1、电器控制基础介绍,课程大纲,大纲TC Gauge 压力计Capacitance ManometerIon Gauge继电器空气开关电磁阀开关电源MFC,Thermocouple Gage,Thermocouple Gage俗称 TC Gage。其工作范围在10到10-3 Torr之間，其工作原理乃是利用一個灯丝持续加热，在灯丝旁有一热电偶，热电偶所感受到的热乃是经由气体分子传导而來，当有热的变化时，热电偶的另一端将会出现电压的变化，藉由电压的差异，我們可以确认温度的变化,Thermocouple Gauge,利用热散失的原理量测温度，当压力越高则加热丝温度低，反之亦然热电偶侦测出温度的变化是产
2、生电压，藉由电压变化的量来得到压力值适用压力范围10-31 torr,Thermocouple Gauge,Thermocouple Gauge,Chamber Connection,Sensor Filament,Support,Glass Bead,Thermocouple (TC),Model 924Thermocouple Vacuum Gauge Controller1/8 DIN Vacuum Gauge ControllerCovers 10-3 to 1000 torr,Thermocouple Vacuum Gauge Controller,热电偶简介,热点偶是将两种不同合金
3、线(A和B)接在一點(称为量测点) ，另一端接在溫度示波器或控制器(此端为参考点),Thermocouple Gauge,热电偶原理,當量测点和参考点间有温度差，热点偶丝便会产生极小的直流电压，控制器便將此量测所得的微小讯号转换成温度读值,Thermocouple Gauge,直接压力计,Diaphragm 和Bourdon gauage这两种压力计完全是属于一种机械式的压力计，借助齿轮及杠杆將气体压力对金屬管的变形量转移到指针,Pressure gauage(真空压力计),布顿管(Bourdon Tube)真空計与隔膜真空計-利用弹性变形测定压力的真空计热传导真空计-在中真空领域中用到的代表
4、性真空计电离真空計-在高真空领域的压力测定中,为不可缺少的真空計,Capacitance Manometers:,在一空间內，利用一金属薄膜将该空间区分为二，其中一区域为已经知道其压力值,另外一区域为待测区的压力区，当两边有压力差时，该金属薄膜会有偏折的现象发生，而偏折的程度我們可以藉著薄膜与一边电极的距离来决定，换句话说便是量其电容值，由电容的变化反求金属薄膜之偏移量，然后反推压力差。由于这种压力计的量测有太多误差的可能性，所以校正的动作非常重要。只要校正正确，这种压力计是所有压力测量中最为精确的，此外该种压力计乃由偏折量來決定压力，所以与气体的种类无关。至于环境温度对于压力计所造成量测值的
5、误差，Capacitance Manometers:是相当敏感，所以温度的控制必须非常注意。,Capacitance Manometers,Capacitance Manometer,MKS,Capacitance Manometer,Zeroing :Calibrating a Capacitance Manometer,热阴极电离真空计,电子在电场中飞行时从电场获得能量，若与气体分子碰撞，将使气体分子以一定几率发生电离，产生正离子和次级电子。其电离几率与电子能量有关。电子在飞行路途中产生的正离子数，正比于气体密度n,在一定温度下正比于气体的压力p。因此，可根据离子电流的大小指示真空度。这就
6、是电离真空计工作原理,Ion Gauge,Ion Gauge,热阴极电离真空计,当气体导电时，电子与气体分子的碰撞频率跟气体分子的密度有关。密度大，碰撞的频率就高，产生的离子也越多，气体中的电流就越强。又由于气体分子的密度与气体的压强是直接相关的，因此，测定了气体中电流的大小，即可确定气体的压强。根据上述原理即可制成热阴极电离真空计。最简单的热阴极电离真空计就是一只三极管， F是灯丝电路，通电流后使灯丝受热向外发射电子。在栅极上加一约为150200伏特的正电压，这一正电压可吸引和加速由灯丝发射出来的电子。被加速的电子穿过栅极后，因板极B的电压对栅极为低的负电压，因此电子又被板极推回，再加速向栅
7、极返回。这样，电子在往返的运动中就与其中的气体分子碰撞，使分子电离，变成正离子和二次电子，而正离子将被板极所吸引，在板极电路中形成电流。,热电子向处在正电位的加速极飞去,一部分被加速极吸收,另一部分穿出加速极栅间空隙继续向离子收集极飞去,由于收集极是负电位,电子在靠近收极集时受到电场的推斥而返回,在加速极栅间作来回振荡,直到被加速极吸收为止,电子在飞行路程中不断跟管内的气体分子碰撞,使气体电离,正离子被收集极收集,这样在回路中产生了离子流灯丝在通电加热以后发出热电子加速极的电位在+100-+300V收集极的电位在负10-负50V,继电器的工作原理和特性,继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统
8、（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。,继电器的分类,按输入信号的性质分： 电压继电器 电流继电器 时间继电器 温度继电器 速度继电器 压力继电器 按工作原理分： 电磁式继电器 感应式继电器 电动式继电器 电子式继电器 热继电器 光继电器 下面我们简单介绍几种常见的继电器,1、电磁继电器的工作原理和特性,电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用
9、下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”,2热敏干簧继电器的工作原理和特性,热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产
10、生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。,3、固态继电器（SSR）的工作原理和特性,固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。,继电器主要产品技术参数,1、额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。2、直流电阻 是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。3、吸合电流 是指继电器
11、能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。4、释放电流 是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。 5、触点切换电压和电流 是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。,继电器测试,1、测触点电阻 用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为
12、无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。2、测线圈电阻 可用万能表R10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。3、测量吸合电压和吸合电流 找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。4、测量释放电压和释放电流 也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的1050，如果
13、释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。,继电器的电符号和触点形式,继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：1.动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的
14、拼音字头“H”表示。2.动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3.转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。,继电器的选用,1.先了解必要的条件：控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路
15、应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。,空气开关,空气开关定义,空气开关是一种只要有短路现象,开关形成回路就会跳闸的开关。 脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。 当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源. 当线路发生短路或严
16、重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。,开关的脱扣机构是一套连杆装置。当主触点通过操作机构闭合后，就被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生故障，则有关的脱扣器将产生作用使脱扣机构中的锁钩脱开，于是主触点在释放弹簧的作用下迅速分断。按照保护作用的不同，脱扣器可以分为过电流脱扣器及失压脱扣器等类型。 在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把街铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。欠压脱扣
17、器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住衔铁，主触点才得以闭合。一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。 因为绝缘方式有很多，有油开关，真空开关和其它惰性气体（六氟化硫气体）的开关。空气开关就是使用空气灭弧的开关，所以叫做空气开关。利用了空气来熄灭开关过程中产生的电弧。所以叫空气开关。,选用原则,（1）断路器的额定工作电压线路额定电压。 （2）断路器的额定电流线路负载电流。 （3）断路器的额定短路通断能力线路中可能出现的最大短路电流(按有效值计算)。 （4）线路末端单相对地短路电流1.25倍断路器瞬时脱扣器整定电流
18、。 （5）断路器的欠电压脱扣器额定电压线路额定电压。 （6）断路器分励脱扣器额定电压控制电源电压。 （7）电动传动机的额定工作电压控制电源电压。 （8）校核断路器允许的接线方向。有些型号断路器只允许上进线，有些型号允许上进线或下进线。,电磁阀,电磁阀的工作原理,电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械
19、运动。,上面说得是电磁阀的普通原理 实际上，根据流过介质的温度，压力等情况，比如管道有压力和自流状态无压力。电磁阀的工作原理是不同的。 比如在自流状态下需要零压启动的，就是通电后，线圈整个把闸体吸起来。 而有压力状态的电磁阀，则是线圈通电后吸出插在闸体上的一个销子，用流体自身的压力把闸体顶起来。 这两种方式的不同之处是，自流状态的电磁阀，因为线圈要吸起整个闸体，所以体积较大 而带压状态的电磁阀，只需要吸起销子，所以体积可以做的比较小。,直动式电磁阀： 原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。 特点：在真空、负压、零压
20、时能正常工作，但通径一般不超过25mm。 分布直动式电磁阀： 原理： 它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。 特点： 在零压差或真空、高压时亦能可动作，但功率较大，要求必须水平安装。 先导式电磁阀： 原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧
21、力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。,开关电源,开关电源的定义,凡通过半导体器件作为开关，实现电压形态的转化的，即可称为电压转换器。若同时具有电压稳定的闭环控制功能和保护功能，即可称为开关电源。,开关电源的种类,人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类。,开关电源的主要元件,开关：三极管、MOS管、二极管 MOS管优点:驱动功率小,开关速度快.电感：
22、储能、稳流电容：储能、滤波,开关电源的过去、现在和未来,过去：用可控、晶体管作开关，开关速度较低。现在：用MOS管、IGBT作开关，出现了PFC功率因数补偿电路，同步整流电路，软开关电路。开关速度提高。将来：高性能SiC器件开关，高频磁技术，大电容技术。开关速度更快。,开关电源的基本工作原理,开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线形电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
23、 与线性电源相比，PWM开关电源更为效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来时间的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。,控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之出在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。 开关电源有两种主要的工
24、作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。,在电器中使用的一般开关电源，将220V的交流电经过桥式整流，变换成300V左右的直流电，滤波后进入变压器后加到开关管的集电极进行高频振荡，反馈绕组反馈到基极维持电路振荡，负载绕组感应的电信号，经整流、滤波、稳压得到的直流电压给负载提供电能。负载绕组在提供电能的同时，也肩负起稳定电压的能力，其原理是在电压输出电路接一个电压取样装置，监测输出电压的变化情况，及时反馈给振荡电路调整振荡频率，从而达到稳定电压的目的，为了避免电路的干扰，反馈回振荡电路的电压会用光电耦合器隔离。大多数开关电源
25、有待机电路，在待机状态开关电源还在振荡，只是频率比正常工作时要低。,开关电源的三个条件,开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态 高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频 直流：开关电源输出的是直流而不是交流 也可以输出高频交流如电子变压器,接地：开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。 保护电路：开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路
26、的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。,变压器,变压器,变压器的工作原理 变压器-利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件,按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。 按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。,变压器的功能,主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯，XED型，ED型CD型。,变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此
27、以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。一般指连接交流电源的线圈称之为一次线圈(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为一次电压.。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。,大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与
28、二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，可以这样说，没有变压器，现代工业实无法达到目前发展的现况。,变压器技术参数,对不同类型的变压器都有相应的技术要求，可用相应的技术参数表示.如电源变压器的主要技述参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能，对于一般低频变压器的主要技述参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等.,MFC,质量流量控制器, 即Mass Flow Controller（缩写为MFC）, 不但具有质量流量计的功能，更重要的是，它能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏离设定值。简单地说,质量流量控制器就是一个稳流装置, 是一个可以手动设定或与计算机联接自动控制的气体稳流装置。,图片,
