自動控制原理

中國地質大學長城學院

電氣工程及其自動化課程設計

題目控制電路設計實習

電氣控制實訓裝置）

系別資訊工程系

學生姓名

職稱高階工程師

2012 年 12 月 20 日

目錄1.電氣控制實訓裝置的構成 - 1 -

1.1 文字顯示器（人機介面） - 1 -

1.2 操作屏 - 1 -

1.3 控制櫃 - 1 -

1.4 主電氣櫃 - 1 -

1.5 控制物件 - 1 -

2.電氣控制實訓裝置中的斷路開關 - 1 -

2.1 低壓斷路器 - 1 -

2.1.1 低壓斷路器工作原理 - 2 -

2.2 漏電斷路器 - 2 -

3.電氣控制實訓裝置中行程開關、限位開關 - 2 -

4.電氣控制實訓裝置中物料檢測、溫度檢測的實現 - 2 -

5.電氣控制實訓裝置中的繼電器、接觸器 - 2 -

5.1 交流接觸器 - 3 -

5.2 直流接觸器 - 3 -

5.3 真空接觸器 - 3 -

5.4 半導體式接觸器 - 3 -

5.5 接觸器的功能 - 3 -

5.6 熱繼電器 - 4 -

6.電氣元件的布局規則 - 4 -

7.變頻器的工作原理、用途 - 4 -

7.1 變頻器的工作原理 - 5 -

7.2 變頻器的用途 - 5 -

8.分析第二張、第三張、第五張原理圖 - 5 -

8.1 第二張——攪拌電機原理圖 - 5 -

8.2 第三張——開蓋，加熱電機原理圖 - 5 -

8.3 第五張——主控原理圖 - 5 -

9.結束語 - 5 -

工業分體式電氣控制

1.電氣控制實訓裝置的構成

1.1 文字顯示器（人機介面）

人機介面是在操作人員和機器裝置之間做雙向溝通的橋梁，使用者可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數字等處理或監控管理及應付隨時可能變化資訊的多功能顯示螢幕。隨著機械裝置的飛速發展，以往的操作介面需由熟練的操作員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。

1.2 操作屏

由轉換開關、按鈕、電位器、指示燈組成，其作用是作為人機介面的輔助裝置，多用於手動控制。

1.3 控制櫃

由plc、訊號隔離器等**控制系統組成，做為人機介面和主電氣櫃的中間環節，是整個系統的核心。

1.4 主電氣櫃

由斷路器、接觸器、熱繼電器、中間繼電器、變頻器、開關電源、ups等裝置組成，主要用於給系統提供各種電源。

1.5 控制物件

由攪拌電機、三相非同步電機、各種感測器組成，作為工藝生產單元，由主電氣櫃根據控制要求提供動力電源進行各種工藝生產。

2.電氣控制實訓裝置中的斷路開關

2.1 低壓斷路器

它是一種既有手動開關作用又能自動進行過載和短路保護的電器；是一種不僅可以接通和分斷正常負載電流，電動機工作電流和過載電流，而且可以接通和分斷電流的開關電器。其定義為：能接通、承載及分斷正常電路條件下的電流，也能在所規定的非正常電路(例如短路)下接通、承載一定時間和分斷電流的一種機械開關電。

2.1.1 低壓斷路器工作原理

斷路器作合、分電路時，依靠扳動其手柄或採用電動機操作機構使動、靜觸頭閉合或斷開。在正常情況下，觸頭能接通和分斷電流；當出現過載時，通過熱繼電器或雙金屬元件受熱變形、彎曲，使鎖扣脫扣，使斷路器跳閘；當出現短路時，一定值的短路電流會使短路脫扣器動鐵心被吸合，帶動斷路器分斷。當要遠距離控制斷路器可採用分勵脫扣器，分勵脫扣器通電時，其銜鐵被吸合，帶動斷路器分斷和在出現各種故障時，動、靜觸頭分斷，觸頭之間產生強烈的電弧。

滅弧室內的鐵質柵片被磁化，產生吸力，把電弧引向滅弧室，將電弧分隔成短弧，利用鐵柵片對電弧的冷卻，以提高電弧電阻和電弧電壓，將電弧熄滅。

2.2 漏電斷路器

具有剩餘電流保護的斷路器，是為了防止低壓電網（交流1200v，直流1500v以下）中發生人身觸電和漏電火災，**等事故而研製的一種新型電器。

3.電氣控制實訓裝置中行程開關、限位開關

在此裝置當中行程開關、限位開關是安放在操作屏中，他們是通過人來控制操作來實現動作的。

圖1 斷路器圖形符號

1.溫度檢測是採用450w 加熱器為物料加熱，配置pt100鉑電阻溫度感測器，測溫範圍0~100℃，用於測量物料的溫度，並配置乙個溫度開關，對物料的設定溫度進行控制。

2.物料檢測是採用skk2m-4 光電開關檢測料桶中物料是否達到或超過指定位置，物料未達到指定位置則無法進行攪拌和加熱操作，防止裝置損壞。

5.電氣控制實訓裝置中的繼電器、接觸器

5.1 交流接觸器

典型結構分為雙斷點直動式和單斷路轉動式。前者結構緊湊、體積小、重量輕；後者維護方便、易於配置成單極、二級和多極結構，但體積和安裝面積大。

5.2 直流接觸器

其動作原理與交流接觸器相似，但直流分斷時感性負載儲存的磁場能量瞬時釋放，斷點處產生的高能電弧，因此要求直流接觸器具有一定的滅弧功能。中/大容量直流接觸器常採用單斷點平面布置整體結構，其特點是分斷時電弧距離長，滅弧罩內含滅弧柵。小容量直流接觸器採用雙斷點立體布置結構。

5.3 真空接觸器

真空接觸器其組成部分與一般空氣式接觸器相似，不同的是真空接觸器的觸頭密封在真空滅弧室中。其特點是接通/分斷電流大，額定操作電壓較高。

5.4 半導體式接觸器

主要產品如雙向閘流體，其特點是無可動部分、壽命長、動作快，不受**、粉塵、有害氣體影響，耐衝擊震動。

5.5 接觸器的功能

接觸器的功能就是控制乙個系統的一些線路的通斷，來實現某一功能。接觸器上面有主觸點和輔助觸點。主觸點接電機動力線，因為主觸點承受的電流比較大。

輔助觸點接在控制迴路中，分常開、常閉。通過輔助觸點來實現自鎖、互鎖等功能。從而達到控制的要求，簡單的說就是起到開關的作用。

圖2 接觸器圖形符號

5.6 熱繼電器

熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點組成，熱元件由發熱電阻絲做成。雙金屬片由兩種熱膨脹係數不同的金屬輾壓而成，當雙金屬片受熱時，會出現彎曲變形。使用時，把熱元件串接於電動機的主電路中，而常閉觸點串接於電動機的控制電路中。

當電動機正常執行時，熱元件產生的熱量雖能使雙金屬片彎曲，但還不足以使熱繼電器的觸點動作。當電動機過載時，雙金屬片彎曲位移增大，推動導板使常閉觸點斷開，從而切斷電動機控制電路以起保護作用。熱繼電器動作後一般不能自動復位，要等雙金屬片冷卻後按下復位按鈕復位。

熱繼電器動作電流的調節可以借助旋轉凸輪於不同位置來實現。熱繼電器的作用是電動機過負荷時自動切斷電源，熱繼電器的構造是兩片膨脹係數不同的金屬片構成，電流過大時膨脹係數大的先膨脹，起到切斷電源的作用。熱繼電器動作後有人工復位和自動復位兩種方式，通常採用人工復位的方式。

圖3 熱繼電器圖形符號

6.電氣元件的布局規則

1.容易受影響的裝置，應盡量遠離變頻器安裝；

2.容易受影響的訊號線，應盡量遠離變頻器和它的輸入輸出線；

3.避免訊號線和動力線平行佈線或成束佈線；

4.在變頻器的輸入輸出側分別加裝線性濾波器（一般變頻器廠家均已加裝），可以抑制電線的輻射雜訊；

5.動力電纜盡量使用鎧裝電纜並且越短越好，訊號電纜盡量使用遮蔽電纜，如果分別套入金屬管，效果更好；

6.保護接地pe（電源地）越短越好，並且保證接地良好。

7.功能接地te（訊號地）不要與pe混接，並且近端接地，遠端懸空。根據主電氣櫃內的用電裝置的不同作用、主回路上進下出的原則、考慮干擾的影響以及使用操作的方便程度，一般來說，櫃內裝置的布局自上而下應該是：

斷路器、接觸器、熱繼電器、中間繼電器，變頻器。如果有弱電裝置，那麼弱電裝置盡量放在斷路器的右側和斷路器併排放置，盡量遠離變頻器。在佈線時，動力電纜從左側布置，弱電電纜從右側布置。

7.變頻器的工作原理、用途

7.1 變頻器的工作原理

變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速執行的裝置，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對於如向量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要乙個進行轉矩計算的cpu以及一些相應的電路。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。

7.2 變頻器的用途

它是用來實現電機的變速執行的裝置與變頻器通過變頻調速改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。

8.分析第二張、第三張、第五張原理圖

8.1 第二張——攪拌電機原理圖

通過操作屏上行程開關控制攪拌按鈕，再通過控制物件電機裡面的感測器來實現攪拌的作用。

8.2 第三張——開蓋，加熱電機原理圖

通過操作屏上行程開關控制開蓋，加熱按鈕，再通過控制物件電機裡的感測器來實現開蓋加熱的作用。

自動控制原理

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自動控制原理心得

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