電氣自動化方向介紹

1、自動化導(dǎo)輪 工廠電氣自動化 孫洪程 S 自動化的基本問題 控制什么控制什么？ 關(guān)于被控過程的問題，例如石油化工、航空航天、 機(jī)電一體化、數(shù)控、電力電氣、機(jī)器人等。 如何控制如何控制？ 控制策略與控制方案，如經(jīng)典控制、先進(jìn)控制、 智能控制等。 用什么控制用什么控制？ 關(guān)于控制工具的問題，例如檢測、執(zhí)行、DCS、 PLC、IPC、SIS、嵌入系統(tǒng)等等。 關(guān)于電氣自動化關(guān)于電氣自動化 控什么控什么(關(guān)于被控關(guān)于被控 過程過程) 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 電工學(xué)電工學(xué) 如何控如何控(控制策控制策 略、控制邏輯略、控制邏輯) 控制原理控制原理 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 用什么控用什么控(測量、測量、 控制、執(zhí)行控制、執(zhí)

2、行) 自動化裝置自動化裝置 檢測技術(shù)檢測技術(shù) 工程設(shè)計、工程設(shè)計、 工程實(shí)施工程實(shí)施 電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué) 電力電子電力電子 火力發(fā)電 水力發(fā)電 核能發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 工廠變 電/配電 車間配 電 生產(chǎn)線 國家電網(wǎng) 電力系統(tǒng)示意 發(fā)電 輸配電 電力拖動與運(yùn)動控制 工業(yè)過程自動化 工廠電氣自動化 電力自動化 電氣自動化 發(fā)電 火力發(fā)電（thermal power，thermoelectricity power generation）是指利 用煤炭、石油、天然氣等固體、 液體、氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過 熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓過熱蒸氣，然后再由蒸氣驅(qū)動汽輪機(jī)汽輪機(jī)， 帶動發(fā)電機(jī)的一種發(fā)電方式。

3、在所有發(fā)電方式中，火力發(fā)電是歷史最久的， 也是最重要的一種。 水力發(fā)電(Hydroelectric power)利用河流、湖泊等位于高處具有位能的水流 至低處，將其中所含之位能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)之動能，再藉水輪機(jī)水輪機(jī)為原動力， 推動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生發(fā)電。 核電(nuclear electric power generation)利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的 熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似。只是以核反應(yīng)堆及蒸汽發(fā) 生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能。 風(fēng)力發(fā)電(wind power generation，wind power;wind power generation)把

4、 風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動能，這就是風(fēng)力發(fā)電。 風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的 速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。 太陽能發(fā)電（Solar power）是利用太陽的光能或熱能進(jìn)行發(fā)電。 燃料電池 生物發(fā)電 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組 汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 勵磁機(jī) 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組 核電站 發(fā)電控制 電壓 UAB、 UBC 、 UCA 電流 IA、 IB 、 IC 頻率 501Hz 功率因數(shù) Cos 功率 視在功率、有功功率、無功功率 其他 輸配電 輸配電是將供電系統(tǒng)源頭（發(fā)電廠）輸送、分配 到用戶； 發(fā)電機(jī)組所發(fā)的電，其電壓一般在幾千伏，為保證 一定的功率，則輸送

5、到用戶端就需要很大電流。在 保證功率的條件下則必須提高輸送電壓。所以發(fā)電 廠一般要將發(fā)電機(jī)發(fā)出電升壓，調(diào)整好頻率，然后 才可并網(wǎng)。輸配電是將供電系統(tǒng)源頭（發(fā)電廠）輸 送、分配到用戶； 電壓等級：220/380V（0.4 kV）、3 kV、6 kV、10 kV、20 kV、35 kV、66 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV、1000 kV。 輸配電 變電站功能及設(shè)備 將輸入電壓變壓到所需電壓（升壓、降壓） 變電站設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備 一次設(shè)備：發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、 母線、電抗器、自動空氣開關(guān)、電力電纜、架 空線路、避雷器、電流互感器、電壓互感器等；

6、 二次設(shè)備：測量裝置、控制裝置、信號裝置、繼 電保護(hù)裝置（過壓、過流、浪涌、接地等）、 自動控制裝置等。 一次設(shè)備構(gòu)成的回路稱為一次回路或主回路； 二次設(shè)備構(gòu)成的回路稱為二次回路或控制回路 M1:310MW高壓電機(jī) M2:3MW以下高壓電機(jī) M3:200kW以下低壓電機(jī) M4:100kW以下低壓電機(jī) SB:配電盤 SC電機(jī)控制器 G: 發(fā)電機(jī) 變電所配電系統(tǒng)單線圖 輸配電控制 電壓 UAB、 UBC 、 UCA 電流 IA、 IB 、 IC 頻率 501Hz 相序 短路 輸配電控制 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（微保） 繼電連鎖保護(hù)系統(tǒng)（繼保） 配電柜配電系統(tǒng)圖 配電柜內(nèi)部 變壓器 隔離開關(guān) 母線 輸電塔架

7、六相4分裂導(dǎo)線輸電塔 三相6分裂導(dǎo)線輸電塔 輸電線路 6分裂導(dǎo)線 8分裂導(dǎo)線 空氣斷路器 互感器 互感器 用作： 電流檢測 零相序檢測（偏離檢測） 短路檢測（對地短路、相間短路） 電流檢測 零相序檢測（偏離檢測） 短路檢測（對地短路、相間短路） 配電原理 10KV/0.4KV變壓器 用電設(shè)備 配電方式 國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60364第四部分給出五種形式。其中 石油工業(yè)中常用的有三種。五種形式可用縮寫 TNC、TNS、TNCS、TT和IT表示?；绢愋褪?TN、TT和IT。第一個字母是T或I，第二個字母是 N或T。 第一個字母表示電源繞組中點(diǎn)的連接情 況。T表示中點(diǎn)采用硬接地方式，接地點(diǎn)通常是在 繞組

8、附近。I表示中點(diǎn)與繞組及設(shè)備的地是相互隔 離的，一般是通過電感或電阻將中點(diǎn)接地，不能 使用電容接地。 輸配電 第二個字母表示用電設(shè)備一端的接地。有兩種基 本方法將用電設(shè)備的機(jī)架、機(jī)柜、盤等設(shè)備接地。 這些字母是N和T，字母N又可分為兩種情況，即 S和C，所以就出現(xiàn)了NS、NC和NCS三種。T表 示用電設(shè)備端是自己硬接地的，該接地是獨(dú)立于 電源接地之外的。N表示采用低阻抗導(dǎo)線將電源 端的地接到用電設(shè)備一端，而用電設(shè)備的接地就 連接到這根導(dǎo)線上。S表示從電源端中點(diǎn)向用電 設(shè)備端敷設(shè)一條導(dǎo)線，該導(dǎo)線與保護(hù)地線是相互 獨(dú)立的，也就是需要為三相用電設(shè)備敷設(shè)五根導(dǎo) 線。C表示中線與保護(hù)地線是一根導(dǎo)線，也就

9、是 需要為三相用電設(shè)備敷設(shè)四根導(dǎo)線。 輸配電 A B C 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 E 金屬框架金屬框架PEN 安裝界區(qū)安裝界區(qū)附加接地附加接地 電源電纜電源電纜 或架空線或架空線 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 或變壓器或變壓器 TNC型接地及送電型接地及送電 用電設(shè)備用電設(shè)備 A B C 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 N 金屬框架金屬框架PE 安裝界區(qū)安裝界區(qū) 電源電纜電源電纜 或架空線或架空線 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 或變壓器或變壓器 TNS型接地及送電型接地及送電 用電設(shè)備用電設(shè)備 A B C 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 E，N 金屬框架金屬框架PEN 安裝界區(qū)安裝界區(qū)附加接地附加接地 電源電纜電源電纜 或架空線或架空線 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 或變壓

10、器或變壓器 TNCS型接地及送電型接地及送電 用電設(shè)備用電設(shè)備 A B C 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 E 金屬框架金屬框架 PE 安裝界區(qū)安裝界區(qū) 現(xiàn)場接地現(xiàn)場接地 電源電纜電源電纜 或架空線或架空線 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 或變壓器或變壓器 TT型接地及送電型接地及送電 用電設(shè)備用電設(shè)備 N A B C 電氣設(shè)備電氣設(shè)備 E 金屬框架金屬框架 PE 安裝界區(qū)安裝界區(qū)現(xiàn)場接地現(xiàn)場接地 電源電纜電源電纜 或架空線或架空線 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 或變壓器或變壓器 IT型接地及送電型接地及送電 用電設(shè)備用電設(shè)備 Rn或或Zn 關(guān)于接地 接地的目的與作用 避免操作人員、維護(hù)人員以及接近電氣設(shè)備的 其他人員受到電擊（人身安全）；

11、 當(dāng)設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)故障時，導(dǎo)線與設(shè)備外殼或框 架之間會有電流流過，接地可減小該電流對設(shè) 備的損壞（設(shè)備安全）； 為電力系統(tǒng)提供一個零參考電位（參考電位）。 關(guān)于接地 接地原理 利用埋設(shè)在地里的導(dǎo)體（接地體），通過 導(dǎo)線使得被接地部分等于大地的電位 （Earthing）。其目的是工作接地體和導(dǎo)流 排使得被接地點(diǎn)的電荷散流大地中。 由于接地是要通過接地體與大地實(shí)現(xiàn)的， 接地環(huán)境是會影響電荷散流的，這就必須 考慮土壤電阻和接地體結(jié)構(gòu)問題 （Grounding）。 電力拖動與運(yùn)動控制 電力拖動 電力拖動是工業(yè)生產(chǎn)的原動機(jī)，大部分是 電動機(jī)和一些電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 電動機(jī)包括一些交流電動機(jī)（異步電動機(jī)、 同步

12、電動機(jī)等），直流電動機(jī)（它激式、 串激式、復(fù)激式等）和微型電動機(jī)。 通過這些電動機(jī)帶動機(jī)械設(shè)備，例如泵、 壓縮機(jī)、升降機(jī)、傳送帶、攪拌、螺桿等。 驅(qū)動相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行正常生產(chǎn)。 各種電動機(jī)和機(jī)械設(shè)備 三相異步電機(jī) 三相同步電機(jī) 微型電機(jī) 升降機(jī) 水泵 離心式壓縮機(jī) 傳送帶 電力拖動與運(yùn)動控制 電力拖動與運(yùn)動控制的任務(wù) 對生產(chǎn)中的位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、 角加速度、轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行控制，使其按生產(chǎn)要求 運(yùn)行； 對上述機(jī)械量進(jìn)行測量之外,還會對振動、推力、 軸溫等參數(shù)進(jìn)行測量； 對泵、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)動力進(jìn)行控制；對升降機(jī)、 電梯等進(jìn)行位置控制；機(jī)器人運(yùn)動控制；數(shù)控 加工控制等等。 電力拖動與運(yùn)動控制

13、速度控制: 直接調(diào)速 F變頻(交流) F電樞電流(直流) F勵磁電流(直流) 磁力偶合 F滑差調(diào)速 F磁力偶合器調(diào)速 液力偶合 F液力偶合器 變速調(diào)速 西門子變頻器 滑差電機(jī)_磁力偶合 滑差電機(jī)_磁力偶合原理 液力偶合調(diào)速 機(jī)械量測量 測速電機(jī) 光電編碼測速 行程開關(guān) 轉(zhuǎn)矩測量 測振傳感器 工業(yè)過程自動化 工業(yè)過程自動化包括： 順序控制，如包裝、灌裝、間歇生產(chǎn)等； 連鎖報警，如消防連鎖、設(shè)備監(jiān)視等； 加工制造，如軋鋼、機(jī)件加工、自動化生產(chǎn)線 工業(yè)過程自動化 工業(yè)過程自動化 電氣與自動化的關(guān)系 電力系統(tǒng)本身的自動化 其他自動化領(lǐng)域的供電 電力系統(tǒng)自動化 電廠自動化 火力發(fā)電中鍋爐、水系統(tǒng)等 核電反應(yīng)堆控制、鍋爐控制、水系統(tǒng)控制 輸電自動化 電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測、復(fù)核調(diào)整 配電