电工实训指导书.docx
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电工实训指导书
RTSX—2B型电工实训考核实验装置电气控制线路安装要求
一、安装要求
1．建议连接导线要采用规定的颜色
（1）接地保护导线（PE）采用黄绿双色线；
（2）动力电路的中线（N）采用浅兰色；
（3）交流和直流动力电路应采用黑色；
（4）交流控制电路采用红色；
（5）直流控制电路采用兰色。
2．导线的绝缘和耐压要符合电路要求，每一根连接导线在接近端子处的线头上必须套上标有线号的套管；进行布线要求走线横平竖直、整齐、合理，接点不得松动，不得承受拉力，接地线和其他导线接头，同样应套上标有线号的套管。
3．指示灯及按钮的颜色
（1）指示灯颜色的含义
红—运行、危险或报警
绿—安全
（2）按钮颜色的用法
红—“停止”或“断开”
绿—“启动”
二、安装后（在接通电源前的）质量检验
1．再次检查各个接线是否连接牢固。
线头上的线号是否同电路原理图相符合，绝缘导线是否符合规定，保护导线是否已可靠连接。
2．短接主电路、控制电路，用500V兆欧表测量与保护接地电路导线之间的绝缘电阻应不得小于2兆欧。
实验一光控开关和报警电路
一．目的
1．了解光控（热控）开关电路的一般组成形式。
2．熟悉光敏电阻的性能和作用。
3．熟悉三极管的开关特性。
4．了解音乐集成电路的使用方法。
二．内容与说明
在自动控制系统中，经常使用光传感器（如光敏电阻、硅光电阻、光电耦合器件）或热传感器（热敏电阻、PN结、热电偶）等将光强度或温度的变化转换成电信号，并与某一限度比较，当高于或低于这个限度时，产生一个开关信号，去控制一个系统的工作状态。
以光敏电阻和热敏电阻为
例，常见的电路形式有：
光（热）敏电阻是电阻性传感器，在所受到的光（热）强度发生变化时，其电阻值相应变化。
当光（热）敏电阻与电阻器串联或组成电桥时，就能把电阻的变化转换为电压信号。
热敏电阻有正、负温度系数两种类型，基本知识请参见有关资料。
图1-1为基本光-电、热-电转换电路，把电路的输出引至三极管构成的开关电路，就能实现光（暗）动、热（冷）动开关控制或报警，如图1-2（a）所示。
图1-2（b）采用桥式转换电路，和比较器连用构成光动开关。
若用图1-2的开关电路驱动继电器、可控硅等，就能实现各种开关控制；若直接驱动音响电路，就构成音响报警。
图1-1基本光-电、热-电转换电路
图1-3介绍一种由三极管和音乐集成电路组成的光动报警电路。
当光照度增加时，光敏电阻RCdS阻值减小，当光照度达到某一门限值以上时，VT1发射极电位上升使VT2饱和导通，VT2集电极电位接近于0，使音乐集
成电路得到足够大的工作电压，喇叭了出音乐报警声。
当光照度降到门限值以下时，VT2截止，
VT2集电极电位接近于电源电压，音乐集成电路无电压，不工作。
（a）（b）
图1-2由三极管和比较器构成的光动开关
也可采用一级共发射极放大电路直接驱动音乐集成电路，但光照灵敏度会降低。
在正常室光下，即使去掉RP以增大基极电流，VT1也不会饱和，只有强光才能使VT1饱和导通从而使音乐片发出音响。
对图1-3的电路，若希望提高电路对光照反应灵敏度，右加大RP或R1的阻值。
音乐集成电路由产生乐曲的芯片和一只NPN型三极管组成，三极管的作用是放大声音信号。
图1-4是KD153音乐集成电路的电路连接图。
图中悬空端为触发极M，该端输入一个正脉冲时，触发芯片工作，发出一段音乐；接高电平时，使芯片发出连续不断的音乐。
图1-3电路中M接的是高电平。
图1-3中C为退耦电容，起滤波作用，保证电源电压稳定。
图1-3光动报警电路
三、组装与调试
1．按图1-3组装好电路，通电后，在自然光的情况下，用电压表测量两只三极管的各极电压，判断电路是否正常。
2．使光敏电阻受光（光源一般为太阳光、白炽灯光等，也可采用手电筒聚光模拟光源），同时调整电位器RP，让音乐集成电路发出乐曲声。
然后将光敏电阻加以遮挡，使音乐中断。
3．去掉图1-3中的VT1和R1,采用一级共射电路组装光动报警器，比较此电路与图1-3对光照强度的灵敏度。
四、预习与练习
1．能否用硅光电池和光电二极管代替光敏电阻？
2．用万用表测试不同光照度下光敏电阻的阻值。
3．图1-2（b）电路与图1-3电路比较。
哪个电路灵敏度高？
哪个电路驱动能力强？
4．若把图2电路由光动开关变成光动报警器，音乐集成片如何联接？
实验二数控步进电机
一、目的
1．了解反应式步进电机的结构及工作原理。
2．学习用移位寄存器构成脉冲分配器，并实现步进电机控制的方法。
二、内容与说明
步进电机是一种用电脉冲信号进行控制的电机，它在数字控制装置中有广泛的应用。
步进电机的结构和工作原理可参阅附录十二。
本课题电由脉冲发生器（脉冲源）、移位寄存器和功率放大器及步进电机等几部分组成。
见图4-2
1．脉冲发生器
它由NE555组成的多谐振荡器构成。
NE555的3脚输出控制脉冲信号，脉冲的频率可通过RP进行调节。
2．环形脉冲分配器
当采用四相单四拍工作模式时，其电机绕组成A，B，C，D相通电状态设起始状态为A相通电（1态，指示灯亮），B相、C相、D相不通电（0态指示灯不亮）。
当正转时，每来一个控制脉冲，A态移给B，B态移给C，C态移给A；若反转时，则D-C-B-A-D。
根据上述移位原理，可用74LS194移位寄存器连接，引脚定义见图4-2，输出端Q1、Q2、Q3、Q4端分别给电机的A、B、C、D相输送脉冲信号。
芯片74LS194的CLK端为输入脉冲控制，
端为异步清零端，低电平有效；P0-P3并行数码输入端，SR、SL右移、左移串行数码输入端；S1、S0工作方式控制端，Q0-Q3并行数码输出端，74LS194的真值表如下图所示：
图4-174LS194功能
（a）单四相正转时，Q3接SR，输入P0-P3=1000,按图3-3所示，
（b）单四相正转时,Q1接SL,输入P0-P3=0001，在图3-3的基础上变动
（c）双四相正传时，Q3接SR，输入P0-P3=1100，在图3-3的基础上变动
（d）双四相正转时,Q1接SL,输入P0-P3=0011，在图3-3的基础上变动
做实验时，先给控制端S1、S0=11，送数，然后正转时，S1、S0=01，反转时S1、S0=10
3．功率放大器
由于寄存器输出的逻辑脉冲信号难以驱动步进电机运转，所以在脉冲信号与步进电机绕组之间加一级功放电路，它有功放芯片ULN2003,输出端可驱动500mA的电流，为了防止步进电机绕组断电时产生高压，在每相绕组两端均并联一个续流二极管。
引脚定义如4-2
图4-2芯片引脚功能
一、组装与调试
1．按图4-3在实验板上插接电路的脉冲源、脉冲分配电路部分，先不接步进电机。
用示波器测量控制脉冲发生电路的输出波形，并观察电阻RP的大小变化对脉冲信号频率的影响。
图4-3步进电机数字控制电路
2．按图4-3接线，步进电机先不要接上，在控制脉冲信号的作用下，观察发光二极管是否按照四相单四拍模式的时序关系依次亮、灭。
调节RP，观察发光二极管亮、灭速度的变化。
3．将移位寄存器的输出引至功率放大器的输入端，以驱动步进电机。
观察步进电机如何转动，调RP观察电机转速的变化。
4．改变电路连接形式，看步进电机反转情况。
四、预习与作业
1．参阅有关步进电机的资料，理解反应式步进电机的工作原理。
结合图4-3电路弄懂步进电机控制脉冲产生的基本原理。
实验三数字钟电路
一、目的
1．了解用集成电路构成数字钟的基本电路。
2．了解在数字钟电路中数字是如何进位的。
3．熟悉用集成电路组件CL102组装数字钟电路。
二、内容与说明
钟表的数字化给人们带来子很大的方便，扩展了钟表原先的报时功能，使得诸如自动报警、按时自动打铃，时间程序自动控制、定时开、关用电设备变得十分容易。
所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
数字表的基本组成部分包括：
秒信号发生电路，秒、分、时计数电路、以及译码显示电路，时间校准电路等，还应具有清零、计停等功能，图3-1为数字钟原理方框图。
要由产生秒脉冲的标准时基电路和计数显示两大部分组成。
图3-1数字钟原理方框图
秒信号经计数、寄存、译码和驱动电路，最后由显示器显示时间显示器有磷砷化镓数码管、荧光数码管和液晶显示屏等。
数字钟需要四到六位的数码显示。
即秒位、十秒位（此两位也可不要、分位、十分位、时位和十时位。
秒、分、时均为十进制，而十秒位和十分位为六进制。
时钟显示周期可选12小时或24小时，即计时到12（或24）小时复零，重新循环。
在实际中，数字钟采用PMOS大规模专用集成电路制成，如LM361、LM5387、M55501等。
这些专用集成电路功耗小，电源电压低，驱动光亮度大，计时精度高，功能扩展及应用领域范围广，安装和调试简便，适合家庭、工厂、学校、机场、码头等使用，是自动控制配套较为理想的大规模集成化元件。
专用集成电路的主要功能是计数、译码、显示和清零、计停、校准。
除此之外，数字钟还需要发光数码显示屏（如LT-667，FR-1049-11T），显示振荡器的分频电路（如MM5369AA/N），以及音乐报警电路（如KD9300）。
其中，晶体振荡器的分频电路用以产生60Hz的时基信号源。
为帮助学生了解数字钟的进位方法，本课题介绍用CL102组成和数字钟，如图3-2所示。
本单元已提供脉冲信号，原理图中未标出。
图3-3采用集计数、寄存、BCD码输出、译码、驱动、显示等多种功能于一身的CMOS固体集成电路CL102,相对于独立的计数器、译码驱动器、显示器，成本要高一些，但所用集成芯片少，电路简单，级联方便。
CL102是一种光电组合器件，又称为四合一器件，它使仪器仪表的设计和制造更为简单方便。
其引脚和结构框图见图2.6.9（a）和（b）.
（a）引脚图（b）框图
图3-2CL102引脚图及框图
第1脚为复位端R，当R=1时，该位清零。
第2脚为寄存器锁存控制端LE，当LE=1时寄存，LE=0时送数，把计数器用BCD码计的数送给译码，驱动器。
另外，第9、10、11、12脚的D、C、B、A端同时送出BCD代码。
第3脚是多位数字中无效零值的熄灭控制端RBI，第4脚是无效零值的熄灭控制输出端RBO。
高位的RBO可以连到低一位的RBI，用来控制低一位的无效零值熄灭。
当RBI=0而且第6脚DP=0时，无效零值消隐。
例如，000.12，最前面的两个0是无效值，小数点前的0是有效零值，使用CL102显示该数时，应使最高位的RPI=0，DP=0，并将RBO接至次高位的RBI，使该位DP=0。
第三位DP=1,则显示0.12。
第5脚BL用来控制LED显示或不显示。
BL=0时显示数字，BL=1时消隐。
使用该端使数码管平时不亮而需要观察时亮，可省电。
第6脚是小数点控制端。
当DP=1时，小数点显示；当DP=0时，小数点消隐。
第7脚V是LED数码管的公共负极，其电位高低用来调整数码管的笔划亮度和功耗。
一般可串接一个几百欧姆电位器后接地，以调整LED的工作电流。
第8脚VSS一般接地电位，第16脚VDD接电源正极。
CL102电源电压为4-10V。
第13脚是进位输出端JW，下降沿输出。
如按十进制计数，则本位每计数满十个脉冲，就向高一位的EN端输入一个计数脉冲。
第14脚是计数脉冲输入端CL。
第15脚是控制端EN（又称使能端、允许端）。
可在两种条件下计数，一是当EN=1并从CL端输入脉冲时，上升沿计数有效；一是当CL=0并从EN端输入脉冲时，下降沿计数有效。
本课题采用四块CL102组成一个基本数字钟电路（只显示秒和分钟），其电路原理如图3-3所示：
图3-3数字钟电路
在数字钟电路中，由于秒个位、分个位、时个位是逢十进位，故它们的进位可直接由低位JW向高位输出。
因JW输出的是下降沿脉冲信号，故必须与高一位的下降沿计数输入端相连。
而秒十位和分十位是逢六进位，故它们的进位要用CL102的BCD码输出，并使用具有两个输入端的与门来控制进位。
例如：
秒十位的BCD代码为0110时，与门G1输出高电平，这个高电平有两个作用，一是作为进位信号，使分个位加1，另一个作用是使秒十位清零。
两个作用合起来，实现每计时到60秒就进位1分。
同样，分十位也用了一个与门G2，它的作用和与门G1一样。
时十位要实现二十四进位（或十二进位），即当十位为2且个位为4的时候，发出信号，使六位显示器全部清零。
为此，与门G3的两个输入端，一个来自十时位代码输出B（0100），另一个来自时个位代码C（0100），即只有计时到二十四小时的那一时刻，与门G3才开门输出高电平。
这个上升脉冲经RC积分电路同与门G44构成延迟电路后，连接到十位与个位的复位端R，从而实现地十四小时的清零目的。
为了校对时间，分别用了“校时”、“校分”和“校秒”三个按键，按下“校时”或者“校分”键，秒脉冲将直接进入时个位或者分个位的显示单元，使时或分以每秒一个字的速度显示，当变到应显示的时或分的数字时，将该按键松开，时或分就被校对好。
按下“校秒”键时，秒个位计数器的复位端R=1，使秒个位变为零，等正确的时间正好到达时，松开按键，使秒个位计数器开始计数，一般先校对秒，然后再逐次校对分和时。
电路中的四个2输入端与门采用集成电路CC4081，它的引脚排列见面板上的示意。
三、安装与调试
1、按图3-3组装数字钟电路，要求组装到分十位即可。
装时可从秒个位开始，装好一位测试一位，正常后再装下一位。
2、CL102组件各引脚只接高电平或低电平，外围元件较少，为防止接错线，连线时应弄清楚引脚的功能和要求的电位。
3、秒信号电路由已经做好了，引在面板上，做实验时可用频率较高的实验。
四、预习与作业
1、图3-3电路R3、C的作用是什么？
实验四单开关控制白炽灯线路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
FU
瓷插式熔断器
RC1-5A
2A
2
RTSX02
K
挠板开关
10A250V
1
RTSX02
HL
白炽灯
220V/25W或40W
1
RTSX02
2．实验电路图
3．实验过程
白炽灯的接线电路较为简单，当闭合开关K时，白炽灯HL亮，反之灭。
根据图5-1所示接线即可。
4．检测与调试
经检查接线无误后，接通交流电源并进行操作，若操作中出现不正常故障，则应自行分析加以排除。
实验五双开关控制白炽灯线路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
FU
瓷插式熔断器
RC1-5A
2A
2
RTSX02
QS1、QS2
挠板双控开关
10A250V
2
RTSX02
HL
白炽灯
220V/25W
1
RTSX02
2．实验电路图
3。
实验过程
工作原理：
有日常生活中，为了方便，需要在两地控制一盏灯。
例如在楼梯上使用的照明灯，要求在楼上、楼下都能控制其亮灭。
QS1安装在楼下，QS2安装在楼上。
上楼时QS1向下扳，则电路通，电灯亮。
到了楼上，再把QS2向上扳，则电路断，电灯灭。
下楼时，把QS2向下扳，电灯亮，到了底楼将QS1向上扳，电灯灭。
将双控开关，白炽灯座等元件安装有网孔板上并接线。
经老师检查确认接线正确后接通电源，观察两只开关动作后，灯泡亮灭的变化是否与日常生活中的情况相同。
3．实验思考
1）简述用两只双联开关两地控制一盏灯的工作原理。
2）如果不用双控开关是否可以实现两地控制一盏灯。
实验六单开关日光灯控制线路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
K
挠板开关
5A250V
1
RTSX02
E
日光灯管
20W
1
包括二只灯卡RTSX02
L
镇流器
1
RTSX02
V
启辉器
1
RTSX02
2．实验电路图
3．实验过程
日光灯由灯管、启辉器与镇流器等三个部件组成。
该图的工作原理如下：
在接通交流电源220V的一瞬间，电路中电流没有通路，线路压降全部加在起辉器V两端，起辉器产生辉光放电，其产生的热量使起辉器中的双金属片变形弯曲而与静触片接触成通路，这时有较大的电流通过镇流器L与灯丝。
灯丝被加热而发射电子并使灯管内汞蒸发。
在起辉器电极接通后，辉光放电消失。
电极温度迅速下降，使双金属片因温度下降而恢复到原来状态。
在双金属片脱离接触器的一瞬间电路呈开路状态，镇流器两端产生一个在数值上比线路电压高的电压脉冲，使灯管E点燃，灯点燃后，灯两端的电压仅100V左右，因达不到起辉器放电电压而使起辉器停止工作。
此时镇流器与灯管串联，起限制灯管工作电流作用。
4．检测与调试
经检查接线无误后，“起动”交流电源，日光灯应能正常工作。
若不正常，则应分析排除故障使日光灯正常工作。
实验七双开关日光灯控制线路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
QS1，QS2
双控开关
5A250V
2
RTSX02
E
日光灯管
20W
1
RTSX02
L
镇流器
1
RTSX02
V
启辉器
1
RTSX02
2。
实验电路图
3。
实验过程
日光灯由灯管、启辉器与镇流器等三个部件组成。
关于日光灯实验的原理可参看实验九。
本实验的控制方式与实验六的控制方式完全相同。
4。
检测与调试
经检查接线无误后，“起动”交流电源，日光灯应能正常工作。
若不正常，则应分析排除故障使日光灯正常工作。
实验八带有电容补偿的日光灯控制电路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
K
挠板开关
5A250V
2
RTSX02
E
日光灯管
20W
1
包括二只灯卡RTSX02
L
镇流器
1
RTSX02
V
启辉器
1
RTSX02
C
电容
1µF，2µF
2
RTSX02
2。
实验电路图
3。
实验过程
图11-1中在日光灯电路中并联电容C，称为补偿电容。
其作用就是提高功率因数。
那么为什么要提高功率因数？
为什么要加上补偿电容呢？
原因是在交流电路中，负载消耗的有功功率P与功率因数λ=cosφ有关，在日光灯电路中，由于串联了镇流器。
其功率因数约在0.5左右。
因此，整个供电线路的功率因数总是小于1的。
功率因数低就说明电源设备的容量没有充分利用，输电线路功率损耗大。
所以要提高功率因数尽可能性减少负载与电源之间的无功功率的变换。
而改变这种局面的办法就是加上补偿电容。
在本实验中，操作者先不接电容C，“启动”交流电源，日光灯应能正常工作。
若不正常，则应分析并排除故障使用日光灯点燃。
日光灯正常工作后，测量并记录各支路的电流。
“断开”交流电源，按电路图接上1µF电容器，再启动交流电源，使日兴灯正常工作，仍测量并记录各支路电流值。
“断开”交流电源，电容器改接2µF，按“启动”按钮，使日光灯正常工作，再次测量并记录电流值。
从操作中可观察到加了电容器后，可明显改变电流值。
当输电线路的电压U一定，负载所需的有功功率P一定时，由于P=UIcosφ，则电流I与cosφ成反比。
即
I=
4。
实验思考
1）简述补偿电容的作用。
2）为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？
3）提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？
实验九三相异步电动机直接起动电路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
QS
低压断路器
C65
1
RTSX05
FU
螺旋式熔断器
RL1-15
配熔体3A
3
RTSX05
M
三相异步电动机
380V0.45A120w
2．实验电路图
3．电路特点
电路图如图12-1所示，该图线路简单、元件少，低压断路器中装有用于过载保护，熔断器主要作短路保护。
因此，该线路对于容量较小，起动不频繁的电动机来说，是经济方便的起动控制方法。
4．检测与调试
确认安装牢固接线无误后，先接通三相总电源，再合上QS开关，电机应正常起动和平稳运转。
若熔丝熔断（可看到熔心顶盖弹出）则应断开电源，检查分析并排除故障后才能够重新合上电源。
实验十三相异步电动机点动控制电路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
QS
低压断路器
C65
1
RTSX05
FU
螺旋式熔断器
RL1-15
配熔体3A
3
RTSX05
SB
实验按钮
绿色
1
RTSX06
KM
交流接触器
LC1-D0910
380V
1
RTSX05
M
三相异步电动机
380V0.45A120w
2．实验电路图
3．实验过程
如图13-1所示，该电路可分成主电路和控制电路两部分。
主电路从电源L1、L2、L3、开关QS、熔断器FU、接触器触头KM到电动机M。
控制电路由按钮SB和接触器线圈KM组成。
当合上电源开关QS时，电动机是不会起动运转的，因为这时接触器KM的线圈未通电，它的主触头处在断开状态，电动机M的定子绕组上没有电压。
若要使电动M转动，只要按下按钮SB，使线圈KM通电，主电路中的主触头KM闭合，电动机M即可起动。
但当松开按钮SB时，线圈KM即失电，而使主触头分开，切断电动机M的电源，电动机即停转。
这种只有当按下按钮电动机才会运转，松开按钮即停转的线路，称为点动控制线路。
4．检测与调试
检查接线无误后，接通交流电源，合上开关QS，此时电机不转，按下按钮SB，电机即可起动，松开按钮电机即停转，若电机不能点动控制或熔丝熔断等故障，则应断开电源，分析排除故障后使之正常工作。
实验十一三相异步电动机自锁控制电路
1．实验元件
代号
名称
型号
规格
数量
备注
QS
低压断路器
C65
1
RTSX05
FU
螺旋式熔断器
RL1-15
配熔体3A
3
RTSX05
SB1,SB2
实验按钮
SB2红SB1绿
1
RTSX06
KM
交流接触器
LC1-D0910
1
RTSX05
FR
热继电器
LR2-D1305
0.63A
1
RTSX06
M
三相异步
电动机
380V0.45A
120w
1
2.实验电路图
3．实验过程
如图14-1所示为具有接触器自锁的控制线路，该线路与点动控制线路的不同之处在于，控制电路中增加了停止按钮SB2，在起动按钮SB1的两端并联一对接触器KM的常开触头。
线路的动作过程：
当按下起动按钮SB1，线圈KM通电，主触头闭合，电动机M起动旋转。
当松开按钮时，电动机M不会停转，因为这时接触器线圈KM可以通过并联在SB1两端已闭合的辅助触头KM继续维持通电，保证主触头KM仍处在接通状态，电动机M就不会失电，也就不会停转。
这种松开按钮而仍能自行保持线圈通电的控制线路，叫做具有自锁（或自保）的接触器控制线路，简称自锁控制线路。
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