电路原理与电机控制第3章电路的一般分析方法
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汽车电工电子技术第三章 汽车电路基础
工作任务二：掌握汽车风扇的控制原理及电路特点 1.工作描述
小王下课后，和同学来到修配车间当实习修理工，师傅老李叫小王通过测量，掌 握汽车风扇的控制原理及电路特点。
如图3-15，汽车风扇开关在LO位置 和M1位置时不能正常工作，但是在 M2和HI位置时能正常工作。
消费者认为是风扇电机的开关 问题，更换开关后，没有消除故障 现象。
第3章 汽车电路基础
❖ 学习意义 ❖ 完成本章学习后，你将能够知道汽车电路由哪几部分组成， ❖ 电路是如何控制的，使你能够更快更有效的诊断和检修电路。
❖ 学习目标
---能区别电路基本组成：电源，负载，保护装置 和接地 ---能区别不同类型的电路和电路的控制方法 ---知道电路是怎样进行正常工作的 ---应用电压，电流和电阻的关系诊断电路的故障
上述求和时，需要任意指定一个回路的 绕行方向，对于电动势，绕行方向与电 动势方向相同时，电动势取正号，反之 取负号。电阻上电流方向与回路绕行方 向一致时，电阻压降取正号，反之取负 号。 以图3-17电路说明基夫尔霍电压 定律。沿着回路abcdea绕行方向，有
能力
专业 能力
工作 方法
合作 能力
交流 能力
评价
分数
4.学习体会
序号 1 2 3 4
问题
解答
汽车电器电路的特点是什 么?
汽车电路由哪几部分组成？
汽车的各个部分的作用是 什么?
你还有哪些要求与设想?
3.2 欧姆定律（OHMS LAW）
3.2.1 部分电路欧姆定律 1.表述：
不含电源的一段电路称为部分 电路，流过导体的电流与这段导 体两端的电压成正比，与导体的 电阻成反比。这个结论称为欧姆 定律。见图3-3。 2.数学表达式：
运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统
U
*
im
，转速外环呈开环状态，
转速的变化对系统不再产生影响。在这种情况下，电流负反
馈环起恒流调节作用，转速线性上升，从而获得极好的下垂
特性，如图 3-5中的AB段虚线所示。
第二十一页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
此时，电流
I
d
U* im ?
?
I dm
，Idm 为最大电流，是由设
差调节。
第二十页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
1) 转速调节器饱和
在电动机刚开始起动时，突加阶跃给定信号 U*n，由于
机械惯性，转速 n很小，转速负反馈信号 Un很小，则转速偏
差电压 ΔUn=U*n-Un>0很大，转速调节器 ASR 很快达到饱和
状态， ASR的输出维持在限幅值
图 3-5 双闭环直流调速系统的静特性
第二十三页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
2) 转速调节器不饱和
当转速n达到给定值且略有超调时 (即n>n0)，ΔUn=
U*n-Un<0，则转速调节器 ASR的输入信号极性发生改变，
ASR 退出饱和状态，转速负反馈环节开始起转速调节作用，
用以调节起动电流并使之保持最大值，使得转速线性变化， 迅速上升到给定值； 在电动机稳定运行时，转速调节器退 出饱和状态，开始起主要调节作用，使转速随着转速给定信 号的变化而变化，电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流 以平衡负载电流。
第六页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
器ACR和转速调节器 ASR的输入电压偏差一定为零，因此，
电气原理图详解
图1-47 通电延时型时间继电器的电路符号
2．断电延时型时间继电器
图1-48 断电延时型时间继电器的电路符号
5．空气阻尼式时间继电器
主要技术数据为：
（1）供电电压：交流（24V、36V、110V、220V、380V）； （2）延时规格：0.4～60s、0.4～180s。
6．选用
（1）根据系统的延时范围和精度选择时间继电器 的类型和系列。
（1）启动
不断重复上述过程，工作台就在限定的行程内作自动往返运动
（2）停止
1.8 Y-△形降压启动控制电路
1.8.1 时间继电器 1．通电延时 型时间继电 器
图1-46 时间继电器 1—线圈 2—反力弹簧 3—衔铁 4—铁芯 5—弹簧片 6—瞬时触点 7—杠杆 8—延时触点 9—调节螺钉 10—推杆 11—空气室 12—宝塔形弹簧
（1）正转控制
（2）反转控制
（3）停止控制 按下SB3，整个控制电路失电，主触点分断，电动机M断电停转。
1.7 位置控制和自动往返控制电路
图1-39 设备运动工作台的左、右限位行程开关
1.7.1 行程开关 1．外形、结构和电路符号
图1-40 行程开关外形、结构与电路符号
1．位置控制电路
1.7.2 位置控制电路
（2）根据控制电路的要求选择时间继电器的延时 方式（通电延时型或断电延时型）。
（3）时间继电器电磁线圈的电压应与控制电路电 压等级相同。
1.8.2 Y-△形降压启动控制电路
图1-50
图1-50 Y-△形降压启动控制电路原理图
电路工作原理
合上电源开关QF。
停止时，按下SB2即可实现。
2.1 电气原理图图形符号和文字符号 电气控制系统图：指根据国家电气制图标准，用 规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、 装置、元器件的连接关系的电气工程图。 电气控制系统图包括： 1、电气原理图 2、电器元件布置图 3、电气安装接线图 电气原理图：表示电流从电源到负载的传送情况 和各电气元件的动作原理及相互关系，而不考虑 各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。
电力拖动控制系统第三章
第三章★微机数字控制系统：以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系统）★微型计算机数字控制的主要特点：微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。
★由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化★数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种： 1. 数模混合控制系统 2.数字电路控制系统 3. 计算机控制系统★数模混合控制系统特点：转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器电流调节器采用数字调节器；脉冲触发装置则采用模拟电路★数字电路控制系统特点：除主电路和功放电路外，转速、电流调节器，以及脉冲触发装置等全部由数字电路组成★在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能，即为计算机控制系统。
系统的特点：双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测；采用数字PI 算法，由软件实现转速、电流调节。
★微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构系统由以下部分组成：主电路；检测电路；控制电路；给定电路；显示电路★主回路——微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的UPE 有两种方式：直流PWM 功率变换器；晶闸管可控整流器★检测回路——检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中：电压、电流和温度检测由A/D 转换通道变为数字量送入微机；转速检测用数字测速★转速检测有模拟和数字两种检测方法。
对于要求精度高、调速范围大的系统，往往需要采用旋转编码器测速，即数字测速。
★故障综合——利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电压、电流、温度等信号进行分析比较，若发生故障立即进行故障诊断，以便及时处理，避免故障进一步扩大。
这也是采用微机控制的优势所在。
★数字控制器——数字控制器是系统的核心，可选用单片微机或数字信号处理器（DSP）★系统给定——系统给定有两种方式：（1）模拟给定：模拟给定是以模拟量表示的给定值，例如给定电位器的输出电压。
第1章 概论、第3章 直流电机原理
供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。 分为他励和自励两大类，自励方式又分并励、串励和复励三 种方式。
+
U
G
−
（1）他励：励磁电流由其它直 流电源单独供给。
I = Ia
励磁电流
+
If
Uf
−
（2）并励 发电机的励磁绕组与电 枢绕组并联。且满足
（3）串励 励磁绕组与电枢绕组串联。 且满足
Ia = I+ I f
转子
外形图
内部结构图
直流电机的结构剖面图 1—换向器；2—电刷装置；3—机座；4—主磁极； 5—换向极；6—端盖；7—风扇；8—电枢绕组；9—电枢铁心
定子结构图
直流电机的定子主磁极 1—主极铁心；2—励磁绕组；3—机座；4—电枢
转子结构图
直流电机的电枢 1—转轴；2—轴承；3—换向器； 4—电枢铁心；5—电枢绕组；6—风扇；7—轴承
主要章节
第1章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第10章 10章 12章 第12章 绪论 直流电机原理 他励直流电动机的运行 变压器 交流电机电枢绕组的电动势与磁动势 异步电动机原理 三相异步电动机的启动与制动 三相交流电动机调速 微控电机
为重点章
第1 章 概 论
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机是利用电磁感应原理工作的机械。 1、电机的分类
4、本课程的特点及学习方法 本课程是一门理论性很强的专业基础课。涉及到电 磁学、动力学、热力学等学科。 在分析问题时，必须结合电机的具体结构，采用工 程观点和分析方法，在掌握基本理论的同时，还要注意 培养实验操作技能和计算方法。 建议学习方法 1）抓主要矛盾，忽略次要因素； 2）抓住重点，掌握基本概念、基本原理和主要特性； 3）运用电路原理、物理学等基本理论分析各类电机内 部的电磁物理过程； 4）分析和掌握不同电机的雷同之处，理解公式 所表达的物理概念； 5）必须做到充分预习和复习。
第3章 X6132A卧式升降台铣床机电传动与控制
2013-7-21
江苏食品职业技术学院 《机电一体化技术》，胡继强
第3章
X6132A卧式升降台铣床机电传动与控制——3.2 基础知识
3.2.1 X6132A卧式升降台铣床的机械结构
图3-1 X6132A卧式升降台铣床外形及结构示意图 1-底座；2-床身；3-悬梁；4-刀杆支架；5-主轴；6-工 作台；7-床鞍；8-升降台；9-回转盘
2013-7-21
江苏食品职业技术学院 《机电一体化技术》，胡继强
岗位责任体系概述 第3章 X6132A卧式升降台铣床机电传动与控制——3.2 基础知识
3.2.3 X6132A卧式升降台铣床电气原理图 1. 电力拖动特点及控制要求
（1）主轴拖动电气控制要求 ①为适应铣削加工需要，主轴需求调速，为此主轴电动机应选用法兰盘式 三相笼型异步电动机，经主轴变速箱拖动主轴，利用主轴变速箱使主轴获得 18种转速。 ②铣床加工方式有顺铣和逆铣两种，分别使用顺铣刀和逆铣刀，要求 主轴能正反转，但旋转方向不需要经常变换，仅在加工前预选主轴旋转方向。 为此，主轴电动机应能正反转，并由转向旋转开关来选择电动机的旋转方向。 ③铣削加工为多刃切削，这样切削时负载产生波动，为减轻负载波动 带来的影响，往往在主轴传动系统中加入飞轮，以加大转动惯量，这样又对 主轴制动带来影响，因而主轴电动机停车时应设有制动环节。同时，为了保 证安全，主轴在上刀时，也应使主轴制动。X6132A卧式升降台铣床采用电磁 离合器来控制主轴停车制动和主轴上刀制动。 ④为使主轴变速时齿轮顺利啮合，减少齿轮端面的冲击，主轴电动机 在主轴变速时应有主轴变速冲击还击。 ⑤为适应铣削加工时操作者在铣床正面或侧面的操作要求，主轴电动机的 启动、停止等控制应能两地操作。
2013-7-21
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加 电压、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接， 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
授课教案(电气控制技术)
(详见PPT)
7、典型调速控制电路分析(与降压启动对比，两者的实质有何不同)
（详见PPT）
8、布置作业。
教案
第4课次
项目（章节）
单元1：三相异步电动机拖动电路分析
项目5：三相异步电动机的制动控制
项目6：C650卧式车床电气控制线路分析与故障诊断
学时
4
教学目标
1)掌握三相异步电动机的制动方法;
2）能熟练分析C650车床的电气线路工作原理；
3、画出下列电气元件的图形符号，并标出其文字符号:
(1）熔断器；(2）热继电器的动断触点;（3）热继电器的热元件；(4）接触器的线圈；（5)断路器.
课后小结
教学过程
（可续页）
1、新学期第一次课，首先介绍电气控制技术的发展现状、本课程的性质和任务、学习本课程可以掌握哪些能力,本课程的考核方式。
2、通过工业和日常生活中的典型应用，引入三相异步电机的启保控.
（a)S7-200的扩展规则是什么？；
(b）S7—200如何运行的？;
（c）什么是软元件?S7—200有哪些软元件?
（d）S7-200的寻址方式有哪几种？
2、通过工业生产要求,引出PLC控制。
图3—1 PLC改造启保停控制电路
3、PLC输入软件与仿真软件介绍
4、结合PLC仿真软件讲解基本输入输出指令。
课后小结
教学过程
（可续页）
1、复习：
（a）几种常几降压启动电路对比；
（b）电气调速的方式；
（c）电气调速电路分析。
2、通过工业生产要求,引出制动控制。
3、常用制动控制方式介绍
（详见PPT）
4、常用继电器介绍，通过图片、动画介绍原理、分类、选用.
4、典型电气制动控制电路分析
7、典型调速控制电路分析(与降压启动对比，两者的实质有何不同)
（详见PPT）
8、布置作业。
教案
第4课次
项目（章节）
单元1：三相异步电动机拖动电路分析
项目5：三相异步电动机的制动控制
项目6：C650卧式车床电气控制线路分析与故障诊断
学时
4
教学目标
1)掌握三相异步电动机的制动方法;
2）能熟练分析C650车床的电气线路工作原理；
3、画出下列电气元件的图形符号，并标出其文字符号:
(1）熔断器；(2）热继电器的动断触点;（3）热继电器的热元件；(4）接触器的线圈；（5)断路器.
课后小结
教学过程
（可续页）
1、新学期第一次课，首先介绍电气控制技术的发展现状、本课程的性质和任务、学习本课程可以掌握哪些能力,本课程的考核方式。
2、通过工业和日常生活中的典型应用，引入三相异步电机的启保控.
（a)S7-200的扩展规则是什么？；
(b）S7—200如何运行的？;
（c）什么是软元件?S7—200有哪些软元件?
（d）S7-200的寻址方式有哪几种？
2、通过工业生产要求,引出PLC控制。
图3—1 PLC改造启保停控制电路
3、PLC输入软件与仿真软件介绍
4、结合PLC仿真软件讲解基本输入输出指令。
课后小结
教学过程
（可续页）
1、复习：
（a）几种常几降压启动电路对比；
（b）电气调速的方式；
（c）电气调速电路分析。
2、通过工业生产要求,引出制动控制。
3、常用制动控制方式介绍
（详见PPT）
4、常用继电器介绍，通过图片、动画介绍原理、分类、选用.
4、典型电气制动控制电路分析
电工电子技术电路及其分析方法PPT学习教案
+
+
E1_
I3
R3
_ E2
以上支路连接的点 如a b
回路 由一条或多条支路
b
组成的闭合路径
如 abca adba adbca
第18页/共91页
1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL) 基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点上的 各支路电流之间的关系。 根据电流连续性原理，电荷在任何一点均不能堆积( 包括结点)。故有
S2 S3
行而规定的允许值。
–
电气设备不在额定 条件下运行的危害： P
电源输出的电流和功 率由负载的大小决定
不能充分利用设备的能力；
降低设备的使用寿命甚至损坏设备。
第14页/共91页
1.4 电源有载工作、开路与短路
1.4.2 电源开路
当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。
a
++
E_
U
R0
0
_
b
并且在这些电阻中通过同一电流，则这样的连接方法称
为电阻的串联。
I
++ U1 R1 –
U+ U2 R2
––
分压公式
I +
U1
R1 R1 R2
U
U –
R
U2
=
—R—2— R1 + R2
U
等效电阻
R = R1 + R2
第26页/共91页
1.6.2 电阻的并联 电路中两个或更多个电阻连接在两个公共的结点之 间，则这样的连接法称为电阻的并联。在各个并联支路( 电阻)上受到同一电压。
B
[解] P = UI = (–2) 3 W = – 6 W
自动控制技术第三章 直流调速系统
晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）
第三章 直流调速系统
与旋转变流机组及离子拖动变流装置相比， 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有 很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的 优越性。由图可见，晶闸管可控整流器的功率 放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶 体三极管来控制，不再像直流电动机那样需要 较大功率放大装置。在控制作用的快速性方面， 变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级， 这将会大大提高系统的动态性能。
直流斩波器的控制方式 b）脉冲频率调制
第三章 直流调速系统
用全控式器件实行开关控制时，多用脉冲宽度调制的控制方式，形成近年来 应用日益广泛的PWM装置—电动机系统，简称PWM调速系统或脉宽调速系统。
直流斩波器的控制方式 c）两点式控制
第三章 直流调速系统
与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点： （1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就足以 获得脉动很小的直流电流，电枢电流容量连续，系统的低速运行平稳，调速范围 较宽，可达1∶10 000左右。又由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流即 相同的输出转矩下，电动机的损耗和发热都较小。 （2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电动机相配合，系统可以获得很 宽的频带，因此快速响应性能好。动态抗干扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 因受到器件容量的限制，直流PWM调速系统目前只用于中、小功率的系统。
在静止可控整流方面，离子拖动系统是最早应用的静止变流装置供电的直流 调速系统。它虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且还缩短了响应时间，但 汞弧整流器造价较高，维护麻烦，特别是水银如果泄漏，将会污染环境，危害人 体健康。
第三章 直流调速系统
与旋转变流机组及离子拖动变流装置相比， 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有 很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的 优越性。由图可见，晶闸管可控整流器的功率 放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶 体三极管来控制，不再像直流电动机那样需要 较大功率放大装置。在控制作用的快速性方面， 变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级， 这将会大大提高系统的动态性能。
直流斩波器的控制方式 b）脉冲频率调制
第三章 直流调速系统
用全控式器件实行开关控制时，多用脉冲宽度调制的控制方式，形成近年来 应用日益广泛的PWM装置—电动机系统，简称PWM调速系统或脉宽调速系统。
直流斩波器的控制方式 c）两点式控制
第三章 直流调速系统
与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点： （1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就足以 获得脉动很小的直流电流，电枢电流容量连续，系统的低速运行平稳，调速范围 较宽，可达1∶10 000左右。又由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流即 相同的输出转矩下，电动机的损耗和发热都较小。 （2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电动机相配合，系统可以获得很 宽的频带，因此快速响应性能好。动态抗干扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 因受到器件容量的限制，直流PWM调速系统目前只用于中、小功率的系统。
在静止可控整流方面，离子拖动系统是最早应用的静止变流装置供电的直流 调速系统。它虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且还缩短了响应时间，但 汞弧整流器造价较高，维护麻烦，特别是水银如果泄漏，将会污染环境，危害人 体健康。