸力相同，力矩马达无力矩输出。当 有信号电流通过线圈时，控制线圈产生 控制磁通，其大小和方向取决于信号电 流的大小和方向。
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动铁式力矩马达
主要组成：永久磁铁、上导磁体、下导 磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管等组成。 衔铁固定在弹簧管上端，由弹簧管支承 在上、下导磁体的中间位置，可绕弹簧 管的转动中心作微小的转动。 衔铁两端与上、下导磁体（磁极）形成 四个工作气隙①、②、③、④。两个控 制线圈套在衔铁之上。上、下导磁体除 作为磁极外，还为永久磁铁产生的极化 磁通和控制线圈产生的控制磁通提供磁 路。
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动圈式力马达
将前面公式分别进行拉氏变换： 从电流输入到输出位移的传递函数为：
uEg E R C rP I LSI E B g DN C Sxv F ki I F mc S 2 xv BC Sxv K C xv
将前面公式合并整理：
xv s 2 I s S w2 c
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动圈式力马达
di ue g e RC rc i L dt
输 入 放 大 器 的 信 号 电 压
放 大 器 的 单 边 增 益
反 电 动 势
线 圈 内 阻
放 大 器 内 阻
信 号 电 流
线 圈 电 感
u
动圈式力马达 1－永久磁铁 2－调整螺钉3－平衡弹簧 4－动圈
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ki Kc 2 c s 1 wc
其中：线圈组件的固有频率：
ki I mc S 2 xv BC Sxv K C xv
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kc mc Bc 2 K c mc
c
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动铁式力矩马达
力矩马达的作用：将电信号转换为机械运动。
电气-机械转换器是利用电磁原理工作的，它由永久磁铁 或激磁线圈产生极化磁场，电气控制信号通过控制线圈 产生控制磁场，两个磁场之间相互作用产生与控制信号 成比例并能反应控制信号极性的力矩，从而使其运动部 分产生角位移的机械运动
1－放大器 2－上导磁体 3－永久磁铁 4－衔铁 5－下导磁体 6－弹簧管 7－永久磁铁
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i1
动铁式力矩马达
当放大器有输入电压时，将使一个控制线圈中的 电流增加，另一个控制线圈中的电流减少，两个 线圈中的电流分别为。
i1 I 0 i
i1——每个线圈中的电流；
i2 I0 i
i2——每个线圈中的常值电流；