電機(jī)及電氣控制技術(shù)教案：第10講

****學(xué)院?jiǎn)卧虒W(xué)設(shè)計(jì)****學(xué)年第**學(xué)期課程名稱：電機(jī)與電氣控制技術(shù)授課班級(jí)：****任課教師：所在系部及教研室：研室

第10講標(biāo)題：電子電器1（2學(xué)時(shí)）授課班級(jí)上課時(shí)間上課地點(diǎn)多媒體教室教學(xué)目的了解電器的發(fā)展趨勢(shì)，電子電器的優(yōu)缺點(diǎn)。電子式時(shí)間繼電器的特點(diǎn)、原理及應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能依據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)正確選擇電子電器和傳統(tǒng)電器（有觸頭電器）能正確完成電子式時(shí)間繼電器在線路中的接線；能對(duì)電子式時(shí)間繼電器進(jìn)行正確的調(diào)試和維護(hù)。掌握電子電器的優(yōu)缺點(diǎn)；了解電子式時(shí)間繼電器的組成、種類；理解電子式時(shí)間繼電器的工作原理。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法參考資料【步驟一】說明主要教學(xué)內(nèi)容、目的（時(shí)間：2分鐘）電子電器發(fā)展的現(xiàn)狀。【步驟二】新知識(shí)講解（時(shí)間：35分鐘）一、電子電器的定義、組成及作用1.電子電器的定義電子電器是電子化或半電子化的電器，換句話說，就是由全部或部分電子元件和電子線路按特定功能所構(gòu)成的電器元件或裝置，又稱半導(dǎo)體無(wú)觸頭電器或簡(jiǎn)稱無(wú)觸頭電器。2.電子電器的優(yōu)缺點(diǎn)電子電器與傳統(tǒng)的有觸頭開關(guān)電器相比有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的缺點(diǎn)。（1）優(yōu)點(diǎn)電子電器開關(guān)速度高，一般半導(dǎo)體無(wú)觸頭開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間只有數(shù)微秒至數(shù)十微秒甚至僅有數(shù)十納秒，而有觸頭電器開關(guān)的固有動(dòng)作時(shí)間為數(shù)十毫秒左右，即使是快速開關(guān)也需要幾毫秒，在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，如某些開關(guān)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電子計(jì)算機(jī)備用電源的切換開關(guān)等，就需要這種高速的開關(guān)電器來執(zhí)行對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和電路的切換，以達(dá)到控制的目的；電子電器操作頻率高，以晶閘管開關(guān)為例，其操作頻率可達(dá)每分鐘數(shù)百次以上，而一般有觸頭電器是不可能達(dá)到的；電子電器壽命長(zhǎng)，半導(dǎo)體開關(guān)只要在規(guī)定的電壓和電流的極限范圍內(nèi)使用，其壽命幾乎是無(wú)限的，而有觸頭電器因受到機(jī)械和電氣性能的影響壽命不是很高；電子電器某些環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可在有機(jī)械振動(dòng)、多粉塵、易燃、易爆的惡劣環(huán)境下工作；電子電器控制功率小，采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管或MOS集成器件為電子電器的輸入級(jí)，信號(hào)源幾乎不負(fù)擔(dān)電流；電子電器功能強(qiáng)，不僅具有開關(guān)功能，而且還能進(jìn)行功率放大，交、直流調(diào)壓，交、直流電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和調(diào)速等；電子電器經(jīng)濟(jì)性能好，采用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣就使得各種電控裝置或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝變成若干標(biāo)準(zhǔn)模塊的積木式組裝，從而使電控裝置或系統(tǒng)體積小、重量輕、成本低，有利于制造、維修。（2）缺點(diǎn)電子電器導(dǎo)通后的管壓降大，如晶閘管的正向壓降及大功率晶體管的飽和壓降約為1.2V，因而造成耗損功率較大，為了散發(fā)由此耗損轉(zhuǎn)變成的熱量必須加裝散熱裝置，故導(dǎo)致其體積比同容量的有觸頭電器大；電子電器不能實(shí)現(xiàn)理想的電隔離，如晶閘管關(guān)斷后卻仍然有數(shù)毫安的漏電流，造成電隔離不徹底；電子電器過載能力低，當(dāng)用于控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，則需按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流來選擇元件的容量；電子電器溫度特性及抗電磁干擾能力差，易受溫度及電磁干擾的影響，需采用溫度補(bǔ)償、散熱、屏蔽、濾波、光電隔離等一些措施，此處有改動(dòng)才能使電子電器在惡劣的環(huán)境中可靠地工作。此處有改動(dòng)綜上所述，電子電器有其一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而在二十世紀(jì)60年代末國(guó)內(nèi)外曾發(fā)生了一場(chǎng)是否用無(wú)觸頭電器來取代有觸頭電器的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論。但事實(shí)證明電子電器也存在一些缺點(diǎn)，近十幾年來電子電器有了一個(gè)快速的發(fā)展，其用量也越來越大，但也是不能完全取代有觸頭電器的，它們之間不應(yīng)是相互排斥，相互取代，而應(yīng)是相輔相成，互為補(bǔ)充。應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)效益來選擇最佳方案。3．電子電器的組成許多電子電器在基本原理和電路結(jié)構(gòu)方面存在很多共性問題。圖2-55為光電繼電器電路原理圖，圖2-56為溫度繼電器電路原理圖。比較此二種繼電器原理圖，可見二者在基本原理和電路結(jié)構(gòu)上類同，所不同是采用了不同的感辨機(jī)構(gòu)即成了不同類型的電器。大多數(shù)非數(shù)字式電子電器的組成如圖2-57所示。并非所有電子電器的電路都完全遵循這一結(jié)構(gòu)形式，在感辨機(jī)構(gòu)和出口電路之間，許多電子電器根據(jù)其特殊的矛盾和規(guī)律，在信息的處理上或多或少會(huì)有些差異。有的需要增加一些電路，有的則可以減少一些電路，如有些電子電器需具有延時(shí)功能，故需增加延時(shí)電路；而有些電子電器采用有源傳感器，故不需變換電路等。另外對(duì)有些較簡(jiǎn)單的電子電器其一個(gè)局部電路實(shí)際起到了圖2-57中幾個(gè)電路的作用。如圖2-55中晶體管V2和晶體管V4等共同組成一個(gè)射極耦合觸發(fā)器就起到了放大電路兼鑒別電路的雙重作用?！静襟E三】知識(shí)和能力的歸納（時(shí)間：5分鐘）電子電器的優(yōu)缺點(diǎn)?！静襟E四】新知識(shí)講解（時(shí)間：35分鐘）二、電子式時(shí)間繼電器傳統(tǒng)的時(shí)間繼電器存在價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、延時(shí)精度低、延時(shí)范圍窄、延時(shí)調(diào)整麻煩等缺點(diǎn)。利用模擬和數(shù)字電子技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)，因此電子式時(shí)間繼電器便應(yīng)運(yùn)而生。更由于電子產(chǎn)品加工技術(shù)的現(xiàn)代化，使電子式時(shí)間繼電器在克服傳統(tǒng)時(shí)間繼電器一些缺點(diǎn)的同時(shí)更具價(jià)格優(yōu)勢(shì)。1.電子式時(shí)間繼電器的特點(diǎn)與分類電子式時(shí)間繼電器和傳統(tǒng)的時(shí)間繼電器一樣，都是機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要的元件。它具有延時(shí)范圍廣、精度高、體積小、耐沖擊和振動(dòng)、控制功率小、調(diào)節(jié)方便、壽命長(zhǎng)等許多優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展很快，使用也日益廣泛。電子式時(shí)間繼電器的品種規(guī)格較多，構(gòu)成原理各異。按構(gòu)成原理分為阻容式和數(shù)字式兩類；按延時(shí)的方式分為通電延時(shí)型、斷電延時(shí)型、帶瞬動(dòng)觸頭的通電延時(shí)型等。2.阻容式晶體管時(shí)間繼電器阻容式晶體管時(shí)間繼電器是利用電的阻尼，即電容對(duì)電壓變化的阻尼作用作為延時(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)電壓鑒幅器電路的不同，阻容式晶體管延時(shí)繼電器大致可以分為三類：一類是采用單結(jié)晶體管的延時(shí)繼電器；另一類是采用不對(duì)稱雙穩(wěn)態(tài)電路的延時(shí)繼電器；逐有一類是采用MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的延時(shí)繼電器。下面以具有代表性的JS20系列阻容式晶體管時(shí)間繼電器為例，介紹其結(jié)構(gòu)和電路的工作原理。JS20系列采用插座式結(jié)構(gòu)，所有元器件都裝在印制電路板上，然后用螺釘將其與插座緊固，再裝入塑料罩殼內(nèi)固定，組成本體部分。在罩殼頂面裝有銘牌、整定電位器旋鈕和指示燈。銘牌上有該時(shí)間繼電器最大延時(shí)時(shí)間的十等分刻度。使用時(shí)旋轉(zhuǎn)旋鈕即可調(diào)整延時(shí)時(shí)間，當(dāng)延時(shí)動(dòng)作后指示燈亮。外接式的整定電位器不裝在繼電器的本體內(nèi)，而用導(dǎo)線引接到所需的控制板上。JS20系列的安裝方式有兩種；裝置式備有帶接線端子的膠木底座，它與繼電器本體部分間采用接插連接，并用扣環(huán)鎖緊，以防松動(dòng)；面板式可直接把時(shí)間繼電器安裝在控制臺(tái)的面板上。它與裝置式的結(jié)構(gòu)大體相同，只是將通用大八腳插座替代裝置式的膠木底座。JS20單結(jié)晶體管時(shí)間繼電器的電路由延時(shí)環(huán)節(jié)、鑒幅器、出口電路、指示燈和電源等組成，圖2-58為其電路原理圖。電源的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)由電阻R1和穩(wěn)壓管V3組成，只給延時(shí)環(huán)節(jié)和鑒幅器供電，出口電路中的V4和K則由整流電源直接供電。電容器C2的充電回路有兩條，一條是通過主充電電路的電阻RP1+R2；另一條是通過由低電阻值電阻RP2、R4、R5組成的分壓器經(jīng)二極管V2向電容器C2提供的預(yù)充電電路。請(qǐng)注意修改下文章內(nèi)容的正斜體的修改請(qǐng)注意修改下文章內(nèi)容的正斜體的修改當(dāng)接通電源后，（L接火線，N接零線），交流電由變壓器T變壓，再由二極管V1整流、電容器C1濾波以及穩(wěn)壓管V3穩(wěn)壓后給電路提供直流電壓。通過RP2、R4、V2預(yù)充電電路向電容器C2以極小的時(shí)間常數(shù)快速預(yù)充電。預(yù)充電的幅度為U'C0，高于電容器C2上殘存電壓UC0，其值取決于RP2、R4、R5的分壓值。預(yù)充電的作用是使主充電電路每次都能從一個(gè)較低的恒定電壓U'C0開始，以消除電容器C2上無(wú)規(guī)律的殘存電壓UC0引起的延時(shí)誤差；與此同時(shí)通過主充電電路RP1、R2也向電容器C2充電，但其充電時(shí)間常數(shù)要比預(yù)充電電路充電時(shí)間常數(shù)大很多，RP1是可變電阻，調(diào)節(jié)其大小，即改變了延時(shí)時(shí)間。電容器C2上的電壓UC在預(yù)充電壓U'C0的基礎(chǔ)上按指數(shù)規(guī)律逐漸上升，當(dāng)此電壓大于單結(jié)晶體管V5的發(fā)射極峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)晶體管V5導(dǎo)通，輸出脈沖電壓提供給晶閘管V4控制極一個(gè)觸發(fā)脈沖，使晶閘管V4導(dǎo)通，執(zhí)行繼電器K線圈通電，銜鐵吸合，其觸頭將接通或分?jǐn)嗤怆娐?，?zhí)行延時(shí)控制。在電路中利用其一對(duì)并聯(lián)在氖燈H兩端的常閉觸頭斷開，使氖燈H起輝，以指示延時(shí)已動(dòng)作，同時(shí)其另一對(duì)常開觸頭閉合，將C2短接，使之迅速放電，為下一次工作作好準(zhǔn)備，同時(shí)使C2不再充電，V5也停止工作，因而也提高了C2和V5的使用壽命。當(dāng)切斷電源時(shí)，繼電器K線圈斷電，銜鐵釋放，觸頭復(fù)位，電路恢復(fù)原來狀態(tài)，等待下次工作。JS20系列時(shí)間繼電器的主要參數(shù)見表2-21此處有改動(dòng)。此處有改動(dòng)JS20系列時(shí)間繼電器主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：延時(shí)范圍。每種延時(shí)等級(jí)的最大延時(shí)值應(yīng)大于其標(biāo)稱延時(shí)值，但小于標(biāo)稱延時(shí)值的110%；最小延時(shí)值應(yīng)小于該等級(jí)標(biāo)稱延時(shí)值的10%。如一個(gè)180s的時(shí)間繼電器，它的最大延時(shí)時(shí)間，即將調(diào)節(jié)電位器旋至最大值，不應(yīng)小于180s，但也不應(yīng)大于198s；其最小延時(shí)間，即將電位器旋至零，不應(yīng)大于18s。延時(shí)誤差。延時(shí)重復(fù)誤差范圍為±3%；當(dāng)電源電壓在額定電壓的85%~105%范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，延時(shí)誤差范圍為±5%；當(dāng)周圍空氣溫度在+10~50℃范圍內(nèi)變化時(shí)，其延時(shí)誤差范圍為±10%；當(dāng)繼電器動(dòng)作12萬(wàn)次后，其延時(shí)的誤差范圍為±10%。3．?dāng)?shù)字式時(shí)間繼電器阻容式晶體管時(shí)間繼電器由于其特定的延時(shí)原理，使它具有許多自身難以克服的不足之處，如延時(shí)時(shí)間不可能太長(zhǎng)；延時(shí)精度易受電壓、溫度的影響，造成其延時(shí)精度較低；延時(shí)過程不能顯示等。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的高速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的滲透，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了數(shù)字式時(shí)間繼電器。這種數(shù)字式時(shí)間繼電器延時(shí)的基本原理，就是采用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖進(jìn)行分頻和計(jì)數(shù)的延時(shí)環(huán)節(jié)來取代RC充、放電的延時(shí)環(huán)節(jié)。從而使時(shí)間繼電器的各種性能指標(biāo)得以大幅度地提高。同時(shí)，由于電子產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式的時(shí)間繼電器反而具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。數(shù)字式時(shí)間繼電器是從70年代初開始發(fā)展起來的，目前最先進(jìn)的數(shù)字式時(shí)間繼電器中應(yīng)用了微處理器，使其除了具有延時(shí)長(zhǎng)、精度高、延時(shí)過程有數(shù)字顯示外，還具有其他許多功能，如延時(shí)方法可以選擇多達(dá)11種，包括有延時(shí)閉合、延時(shí)斷開、間隔計(jì)時(shí)、通電循環(huán)延時(shí)、通電延時(shí)閉合，再延時(shí)斷開等等，再如狀態(tài)指示，其除了可顯示延時(shí)過程，還可指示無(wú)激勵(lì)、延時(shí)和響應(yīng)三種狀態(tài)等等。目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)字式時(shí)間繼電器按標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基電路構(gòu)成原理的不同可分為三種類型，即電源分頻型、RC振蕩型、晶體振蕩分頻型。下面僅以電源分頻型數(shù)字式時(shí)間繼電器為例分析數(shù)字式時(shí)間繼電器的工作原理。圖2-59為具有4位數(shù)字設(shè)定的電源分頻型數(shù)字式時(shí)間繼電器的電路原理框圖。電源分頻型數(shù)字式時(shí)間繼電器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基電路是利用交流市電的50Hz頻率的電壓，經(jīng)降壓、半波整流和波形整形后得到一列周期為0.02s的脈沖，作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖。再經(jīng)時(shí)基分頻器產(chǎn)生0.ls、1s、10s的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖，供實(shí)際使用選用。本電路的特點(diǎn)：延時(shí)精度高，延時(shí)精度基本上不受電壓、溫度變化的影響。延時(shí)范圍寬，當(dāng)時(shí)基變換開關(guān)QS位于l位置上，可獲得0.l~999.9s的延時(shí)范圍；位于2位置上，可獲得1~9999s的延時(shí)范圍；位于3位置上，可獲得10~99990s的延時(shí)范圍；只要增多計(jì)數(shù)器和數(shù)字開關(guān)，就可獲得寬的延時(shí)范圍。整定、使用方便，電路中的數(shù)字開關(guān)是采用帶有機(jī)械譯碼器的8-4-2-1撥碼數(shù)字開關(guān)來整定延時(shí)時(shí)間，這樣既可省去一套譯碼電路，使體積減小，又使整定方便和直觀，如需整定延時(shí)時(shí)間為1357s，只需將時(shí)基轉(zhuǎn)換開關(guān)QS置在2