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名师精编优秀教案第三部分维修电工高级技能第五章工作前准备一 读图与分析1 经济型数控系统的读图经济型数控系统在我国机床改造方面应用较广泛，在此对南京大方数控设备公司生产的JWK系列进行简单的介绍该微机控制装置由计算机、驱动电路和步进电动机三大部分组成，硬件是计算机本身和外部设备，执行元件是步进电动机1）微机控制电路如图 5-1 所示为 JWK-15T 型机床数控系统控制单元电路图（控制部分）零件加工程序由键盘输入，经8031 单片机处理运算后发出控制信号，经接口电路向驱动电路付出一系列脉冲信号，经光隔离，放大后驱动步进电动机，控制电动机的运行方向、运行速度及位移量，实现数字控制存储器选用了两片27256 、2764EPROM,以及一片62256RAM 监控程序、各功能模块程序存放在27256EPROM内， 2764EPROM芯片用于存放常用零件的加工程序62256RAM则作为存放调试程序和运行程序的中间数据只用I/O 接口芯片选用8255A 和 81558255A 有三个可编程 （选择其工作方式的）通道A、B 和 C,可用于与外部设备接口其中通道C 可在 “ 方式 ” 字的控制下分成两个4 位通道，分别与数据通道A 和 B配合，输出控制信号和输入外状态信号。

可编程带RAM 的 I/O 接口 8155 芯片则作为显示和键盘用的接口2）驱动电路驱动电路的功能是将微机送来的弱电信号变成强电信号，供给步进电动机控制绕组电流，从而产生驱动功率本装置的步进电动机驱动器采用高、低压供横流斩波电路这种方式在高频或低频段工作时，可使电动机绕组电流最大值保持恒定，根据主回路电流的变化情况，反复地接通和关断高电压源，使电流维持在预定的范围内JWK-15 型数控机床驱动电路如图5-2 所示，它主要由判频电路及功放电路组成每个驱动器配备一套判频电路，它的作用是当步进电动机运行频率高于740 步时，将自动把电动机绕组上的电压由+40V 换成 +120V ，使步进电动机在高频运行时具有较强的驱动力矩功放驱动电路由功放电路和定流检测控制电路组成，通过采样电阻检测步进电动机绕组的电流，这样高压电流重复地通与断，使电动机绕组的电流接近一个平均的恒定电流，增大了电动机的输出转矩，在步进电动机锁定时，高压管关断，由低压电源继续提供绕组镇定电流3）光隔离电路名师精编优秀教案在步进电动机驱动电路中，脉冲信号经功率放大器后控制步进电动机励磁绕组由于步进电动机需要的驱动电压较高，电流较大，如果将输出信号与功率放大器直接相连，重者导致计算机和接口电路损坏，所以一般在接口电路和功率放大器之间都要接上光隔离电路，光耦合电路如图5-3 所示。

4）辅助电路为了防止机床行程越界，在机床上装有行程控制开关为了防止意外，装有急停按钮由于这些开关都安装在机床上，距控制箱较近，容易产生电气干扰，为了避免这种情况发生，在电路和接口之间实行光隔离，同时还设有报警电路2 三相晶闸管中频电源装置的读图晶闸管中频电源装置是利用晶闸管把50HZ 的工频电流变为中频电流，中频电流流过加热炉的感应器，从而加热和熔化炉料1）主电路KGPS100-1中频电源装置的主电路原理图如图5-4 所示该电路由整流和逆变两部分组成经过全控整流后的直流电经电感滤波后送给逆变器，逆变器的输出端接负载，输出频率由LC 并联振荡器的谐振频率f0 决定，输出功率可以通过调节整流触发角来改变整流输出电压，以达到调整功率的目的1)整流电路380V 工频电网电压经低压断路器QF、接触器KM1 为线路供电，晶闸管VT1VT6接成三相桥式全控整流电路；在电源输入端接入由C、R 组成的阻容吸收装置FRC 及由硒堆组成的过电压保护装置FV，以避免电网中出现的操作过电压和其它故障可能产生的浪涌电压危害晶闸管；每个晶闸管都串有空心电感器、电阻、电容及快速熔断器组成晶闸管保护线路，限制电流上升率；电路中的整流电流通过分流器RD 检测，经电感Ld 滤波； Rp 是引流电阻，其通断由接触器KP3 控制；另外，交流电源线上装有两组电流互感器TA1、TA2，用于电路的截流和过电流保护。

2） 逆变电路逆变桥由晶闸管VT7VT10组成每个晶闸管均串有空心电感以限制晶闸管导通时的电流上升率感应加热炉EH 为逆变桥的负载，由电容C 补偿所需要的无功功率电容CQ、电感 LQ 及晶闸管VT11 构成起动电路中频电流互感器TA3、中频电压互感器TV 用以检测逆变器的中频电流和电压电流互感器TA4 所检测的信号用作自动调频用2）控制电路1）整流触发电路其框图如图5-5 所示从同步信号电源变压器1 输出的同步信号经阻容移相电路2a、2b、2c 后滞后，其滞后的波形送至脉冲形成级4a、4b、4c，可通过改变移相控制端电压来改变触发脉冲控制角，输出的矩形脉冲再经微分电路后产生一负尖脉冲送至双稳态触发电路，输出得到六路单脉冲，这六路单脉冲经过双脉冲形成级7a7b 行程六路双脉冲送至脉冲功放级8a8f 进行名师精编优秀教案功率放大，放大后的脉冲经变压器加到晶闸管上2）逆变触发电路其框图如图5-6 所示为了实现频率的自动跟踪，逆变触发电路采取自激工作方式，自激信号来自负载端，通过电流互感器及电压互感器检测出负载端电压及电流信号，经调频电路进行合成得到调频信号，输入到方波变换器变成两组互差180 的方波输出，经微分电路后产成尖脉冲，送至双稳态触发电路形成两组互差180 的矩形脉冲，经脉冲功率放大级进行功率放大，然后经脉冲变压器加到逆变晶闸管上。

3）过电流、过电压保护电路由电流、电压检测电路检测到的电流、电压信号经整流滤波后，与给定信号比较，当检测信号超过预先设定值时装置中的过电流、过电压保护电路工作，把移相控制端电压降为0V，使整流触发脉冲控制角自动移到150，三相全控整流桥自动由整流区快速拉到逆变区，把电感中的能量馈送到电网中去，从而切断整个电路，电表读数快速回零，以避免事故发生过电流、过电压的数值设定可通过调节电位器2RP1 、2RP4 分别给定（见附图1）（4）截电流、截电压电路由于感应加热工作过程中电路参数变化很大，有时虽然电流、电压超过允许值，但并不意味着设备一定出了故障，而是电路参数变化过大所致，只要限制此时的电流、电压不超过允许值，设备仍能正常工作为此设置了截电流、截电压电路当电流电压检测电路检测到的电流、电压信号超过预先设定的截电流、截电压信号时，控制板上的截电流、截电压指示灯就亮，装置中的截电流、截电压电路就工作，通过改变移相控制电压，自动把整流触发脉冲控制角后移，使三相全控整流桥的输出电压降低，从而使主机工作电流、电压自动下降，直至降到截电流、截电压设置值，其数值可通过调节电位器2RP3 和 2RP5 来分别给定（见附图）（5）集成电路触发器由于分立元件组成的触发电路，线路复杂且使用元件多，而集成触发器性能可靠、功率低、体积小，已在晶闸管电路中大量使用。

下面介绍几种常用的KC 系列集成电路触发器1）KC04 晶闸管移相触发器KC04 电路的原理图如5-7 所示，点化线框内为集成电路V1V4组成同步检测环节端子7、8 输入同步电压ut，经限流电阻R4 加到 V1、V2 基极 Ut 正半周时，V1 导通， V2、V3 截止， m 点低电平， n 点高电平； Ut 负半周时， V1 截止， V2、V3 导通， m 点高电平， n 点低电平 V6、V7 组成与门电路，只要m、n 两点有一处是低电平，就将Ub4 嵌位在低电平， V4 截止只有在同步电压过零时刻，V1、V2、V3 都截止， m、n 两点都是高电平，V4 饱和导通 V4 截止时，积分电容C1 充电形成锯齿波V4 导通时， C1 放电形成锯齿波回程电压积分电路C1 接在 V5 的集电极，它是电容负反馈的锯齿波发生器在V4 截止期间，锯齿波上升段名师精编优秀教案开始形成， 15V 电源经 R10 、R6、RP 向电容 C1 充电， V5 的集电极电位逐渐升高，基极电位有所下降，V5 从饱和区过渡到放大区，集电极电流逐渐下降，虽然流经R10 的电流逐渐减少 ，但经 C1、R6、RP 的电流基本恒定，集电极电位线性增大。

锯齿波的斜率决定于R6、RP 、C1， PR 是调整斜率用的电位器V5 是锯齿波形成环节锯齿波电压Uc5 经过 R3，偏移电压Up 经过 R1，控制电压Uk 经过 R2 在 V6 的基极并联综合，当V6 基极电压达0.7V 时， V6 导通不改变Uc5 、 Up，让 Uk 变动， V6 导通时刻随之变动，即脉冲可前、后移动V6、Up、Uk 是脉冲移相环节V6 截止时， C2 经+15V 电源，经R11、R7 的基极结充电， V7 导通， C2 的极性是左正右负V6 导通， C2 发出脉冲信号输入到V7 基极， V7 截止以后 C2 经+15V 电源， R8 和 V7 反向充电，当电容电压使V7 基极电压大于0.7V 时， V7 又导通V7 截止期间，在集电极得到一定宽度的移相脉冲，在同步电压的正负半周都产生一个相隔180 的脉冲，其宽度由放电时间常数C2*R8 决定 V7 是脉冲形成环节V7 每周期输出的两个脉冲，经脉冲选择环节V8 和 V12 ，分别截去负半周和正半周的脉冲V8 基极经稳亚管接m 点 M 点在同步电压正半周是低电平，V8 截止，功放级V9、V10 、V11 半周时，端子 15 输出脉冲。

各点波形如图5-8 所示端子 13 、14 是提供脉冲列调制和封锁脉冲端的控制端2） KC41C 六路双脉冲形成器KC41C 六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发电路中必备组件KC41C 的内部原理如图59 所示 ，16 端输入三块KC04 来的 6 个脉冲 ，每个脉冲由二极管送给本相和前相，再由六路晶体管放大输出V7 是电子开关，当控制端7 接低电平时， V7 截止，各路有输出脉冲7 端接高电平时，V7 导通，将各电路输出每冲接地，无输出脉冲各点波形如图510 所示用两块KC41C ，使其对应的输入端并联，两个控制端7 分别作为正反组控制端这样可以组成三相全控桥逻辑无环流可逆系统的触发器2）KC42 脉冲系列调制形成器在大功率晶闸管触发电路中，为了减小脉冲变压器的体积，提高脉冲前沿的陡度 ，常常采用脉冲列触发电路KC42 就是脉冲列调制电路其原理图如图511 所示下面以三相全控桥式电路为例以介绍来自三块KC04 触发起 13 号端子的触发脉冲信号，分别送入KC42 的 2、4、12 端 V1 、V2、V3 构成与非门电路只要任何一个触发器有输出，S 点就是低电平，V4 截止，使V6、V5、V8 组成的环形振荡器起振。

否则，S 点高电平， V4 导通，环形振荡器停振端子 10 及经 V7 整形放大由端子8 输出的波形如图5-12 所示振荡周期T=T1+T2 ，其中T1=0.639R1C1；T2=0.639C2R1R2/（ R1+R2 ） 振荡频率f=1/T 名师精编优秀教案KC42 调制脉冲频率为510kHz调节 R1、R2、C1、 C2 值可改变频率；调节R1、R2 比例可改变调制频率的占空比3）KCZ6 集成化六脉冲触发组件集成化六脉冲触发组件原理如图5-13 所示每相同步电压经RCT 型网络滤波，约移相30电位器RP5 、RP6 、RP7 微调各相同步电压的相位，保证六相脉冲间隔均匀同步电压取30V 左右，电流限制在23Ma 同步电压输入后，在KC04 电路端子4 形成100Hz 的锯齿波 偏移电压Up 调好后 ，改变 Uk 就可以在端子13 得到移相的一定宽度的触发脉冲将三块 KC04 输出的触发脉冲，送到 KC42 的输入端2、4、12，调制成510kHz 脉冲列，再从输出端 8 送到三块KC04 的端子 14这时， KC04 的输出端1、15 输出调制了的触发脉冲三块触发器的 6 个输出脉冲，送到KC。