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第四章　电子控制系统的执行部分
知识体系
教材解读
一、执行部件
1.在电子控制系统中,执行部件(或执行机构、执行器)相当于人的手脚。执行部件是接收并执行控制(处理)部分发出的命令,完成控制的部件,是电子控制系统的输出部分。
2.在不同的电子控制系统中,各部分有多种组成方式,其复杂程度差异很大。例如,在电子门铃和路灯自动控制的模拟装置中,三极管既是控制部分的电子电路,又是被控对象(扬声器或发光二极管)的执行部件(即驱动电路)。但是在电冰箱中,输出部分中的继电器执行控制器的命令,接通压缩机的工作电路,使制冷剂在管道中循环,降低冷藏室中的温度。这里执行部件包括了继电器、压缩机等。由此可以看出,执行部件可由多种元件组成。工业生产电子控制系统的执行部件的组成更为复杂。
3.执行部件是电子控制系统中重要的组成部分。构成执行部件的元件有很多,也很复杂,有时控制器独立存在,有时控制器与执行器由同一部件担任。但不是所有电子控制系统中的执行部件都是复杂的,如利用三极管的开关特性也能制作一个简单的自动控制电路。
二、继电器的作用和类型
1.继电器的作用:继电器是一种常用的执行部件,能接收并执行控制(处理)电路发出的命令,用弱电(低电压、小电流)信号,控制强电(高电压、大电流)工作设备的正常运行。这就是继电器“以低控高”“以小控大”的作用。如图所示是继电器工作原理方框图。
2.继电器的分类:
序号 分类依据 类别
1 输入物理量 电磁继电器、温度继电器、热继电器、时间继电器等
2 执行机构特征 有触点继电器、无触点继电器
3 输入线圈的电流 直流电磁继电器、交流电磁继电器
3.电磁继电器:
如图所示是一种电磁继电器。电磁继电器是一种最常用的具有隔离功能的电磁操纵自动开关,属于有触点继电器,可以实现用一个低压安全电路控制另一个高压或大电流电路。电磁继电器具有工作可靠、体积小、结构简单、制作方便、灵敏度高和输入输出电路之间相互隔离,抗干扰能力强,控制形式多样(接通、断开或转换)、可同时控制多组负载等优点。电磁继电器在自动控制、遥控、安全保护、信号交换等机电一体化及电力电子设备中得到广泛应用,是最重要的控制器件之一。它的不足主要是触点频繁地通断、断开,影响寿命,有时会产生电火花可能引发事故。现在人们开发出晶闸管(可控硅)无触点继电器。
4.在冰箱、洗衣机、汽车转向灯的工作过程中能听到“滴嗒”“哒哒”等轻微声响,这是继电器在执行控制器的命令,使被控对象的电路接通或断开。
三、直流电磁继电器的构造、规格和工作原理
1.结构和功能:电磁继电器是一种电子器件,如图所示,由它连接低电压小电流的控制电路和高电压大电流的工作电路后,可以实现以低控高,以小控大,能实现电路自动或远程开关控制。
直流电磁继电器指线圈内通低压直流电的电磁继电器。如图所示是常见直流电磁继电器实物照片,它一般由铁芯、电磁线圈、衔铁、返回弹簧、触点(包括动触点、常开触点、常闭触点)、支架等组成。
如图所示为另一种电磁继电器的内部结构,可以看到大部分结构类似,除了动触点和衔铁分离这一点有区别,它是利用磁化吸引衔铁转动,从而顶起动触点。
交流电磁继电器是指线圈内通以低压交流电才能正常工作的电磁继电器,其内部结构与直流继电器相似,只在铁芯上有所不同。通常在继电器实物或其说明资料上印有相关符号表示线圈,常见的几种表示方法如图所示:
其中COIL(或标Coil)是英文单词,其中文含义是线圈。
2.工作原理:当低压控制回路中接通时,线圈中有足够大的电流,电流产生磁场把铁芯磁化,从而使电磁铁产生足够的电磁力,衔铁被吸向铁芯,动触点与常闭触点断开、与常开触点闭合,这种状态称为继电器的吸合状态。当低压控制回路中没有电流或较小时,电磁力返回弹簧的拉力,衔铁回到原位,使动触点与常闭触点闭合、与常开触点断开。这种状态称为继电器的释放状态。也就说利用电磁继电器吸合释放状态的变化,低压控制回路可控制高压工作回路的接通或断开。
动触点和静触点:工作过程中能够动作的触点叫动触点,通常与衔铁连接,能随衔铁的转动而转动;不能动作的触点叫静触点。一般常开触点和常闭触点都是静触点。
典例变式
[典例1] 以下关于继电器的作用叙述错误的是(　 　)
A.开关作用 B.以低控高
C.以小控大 D.放大作用
D
解析:继电器在电路中具有以弱电(低电压、小电流)信号,控制强电(高电压、大电流)的作用,所以继电器接入电路中只要控制线圈中电流的通断,就可以控制工作电路中电流的通断,起到了开关的作用,并无放大作用。
[变式1] 如图所示是某款继电器的照片,根据标称,它的线圈额定电压是(　 )
A.5VDC B.30VDC
C.28VDC D.250VAC
A
解析:本题考查继电器的参数识读。此继电器的型号为SRD-05VDC-SL-C,说明其控制电路的额定电压为直流5 V。触点负荷闭路电流为10 A,开路电压为交流250 V,直流30 V。
[典例2] 如图所示为某自动控制电路,请完成以下两个小题。
(1)当开关S断开时,工作电路的情况是(　　)
A.灯亮,电动机转起来,电铃响
B.灯亮,电动机转起来,电铃不响
C.灯不亮,电动机不转,电铃响
D.灯亮,电动机不转,电铃响
B
解析:本题考查电磁继电器的构造和工作原理。(1)要解决此题,需要掌握电磁继电器的工作原理。电磁继电器具有“以低控高”“以小控大”的作用,当低压控制电路的开关断开时,电磁铁无磁性,衔铁在返回弹簧的作用下被拉起,灯泡与电动机所在的常闭触点支路接通,所以电动机转动,同时灯亮,但电铃所在的常开触点支路断开,电铃不响;
(2)当按下开关S后仍是灯亮电铃不响,最有可能的原因是(　　)
A.常闭触点锈蚀
B.返回弹簧断了
C.线圈有断路
D.工作电路电源短路
C
解析:(2)电铃接的是常开触点,与常闭触点的锈蚀和返回弹簧断了无关。按下开关S后灯亮电铃不响,说明动触点没有与常开触点闭合,可能是因为线圈有断路,电磁铁没有产生磁场,不能使衔铁吸下。如果是工作电路的电源短路,则灯也不会亮。
[变式2] 如图所示,电磁继电器是利用　　　　(选填“电生磁”或“磁生电”)原理来控制工作电路的一种开关,当S闭合时,　　　　(选填“电热器”或“电动机”)工作。
电生磁
电动机
解析:电磁继电器实际上是一个开关,用来控制工作电路的通断电,当开关闭合时,电磁铁有磁性,将衔铁吸下,使电动机电路闭合,开始工作。而图中的电磁继电器是利用电生磁来控制电路的一种开关,故答案是电生磁和电动机。
电磁继电器往往在正面除了品牌信息以外,还印刷了主要的工作参数,包括线圈电压、触点电压、触点电流、封装形式、触点类型等。不同厂家生产的继电器,其表示的方法不尽相同,具体需要参看产品的使用说明书。
重难拓展
24VDC
10A　250VAC
10A　125VAC
10A　30VDC
JQC-3FF-S-Z
参数信息
24VDC:继电器线圈的额定工作电压为直流24 V。
10A　250VAC:说明该继电器的触点工作在交流250 V(额定工作电压)时,可以通过的最大电流为10 A(额定工作电流)。
10A　125VAC:说明触点工作在交流125 V时,可以通过的最大电流为10 A。
10A　30VDC:说明触点工作在直流30 V时,可以通过的最大电流为10 A。
JQC-3FF-S-Z:JQC-3FF代表继电器的型号,不同厂家有不同的表示方法。S代表封装方式为标密封型。Z代表触点类型为转换型。
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