可编程序控制器第一章(教案)

1、PLC在风力发电系统中的应用在风力发电系统中的应用典型的风力发电系统：典型的风力发电系统：风能资源风能资源风力发电机组风力发电机组控制装置控制装置蓄能装置蓄能装置备用电源备用电源电能用户电能用户风力发电机组类型风力发电机组类型风力发电机组控制风力发电机组控制风力发电机组控制风力发电机组控制风力发电机组控制风力发电机组控制风机浆叶节距控制风机浆叶节距控制 Chapter 1 Normal Low Voltage Electric Appliances 常用低压电器常用低压电器1.1.11.1.1 Definition and Classification of Electric Definiti

2、on and Classification of Electric AppliancesAppliances 电器的定义、分类电器的定义、分类 定义 :是一种能根据外界施加的信号和要求（机械力、是一种能根据外界施加的信号和要求（机械力、电动力和其它物理量），能手动或自动断开或接电动力和其它物理量），能手动或自动断开或接通电路，从而断续或连续地改变电路参数，实现通电路，从而断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节的电工器械。调节的电工器械。分类分类按工作电按工作电压等级分压等级分 低压电器交流1200V或直流1500V

3、以下 高压电器交流1200V或直流1500V以上 按动作原按动作原理分理分 手动电器需人工直接操作才能完成指令任务 自动电器按照电的或非电的信号自动完成指令任务 按动作原按动作原理分理分 控制电器用于各种控制电路和控制系统主令电器用于自动控制系统中发送控制指令保护电器用于保护电路及用电设备配电电器用于电能的输送和分配执行电器用于完成某种动作或传动功能按工作原按工作原理分理分 电磁式电器依据电磁感应原理工作非电量控制电器靠外力或某种非电物理量的变化 而动作 接触器交流接触器直流接触器继电器电磁式继电器时间继电器温度继电器速度继电器压力继电器断路器行程开关熔断器其他电器如按钮刀开关等电压继电器电流

4、继电器中间继电器直流电磁式空气阻尼式半导体式管式螺旋塞式快速式装置式开敞式常用低压电器常用低压电器直动式滚动式微动式分类分类按工作电按工作电压等级分压等级分 低压电器交流1200V或直流1500V以下 高压电器交流1200V或直流1500V以上 1.1.21.1.2 Working Principle of Working Principle of 电磁式电器的工作原理电磁式电器的工作原理电磁式电器组成电磁式电器组成 感测部分感测部分电磁机构电磁机构 执行部分执行部分触头系统触头系统 灭弧装置灭弧装置电磁机构电磁机构l 作用：作用：将电磁能量将电磁能量机械能量机械能量触头动作触头动作接通或分断

5、电接通或分断电路路 l 结构：结构：1 组成：组成： 吸引线圈、铁心、衔铁等吸引线圈、铁心、衔铁等触头系统触头系统l定义：定义：触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用起接通和分断电路的作用。l结构形式：结构形式：桥式触点和指形触点l触点的接触形式：触点的接触形式：点接触、线接触和面接触触点的分类：触点的分类： 按触点的运动情况：按触点的运动情况：动触点和静触点动触点和静触点 触点的职能分触点的职能分：主触点和辅助触点：主触点和辅助触点 按触点的状态可分为按触点的状态可分为：常开触点和常闭触点：常开触点和常闭触点灭弧系统灭弧系统电弧产生

6、：电弧产生：触头间气体在强电场作用下的放电现象触头间气体在强电场作用下的放电现象灭弧关键：灭弧关键：采取措施使电弧迅速冷却，从而熄灭。采取措施使电弧迅速冷却，从而熄灭。常用的灭弧方法常用的灭弧方法:电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、灭弧罩灭弧罩定义： 用于远距离频繁地接通和分断主电路或其他负载的控制电器，主要用于控制电动机，也可用于控制其他电力负载分类:结构：工作原理：图文符号：电磁式接触器分类电磁式接触器分类按主触头所在动力回路的电流种类分：按主触头所在动力回路的电流种类分： 交流、交流、 直流直流按主触头对数分：按主触头对数分： 单极（一对主触头）、多极（二至

7、四对主触头）单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种类分按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种类分 交流操作交流操作 、 直流操作直流操作按主回路电压等级分：按主回路电压等级分： 低压低压 、 高压高压按铁心结构形式分：按铁心结构形式分：转动式（或称角移式）和直动式转动式（或称角移式）和直动式接触器结构简图接触器结构简图工作原理 线圈通电线圈通电线圈电流建立磁场线圈电流建立磁场静铁心产生电静铁心产生电磁吸力磁吸力吸合衔铁吸合衔铁带动触头动作带动触头动作常闭断开常闭断开，常开闭合，常开闭合 线圈断电线圈断电电磁力消失电磁力消失反作用弹簧使衔铁释反作

8、用弹簧使衔铁释放放各触头复位各触头复位 接触器的图形符号、文字符号接触器的主要技术参数-额定电压l接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压l交流接触器的额定电压一般为220V、380V、660Vl直流接触器一般为110V、220V、440V接触器的主要技术参数-额定电流l接触器的额定工作电流系指主触头的额定电流l接触器电流等级为：10-800A。接触器的主要技术参数-线圈的额定电压l线圈的额定电压：交流380V、220V；直流24V、220V接触器的主要技术参数接触器的主要技术参数-操作频率操作频率l交流接触器的操作频率一般为： 600次/hl直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高 120

9、0次/h 接触器的选用接触器的选用1.接触器的类型选择：根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型2.额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压3.额定电流的选择：一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电动机负载可按经验公式计算4.吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致定义： 根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控制和保护的自动控电器。其输入量可以是现远距离控制和保护的自动控电器。其输入量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度、压电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度、压

10、力等非电量，而输出则是触头的动作或者是电路参数力等非电量，而输出则是触头的动作或者是电路参数的变化的变化分类:电磁式继电器 ：分类按输入信号的性质分按输入信号的性质分 电压继电器电压继电器 电流继电器电流继电器 时间继电器时间继电器 温度继电器温度继电器 速度继电器速度继电器 压力继电器压力继电器按输出形式分按输出形式分 有触点和无触点有触点和无触点 按工作原理分按工作原理分 电磁式 感应式 电子式 热效应式 气动式 电动式按用途分： 控制用和保护用继电器电磁式继电器电磁式继电器 结构与工作原理和结构与工作原理和接触器接触器基本相同基本相同不同点不同点： 继电器可以对各种输入量的变化作出反应，

11、而接触器只继电器可以对各种输入量的变化作出反应，而接触器只在一定的电压信号下动作；在一定的电压信号下动作； 继电器用于切换小电流的控制和保护电路，无灭弧继电器用于切换小电流的控制和保护电路，无灭弧装置装置而接触器用来控制大电流电路。而接触器用来控制大电流电路。电磁式电流继电器电磁式电流继电器定义定义：触点的动作与线圈电流大小有关：触点的动作与线圈电流大小有关用途用途：起电流保护和控制作用：起电流保护和控制作用特点特点：线圈与被控制电路串联，以反映电路电流的变化：线圈与被控制电路串联，以反映电路电流的变化 线圈匝数少、导线粗、阻抗小线圈匝数少、导线粗、阻抗小分类分类：欠电流继电器：欠电流继电器：

12、电路正常时，衔铁吸合（常开闭合：电路正常时，衔铁吸合（常开闭合，常闭打开），当电流，常闭打开），当电流10%10%20%20%IeIe时，继电器衔铁时，继电器衔铁释放释放 过电流继电器过电流继电器：电路正常时不动作，当电流超过某：电路正常时不动作，当电流超过某一整定值：一整定值：1.11.14 4IeIe时，继电器衔铁动作时，继电器衔铁动作 图文符号图文符号：电磁式电压继电器电磁式电压继电器定义定义：触点的动作与线圈电压大小有关：触点的动作与线圈电压大小有关用途用途：起电压保护和控制作用：起电压保护和控制作用特点特点：线圈与被控制电路并联，以反映电路电压的变化：线圈与被控制电路并联，以反映电路

13、电压的变化 线圈匝数多、导线细、阻抗大线圈匝数多、导线细、阻抗大分类分类：欠电压继电器：欠电压继电器：电路正常时，衔铁吸合（常开闭合：电路正常时，衔铁吸合（常开闭合，常闭打开），当电压低于某一值时，继电器衔铁释放，常闭打开），当电压低于某一值时，继电器衔铁释放 过电压继电器过电压继电器：电路正常时不动作，当电压超过某：电路正常时不动作，当电压超过某一值时，继电器衔铁动作一值时，继电器衔铁动作 图文符号图文符号：电磁式中间继电器电磁式中间继电器定义：定义： 实质上为实质上为电压继电器电压继电器。但触头对数较多。但触头对数较多，触头容量较大（额定电流，触头容量较大（额定电流5-105-10A A）

14、，），动作灵动作灵敏敏 作用：起信号传递、放大、翻转和分路等中继作作用：起信号传递、放大、翻转和分路等中继作用。用。图文符号：图文符号：时间继电器时间继电器定义: 当得到控制信号后（如继电器线圈接通或断开电源），其触点状态并不立即改变，而是经过一段时间的延迟之后，触点才闭合或断开。用于控制动作时间图文符号： 热继电器热继电器定义：定义：利用电流的热效应利用电流的热效应原理工作的保护电器。原理工作的保护电器。原理：原理：若电动机出现过载若电动机出现过载情况，绕组中电流增大情况，绕组中电流增大，通过，通过热继电器热继电器元件中元件中的电流增大使双金属片的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程温度升

15、得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动断电动机的电源，电动机停车而得到保护。机停车而得到保护。热继电器热继电器作用作用：常用于电动机的（长时间）过载保护：常用于电动机的（长时间）过载保护 由于热继电器中的发热元件有热惯性，在电路中由于热继电器中的发热元件有热惯性，在电路中不能作瞬时过载保护，更不能作短路保护，因此不能作瞬时过载保护，更不能作短路保护，因此，热继电器不同于过电流继电器和熔断器。，热继电器

16、不同于过电流继电器和熔断器。分类分类：热继电器有单相、二相及三相式，其中三：热继电器有单相、二相及三相式，其中三相式分为有断相保护（用于电动机连接情况相式分为有断相保护（用于电动机连接情况）和无断相保护的。）和无断相保护的。图文符号：图文符号： 刀开关刀开关: :结构最简单，应用最广泛的手控电器。用于低压结构最简单，应用最广泛的手控电器。用于低压电路不频繁动作电路不频繁动作 低压断路器（自动空气开关）低压断路器（自动空气开关）: :低压电路中常用的具有保低压电路中常用的具有保护环节的断合电器。护环节的断合电器。 当电路发生严重过载、短路以及失压等故障时，能自动当电路发生严重过载、短路以及失压等

17、故障时，能自动切断故障电路，保护串接其后的电气设备；正常情况下切断故障电路，保护串接其后的电气设备；正常情况下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。符号：符号： 熔断器和热继电器的区别熔断器和热继电器的区别 相同点：都属于电流保护电器，都具有反时限特性。 不同点：l熔断器主要用于短路保护，热继电器用于过载保护； l熔断器利用的是热熔断原理，要求溶体有较高的熔断系数；l热继电器利用的是热膨胀原理要求双金属片有较高的膨胀系数；l热继电器保护有较大的延迟性，而短路保护要求熔断器的动作必须具有瞬时性。 主令电器主令电器是在自动控制系统中发出指令或信

18、号的电器，用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其它主令电器（如脚踏开关、钮子开关、紧急开关）等l按钮符号按钮符号l转换开关符号转换开关符号l行程开关符号行程开关符号接触器Chapter 2 The Basis of Electric Control Circuit 第二章第二章 电气控制线路基础电气控制线路基础电气控制线路电气控制线路: : 用导线将电机、电器、仪表等元器件按一定的要求连接起来，并实现用导线将电机、电器、仪表等元器件按一定的要求连接起

19、来，并实现某种特定控制要求的电路。某种特定控制要求的电路。作用：对被控对象实现自动控制作用：对被控对象实现自动控制电气控制系统图：电气控制系统图： 为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意为了表达生产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控制系统图。，这就是电气控制系统图。电气控制系统图的种类：电气控制系统图的种类：电器原理图、电器布置图、电气安装接线图电器原理图、电器布置图、电

20、气安装接线图电气原理图电气原理图l电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。l主电路：主电路：是电气控制线路中大电流通过的部分，包括是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。动机等组成。l辅助电路辅助电路:是控制线路中除主电路以外的电路，其流过是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制电路、照明电路、的电流比较小。辅助电路包括控制电路、照明电

21、路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。电器触点等组成。 绘制电气原理图时应遵循的原则 l电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。l电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读原则安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按动作顺序从上到下，从左到右排列。l电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表

22、示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用QA1、QA2文字符号区别。 绘制电气原理图时应遵循的原则 l电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出，控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出。l电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转90，但文字符号不可倒置。三相笼型异步电动机降压启

23、动控三相笼型异步电动机降压启动控制线路制线路 降压启动方法l定子电路串电阻（或电抗）l星形三角形l自耦变压器l延边三角形l使用软启动器l使用变频器 星形星形三角形降压启动线路三角形降压启动线路l启动时将电动机定子绕组接成星形，加在电动启动时将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的机每相绕组上的电压为额定值的1/ 3 ，Y形形连接时，加在电动机定子绕组上的电流是连接时，加在电动机定子绕组上的电流是连连接时的接时的1/3，从而减小了启动电流对电网的影从而减小了启动电流对电网的影响。当转速接近额定转速时，定子绕组改接成响。当转速接近额定转速时，定子绕组改接成三角形，使电动机在额

24、定电压下正常运转。三角形，使电动机在额定电压下正常运转。星形星形三角形降压启动控制线路三角形降压启动控制线路 特点和适用场合l优点：启动电流特性好，结构简单，价格低；l缺点：由于启动转矩也降低到了原来的1/3，所以转矩特性差。l适合于轻载或空载启动的场合。三相笼型异步电动机速度控制线路三相笼型异步电动机速度控制线路Speed Control Circuit of Three-phase Cage MotorsSpeed Control Circuit of Three-phase Cage Motors l概述概述 电气调速方法l三相笼型异步电动机转速公式：l调速方法 改变p：变极调速有级调速

25、，简单，适用于要求不高的一般场合。 改变s：滑差电机已淘汰。 改变f：变频调速调速性能最好，使用广泛的调速方法。变极调速控制线路变极调速控制线路变频调速与变频器的使用变频调速与变频器的使用Variable Frequency Speed and Usage of Frequency Variable Frequency Speed and Usage of Frequency ConverterConverter l变频器的类型变频器的类型 根据变流环节分类l交直交变频器 大多数变频器都属于交直交型 l交交变频器 根据直流电路的滤波方式分类 l电压型变频器l电流型变频器变频器的类型变频器的类型

26、根据控制方式分类lV/f控制控制机理：改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，在较广范围内调速运转时，电动机的功率因数和效率不下降。这就是控制电压与频率之比，所以称为V/F控制。特点l它是最简单的一种控制方式，不用选择电动机，通用性优良。l与其他控制方式相比，在低速区内电压调整困难，故调速范围窄，通常在1 10左右的调速范围内使用。l急加速、减速或负载过大时，抑制过电流能力有限。l不能精密控制电动机实际速度，不适合用于同步运转场合。 根据控制方式分类l矢量控制 机理：即将供给异步电动机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分

27、量（转矩电流）。该磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。 特点l需要使用电动机参数，一般用做专用变频器。l调速范围在1 100以上。l速度响应性极高，适合于急加速、减速运转和连续4象限运转，能适用于任何场合。l变频器的类型变频器的类型 根据输出电压调制方式分类lPAM方式 脉冲幅值调制（PAM，Pulse Amplitude Modulation） lPWM方式 脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation） 根据输入电源的相数分类l单相变频器l三相变频器变频器的组成变频器的组成主电路控制电路保护电路l主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分主

28、电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分l（1）整流器：它把工频电源变换为直流电源。）整流器：它把工频电源变换为直流电源。l（2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。电感采

29、用简单的平波回路。l（3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、个开关器件导通、关断就可以得到关断就可以得到3相交流输出。相交流输出。l控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路运算电路”，主电路，主电路的的“电压、电流检测电路电压、电流检测电路”，电动机的，电动机的“速度检测电路速度检测电路”，将运，将

30、运算电路的控制信号进行放大的算电路的控制信号进行放大的“驱动电路驱动电路”l保护电路保护电路保护电路保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。止工作或抑制电压、电流值。 l变频器的主要功能变频器的主要功能 频率给定功能 升速、降速和制动控制 控制功能 保护功能l变频器的操作方式变频器的操作方式 数字操作器和数字显示器 远程操作 端子操作变频器的选型变频器的选型 1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。 l2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲