维修电工技师理论培训讲义.ppt

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1、维修电工技师理论培训讲义 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一部分电子技术基础本节应重点拿捏各种典型电子电路的功能、工作原理、性能指标和分析方法、电力半导体器件的结构、原理、特性和主要参数、使用与保护知识。模拟电子电路一、晶体管放大电路放大电路的特点是电路中同时存在直流量和交流量，而且晶体管是非线性器件。电压放大电路一般工作在小信号状态，即输入信号为mV级，甚至更小，而电路各处电流也较小。电压放大电路的重点是电压放大性能，即要求电压放大倍数足够大，输

2、出波形不失真，工作稳定。静态工作点 静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路条件条件条件条件：I2IB，则与温度基本无关。直流回路调节过程（1）静态分析（2）动态分析IB=40A的输出特性曲线由UCE=UCCIC（RC+RE）所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ图解静态工作点图解静态工作点集成运算放大器虚断：I+与I-分别为0虚短：+、-输入端电压近似相等数字电子电路数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0

3、）。有两种逻辑体制：正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。下图为采用正逻辑体制所表的示逻辑信号：下图为采用负逻辑体制所表的示逻辑信号：集成触发器双稳态触发器简称触发器，它具有两个稳定的工作状态在适当的输入信号作用下，两种状态可以转换，当输入信号消失后，触发器状态保持不变。触发器具有记亿和存储的功能，它在某一时刻的输出不仅和当时的输入状态有关，而且还和在此之前的电路状态有关。RS触发器触发器电电路路组组成成和和逻逻辑辑符符号号信号输入端，低电平有效。信号输入端，低电平有效。信号输出端，信号输出端，Q=0、Q=1的状态称的状态称0状态，状态

4、，Q=1、Q=0的状态称的状态称1状态，状态，1 1、基本、基本、基本、基本RSRS触发器触发器触发器触发器功功能能表表基本基本RS触发器的特点触发器的特点（1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器原来的状态有关。（2）电路具有两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。（3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置0或置1。（4）在稳定状态下两个输出端的状态和必须是互补关系，即有约束条件。C0时，触发器保持原来状态不变。C1时，工作情况与基本RS触发器相同。2 2、同步、同步、同步、同步RSRS触发器触发器触发器触发器在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的

5、不同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS触发器。功能表功能表主主要要特特点点波波形形图图（1）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，CP0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。不变不变不变不不定定置1置0置1D触发器触发器C=0时触发器状态保持不变。C=1时，根据同步RS触发器的逻辑功能可知，如果D=0，则R=1，S=0，触发器置0；如果D=1，则R=0，S=1，触发器置1。波波形形图图在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号D情况的不同，具有置0、置

6、1功能的电路，都称为D触发器。CP=1期间有效期间有效主从主从JK触发器触发器0 01 1功功能能表表波形图波形图（1）分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为05V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2820mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。（2）相对精度在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。（3）转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的

7、这段时间。模数转换器的主要技术指标模数转换器的主要技术指标（1）分辨率分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：（2）转换精度D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。（3）输出建立时间从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。数模转换器的主要技术指标数模转换器的主要技术指标电力半导体器件常用的电力半导体器件有：普通晶

8、闸管（SCR）、门极关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、电力MOS场效应晶体管(MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、MOS栅控晶闸管(MCT)功率集成电路(PIC)等电力晶体管电力晶体管(简称GTR)属于电流控制型器件，是一种耐压高、电流容量大的双极型大功率品体管。其基本结构和工作原理与小功率晶体管类似，也有PNP型和NPN型两种。在电力电子技术中，电力晶体管作为大功率的开关器件，主要工作于截止和饱和两种状态安全工作区（安全工作区（SOASOA）最 高 电压UCCM、集 电 极最 大 电流 ICM、最 大 耗散 功 率PCM、二次 击 穿临 界 线限定GTRGTR的二次击穿

9、现象的二次击穿现象 一次击穿一次击穿集电极电压升高至击穿电压时，IC迅速增大，出现雪崩击穿 只要IC不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变 二次击穿二次击穿 一次击穿发生时IC增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降 常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变GTR的基极驱动驱动电路典型基极电流波形GTR对基极驱动的一般要求是：开通时要过驱动(IBIB1)，以缩短晶体管的导通时间；正常导通时要浅饱和(IB=IB2)，以利于晶体管的关断；关断时要反偏(IB=IB3)，以缩短晶体管的关断时间。GTR具有控制方便、开关时间短、高频特性好和通态压降较低等优点，其主要缺点是存

10、在局部过热引起的二次击穿现象。目前，GTR的最大容量为1200V400A，最佳工作频率约为110kHz，适用于500VA以下的应用场合。电力场效应晶体管电力MOSFET的特点是驱动简单。驱动功率小，而且开关时间很短，一般为ns数量级，工作作频率可达：50100kHz，其控制较为方便。热稳定性好风没有二次击穿现象，耐过流和抗干扰能力强，安全工作区(S0A)宽，但其容量较小，耐压较低。目前电力M0SFET的耐压等级为1000V电流等级为200A，因此电力M0SFET现主要用于各种小容量电力电子装置。绝缀栅双极型晶体管(IGBT）绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)是由单极型MOS管和双极型GTR复合

11、而成的新型功率器件，它既具有单极型MOS管的输入阻抗高、开关速度快的优点，又具有双极型电力晶体管的电流密度高、导通压降低的优点。属于电压控制型功率器件器件电流的选择选择器件的额定电流时，必须考虑到不同器件额定电流的表示方法有所不同，如普通晶闸管、快速晶闸管的额定电流是工频正弦半波电流(波形系数Kf1.57)平均值，而双向晶闸管用电流的有效值表示，GTO、GTR、MOSFET和IGBT等则用电流的峰值表示，因此必须根据实际使用的器件来选择器件的额定电流。电力电子器件器件的保护电力电子器件器件的保护过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电流保护过电流保护缓冲电路缓冲电路过电压的产生过电

12、压的产生外因过电压：外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因操作过电压操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压雷击过电压：由雷击引起内内因因过过电电压压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程换换相相过过电电压压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关关断断过过电电压压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。电力电子装置可能的过电压电力电子装置可能的过电压 外外因因过过电电压压和内内因因过过电电压压过电压保护过电压保护过电压保护措施过电压保护措施图过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变

13、压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路过电流保护过电流保护过电流过载过载和短路短路两种情况同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。过电流保护措施及配置位置过电流保护过电流保护全全保保护护：过过载载、短短路路均均由由快快熔熔进进行行保保护护，适适用用于于小功

14、率装置或器件裕度较大的场合。小功率装置或器件裕度较大的场合。短短路路保保护护：快快熔熔只只在在短短路路电电流流较较大大的的区区域域起起保保护护作用。作用。对对重重要要的的且且易易发发生生短短路路的的晶晶闸闸管管设设备备，或或全全控型器件，需采用电子电路进行过电流保护。控型器件，需采用电子电路进行过电流保护。常常在在全全控控型型器器件件的的驱驱动动电电路路中中设设置置过过电电流流保保护环节，响应最快护环节，响应最快。快熔对器件的保护方式：全全保保护护和短短路路保保护护两种缓冲电路缓冲电路关断缓冲电路关断缓冲电路（du/dt抑制电路）吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。

15、开通缓冲电路开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路复合缓冲电路关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类法：耗能式缓冲电路耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电馈能式缓冲电路路（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。缓冲电路缓冲电路(SnubberCircuit)：又称吸收电路吸收电路，抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。缓冲电路缓冲电路缓冲电路作用分析缓冲电路作用分析无缓冲电路：有缓冲电路：di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a)电

16、路b)波形关断时的负载线缓冲电路缓冲电路充放电型RCD缓冲电路，适用于中等容量的场合。di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a)电路其中RC缓冲电路主要用于小容量器件，而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件。另外两种常用的缓冲电路a)RC吸收电路b)放电阻止型RCD吸收电路第二章电机本章主要介绍直流电机和交流电机的工作原理、机械特性、运行状态及特点；控制电机的特点与应用直流电机工作原理换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈FFU+NS电刷电刷换向片换向片II直流电机的结构与分类

17、直流的结构定子作用是产生磁场和作电机的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等。转子又称电枢，是用来产生感应电动势实现能量转换的关键部分。它包括电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴、风扇等。机座机座磁极磁极励磁励磁绕组绕组转子转子直流电动机的分类按它励磁绕组在电路中联接方式（即励磁方式）可分为他励、并励、串励和复励四种。他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由不同的直流电源供电。并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由同一直流电源供电。串励电动机励磁绕组和电枢绕组串联后接于直流电源。复励电动机有并励和串励两个绕组，它们分别与电枢绕组并联和串联。直流电机的铭牌数据凡表征电机额定运行情况的各

18、种数据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。额定电压UN（V）在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。额定电流IN（A）在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。额定功率（额定容量）PN（kW）电机在额定情况下允许输出的功率。额定转速nN（rmin）在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。额定效率N输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率感应电势电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：

19、电磁转矩KE：与电机结构有关的常数n：电动机转速 ：磁通KT：与线圈的结构有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关）：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流直流电机的电枢电势和电磁转距直流电机的磁场直流电机运行时除了主磁极外，若电枢绕组中有电流流过，还将产生电枢磁场。这两个磁场在气隙中相互影响，相互叠加，合成了气隙磁场。它将直接影响电机的电枢电势和电磁转矩。直流电机的空载磁场直流电机负载时的磁场直流电机的电枢反应直流电机的换向换向是指电机旋转时，电枢绕组元件从一条支路，经过电刷短路，进入另一条支路，其电流方向改变的过程。换向的外观表现是在电刷和换向器间常出现火花。若火花在电刷下的范围很小，亮

20、度很弱，呈现兰色，对电机并无危害。若电刷下火花范围较大、比较强烈，对电机会有危害。改善换向的方法安装换向极正确选用电刷直流电机的磁场和换向调速及其指标调速范围（D）是指电动机拖动额定负载时，所能达到的最大转速与最小转速之比。静差率（又称相对稳定性）（）是指负载转矩变化时，电动机的转速随之变化的程度。调速的平滑性在一定的调速范围内，调速的级数越多越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数（）。值越接近1则平滑性越好。调速的经济性是指调速所需设备投资和调速过程中的能量损耗。调速时电动机的容许输出是指在电动机得到充分利用的情况下，在调速过程中所能输出的最大功率和转矩。调速方法电枢串电阻调速降低电枢电压调速

21、减弱磁通调速直流电动机的调速电枢串电阻调速原理 在电枢中串入电阻，使 n、n0不变，即电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相同力矩下，n特点电枢回路串电阻调速时，所串电阻越大，稳定运行转速越低。所以，这种方法只能在低于额定转速的范围内调速。电枢电路串电阻调速，设备简单，但串入电阻后机械特性变软，转速稳定性较差，电阻上的功率损耗较大。适用场合这种调速方法适用于调速性能要求不高的中、小型电机。nn0RaRa+RT原理 由转速特性方程知：调电枢电压U，n0变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。特点工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过UN，而 n U，所以调速只能向下调。可得到平滑、无级调速

22、。调速幅度较大。适用场合这种调速方法适用于对调速性能要求较高的设备，如造纸机、轧钢机等。降低电枢电压调速nn0n0n0电电压压降降低低T减弱磁通调速原理机械特性曲线特点调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。适用场合弱磁调速只能在高于额定转速的范围内调节。（减减小小）TLRf增增加加Tn 直流电动机的制动制动的概念电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。制动的分类机械制动电磁的制动电气制动的方法能耗制动反接制动回馈制动接线图原理停车时，电枢从电源断开,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍

23、保持原方向运动，感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。这种制动是把贮存在系统中的动能变换成电能，消耗在制动电阻中，故称为能耗制动。特点能耗制动的机械特性是一条电枢电压为零、电枢串电阻的人为机械特性。改变制动电阻的大小，可以得到不同斜率的特性曲线。Rz越小，特性曲线的斜率越小，曲线就越平，制动转矩就越大，制动作用就越强。能耗制动MUUfIf+R运行运行制动制动K反接制动分类电枢反接制动倒拉反接制动电枢反接制动接线图电枢反接制动原理制动时加到电枢绕组两端的电压极性与电动机正转时相反。因旋转方向未变，磁场方向未变，感应电势方向也不

24、变。电枢电流为负值，表明其方向与正转时相反。由于电流方向改变，磁通方向未变，因此电磁转矩方向改变了。电磁转矩与转速方向相反，产生制动作用使转速迅速下降。这种因电枢两端电压极性的改变而产生的制动，称为电枢反接制动。特点电枢反接制动的最初瞬时，作用在电枢回路的电压（U+Ea）2U，因此必须在电枢电压反接的同时在电枢回路中串入制动电阻Rz，以限制过大的制动电流。MUUfIf+R运行运行制动制动回馈制动原理当电动机在电动状态运行时，由于某种因素，如用电动机拖动机车下坡，使电动机的转速高于理想空载转速，此时nn0，使得EaU，电枢电流为与电动状态时相反，因磁通方向未变，则电磁转矩T的方向随着Ia的反向而

25、反向，对电动机起到制动作用。在电动状态时电枢电流从电网的正端流向电动机，而在制动时，电枢电流从电枢流向电网，因而称为回馈制动。特点回馈制动时，nn0，Ia和T均为负值，所以它的机械特性曲线是电动状态的机械特性曲线向第二象限的延伸。电枢回路串电阻将使特性曲线的斜率增大。交流电机同步电机主要用作发电机，异步电机主要用作电动机。交流电机主要有同步电机和异步电机两种，这里仅介绍三相异步电动机。对称三相绕组所谓三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组，如图所示。AYCBZ()电流出电流出()电流入电流入XAXBYCZ旋转磁场的产生由于三相电

26、流随时间的变化是连续的，且极为迅速，为了能考察它所产生的合成磁效应，说明旋转磁场的产生，我们可以选定t=60、120180三个特定瞬间。磁力线如图所示。并规定：电流为正值时，从每相线圈的首端入、末端出；电流为负值时，从末端入、首端出。用符号表示电流流出，用表示电流流入。由于磁力线是闭合曲线，对它的磁极的性质作如下假定：磁力线由定子进入转子时，该处的磁场呈现N极磁性；反之，则呈现S极磁性。XBZAYCAXYCBZAXYCBZ当三相对称电流通入三相对称绕组，必然会产生一个大小不变，且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场。旋转磁场的旋转方向是由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即当通入三相对称绕组的

27、对称三相电流的相序发生改变时，即将三相电源中的任意两相绕组接线互换，旋转磁场就会改变方向。旋转磁场的旋转速度为旋转磁场的性质三相异步电动机的工作原理当定子接通三相电源后，即在定、转子之间的气隙内建立了一同步速为n1的旋转磁场。磁场旋转时将切割转子导体，根据电磁感应定律可知，在转子导体中将产生感应电势，其方向可由右手定则确定。磁场逆时针方向旋转，导体相对磁极为顺时针方向切断磁力线。转子上半边导体感应电势的方向为进去的，用表示；下半边导体感应电势的方向为出来的，用表示。因转子绕组是闭合的，导体中有电流，电流方向与电势相同。载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则确定。这样，在转子导条上形成一

28、个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向转动。转差率同步转速(磁场旋转的转速)转差率的定义转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：三相异步电动机的结构异步电动机的定子由机座、定子铁心和定子绕组三部分组成。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴等部件组成。它的作用是带动其它机械设备旋转。异步电动机的分类v鼠笼式v绕线式YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座三相异步电动机的铭牌型号额定值v额定功率PN是指电动机在额定负载运行时，轴上所输出的机械功率，单位W和kW。v额定电压UN是指电动机正常工作时，定子绕组所加的线电压，单位V。v额定电流

29、IN是指电动机输出功率时，定子绕组允许长期通过的线电流，单位A。v额定频率fN我国的电网频率为50Hz。v额定转速nN是指电动机在额定状态下，转子的转速，单位r/min。v绝缘等级是指电动机所用绝缘材料的等级。工作方式v连续工作制v短时工作制v断续周期工作制极数机座长度代号L-长；M-中；S-短Y-100L-2异步电动机机座中心高第三章晶闸管变流技术本章重点介绍晶闸管整流的基本概念晶闸管是一种大功率的可控半导体器件。普通型晶闸管具有反向阻断特性，故又称为逆阻型晶问管。近年来，出现了许多派生型晶闸管，如快速型、双向型、关断型和逆导型等晶闸管。各种晶间管具有体积小、重量轻、效串高、寿命长、控制灵敏

30、等优点，广泛应用于可控整流、逆变、斩波、调压及无触点开父等大功率的电能转换和自动控制领域。晶闸管整流电路整流电路的分类：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。VT的a 移相范围为180180。简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。实际上很少应用此种电路。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。输出电压 单相半波可控整流电路的特点单相半波可控整流电路的特点VT的a移相范围为180。简单，但输出脉动大，变压器二次侧电

31、流中不含直流分量，因而不会造成变压器铁芯直流磁化。负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器。平波电抗器电感值可由下式求出。单相桥式全控整流电路特点单相桥式全控整流电路特点（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与与VT4，VT3与与VT6，VT5与与VT2，脉冲相差180。三相桥式全控整流电路的特点特点（1）2管同时通形成供电回路，其

32、中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（3）u ud d一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用）(5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。定量分析定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60 时）的平均值为：带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为：Id=Ud/R 变压器漏抗对各种整流电路的影响变压器漏抗对各种整流电路的影响电路形式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波整流电路各种整

33、流电路换相压降和换相重叠角的计算注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用；三相桥等效为相电压等于的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按代入。变压器漏感对整流电路影响的一些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论:出现换相重叠角g g，整流输出电压平均值Ud降低。整流电路的工作状态增多。晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。逆变的概念逆变与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有

34、源逆变有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变无源逆变。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。主要应用各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。逆变电路逆变是整流的逆向过程，即把直流电转变为交流电。晶闸管逆变电路可以分为二大类：第一类称为有源逆变，它将直流电逆变为与电网同频率的交流电并反送到交流电网去，其工作过程为直流电逆变器一交流电交流电网；第二类称为无源逆变它将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载使用，其工作过程为直流电

35、一逆变器一交流电一用电器（负载）。实现有源逆变的条件是：1)变流器直流侧的负载，不仅要有大电感而且还要有直流电源Ed，并要求电源电动势Ed的极性必须与晶闸管导电电流方向一致且其值要稍大于变流器直流侧的输出平均电压Ud，即|Ed|Ud|。2)变流器必须工作在900(即900)区域，使变流器直流侧输出的直流平均电压Ud为负值。逆变电路的基本工作原理S1、S4闭合闭合，S2、S3断开断开时，负载电压uo为正正。S1、S4断开断开，S2、S3闭合闭合时，负载电压uo为负负。直流电交流电1）逆变电路的分类根据直流侧电根据直流侧电源性质的不同源性质的不同电压型逆变电路又称为电压源型逆变电路VoltageS

36、ourceTypeInverter-VSTI直流侧是电压源电压源电流型逆变电路又称为电流源型逆变电路CurrentSourceTypeInverter-VSTI直流侧是电流源电流源2）电压型逆变电路的特点 (1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动无脉动。(2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。(3)阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶闸管开通时的di/dt。工作方式为负载换相负载换相。电容C和L、R构成并联谐振电路。输出电流波形接近矩形波，含基波和

37、各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波。3）电流型逆变电路的特点逆变电路的区分负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路。电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路。第四章自动控制系统的基本知识本章应重点掌握自动控制系统的基本概念，自动调速系统的性能指标，各种调节器的基本控制规律、特点和应用知识。自动控制理论简介自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程，可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。经典控制理论，以传递函数为基础，主要研究单输入、单输出的反馈控制系统，采用的主要研究方法有时域分析法、棍轨迹和频率法。现代控制理论以状态空间法为甚础，主要研究多变量、变参数、非线性

38、、高精度及高效能守各种复杂控制系统。研究对研究对象象数学工数学工具具常用分常用分析方法析方法局限性局限性经典经典控制控制理论理论单输入单输入-单输出单输出线性定线性定常系统常系统微分方微分方程，传程，传递函数递函数时域分时域分析法，析法，频域分频域分析法析法,根根轨迹分轨迹分析法析法对复杂多变量对复杂多变量系统、时变和系统、时变和非线性系统无非线性系统无能为力能为力现代现代控制控制理论理论多输入多输入-多输出多输出变系数，变系数，非线性非线性等系统等系统线性代线性代数、矩数、矩阵理论阵理论状态空状态空间法间法比较繁琐（但比较繁琐（但由于计算机技由于计算机技术的的迅速发术的的迅速发展，这一局限展

39、，这一局限性已克服性已克服)一、自动控制系统一、自动控制系统 自动控制系统是指由控制装置与被控对象自动控制系统是指由控制装置与被控对象结合起来的，能够对被控对象的一些物结合起来的，能够对被控对象的一些物理量进行自动控制的一个有机整体。理量进行自动控制的一个有机整体。1.被控对象：被控对象：（要求实现自动控制的机（要求实现自动控制的机器设备或生产过程）器设备或生产过程）2.被控制量：被控制量：（指被控制系统所要控制（指被控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量）的物理量，一般指系统的输出量）3.给定值：给定值：（根据生产要求，被控制量需要达到的数（根据生产要求，被控制量需要达到的数值）值）4

40、.扰动：扰动：（破坏控制量与被控制量之间正常函数关系（破坏控制量与被控制量之间正常函数关系的因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫做外的因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫做外扰，如果扰动来自内部，如系统中各元件参数的变化，扰，如果扰动来自内部，如系统中各元件参数的变化，称为内扰）称为内扰）给定值和扰动通称为输入量。给定值和扰动通称为输入量。5.控制装置：控制装置：（能够对被控对象起控制作用的设备总（能够对被控对象起控制作用的设备总称）称）例例1.下面是一个具体的开环控制系统的例子，下面是一个具体的开环控制系统的例子，直流电机转速控制系统。直流电机转速控制系统。电位器（产生给定电位器（产

41、生给定电压电压ur）如果）如果010V转速转速01000转转方框图为：方框图为：电位器电位器电压电压放大器放大器可控硅可控硅功放功放直流直流电动机电动机Purukn扰动扰动ua3、闭环控制系统、闭环控制系统1定义：定义：输出量与输入量之间有反向联系，靠输输出量与输入量之间有反向联系，靠输入量与主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制入量与主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统叫闭环控制系统。的系统叫闭环控制系统。反馈：反馈：是把系统输出量全部或一部分回送到输入是把系统输出量全部或一部分回送到输入端，以增强或减弱输入信号的效应。端，以增强或减弱输入信号的效应。同开环系统相比，该系统由于干扰引起的

42、转速误差要小得多。同开环系统相比，该系统由于干扰引起的转速误差要小得多。如果极性接错，这时电压放大器的输入如果极性接错，这时电压放大器的输入 ，如果外来的，如果外来的电网电压波动使电机的转速电网电压波动使电机的转速n ，则由测速发电机确定的，则由测速发电机确定的则则 则则uk ，ua 则则n ，则转速越来越大，电动机损坏，则转速越来越大，电动机损坏，失去控制。失去控制。正反馈。正反馈。电位器电压放大器可控硅放大器直流电动机测速机Purubuk-n扰动ua引入测速发电机，这时电压放大器的输入引入测速发电机，这时电压放大器的输入 ，如果外来，如果外来的电网电压波动使电机的转速的电网电压波动使电机的

43、转速n ，则由测速发电机确定的，则由测速发电机确定的则则 则则uk ，ua 则则n ，消除了偏差，控制转速稳定。，消除了偏差，控制转速稳定。负反馈。负反馈。开环控制系统：开环控制系统：1.结构简单经济结构简单经济 2.调试方便调试方便 3.抗干扰能力差，控制精度不高。抗干扰能力差，控制精度不高。闭环控制系统：闭环控制系统：1.系统具有纠正偏差的能力。系统具有纠正偏差的能力。2.抗扰性好，控制精度高。抗扰性好，控制精度高。3.包含元件多，结构复杂，价格高。包含元件多，结构复杂，价格高。4.参数应选择适当参数应选择适当。开环闭环复合控制系统（兼有两者的优点，开环闭环复合控制系统（兼有两者的优点，精

44、度很高）精度很高）4、开环与闭环系统的比较、开环与闭环系统的比较二、二、对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求 前面我们已经讲过，输入信号和扰动是一个前面我们已经讲过，输入信号和扰动是一个系统典型的外作用，但我们希望系统只受输系统典型的外作用，但我们希望系统只受输入信号的控制，而丝毫不受扰动的影响，所入信号的控制，而丝毫不受扰动的影响，所以我们只研究在输入信号作用下，对系统性以我们只研究在输入信号作用下，对系统性能的要求。能的要求。去掉扰动后的自动控制系统原理图去掉扰动后的自动控制系统原理图控制器控制器执行机构执行机构被控对象被控对象输入信号输入信号给定值给定值偏差偏差-测量变送器测量变送器

45、输出量输出量 当输入信号突然发生跳变时，这时输出量还当输入信号突然发生跳变时，这时输出量还处在原有的平衡状态，这样就出现了偏差，处在原有的平衡状态，这样就出现了偏差，这个偏差控制输出量达到新的平衡，这就是这个偏差控制输出量达到新的平衡，这就是一个调节过程。一个调节过程。t01输入r(t)t01输入c(t)12理想的调节过程实际1、对系统性能的基本要求。、对系统性能的基本要求。阶跃输入是变化最剧烈，对系统最不利的外作阶跃输入是变化最剧烈，对系统最不利的外作用，如果系统在阶跃函数作用下能满足自动控用，如果系统在阶跃函数作用下能满足自动控制任务。那么，系统在其它缓慢变化的外作用制任务。那么，系统在其

46、它缓慢变化的外作用下更能满足要求。所以，常选用阶跃函数作用下更能满足要求。所以，常选用阶跃函数作用典型输入来研究系统的性能。阶跃响应的某些典型输入来研究系统的性能。阶跃响应的某些特征值，就是性能指标，可以统一评价系统的特征值，就是性能指标，可以统一评价系统的性能。总的来说，希望实际的调节过程尽可能性能。总的来说，希望实际的调节过程尽可能接近于理想的调节过程。工程上把它归结为稳、接近于理想的调节过程。工程上把它归结为稳、准、快三个方面准、快三个方面（1）稳定性：就是指系统重新恢复平稳状态）稳定性：就是指系统重新恢复平稳状态的能力，即过渡过程的收敛情况。的能力，即过渡过程的收敛情况。1、2、5最终

47、趋于平衡状态，这类系统是最终趋于平衡状态，这类系统是稳定的。稳定的。3振荡发散，振荡发散，4 单调发散。单调发散。这类系统的过渡过程随时间的推移而发这类系统的过渡过程随时间的推移而发散，无法正常工作，不稳定。稳定性是散，无法正常工作，不稳定。稳定性是对控制系统的最基本要求。对控制系统的最基本要求。（2）快速性：指过渡过程进行的时间长短。）快速性：指过渡过程进行的时间长短。（曲线（曲线1要反复振荡才能达到稳态值，过渡过要反复振荡才能达到稳态值，过渡过程持续时间很长。曲线程持续时间很长。曲线2要经长时间的缓慢爬要经长时间的缓慢爬升才能到稳定值，系统响应迟钝，过渡过程时升才能到稳定值，系统响应迟钝，

48、过渡过程时间也很长，快速性都不好，而曲线间也很长，快速性都不好，而曲线5快速趋于快速趋于稳定，即稳且快，与理想的调节过程偏差最小。稳定，即稳且快，与理想的调节过程偏差最小。）（3）准确性：指过渡过程结束后稳态误差越）准确性：指过渡过程结束后稳态误差越小越好。稳态误差：指过渡过程结束后，也就小越好。稳态误差：指过渡过程结束后，也就是进入稳态过程后，希望的输出量与实际输出是进入稳态过程后，希望的输出量与实际输出量之间的误差，是恒量系统稳态精度的重要指量之间的误差，是恒量系统稳态精度的重要指标。标。2、系统稳态性能指标、系统稳态性能指标调速范围D静差率s两者的关系稳态误差ess稳态误差(静差)是指当

49、系统由一个稳定状态过渡到另一个稳定状态后(如系统受扰动作用后又重新平衡时)，系统输出量的期望值与稳定时的实际值之间的偏差。稳态误差是系统控制精度或抗扰动能力的一种度量。稳态误差反映了系统的准确程度，由其可将系统分为有静差系统和无静差系统。3、系统动态性能指标、系统动态性能指标时间时间tr上上 升升峰值时间峰值时间tpAB超调量超调量%=AB100%调节时间调节时间ts上升时间上升时间tr调节时间调节时间 tstrtpAB%=100%BAts三、调节器与传递函数传递函数的概念适用于线性定常系统，它与线性常系数微分方程一一对应。且与系统的动态特性一一对应。传递函数不能反映系统或元件的学科属性和物理

50、性质。物理性质和学科类别截然不同的系统可能具有完全相同的传递函数。而研究某传递函数所得结论可适用于具有这种传递函数的各种系统。传递函数仅与系统的结构和参数有关，与系统的输入无关。只反映了输入和输出之间的关系，不反映中间变量的关系。传递函数的概念主要适用于单输入单输出系统。若系统有多个输入信号，在求传递函数时，除了一个有关的输入外，其它的输入量一概视为零。传递函数忽略了初始条件的影响。传递函数传递函数是s的有理分式，对实际系统而言分母的阶次n大于分子的阶次m，此时称为n阶系统。1、典型环节及其传递函数、典型环节及其传递函数典型环节有比例、积分、惯性、振荡、微分和延迟环节等多种。以下分别讨论典型环