数控机床电气控制技术第1章

②磁电式仪表的特点：
磁电式仪表具有灵敏度高，准确度高、阻尼性好、刻度均匀、消耗功率小的 优点，但由于通入线圈的电流方向不同，指针的偏转方向也不同，所以在使用时， 要注意表的正负极不能接错，仅能测直流，不能直接测交流。同时，由于线圈绕 线和游丝的截面积比较小，不能直接通入大电流。
（2）电磁式仪表
电磁式仪表主要用来显示交流电流、电压的有效值，也可作为交、直流两用 电流表、电压表使用。它是利用载流线圈的磁场使铁片磁化而动作的。
说明：对于任意节点，如果我们规定，流入节点的电流为正，流出节点的电流 为负，则电流的代数和永远等于零。
（3）基尔霍夫电压定律
基尔霍夫电压定律又叫回路电压定律，它反映 了在一个封闭回路中各段电压之间的关系。它指 出：电路中任一回路内各段电压的代数和为零， 即
在运用基尔霍夫电压定律时，往往需要规定一 个回路的绕行方向，若电压的参考方向与回路绕 行方向相一致，则此电压取正号；若电压的参考 方向与回路绕行方向相反，则取负号。
5、电阻的连接及其等效变换
（1）电阻的连接的概念 把电阻一个接一个地依次连接起来，就构成了串联电阻电路。 把几个电阻并列地连接起来，就组成了并联电阻电路。 如果一个电路中，既有电阻串联，又有电阻并联，则这个电路 就称为混联电阻电路。 （2）电阻串、并联的特点及等效变换 （3）电阻的混连及等效变换 在实际的电子电路中，可能既有电阻的串联，又有电阻的并联， 这种电路叫做电阻的混连电路。对于简单的电阻混连电路 , 可以分 别通过电阻串、并联的规律，一步一步加以等效简化，最终求出总 电阻。 对电阻混连电路进行等效变换，通常采用两种方法：①利用电 流的流向，画出等效电路图。②利用电路中各个等电位点，画出等 效电路图。
②电磁式仪表的特点：
电磁式仪表具有交、直流都可用，过载能力强的优点。但由于铁片中有磁损耗， 存在准确度低的缺点。同时，由于偏转角有被测电流的非线性关系，所以，表盘是非 均匀刻度。 （3）电动式仪表 电动式仪表可进行交流、直流的测量，尤其是进行精确度高的交流测量。它是利用 两载流导体之间具有相互作用力而工作的。 ①电动式仪表的结构
第1章 电工技术基础常识

1.1电工技术基础常识 1.2 正弦交流电常识 1.3 三相交流电路常识
1.1电工技术基础常识

1.1.1直流电路常识 数控机床上的各种电气设备，都是通过电 流的作用来完成的。为了电流的流通，就需要 构成电流的通路——电路。我们将大小和方向 不随时间改变而改变的电流和电压称为直流电。 直流电路是电路中最基本的电路。我们可以通 过对电路构成、电路中的主要物理量的了解， 运用欧姆定律、基尔霍夫定律，掌握对电路进 行分析与计算的基本方法。
6、电工仪表及测量
电工测量仪表种类很多，常用的有磁电式、电磁式和电动式仪表。 （1）磁电式仪表
磁电式仪表主要用来测量直流电流。也可测电压等参数。它是利用载流线圈在 磁场中受力而转动的原理来工作的。 ①磁电式仪表的结构与原理：
结构：磁电式仪表的结构由磁路系统和活动线圈两部分组成。磁路系统由马蹄 形磁铁，两个半圆形的极掌和固定于支架上的圆柱形铁心组成。磁力线从一个极 掌出来，经过铁心到另一个极掌，再经过永久磁铁内部回到前一个极掌。 活动线 圈的整体在铁心与极掌的气隙之间。线圈的轴分成两班，分别在线圈的两端，线 圈转轴的两端分别焊有两个游丝。前游丝与调零装置相连，后游丝固定在支架上
（2）电路的作用
ห้องสมุดไป่ตู้
①供应、输送、分配和转换电能。例如将电源提供的电能 输送到用电设备供设备使用。 ②进行信息的测量、处理、传递、转换和存储。例如电视 将接收到的电磁信号处理后，转换成声音和图像信号，分别通 过喇叭和荧光屏播放出来。 （3）电路模型 电路的表示方法有多种多样，常用的有实物图、电路图、 实物电路模型等。实物图是为了工程施工的方便，按设备的大 小取一定的比例绘制而成，供工程施工使用。为了方便对实际 电路进行分析计算，方便说明电路的工作原理，我们给每种电 器元件都规定了固定的符号，突出元件的主要参数，将元件理 想化，把一个实际电路理想化为电路模型。用规定符号绘制出 来的电路图形，称为电路图。
（1）电路分析用语
支路 由一个或几个元件首尾依次相连构成的无分支电路，一条支路流过同 样大小的电流，称为支路电流。
节点 三条或三条以上的支路连接点。
回路 电路中任意的闭合回路。 网孔 已确定的电路中不能再分的最简单的回路。
（2）基尔霍夫电流定律
基尔霍夫电流定律又叫节点电流定律，它描述了节点电流之间的关系，它指出： 对于电路中的任意节点，在任一时刻，流入节点的电流之和，等于流出节点的电 流之和。
任何两块接近的金属导体，被不导电的绝缘物质（如空气、纸质、云 母、涤纶薄膜、陶瓷等）在中间隔开，就构成了电容器。这两块金属导 体就叫电容器的极板，中间的绝缘物质叫介质。 给电容器两极板接上直流电源，两极板之间就有电压产生。对任何 一个电容器来说，两极板带的电荷量越多，则两极板之间的电压就越高。 而且，所带电荷量与两极板的电压成正比。我们称这个比值为电容量， 简称电容，单位为法拉（F）。 由于法拉这个单位太大，在对电路进行分析及实际应用时，我们常使 用微法（µ F）和皮法（pF）这两个单位，他们之间的关系为： 1F=106µ F=1012 pF 常用的电容器在形式上可分为：固定电容器、半可变电容器和可变 电容器。在构造上根据所使用的介质不同，可分为：纸质电容器、云母 电容器、涤纶薄膜电容器、陶瓷电容器等。
1、电路和电路模型 （1）电路：电流经过的路径，称为电路。 电路通常由四个主要部分组成： 电源：它是将其他形式的能量转化为电能，为电路提供电能 的设备，如蓄电池、干电池、发电机等。 负载：它是将电能转化为其他形式能量的设备，是电路中的 用电设备。例如电灯是把电能转化为光能和热能的装置，电动 机是把电能转化为机械能的设备。 导线：连接电源和负载的导电体，起着输送和分配电能的作 用。最常用的导线有铜线和铝线。 辅助装置：为了让电路按照人们的要求安全地运行，电路还 需要一些辅助装置。例如开关可以用来控制电路，使电路按照 人们的需要来运行；熔断器可以保证电路安全地运行。
通电线圈的磁场强弱，与线圈的绕线匝数及通入电流的大小成正比。 如果把线圈套在铁芯上，电流流过线圈时所产生的磁场，会把铁芯磁化铁 芯被磁化后产生的磁场强度会比电流的磁场增强成千上万倍。
电流能够产生磁场，磁场对电流也有作用力：导体处在变化的磁场中， 或导体做切割磁力线运动时，将会产生电动势，这种现象称为电磁感应。 这个电动势叫感应电动势，导体回路中产生的电流叫感应电流。
电 阻 用 字 母 “ R” 来 表 示 ， 单 位 为 ： 欧 姆 （ ） ， 简 称 “欧”。在实际应用中，常觉得“欧姆”这个单位太小，还用 千欧（K）、兆欧（M）做单位。它们之间的关系： 1 K=103
1 M=106 任何物体都有电阻，只不过导体电阻小，绝缘体电阻大。
（2）电容
电动式仪表具有准确度高、可交支流两用的优点，也存在受外界磁场影响大、本身耗 能多、过载能力弱，价格高的缺点。同时，表盘刻度不均匀。
1.2 正弦交流电常识
1.2.1 正弦交流电的基本概念
上一节，我们所研究和讨论的内容，都是大小和方向不随时间 的改变而改变的直流电。但是，我们在日常生活和生产中，大多使 用交流电。我们将大小和方向随时间作周期性交替变化的电流、电 压、电动势称为交流电，如果它们的变化符合正弦函数的规律，则 称为正弦交流电。由于正弦交流电的产生、输配电及用电设备的制 造和运行方面，都比直流电经济、方便，因此，获得了广泛的应用。 在一对磁极N、S之间，放着一个能转动的圆柱形铁芯，在铁芯上绕 有线圈，线圈的两端分别接到两个铜制的、与转轴绝缘的圆形滑环 上，滑环固定在转轴上，滑环又通过电刷与外电路接通，把线圈中 感应出来的正弦交流电传送到外电路。 铁芯、滑环、线圈等组成的转动部分，称为电枢。电枢在磁极 之间转动时，线圈中就会产生感应电动势。
电流：电荷做有规则的定向流动称为电流。 电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电量。电流强度简称电流。其单位为安培（A），
3、电阻、电容、电感元件 （1）电阻 导体中的自由电子在作定向移动的过程中，电子之间不断 的相互碰撞。并且，自由电子还要和组成导体的原子相碰撞， 这样，就对自由电子的运动起阻碍作用，既表现为对电流的阻 碍作用，导体对电流起阻碍作用的能力叫做电阻。
原理：当被测电流进入线圈是，由于载流导体受到磁场电磁力的作用，导致线 圈带动指针克服游丝的阻力产生偏转，当转矩与游丝所产生的反抗力矩平衡时， 指针就停止在一定的位置上。因为一定的电流对应着一定的偏转角度，所以，我 们可以通过偏转角度的大小来显示被测电流的大小。 当被测电流消失后， 指针受 游丝的作用，回到零位。
①电磁式仪表的结构与原理：
结构：电磁式仪表由圆柱形激磁线圈和圆弧状的不动铁片（静铁片）组成。靠 近不动铁片，有一个圆弧状的可动铁片，它与转轴相连，转轴上固定指针和游丝， 指针的尾部有一个在空气盒中的铝片，它对指针的偏转起阻尼作用，使指针在偏 转时不会来回摆动。
原理：当被测电流通入激磁线圈，线圈内部会产生磁场，静铁片和动铁片同 时被磁化。相对应端为同一极性，由于同极性磁极相斥，产生偏转转矩，使得动 铁片带动转轴和指针产生偏转，当转矩与游丝所产生的反抗力矩平衡时，指针就 停止在一定的位置上。因为被测电流有指针的偏转角度之间存在对应关系，所以， 指针偏转角度的大小，也就反应出电流的大小。
2、电路中的主要物理量
（1）电荷
电荷量每个电子或每个质子所带的电荷量是电荷的最小基本单位，为：e=1.60×10-19库仑 自然界中所有电荷量都只能是它们的整数倍。 （2）电场 电场力 电场强度
电场：电荷周围存在着一种特殊的物质，这种物质对放入其中的电荷有力的作用，我们称这种特殊 的物质为电场。
电场力：电荷在电场中所受的作用力就叫做电场力。同性电荷相斥，异性电荷相吸。 电场强度：放入电场内某一点的试验电荷受到的电场力 Ｆ与它的电荷量Ｑ的比值称为该点的电场强 度，简称场强。 （3）电动势 电位 电压（电位差） 电动势：在电源内部，电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，我们称为电动势。电 动势用符号E表示，单位是伏特（V）。方向规定为从电源负极指向正极。 电位：试验电荷在电场中某一点的电位能与它的电量的比值，称为电场中该点的电位。 电压（电位差）：若电场中两点的电位相同，则称这两点为等电位。若这两点电位不同，其电位的差 值称为这两点之间的电位差，也称为这两点之间的电压。用符号U表示，单位是伏特（V）。 （4）电流 电流强度
结构：电动式仪表由用较粗导线绕成的固定线圈、用细导线绕成的活动线圈、空气 阻尼器及螺旋弹簧等部件组成。转轴穿入并固定在活动线圈上，以便带动指针偏转。 空气阻尼器在指针摆动时，利用空气阻力所产生阻尼转矩使摆动迅速停止。
原理：当固定线圈中通入被测电流时，线圈内部产生与电流成正比的磁场，由于 活动线圈与固定线圈串联，所以，活动线圈也有电流通过，也产生磁场。两个线圈所 产生磁场的相互作用，就出现转动力矩，导致活动线圈带动指针偏转。当转矩与螺旋 弹簧所产生的反抗力矩平衡时，指针就停止在一定的位置上。 ②电动式仪表的特点：
电容器是储存电荷和电能的容器，在电工和电子设备中被广泛应用。
（3）电感
1918年，丹麦物理学家奥斯特通过实验证明：带电导体的周围存在 着磁场，磁场的强弱不仅取决于电流的大小，还与导体的形状、尺寸等因 素有关。如果把导线绕成线圈，电流通过导线时，电能就变成磁场能存储 在磁场中。为此，我们把象线圈这样的能够存储磁场能的元件就称为电感 元件。
当电流流过线圈时，线圈周围会产生磁场，即有磁通穿过线圈。当流 过线圈的电流发生变化时，穿过线圈的磁通量也随着发生变化。这时，线 圈中就会产生感应电动势。这种由于线圈自身电流变化，在线圈自身所产 生的感应电动势，叫自感应电动势，用符号eL表示。
4、基尔霍夫定律
对于简单电路的分析和计算，我们运用欧姆定律就能解决问题。在实际应用 中，我们常会接触到有两个或两个以上的有电源的支路组成的回路电路，简单地 运用电阻串、并联的方法不能将它简化成一个单回路的电路，这种电路称为复杂 电路。为此，我们要介绍基尔霍夫的两个定律，基尔霍夫定律是电路的基本定律， 它反映了电路中电流、电压必须遵循的规律。