基本控制电路原理剖析

重庆能源职业学院

毕业设计（论文）

论文（设计）题目：基本控制电路及常用工业控制分析

班级：20132341

姓名：李伏洪

学号：20132341020

指导教师：裴子春

时间：2016 年 5 月日

摘要

本文主要讲，基本电路的概念。基本的物理量及在电路中用到的等效定理和基尔霍夫定律。介绍了，电路的连接方式：串联电路和并联电路，常用的铣床的电路分析和工作原理。

讲述了电磁和电磁感应原理。

关键词：基本电路、物理量、等效定理、基尔霍夫定律、工业分析。

目录

目录

摘要 (2)

一：基本控制电路 (5)

1：电路的基本概念 (5)

1.1：电路的功能 (5)

1.2实际电路与电路模型 (5)

二：电路的基本物理量 (5)

1：电流 (5)

2：电压 (6)

3;功率与能量 (6)

4;电阻元件与欧姆定律 (6)

4.1 电阻 (6)

4.2欧姆定律 (6)

三：基尔霍夫定律 (7)

3.1基尔霍夫定律分类 (7)

3.2基尔霍夫电流定律的定义 (7)

3.3基尔霍夫电压定律的定义 (7)

4等效电源定理 (7)

4.1戴维宁定理 (7)

5电路的连接(串连、并连、混连) (7)

5.1串联电路 (7)

5.2电源的并联 (8)

5.3混联电路 (8)

6电磁和电磁感应; (9)

6.1磁的基本知识 (9)

6.2电流的磁效应 (9)

6.3电磁感应 (9)

7.1 主电路分析 (10)

8参考文献 (11)

一：基本控制电路

1：电路的基本概念

1.1：电路的功能

大体上分为两类：一类是实现电能的传输和分配，二类是用来转换处理各种信号。

第一类是指电力的产生到消耗的过程，把电能从发电厂通过电网把电能送到用户(发输变配用)。

第二类是设计各种不同的电路，来完成如：整流,放大，滤波，变换，取样，记忆等各种预期的功能。

1.2实际电路与电路模型

1.2.1实际电路是由若干电器元件按应用的需要组合起来构成电流通路的整体。电路是由电源,负载，和转换环节三个部分组成。

电源：是将其他形式的能量转换成电能的装置。

负载：是统指用电设备的总称。

转换环节：起着传输，控制，分配电能的作用。

1.2.2：电路模型是将如电阻器，电容器，电感线圈，晶体管，变压器，运算放大器和电源设备当成理想元件，这些理想元件成为实际元件的模型。

二：电路的基本物理量

1：电流

电流的形成：导体中的自由电子在电场力的作用下作有规则定向运动就形成电流。

电流具备的条件;一是要有电位差，二是电路形成一个闭合的回路。

电流强度;电流的大小用电流强度来表示，电流强度用(I)来表示，I是指单位时间(t)内通过导体横截面的电荷量（Q）。

电流强度的单位是安用字母-A表示，常用单位有：千安（KA）,安（A），毫安（mA），微安（uA）1KA=1000A 1A=1000mA 1mA=1000uA

直流电流(恒定电流)的大小和方向不随时间的变化而变化，DC表示直流电。

2：电压

2.1.1 电压的形成:物体带电后具有一定的电位，在电路中任意两点之间的电位差，称为该两点的电压。

2.1.2电压的方向：一定是高电位指向低电位；且电位随参考点的变化而改变。 2.1.3电压的单位是--伏特用字母-U 表示，常用单位有千伏（kV ），伏（V ）， 毫伏(mV)， 微伏（uV ）换算是1KV=1000V 1V=1000mv 1mv=1000uv

3;功率与能量

3.1.1 功率（power ）是量度电路中能量的转换速率的一个物理量。电路在单位时间内所消耗的能量定义为瞬时功率，即 P=dW/dt 直流电路的瞬时功率为 P=UI

功率的单位是瓦【特】(W), 电能的单位是焦【耳】（J ）在生活和工程中还常用千瓦时（kW .h ）作电能的单位，1Kw .h)俗称为1度(电) 1kW .h=1000W*3600s=3.6MJ

电功率单位名称为 “瓦”或 “千瓦”,用符号 “W”或 “KW”表示;也可称 “马力. 1马力=736W 1KW = 1.36马力

4;电阻元件与欧姆定律

4.1 电阻

4.1.1电阻的定义: 自由电子在物体中移动受到其它电子的阻碍,对于这种

导电所表现的能力就叫电阻.

4.1.2电阻的单位是 “欧姆”,用字母 “R”表示. 4.1.3电阻的计算方式为: s

l R ρ

= 其中l 为导体长度,s 为截面积,ρ为材料电阻率 铜ρ=0.017铝ρ=0.028

4.2欧姆定律

4.2.1 欧姆定律是表示电压、电流、电阻三者关系的基本定律.

4.2.2部分电路欧姆定律: 电路中通过电阻的电流，与电阻两端所加的电压

成正比,与电阻成反比,称为部分欧姆定律.计算公式为 I

U

R =

U = IR 全电路欧姆定律: 在闭合电路中(包括电源),电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路中负载电阻及电源内阻之和成反比,称全电路欧姆定律.计算公式为 0

r R E

I += 其中R 为外电阻,r 0为内电阻,E 为电动势

三：基尔霍夫定律

3.1基尔霍夫定律分类：，基尔霍夫电流定律（Kirchhoff ‘s Current Law KCL ）；基尔霍夫电压定律（Kirchhoff ’s V oltage Law KVL ） 3.1.1相关术语：(1)支路（branch ）:电路中每一个二端元件称为一条支路。(2)节点（node ）:两条或两条以上支路的连接点称为节点。(3)回路(loop):电路中由支路组成的任一闭通路称为回路。(4)网孔（mesh ）:平面电路中，回路内部不含其他支路的回路称为网孔。 3.2基尔霍夫电流定律的定义;在集总参数电路中，任一时刻，流出(或流入)任一节点或封闭面的各支路电流的代数和为零。或者说，任一节点，流入该节点的电流等于该节点的电流。电流定律的实质上是电荷守恒原理的体现。KCL 即适用于线性电路，也适用非线性电路。

3.3基尔霍夫电压定律的定义：在集总参数电路中，在任一时刻，沿任一回路巡行一周，各元件电压的代数和为零。

4等效电源定理

4.1戴维宁定理：任何线性有源二端网络N ，对其外部而言，都可以等效成一个戴维宁电源。该电源的电压值等于网络N 二端子间的开路电压U 0c,其串联的电阻Ro(称输出电阻或等效内阻)等于网络N 内部独立源为零时二端子间的等效电阻。

5电路的连接(串连、并连、混连)

5.1串联电路

电阻串联将电阻首尾依次相连,但电流只有一条通路的连接方法. 电路串联的特点为电流与总电流相等,即I = I 1 = I 2 = I 3… 总电压等于各电阻上电压之和,即 U = U 1 + U 2 + U 3… 总电阻等于负载电阻之和,即 R = R 1 + R 2 + R 3…

各电阻上电压降之比等于其电阻比,即

2121R R U U =, 3

1

31R R U U =

, … 5.1.1电源串联: 将前一个电源的负极和后一个电源的正极依次连接起来.

特点: 可以获得较大的电压与电源.计算公式为 E = E 1 + E 2 + E 3 +…+ E n r 0 = r 01 + r 02 + r 03 +…+ r 0n

n

n

r r r r E E E E I 0030201321......++++++++=

5.1.2电阻的并联: 将电路中若干个电阻并列连接起来的接法,称为电阻并联.

并联电路的特点: 各电阻两端的电压均相等,即U 1 = U 2 = U 3 = … = U n ; 电路的总电流等于电路中各支路电流之总和,即I = I 1 + I 2 + I 3 + … + I n ; 电路总电阻R 的倒数等于各支路电阻倒数之和,即

n

R R R R R 1

...1111321+

+++=.并联负载愈多,总电阻愈小,供应电流愈大,负荷愈重. 通过各支路的电流与各自电阻成反比,即

2

1

21R R I I =

5.2电源的并联：把所有电源的正极连接起来作为电源的正极，把所有电源的负极连接起来作

为电源的负极，然后接到电路中，称为电源并联．

并联电源的条件：一是电源的电势相等；二是每个电源的内电阻相同．

并联电源的特点：能获得较大的电流，即外电路的电流等于流过各电源的电流之和．

5.3混联电路

定义: 电路中即有元件的串联又有元件的并联称为混联电路

混联电路的计算: 先求出各元件串联和并联的电阻值,再计算电路的点电阻值;由电路总电阻值和电路的端电压,根据欧姆定律计算出电路的总电流;根据元件串联的分压关系和元件并联的分流关系,逐步推算出各部分的电流和电压. 电流的热效应、短路 电流的热效应

定义: 电流通过导体时,由于自由电子的碰撞,电能不断的转变为热能.这种电流通过导体时会发生热的现象,称为电流的热效应.

电与热的转化关系其计算公式为 t R

U W RT I Q 2

2

=== 其中Q 为导体产生的热量,W 为消耗的电能. 短路

定义: 电源通向负载的两根导线,不以过负载而相互直接接通.该现象称之为短路.

短路分析: 电阻(R) 变小,电流(I)加大,用公式表示为 0

r R E

I +=

短路的危害: 温度升高,烧毁设备,发生火灾;产生很大的动力,烧毁电源,电网破裂. 保护措施: 安装自动开关;安装熔断器.

6电磁和电磁感应;

6.1磁的基本知识

任一磁铁均有两个磁极,即N 极(北极)和S 极(南极).同性磁极相斥,异性磁极相吸.

磁场: 受到磁性影响的区域,显示出穿越区域的电荷或置于该区域中的磁极会受到机械力的作用;也可称磁铁能吸铁的空间,称为磁场.

磁材料: 硬磁材料—永久磁铁;软磁材料—电机和电磁铁的铁芯.

6.2电流的磁效应

定义: 载流导体周围存在着磁场,即电流产生磁场(电能生磁)称电流的磁效应.

磁效应的作用: 能够容易的控制磁场的产生和消失,电动机和测量磁电式仪表的工作原理就是磁效应的作用.

通电导线(或线圈)周围磁场(磁力线)的方向判别,可用右手定则来判断:

通电直导线磁场方向的判断方法: 用右手握住导线,大拇指指向电流方向,则其余四指所指的方向就是磁场的方向.

线圈磁场方向的判断方法: 将右手大拇指伸直,其余四指沿着电流方向围绕线圈,则大拇指所指的方向就是磁场方向.

通电导线在磁场中受力的方向,用电动机左手定则确定: 伸出左手使掌心迎着磁力线,即磁力线透直穿过掌心,伸直的四指与导线中的电流方向一致,则与四指成直角的大拇指所指方向就是导线受力的方向.

6.3电磁感应

感应电动势的产生: 当导体与磁线之间有相对切割运动时,这个导体就有电动势产生.

磁场的磁通变化时,回路中就有电势产生,以上现象称为电磁感应现象.由电磁感应现象产生的电动势叫感应电动势.由感应电动势产生的电流叫感应电流.

自感: 由于线圈(或回路)本身电流的变化而引起线圈(回路)内产生电磁感应的现象,叫自感现象.由自感现象而产生的感应电动势叫做自感电动势.

互感: 在同一导体内设有两组线圈,电流通过一组线圈时,线圈内产生

磁通并穿越线圈,而另一组则能产生感应电动势.这种现象叫做互感

7常用工业分析

概述：X62W万能铣床是一种运动形式较复杂的一种精加工机床。其机械独立运动方

式由三个部分组成。即：主轴运动、进给运动、冷却运动。

主轴是在空载时直接启动，为完成顺铣与逆铣功能，要求有正反转两种运行方式。为提高工作效率要求停车采用反接制动。进给分为纵向、横向、和垂直三个运行方向。主要通过机械操作手柄来实现运动方向的改变，满足加工需要。同时，为提高生产效率和对机械装置的保护，须有快速移动和限位控制。冷却泵只要求正转运行。通过带动冷却泵，供给铣削用的冷却液。为了保证主轴和进给变速时变速箱内齿轮易于啮合，减少齿轮端面的冲击，要求有变速冲动（即电动机稍微转动一下）。

7.1 主电路分析

主轴运动（M1）

1.主轴启动（KM3）

由倒顺开关SA5实现顺铣和逆铣。合上电源开关QS，主轴电机启动运行，其工作电流路径为：电源→FU1→KM3→SA5→FR1→M1，电动机M1运行（正转或反转）

2.反接制动（KM2）

合上电源开关QS，主轴电机M1反接制动，其工作电流路径为：电源→FU1→KM2→R→SA5→FR1→M1。

进给运动（M2）

1.正传运行（KM4）

合上电源开关QS，进给电机M2正转运行，其工作电流路径为：电源→FU1→FU2→KM4→FR2→M2。

2.反转运行（KM5）

合上电源开关QS，进给电机M2反转运行，其工作电流路径为：电源→FU1→FU2→KM5→FR2→M2。

3.快速进给（KM6）

为提高工作效率，工作台可进行快进或快退。

8参考文献

[1] 燕庆明石晨曦电路基础及应用，北京：高等教育出版社2012 P1-14 P58-62

[2] 罗波电工电路基础知识，载体文献，百度文库2012