电路原理篇1
【关键词】共零线；电流环；通信电路
0引言
工业控制应用中常涉及到数据或控制信号的长距离准确传输。以电流作为载体传输数据，可增大信号的噪声容限和提高信号的抗衰减能力。将信号载在电流环上，实现较远距离信号传输的电流环通信电路，经常将电流环与交流电源的零线（N线）共用一根线，组成共零线电流环通信电路。
本文对共零线电流环通信电路的通信原理和电路进行了阐述与分析，同时对各器件的选择进行了说明，最后介绍了电路在实际应用中出现的有关问题，并给出实际可行的解决方案。
1电路与通信原理
如图1所示的共零线电流环通信电路，当通信处于室内发送、室外接收时，室外OUTDOOR-TXD置高电平，光耦IC21始终导通，若室内INDOOR-TXD发送高电平“1”，光耦IC2导通，电流环闭合，光耦IC1、IC20导通，室外OUTDOOR-RXD接收高电平“1”；若室内INDOOR-TXD发送低电平“0”，IC2截止，电流环断开，IC1、IC20截止，室外OUTDOOR-RXD接收低电平“0”，从而实现了通信信号由室内向室外的传输。同理，可分析通信信号由室外向室内的传输过程。
图1
2电路分析与器件选择
2.1电源电路
FUSE1、ZR1、C5、L1、C6是室内电源电路，C23、L2、C24是室外电源电路，根据室内外电控实际需要确定参数或是否使用。D1，R1，R2，R3，E1，C1，DZ1组成稳压电源电路。交流220V经D1半波整流，R1，R2分压、限流，R3分流，稳压二极管DZ1稳压，再经E1，C1滤波后，为电流环提供稳定的24V电压。
如室内侧有主电源继电器（如图1RY1），则室内通信电路的火线要从继电器的输出取电；如有共模电感（如图1L1），因其会影响电流环通信波形，则室内通信电路的零线要接共模电感的前端，但要经过强电滤波电容C5。同样，如室外侧有共模电感（如图1L2），则室外零线也要接在其前端，并经过C23。
2.2电流环电路
IC1，R5，C3，IC2，C2，R4，D2，D20，R20，C20，IC21，IC20，R21，C21组成电流环。
光耦IC1，IC2，IC20，IC21起隔离作用，防止电流环上的大电流、高电压串入损坏芯片。其中IC1、IC20用于信号接收，IC2、IC21用于信号发送；R4，R20电阻起限流作用，将稳定的24V转换为3mA左右的电流，R5，R21电阻分流，起到保护光耦的作用，D2，D20防止N、S反接导致其它元器件的损坏，C2，C3，C20，C21高频滤波，其中C2、C20选用安规电容；C3、C21选用耐压50V的瓷片电容或贴片电容。
快恢复二极管D3，D4，在电路中起保护光耦的作用，能有效释放连接线上的浪涌电压。由于要求反应时间短，所以应选用快恢复管。
2.3发送接收电路
R24，R25，R26，Q20，IC21组成室外发送电路，R22，R23，C22，IC20组成室外接收电路，R8，R9，R10，Q1，IC2组成室内发送电路，R6，R7，C4，IC1组成室内接收电路。
R7，R9，R23，R24电阻限流，R10，R25，R6，R22电阻分流保护光耦，都可以选用1/4W贴片电阻。C4、C22高频滤波。
2.4器件选择
整流二极管要选反向击穿电压较高的二极管，最好≥1KV，同时要根据工作电流选取二极管的功率。
光耦的选型要根据通信的速率考虑光耦的开通和关断延时（尤其要考虑高温时光耦的延时会加大），如波特率为600bps，即每位数据的宽度约为1666μs，则光耦的开通或关断延时最大不能超过80μs；由于外界干扰的作用，会在发送光耦的输出端感应出较高的电压，因此发送光耦要选用耐压较高的型号，如选Vce为300V的PC851，其开通和关断延时最大为12μs；另PC817的Vce为35V，开通和关断延时最大为18μs，只可作为信号接收。
R5、R10、R21、R25起分流作用，保护光耦不被大电流损坏，其阻值不能选的太小，否则分流过大，光耦输入电流过小，影响光耦的开关速度或开通不完全。
R1、R2要根据稳压管DZ1的工作电流范围来选，本电路电流环电流为3mA～6mA，稳压电压为24V，电源电压在175V～275V之间，可计算出分压电阻阻值为20K-40K，可选两个11K、3W的功率电阻串联。因电阻直接接在高压端，耐压要高于300V。
R4、R20的选型也要根据电流环电流的大小来选择。电流环电流过大，则通讯波形不好；过小，则电流环无法正常工作，导致经常出现通讯保护。本电流环电流选3mA-6mA，则总限流电阻约为4K-8K，为保证通信可靠性，选择较大的通信电流，则室内、室外各一个电阻，各分一半为2K。为防止N、S两端误接到L、N两端上，损坏电阻，故要选择功率比较大的电阻，需要选择3W以上。
高频滤波电容C2，C3，C4，C20，C21，C22选取时，一般不要大于0.001uF，过大会使通讯信号的波形有部分被滤出，导致通讯不良。C3，C4，C21，C22选耐压50V的102即可，C2，C20选耐压250V的471即可。
稳压二极管DZ1的作用是稳定电流环工作电压，提供通信电流环需要的工作电流。一般选用24V稳压二极管，为保证电流环的电流大于3mA，需要选择1W的稳压二极管。
为保证足够大的驱动电流驱动光耦，在室内外信号发射端需增加两个驱动三极管Q1、Q20进行驱动，可选择8050的管子。
3应用中的问题及解决
电路设计完成后，需要增加低温环境下的通信可靠性测试，要求在室外-15℃下确保通信正常，用示波器测试通信波形，不应出现丢帧现象。同时，需要增加延长通信线的通信可靠性试验，要求在通信线延长到15米时，电路仍可靠、稳定工作，用示波器测试通信波形，应无丢帧的现象发生。
但是，实际的应用中，由于电网电压的波动，通信线布线杂乱并且靠近其它强电干扰设备，还有通信线长度可能超过50米，往往会出现通信不良或通信不上等故障。我们可以设计一个100米通信线的实验，并进行4KV的EFT实验，用示波器测试通信波形，会发现波形的失真和丢帧的情况。如图2所示。
问题的原因主要在内外侧的接收端，是通信环路中存在的干扰通过光耦传递到MCU。首先，电源要进行滤波处理，可以使用π型滤波。接着要增大中间环路的通信电流，增强抵抗干扰的能力，可以把R4，R20多并联一个电阻。然后，是避免干扰通过光耦，一方面把R5，R21电阻调小到1K，尽量把干扰从旁路流走；同时减少光耦IC1，IC20的传输比，控制在150左右（也不能太小），令干扰不被放大到接收端。最后，将R6，R22改小到2K，增加接收端电流，增强抵抗干扰的能力。调整后的实验波形如图3所示。如果软件上再做好滤波的程序处理。这个电路的可靠性会进一步提升。
4结束语
本文介绍了共零线电流环通信电路的电路图及通信原理，并对其电路及器件的选择进行了简要的分析，最后对这个电路在实际应用中的有关问题进行了介绍和阐述，同时分析了具体的原因和解决的措施。这些实际的电路和措施已经经过多次严格的实验，以及过十万台产品的实际安装应用，具有很强的实际使用和操作性。
【参考文献】
电路原理篇2
关键词：电气；控制线路；控制原理；注意问题
中图分类号：F407.6文献标识码：A文章编号：
一、电气控制线路图的绘制原则
电气控制线路的表示方法有电气原理图、安装接线图和电气布置图三种。电气控制线路图是工程技术的通用语言，它将各电气元件的连接用图形来表达，各种电气元件用不同的图形符号表示，并用不同的文字符号来说明其所代表电气元件的名称、用途、主要特征及编号等。
1.电气控制线路常用的图形、文字符号
在电气控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。国家标准局参照国际电工委员会(1EC)颁布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。
2.电气控制线路的绘制原则
电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电气控制中，无论在设计部门，还是在生产现场，都得到广泛的应用。
二、电气控制的基本线路
1.互锁控制和顺序控制
互锁控制是生产机械或自动生产线不同的运动部件之间相互联系又相互制约的，又称联锁控制。互锁可以起到顺序控制的作用，称为顺序联锁控制。例如，磨床上要求先启动油泵，然后才能启动主轴电动机；龙门刨床在工作台移动前，导轨油泵要先启动；铣床的主轴旋转后，工作台方可移动等都是按顺序联锁控制（可去掉）。顺序联锁控制的原则如下：（1）要求甲接触器动作后，乙接触器方能工作，则需将甲接触器的常开触点串联在乙接触器的线圈电路中。（2）要求甲接触器动作后，乙接触器不能工作，则需将甲接触器的常闭触点串联在乙接触器的线圈电路中。
2.多地点控制
有些电气设备，如大型机床、起重运输机等，为了操作方便，常要求能在多个地点对同一台电动机进行控制，这种控制方法叫做多地点控制。三地点控制线路即由一个启动按钮和一个停止按钮组成一组，把三组启动、停止按钮分别放置三地，即能实现三地点控制。多地点控制的接线原则：启动按钮应并联连接，停止按钮应串联连接。
3.自动循环控制
在电气设备中，有些是通过工作台自动往复循环工作的，如龙门刨床的工作台前进、后退。而电动机的正、反转是实现工作台自动往复循环的基本环节，要实现自动往复循环，通常采用限位开关(或行程开关)，主要包括机械式限位开关与光电式限位开关。自动循环控制线路按照行程控制原则，利用生产机械运动的行程位置实现控制。一般的电气控制线路时而简单，时而复杂。但是，任何复杂的控制线路都是由一些比较简单的基本环节按照需要组合而成的。只有通过基本环节、典型控制线路，并由浅入深、由易到难地认识它，才能打下阅读电气控制线路的良好基础，掌握好电气控制线路的设计技能。
三、异步电动机的启动和正反转控制
1.异步电动机的全压启动控制
在供电变压器容量足够大时，小容量异步电动机可直接启动。直接启动的优点是电气设备少，线路简单；缺点是启动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其他用电设备的正常工作。
2.异步电动机的降压启动控制
异步电动机直接启动控制线路简单、经济、操作方便。但对于容量较大的电动机来说，由于启动功率大，会引起较大的电网压降，所以必须采用减压启动的方法，以限制启动电流。减压启动虽然可以减小启动电流，但也降低了启动转矩。因此，此方法仅适用于空载或轻载启动。异步电动机的减压启动方法包括自耦变压器减压启动和星—三角形减压启动两种：（1）星—三角形减压启动控制，它的线路是按时间原则实现控制。启动时将电动机定子绕组连接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的1／3，从而减小了启动电流；待启动后按预先整定的时间把电动机换成三角形连接，使电动机在额定电压下运行。该线路结构简单，但缺点是启动转矩也相应下降为三角形连接的l／3，转矩特性差。因而本线路适用于电网电压380V、额定电压660／380V、星—三角形连接的电动机轻载启动的场合。（2）自耦变压器减压启动控制，它的线路在启动时，电动机定子串人自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压；启动完毕，自耦变压器被切除，额定电压加于定子绕组，电动机以全电压投入运行。该控制线路对电网的电流冲击小，损耗功率也小，但是它的缺点在于价格较高，主要用于启动较大容量的电动机。
以上介绍的启动控制线路，均按时间原则采用时间继电器来实现减压启动，这种控制方式线路工作可靠，受外界因素(如负载、飞轮惯量以及电网波动)的影响较小，结构比较简单，因而被广泛采用。
四、异步电动机的制动控制
异步电动机的制动方法可分为2类：机械制动和电气制动。机械制动是利用机械装置来强迫电机迅速停车，常用的机械装置是电磁抱闸，由制动电磁铁和闸瓦制动器组成。而机械制动又可分为断电制动和通电制动。制动时，将制动电磁铁的线圈切断或接通电源，通过机械抱闸制动电动机。
1.异步电动机的反接制动控制
反接制动是利用改变电动机的电源相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。由于反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近于2倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时电流的2倍。因此反接制动的特点之一是制动迅速、效果好，但冲击效应较大。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接一定的电阻以限制反接制动电流，而反接制动电阻有2种接线方法：对称与不对称。
2.异步电动机的能耗制动控制
异步电动机能耗制动时，切断定子绕组的交流电源后，在定子绕组通入直流电流，形成固定磁场，与旋转的转子中的感应电流相互作用产生制动力矩。制动结束必须及时切除直流电源。该控制线路制动效果好，但对于较大功率的电动机还要采用三相整流电路，故所需设备多、投资成本高。
五、电气控制线路设计的实例解析
下面是一个设计简单控制线路的例子。题目要求：按下按钮SB，电动机M正转；松开按钮SB，电动机M反转:1分钟后电动机M自动停止，要求画出其控制线路。
1.如图1所示的控制图。
图一
电路原理篇3
【关键词】受电弓电气控制故障处理
受流器是靠电力驱动的轨道车辆从接触网或第三轨获取电能的一种受流装置。通常安装于车顶的受流器，用于铁路干线牵引列车的电力机车以及采用接触网供电的地下铁道和轻轨车辆等。城轨车辆受电弓作为电客车的动力受流装置，长期处于高速摩擦的受流的工作之中，其发生故障的概率和频次是最多的。此论文以东莞R2线项目为例，根据现场实际调试中工作中总结出方式方法结论，列出一些受电弓的问题点以及故障处理方式方法。为方便新进调试员工和售后运营维护人员快速有效的掌握理论和处理方法，方便运营保障技术员能够快速准确的找到解决受电弓故障问题点，快速找到解决受电弓故障和排除故障点。对于提高调试人员技术水平和运营保障人员的水平能够有很大的帮助。
1受电弓的结构和主要技术参数
1.1结构如图（1-1）所示
1.2主要技术参数
地铁列车上装有2架受电弓安装在两个B车上，属于气动弓；受电弓通过绝缘子安装在首尾两节动车车顶，弓头升起后与接触网导线接触，从接触网上汲取电流供动车使用。东莞R2线项目地铁受电弓的参数如下表1-2：
2受电弓的控制电路及工作原理
下面以实际的控制电路图来分析介绍气动受电弓的升弓和降弓工作原理。
2.1受电弓的控制电路图（如图1-图2）
2.2受电弓工作原理简介
（1）升弓控制原理；升弓装置包含电磁阀和缓冲阀，电磁阀得电，使压缩空气通过，从而使受电弓升起。司机可以操作升弓开关2S01来执行“升弓”指令，通过自动空气开关2F31、列车控制线21103，使升弓启动继电器2K31得电。2K31控制各自单元车辆受电弓保持继电器2K33，2K33得电后开启受电弓驱动电路受电弓电磁阀2Y01得电，使受电弓升弓并保持受电弓处在合适工作位置。（2）升弓条件；受电弓能够升起来，升弓气压不能小于3bar。当升弓气压小于3bar时，可以利用A车8号座位下的脚踏泵来提供足够的升弓气压。当列车在“有电无气”状态下升弓时，可以先按下升弓按钮，使电磁阀2Y01得电，连接受电弓的气路被打开，然后踩脚踏泵升弓，这就是通常说的“有电无气”升弓方法。（3）降弓控制原理；降弓装置包含电磁阀和缓冲阀，电磁阀失电，使压缩空气流过，从而使受电弓降弓。司机可以通过使用降弓控制开关2S02来降弓，按下降弓控制开关2S02的常闭触点（2l-22）分断，先让2K31失电，同时2S02的常开触点13-14闭合，使降弓继电器2K32得电，通过常闭触点（21-22）和（31-32）使得2K33和2Y01失电，受电弓落弓，2K6由降弓自动空气2F32保护。在紧急情况时，单只受电弓可以通过操作设在A车司机控制面板的紧急制动开关使受电弓降弓（双弓），当该开关被激活2K10继电器失电，其常开触点（54-53）和（64-63）直接分断2K33和2Y01。缓冲阀上分别装有调节螺栓，用来调节控制受电弓弓头的升、降速度与时间。受电弓控制回路（如上图所示）由列车电源线（DC110V）正端30420提供电源，经过受电弓和高速断路器控制保护空气开关2F30。受电弓控制回路（如图1-2所示）由列车电源线（DC110V）正端30420提供电源，经过受电弓和高速断路器控制保护空气开关2F30。当列车激活后列车控制系统进入工作准备状态，列车控制启动继电器2K04和紧急制动继电器2K10分别得电工作。
2.3受电弓常见故障现象分析及排查处理
2.3.1升不起弓或自动降弓
原因：（1）受电弓扳钮接触不良；（2）受电弓故障开关SDK在故障位或接触不良；（3）升弓电空阀1SDF（2SDF）故障或接线松脱；（4）BHF故障或接线松脱；（5）门未关好或门联锁顶杆未顶到位；（6）风路塞门143号（144号）未打开或风压过低；（7）升弓弹簧折损或机械故障。
处理：（1）检查升弓气路风压是否高于600Kpa，如低于此值使用辅助压缩机泵风；（2）检查控制电器柜上的各种电器开关位置，应置于正常位置；（3）换弓升弓试；（4）自动降弓，停车确认受电弓损坏程度，记录刮弓的地点。
2.3.2受电弓升起后放电
原因：（1）车顶导体部件上存有导电异物；（2）瓷瓶过脏或雨、雾天造成瓷瓶爬电；（3）雷击等过电压击穿放电间隙；（4）车顶支持瓷瓶已经炸裂。
处理：（1）如为原因前三个时立即降弓，请求停电验电后挂好接地线再上车检查，处理完后可维持运行；（2）瓷瓶破裂严重时可将导电赶软连接线拆除后，用另一端受电弓维持运行。
2.3.3受电弓受流时拉弧
原因：（1）100号调压阀调整压力不够或调压阀故障；（2）受电弓铰链座油抗劲；（3）受电弓碳滑板有凹槽或滑板到限；（4）升弓弹簧断一根或更换新滑板后弹簧压力过小；（5）接触网故障。
处理：（1）故障原因序号1时，调整压力到规定值，若故障时，可卸下堵，抽出上、下堵，直接用总风维持运行，若时间不允许，可用辅助压缩机打风维持运行到前方车站后再作处理；（2）故障原因序号2、3、4时升另一端弓维持运行；（3）故障原因序号5时降弓滑行一段距离后再升弓，并报告前方车站。
2.3.4压力开关故障
故障现象：实际运用过程中，压缩气体在通过受电弓气阀板给受电弓气囊充气时，受电弓气囊中的气压上并接近压力开关的初始值，受电弓开始动作升弓。完成升弓过程中大概需要6―10s左右时间，在这段时间内压力开关气路的气压值会一直维持在这种压力范围；而当压力开关的设定初始值发生细小偏差时，在受电弓的升弓预备过程中，压力开关有可能一直不会给出信号，15s后机车控制系统将给出受电弓故障的信号。
原因分析处理：压力开关故障的根本原因是机车控制系统设定的自动封锁时间为15s过短，而开关的设定值又刚好处于受电弓升弓准备过程的气压临界值上，这样就会造成受电弓工作不稳定的故障现象，解决压力开关故障的处理建议一般有两点：
（1）延长机车系统压力开关阀的自动封锁时间；（2）减小压力开关的设定值。
2.3.5滑板条磨耗
故障现象：受电弓的滑板异常磨耗，滑板接触线接触的地方出现凹槽。
故障分析：（1）机械磨耗：新建线接触网剖面底部为圆弧形，而且接触线表面有不少比较坚硬的毛刺，这是新开通线路滑板条急剧磨耗的主要原因。经过多次运行后，接触网导线渐趋平整光滑，摩擦系数减小，达到一定的摩擦次数后，机械磨耗量将大大减小并保持在一定的范围内。（2）电气磨耗：新开通线接触导线毛刺多，加上开通前一段时间内由于暴露于空气中，表面污染，当与受电弓滑板初期接触时接触不佳，电火花往往比较大，电气磨耗自然突出。为了使新接触网线尽早磨出平整光滑的接触面同时减少滑板的过速磨耗，可采用铁基滑板。
处理：为保证受电弓碳滑板与接触网之间的良好配合，可以从以下方面着手：
（1）保证正线接触网“之”字布置的均匀；（2）在受电弓处于不同的升弓高度时确保升弓保持力保持不变；（3）受电弓设计是应注意弓头结构设计，需保证其上的碳滑板在磨耗不均匀的情况下都能与接触网接触良好。
3结语
受电弓作为一种从接触网取得电能的一种受流装置，已经广泛的应用于城轨车辆上面。然而由于受电弓装置经常处于高速和高强度的运营负荷中，也是极其容易出现故障的一个装置。该装置一旦出现问题就必然会导致车辆失去动力造成清客和列车晚点等情况。当然，我们也不需要惧怕问题的出现，问题总比办法多，积极的学习受电弓的结构和控制原理，认真总结学习经验和积极开展这方面的研究和试验工作，逐步积累充实这方面原始数据，为后续实际应用指导奠定基础，也为城轨车辆的受电弓的设计选型提供为理论依据。
参考文献：
[1]徐丽娟，张莹.电力电子技术[M].高等教育出版社，北京：2006.
[2]吴冰.电机电器.机械工业出版社，中国电力出版社，北京：2000.
[3]黄俊，王兆安.电力电子变流技术.机械工业出版社.北京：1999.
电路原理篇4
[关键词]手工焊接电路排障功能方框
一、概述
手工焊接是传统的焊接方法，随着电子元器件的封装更新换代加快，原来的直插式元件大多改为贴片的封装形式，特别是电子厂中批量电子产品的生产，使得大多采用机器化的生产模式，但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。手工焊接是一项实践性很强的技能，在了解一般方法后，要多练；多实践，才能有较好的焊接质量。
二、常见的实习套件焊接方法及步骤
在学电子的时候，最初都是从接触一些有意思的电子制作开始的，这些电子产品都大多与声音、颜色、图像有关，最直接地从我们的听觉视觉方便启发着我们的兴趣。本文以最典型的电子制作—5.5英寸黑白电视机为例。
在焊接时，我们通常按照焊接的基本方法进行焊接，先把所有的元器件按照电阻、微调电阻、瓷片电容、电解电容等等，先按照不同的类别进行分类，并且按它们的大小依次摆出来。接下来对照电路板上标出的元器件的位号，对元器件进行引脚的加工成形并进行插装。插装的时候，按照低到高，从小到大的原则进行。通常先从电阻、二极管等这样的元器件开始，然后再到电容三极管等。
这样的焊接方法，焊接的效果比较好，焊出来的元器件高低一致，电路板会很美观。但是与我们对电路的学习相脱节，对于电路的认识没有太多的帮助，而且在电路完成后，一但出现电路故障，对于初学者来说，检查故障排除故障也会显得无从下手。
三、从焊接中学习电视机的工作原理
一般学习小屏幕电视机原理的时候，我们会从电路的框图开始，搞清楚印刷电路板上的各个电位器、插座、开关所起的作用和具置，电路图上各个单元在印刷电路板上的什么位置，电源的走向，地线的分布，各主要元器件在什么位置，如电源调整管、行管、场输出OTL电路、伴音功放、行频电位器、场频电位器、场幅调节电位器、对比度调节电位器、亮度调节电位器、电源调节电位器等等。
受这样的习惯影响，我们在焊接时也可以按照单元电路的分布进行焊接，在焊接的过程中学习电路的工作原理。因为电源部是整个电路的供给，我们先电源部分开始。如图1所示。
图1电源部分原理图
这是一个典型的三极管串联稳压电源，有电源调整管、取样放大管，还有提供基准电压的稳压管，调整电位器可以微调稳压电源的输出电压。焊接的时候在电路板上找到对应的电路单元。如图2所示。
图2印刷板上电源部分
对应电路板上的元器件的位号，对应元器件列表，找到正确的元器件，然后对元器件的引脚进行加工插装。焊好电源部分的全部元件后，检查一下整流电源的极性正极性是否无误，之后即可通电按下电源按钮，接下来用万用表检查稳压管两端电压是否达到6.2V，有一点误差是允许的，如果大于稳压值很多，仔细检查是否是稳压管用错了。如果小于稳压值太多，要检查是不是电源电压偏低造成的。如果稳压值正确，那再调节电位器，使得输出电压为10V。至此，电源部分的电路完成。
整个电路可以分成七个单元进行焊接：直流电源电路、扫描电路、显像管电路、信号通道、伴音电路、高频头电路。电源部分完成后，我们就可以进行其他单元电路的焊接了。边焊接边熟悉电路的组成，完成一个音元电路的焊接，检查没有问题后，就可以给该单元电路通电进行调试，直致整个电视机电路的完成。
四、结束语
这种将电路单元化进行手机焊接的方法，使我们可以边练习焊接边学习电路的组成，而且一但电路出现故障，也可以及时知道路的哪里出现问题，提高对电路认识，丰富了电路的经验。在调试的过程中，我们应当注意总结碰到的问题，并整理出有效的解决方案，这样更加有助于电路的学习。
参考文献：
[1]周良权，方向乔编.数字电子技术基础.第三版.北京：高等教育出版社，2008
电路原理篇5
关键词：电路原理教学改革
中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1672-3791（2016）08（a）-0113-02
“电路原理”是东北电力大学电气工程及其自动化、电子信息工程、电子信息科学与技术、自动化、通信工程等电气信息类专业第一门必修的基础课程[1]。内容主要包括直流稳态分析、交流稳态分析、暂态分析和均匀传输线。该门课程在提供基础知识、计算方法及初步实验技能的同时也着力培养学生对后续课程的学习能力和从事工程技术工作的专业兴趣、思维方式及解决实际问题的能力[2]。
区别于其他基础课程，“电路原理”概念较多，原理较复杂，其内容涉及严谨的数学推导和繁杂的定理定义，学生大多仅限于完成列方程求解电路响应的习题，却缺乏电路从实际元件到模型建模过渡的思维，导致学完该门课程后只能死背公式定理而无法将其解决问题的思维应用于后续课程。随着实践教学与理论教学相结合的教学方法不断创新，传统单一的教学模式已无法满足教育发展需求。结合学科特色，针对课程体系、教学方法、实践教学、评价体系等方面进行深入调研，提出相应的改革措施与方法，是“电路原理”课程亟需解决的问题。
1优化课程体系
课程体系的优化是培养高素质工程技术人才的重要前提。“电路原理”是一门较成熟的基础课程，在基础教学中似乎变化甚微，但随着新技术、新方法的不断出现，结合专业培养方向，应对课程体系的细节问题进行重新整合和优化。
第一，根据不同课程的授课目的及要求的差异，从不同角度去设置教学内容，以此达到优化与其他学科出现重叠内容的要求。例如“自动控制原理”与“电路原理”同时涉及“二阶系统的时域分析”内容，在“自动控制原理”中主要分析的是闭环极点对响应的影响及系统的上升时间、峰值时间、超调量、调整时间等性能指标[3]；而“电路原理”是以典型电路为例，侧重于求解二阶电路响应的方法并讨论电气参数对响应的影响。
第二，在教学内容上不同专业侧重点应相应进行调整，并设计不同层次的课程体系，提高教学质量。针对我校电气工程及将自动化专业的学生，在教学中突出“系统”的概念，要求学生重点掌握正弦稳态电路的分析并注重相关知识在电力系统领域的应用；而对于电子信息工程、电子信息科学与技术等弱电专业来说，应让学生理解能量处理和信号处理之间的关系，了解同一实际元件在不同工程背景下建立不同模型，并注重介绍相关知识在计算机通信、信号处理等领域中的应用。
2改革教学方法
教学过程中采取正确的教学方法是提高教学质量的重要手段。针对“电路原理”课程性质和内容，提出以下4点要求。
首先，在原理及公式推导过程中应强调其物理意义。由于该课程涉及了大量过程较繁琐，理论性较强的数学公式推导，如若在课堂中过多地关注推导过程，必将使整个课堂的授课过程变得枯燥乏味，而学生对整个知识点的理解也会变得避重就轻。因此，授课过程中如果淡化繁复的公式推导过程，并强调公式的物理意义，引导学生从数学推导转变为分析物理过程，不仅能提高学生发现问题并解决问题的能力，还可以使教学效果得到一定的提升。
其次，在教学过程中应采取多元化的教学方法。由于“电路原理”具有较强的理论性，所以在传统的教学方式基础上应逐步引入多元化的教学方法，如启发式教学、类比教学、讨论式教学、案例教学等，从而达到理想的教学效果。同时引导学生用分析电路的思维去分析本专业工程领域的实际问题，激发学生的学习热情，引导学生创造性思维的培养，从而提升学生理论联系实际的能力。
“启发式”教学方法是教师引导学生提出问题，并分析问题，从而解决问题的过程，启发学生独立思考，提高解决问题的能力。例如，在求解一阶电路RC的零输入与零状态响应中，应启发学生抓住两种响应的特点，运用以往学过的知识分析其响应的实质即是电容电路的充放电物理过程。这样采取启发式教学方法替代枯燥的数学推导与讲解更能加深学生对知识的理解。
“类比”教学法是将以往学过的知识或分析方法同新的知识点相比较，推断出其相对或相似的特点[4]。例如，在电容和电感元件的学习过程中引入类比教学，把电感电容的定义、电压电流的瞬时值关系、相量关系、相位关系、有效值相类比，使这两个容易混淆的元件的特性和关系一目了然，不仅加深了学生的记忆，而且提高了教学的效果。
“讨论式”教学法是教师针对某知识点设计问题组织讨论，促进教师与学生之间的互动，并使学生在讨论中进一步加深对所学知识的理解。例如，在讲到功率因数的提高时，可以结合相量图讨论如何提高功率因数，减小功率因数角，并在与学生的互动中得出结论。
再次，要与后续课程内容相结合，面向工程教学。“电路原理”涉及的内容及思想是基础课与专业课的桥梁，后续所有专业课都有所涉及，在学科中起到承上启下的作用。因此在讲授基本原理及方法时，应突出专业背景，强调工程实践及应用。例如，以电气工程及其自动化专业为例，在讲授基尔霍夫电流定律时，应提到电力系统继电保护中的纵联保护就是基尔霍夫电流定律KCL在工程实践中的重要应用，激发学生关注电气工程学科技术发展的前沿，提高对本专业学习的兴趣。
最后，要采取多样化的教学手段。“电路原理”课程中也存在一些学生难以理解的抽象内容，比如向量法等知识点，授课时可以借助音频、视频、软件仿真等媒体课件，将抽象的理论形象化，使学生能清晰全面理解课堂内容，并透彻理解所学知识点。
3构建合理的实践环节
实验教学在整个教学过程中，能够培养学生动手能力和创新能力，并加深对理论知识的理解，激发学习兴趣，是“电路原理”教学中必不可少的重要环节。在实验中以硬件实验为主，将EWB、Multisim等虚拟实验与实际硬件设备相结合，设计多个验证性与设计性实验，使学生可以直观分析不同参数不同条件下电路响应的变化，并实现从接受知识到应用知识的转变。应增加小型综合性的实验，要求学生根据所学知识自行搭建电路同时进行参数测定，分析数据并得出结论。对于大型综合设计性实验，应从具体科研项目、工程案例中提炼适宜的工程问题，并鼓励学生查阅资料，运用所学知识建模寻求解决方案[5]。
4完善评价体系
有效的课程考核体系是提高教学质量，提升教学成果的重要保障。在评定过程中以综合评价为前提，以能力培养为核心，对全面评价学生的综合素质尤为重要。理论课程应注重考核评价的多元化，应由教学过程考核以及考试考核两部分构成。教学过程考核应同时兼顾出勤、作业、测验及课堂提问等方面，主要考察学生的学习态度以及对课程掌握情况，同时也能将基本情况及时反馈到老师手中，并适当调整教学方法及教学内容，合理安排教学资源。综合考试应由期末考试和课程设计两部分组成。其中期末考试应同时兼顾基础概念理论与综合运用能力的考察，且比例根据学生掌握情况做相应的调整；课程设计应以小型设计为主，注重学生的钻研与探索，让其能够在提出问题到解决问题的过程中获得思考，同时加深对课程内容的理解。
5结语
该文通过对“电路原理”课程的特点以及教学现状进行分析，总结了教学中存在的问题，并从优化课程体系、改革教学方法、合理安排实践环节、完善评价体系4个方面进行分析，提出一系列的改革措施及建议，对培养学生的基本素质、提高教学质量有很大的帮助，也为该课程今后的教学工作指明了方向。
参考文献
[1]刘耀年.电路[M].2版.北京：中国电力出版社，2013.
[2]郝静，刘耀年.电路课程教学改革的方法和体会[J].东北电力学院学报，2004，24（3）：70-73.
[3]赵钰婷，张虹，尹立敏.电气工程及其自动化专业“自动控制原理”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2013（29）：38-39.
电路原理篇6
关键词:步进电动机;数字控制;驱动电路
中图分类号:TP331.2文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)34-9841-02
MotorTheoryandDrivingCircuit
HUADa-long,YANGYe,PANHan-huai
(HuaianCollegeofInformationTechnology,Huaian223003,China)
Abstract:Thesteppermotorisapuredigitalcontrolofmotors,alsoknownasastepmotororpulsemotor.IsanelectricalpulsesignalcontrolledbythebrushlessDCmotor,itcanbeseenasacertainfrequencyrange,speedandcontrolofpulsefrequencysynchronizationsynchronousmotor.Itwillbetheinputpulsesignaltobeconvertedintomechanicaloutputoftheexercise.EachpulsecanbeaMastersteppermotorshafttomoveastepangleandrelyonitsuniquepositioningshafttorquewillbeaccuratelylockedpositioninspace,intheactualprojecthasawiderangeofapplications,thearticlemainlydiscussesthesteppermotordrivecircuitprincipleanditscharacteristics.
Keywords:steppingmotor;digitalcontrol;drivecircuit
传统电动机作为机电能量转换装置,在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天,传统电动机的功能已不能满足各种运动控制系统的要求。为了适应这些要求,发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统,其中较有自己特点,且应用十分广泛的一类便是步进电机。近50年来,步进电机迅速发展而成熟起来,从发展趋向来讲,步进电机已经能与直流电动机,异步电动机,以及同步电动机并列,成为电动机的一种基本类型,步进电机己成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
1步进电机的工作原理
步进电机是一种完成增量运动的电磁机械。它能将输入电脉冲信号转换成机械的运动量加以输出。每一个主令脉冲都可以使步进电机的转轴前进一个步距角,并依靠它特有的定位转矩将转轴准确地锁定在空间位置上。步进电机是离散型自动化执行元件,是自动控制系统中的重要执行部件,它在系统中可实现变换脉冲数为转轴的角位移,起电磁制动器、电磁差分器、电磁减速器和角位移发生器等。步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的元件,其转轴输出的角位移量与输入的脉冲个数有关,通过控制输入脉冲个数来控制步进电机的角位移量,而通过控制脉冲频率可实现调速。
步进电机只要由定子和转子组成。定子的主要结构是绕组,两相电机即有两个绕组,其它以此类推。绕组按一定的通电顺序工作,这个通电顺序称为步进电机“相序”。转子的主要结构是磁性转轴,当定子中的绕组在相序信号作用下有规律的通电,断电工作时,转子周围就会有一个按规律变化的电磁场,因此一个按规律变化的电磁力就会作用在转子上,转子总是力图转动到磁阻最小的位置,正是这样,让转子按一定的步距角转动,使转子发生转动。步进电机步距角θ的计算公式:θ=360°/NZ,其中N为步进电机中一个通电循环的拍数,Z为转子齿数。其中常见的反应式步进电机分为转子和定子两部分。定子是由硅钢片叠成的。定子上有6个磁极(大极),每2个相对的磁极(N、S极)组成1对,共有3对。每对磁极都缠有同一绕组,也即形成一相,这样3对磁极有3个绕组,形成三相。可以得出,四相步进电机有4对磁极、四相绕组,五相步进电机有5对磁极、5相绕组……依此类推。每个磁极得内表面都分布着多个小齿,它们大小相同,间距相同。电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量中)当转子与定子错开一定角度产生力,力矩与电机有效体积正比,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。
2步进电动机的驱动电路
步进电机驱动系统中,控制器与驱动器之间的连接分为串行和并行控制两种。串行控制时,控制器输出时钟脉冲串和方向电平,靠驱动器中的脉冲分配器转换并行驱动信号,去控制各相绕组的导通或截止。这里时钟脉冲的有无决定了步进电机的运行或停止,脉冲频率决定步进电机运行的速度,方向电平决定运转的方向。并行控制时,控制器直接输出各相绕组导通或截止的并行信号,此时,脉冲分配器设在控制器中,除了由软件来代替脉冲分配器的功能外,不论是串行控制还是并行控制,整个系统中都必须有脉冲分配器这个环节。大部分PLC调速器采用与该PLC能够配套的驱动器和对应的步进电机,如图1所示。
步进电机可直接用数字信号控制,无需反馈可开环工作,无累积定位误差,控制精度高,因此被广泛用于数字控制和计算机控制等精密定位的控制系统中。可编程序控制器PLC是一种适于工业现场控制的技术平台。PLC综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术,使用面向过程、面向用户的简单编程语言,用户可通过软件设计,实现各种复杂的逻辑控制。
从应用的角度来看,制约步进电机的两个问题是失步和振荡,由于步进电机在大多数情况下采用开环运行的方式,它的主要运行性能完全依赖于驱动器、负载和电机本身。在多种情况下会产生失步,比如启动或停止频率超过突跳,电机高速运行的脉冲频率超过了最大运行频率,所带负载转矩超过了启动转矩,共振等。通过改善驱动器的性能,可以减小运行中失步的可能。步进电机低频振荡是另一个需要解决的问题。步进电机在极限频率下做连续步进运行,即改变一次通电状态,转子转过一个步距角。如果阻尼较小,这种运动是一个衰减的振荡过程,转子是按自由振荡频率振荡几次才衰减到新的平衡位置而停止下来。每来一个脉冲,转子都从新的转矩曲线的跃变中获得一次能量的补充,这种能量越大,振荡越厉害。当脉冲频率等于或者接近于电机的自由振荡频率时电机会出现严重的低频振荡,甚至失步导致无法工作,一般不允许在共振频率下运行。
3结束语
步进电机伺服系统具有价格低,简单,可靠等交直流伺服系统无法比拟的优点,但由于它的运行速度低、驱动器效率低和发热量大等缺点,使它的使用范围受到限制,针对存在的问题,随着新材料、电机设计与制造技术,电力电子技术、微电子技术、控制技术等的进步,为步进电机驱动器性能的提高提供了条件,出现了许多步进电机驱动控制方式。步进电机控制系统由控制器,驱动器和步进电机组成。它们之间是相互配套的,目前的驱动器一般都为集成产品,而不是由分离产品构成,主要应用于各种工业场合,而对于小型水电站及对步进电机要求较低的场合,良好的步进电机驱动电路,应该是能够使步进电机在较大的转速范围内都有很强的负载能力。且要运转平稳,降低噪音,还要在一定程度上提高步进精度。
参考文献:
[1]刘志永.浅析步进电机的PLC控制技术与发展趋势[J].科技资讯,2006,(27).
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