电气传动自动化技术手册.docx
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电气传动自动化技术手册
第3版序言
第2版序言
第1版序言
第1章常用设计数据与技术标准
1.1常用标准目录
1.2常用术语
1.3计量单位
1.3.1国际单位制(SI)(摘自GB3100—1993)
1.3.2电学、磁学单位和常用单位及其换算
1.4物理量和下角标符号
1.4.1常用物理量符号
1.4.2推荐的下角标符号
1.5优先数和优先数系
1.5.1优先数系的基本系列和补充系列(摘自GB/T321—2005)
1.5.2用于电阻、电容参数的E系列
1.6常用电气简图用图形符号
1.7项目代号与文字符号
1.7.1项目代号组成(摘自GB/T5094—2002)
1.7.2文字符号(摘自GB/T5094.2—2003)
1.8电气制图(摘自GB/T6988.1—2008)
1.8.1信息表达规则
1.8.2简图总则
1.8.3概略图
1.8.4功能图
1.8.5电路图
1.8.6接线图
1.8.7布置图
1.9设计选用参数
1.9.1标准电压(摘自GB/T156—2007)
1.9.2标准电流(摘自GB/T762—2002)
1.9.3标准频率(摘自GB/T1980—2005)
1.9.4电气设备安全设计导则(摘自GB/T25295—2010)
1.9.5电击防护(摘自GB/T17045—2008)
1.9.6电气绝缘(摘自GB/T11021—2007和GB/T16935.1—2008)
1.9.7外壳防护等级(IP代码)(摘自GB4208—2008)
1.10电气控制设备的通用要求(摘自GB/T3797—2005)
1.10.1正常使用条件
1.10.2一般要求
1.10.3性能指标
1.10.4冷却
1.10.5电气间隙与爬电距离
1.10.6绝缘电阻与介电性能
1.10.7温升
1.10.8保护
1.10.9控制电路
1.10.10控制柜(台)
1.10.11EMC试验
1.11用半导体电力变流器的直流调速电气传动系统额定值的规定(摘自GB/T3886.1—2001)
1.11.1额定值
1.11.2非重复负载工作制的工作制等级
1.11.3晶闸管装置的试验
1.12交流电动机电力电子软起动装置(摘自JB/T10251—2001)
1.12.1术语
1.12.2技术参数
1.12.3一般要求
1.12.4电气间隙与爬电距离
1.12.5绝缘电阻与介电强度
1.12.6温升
1.12.7外壳保护
1.12.8安装与接地
1.12.9噪声
1.12.10冷却
1.12.11电气性能指标
1.13低压直流调速电气传动系统额定值的规定(摘自GB/T12668.1—2002)
1.13.1术语
1.13.2功能特性
1.13.3使用条件
1.13.4额定值
1.13.5性能要求
1.13.6安全和警告标志
1.14低压交流变频电气传动系统额定值的规定(摘自GB/T12668.2—2002)
1.14.1术语
1.14.2功能特性
1.14.3使用条件
1.14.4额定值
1.14.5性能要求
1.14.6安全和警告标志
1.14.7常用的控制方案
1.15调速电气传动系统的电磁兼容(摘自GB/T12668.3—2003)
1.15.1抗扰度要求
1.15.2发射要求
1.16交流电压1000V以上但不超过35kV的交流调速电气传动系统额定值的规定(摘自GB/T12668.4—2006)
1.16.1电气传动系统拓扑结构概述
1.16.2使用条件
1.16.3额定值
1.16.4控制性能要求
1.16.5PDS的主要部件
1.16.6PDS集成要求
1.17特种环境设备的要求
1.17.1船用设备(摘自GB/T4798.6—1996)
1.17.2热带用设备(摘自JB/T4159—1999)
第2章电气传动系统方案及电动机选择
第3章电力电子器件与电源
第4章调速技术基础
第5章电动机的电器控制
第6章直流传动系统
第7章交流调速传动系统
第8章典型控制系统方案
第9章电气传动控制系统的综合
第10章电气传动装置
第11章电气传动装置的谐波治理和无功补偿
第12章基础自动化
第13章电磁兼容性与可靠性
第14章电控设备的安装和调试
第15章电气传动的工业应用
附录部分电气设备生产企业介绍
电气传动自动化技术手册(第三版)
部分章节详细目录
第2章电气传动系统方案及电动机选择
2.1电气传动系统的组成
2.1.1电动机………………………………………270
⒈电动机的类型及其自然机械特性
⑴各种电动机的自然机械特性…………………270
⑵各类电动机机械特性计算公式及主要性能…271
⒉电动机的外壳结构型式
2.1.2电源装置……………………………………273
2.1.3电气传动控制系统…………………………273
2.2生产机械的负载类型及生产机械和电动机的工作制
2.2.1生产机械的负载类型………………………274
⒈恒转矩负载
⒉恒功率负载
⒊风机、水泵负载(二次型负载)
2.2.2生产机械的工作制…………………………275
2.2.2.1长期工作制
2.2.2.2短期和重复短期工作制
2.2.3电动机的工作制……………………………275
分为10个类型
2.3电动机的选择
2.3.1直流与交流电动机的比较…………………280
2.3.1.1不需调速的机械
2.3.1.2需要调速的机械
⑴转速与功率之积
⑵飞轮力矩
⑶解决直流电动机GD2大和功率受限制问题
⑷在环境恶劣场合
⑸交直流电动机调速性能差不多
⑹对电网的影响
2.3.2交流电动机的选择…………………………281
2.3.2.1普通励磁同步电动机
2.3.2.2永磁同步电动机
2.3.2.3大功率无换向电动机
2.3.2.4异步电动机
2.3.2.5开关磁阻电动机
2.3.3直流电动机的选择…………………………283
2.3.4电动机结构型式的选择共10条……………283
2.3.5电动机的四种运行状态……………………284
⒈四种运行状态
⒉动力制动
⒊再生制动
2.3.6常用电动机的性能及适用范围……………284
2.3.7电动机的功率计算及检验…………………287
⒈发热校验
⒉走动校验
⒊过载能力校验
⒋电动机GD2校验
2.3.7.1电动机功率计算的基本公式………………288
⒈电动机容量计算的基本公式 表2-5
⒉飞轮力矩的计算 表2-6
⒊机械传动效率平均值 表2-7
⒋滚动摩擦系数表 表2-8
⒌滑动摩擦系数表 表2-9
2.3.7.2几种常用机械传动中所用电动机的功率计算……………………………………………291
⒈离心式风机
⒉离心式泵
⒊离心式压缩机
⒋起重机
⒌金属切削机床
2.3.7.3电动机的校验………………………………293
⒈恒定负载连续工作制下电动机的校验
⑴电动机的额定功率PN;
⑵电动机的最小起动转矩;
⑶允许的最大飞轮力矩;
⒉短时工作制下电动机的校验……………………294
⒊变动负载连续工作制电动机的校验……………294
⑴矩形负载;
⑵梯形或三角形负载;
⒋断续周期工作制下电动机的校验………………295
⑴选用断续定额电动机等效电流
⑵选用连续定额电动机等效电流、等效转矩
⒌平均损耗法………………………………………297
⑴电动机在一个周期中的平均总损耗
⑵起动过程中的能量损耗
⑶起动时间
⑷稳态运转过程中的能量损耗
⑸稳态运转电流
⑹反接制动过程中的能量损耗
⑺能耗制动过程中的能量损耗
⑻反接和能耗制动时间
⑼平均总损耗折算到相应的标准负载持续率
2.3.7.4计算举例
例2-1平稳负载长期工作制电动机容量校验实例299
例2-2用平均损耗法校验断续工作制电动机…299
2.4典型生产机械的工艺要求及电气传动系统方案的选择
2.4.1风机和泵类…………………………………301
2.4.2球磨机和磨类………………………………301
2.4.3简单调速类…………………………………302
2.4.4稳速类………………………………………302
2.4.5多分部(单元)速度协调类………………302
2.4.6宽调速类……………………………………303
2.4.7快速正反转类………………………………303
2.4.8随动(伺服)类……………………………304
2.4.9提升机械类…………………………………304
2.4.10张力控制类…………………………………305
2.4.11高速类………………………………………305
第4章调速技术基础
4.1调速系统分类和系统指标
4.1.1调速的分类…………………………………358
4.1.1.1开环调速和闭环调速
4.1.1.2无级调速和有级调速
4.1.1.3向上调速和向下调速
4.1.1.4恒转矩调速和恒功率调速
4.1.2调速系统的静态指标………………………359
4.1.2.1稳态调速精度
4.1.2.2静差率与调速范围
4.1.2.3稳速精度
4.1.2.4转速分辨率
4.1.3调速系统的动态指标(第9章9.1节)
4.2模拟控制和数字控制
4.2.1离散和采样…………………………………360
4.2.2连续变量的量化
4.2.3增量式编码器脉冲信号的量化……………362
4.2.3.1转速测量
4.2.3.2角位置测量
4.2.4电压、电流等模拟量的量化………………364
4.2.4.1瞬时值法
4.2.4.2平均值法
4.2.5模拟和数字调节器…………………………366
4.2.5.1比例积分(PI)调节器
4.2.5.2惯性比例(PT)调节器
4.2.5.3惯性微分(DT)调节器
4.2.6模拟和数字斜坡给定(给定积分)………369
4.2.6.1普通RFG
4.2.6.2带圆角的RFG
4.2.7开环前馈补偿(预控)……………………372
4.3数字控制器
4.3.1对数字控制器的要求………………………373
4.3.1.1处理器
4.3.1.2输入和输出接口
4.3.1.3通信接口
4.3.1.4外围设备
4.3.1.5控制电源
4.3.2常用微处理器和控制芯片…………………374
4.3.2.1单片机
4.3.2.2数字信号处理器
4.3.2.3精减指令集计算机
4.3.2.4并行处理器和并行DSP
4.3.2.5专用集成电路
4.3.3专用数字控制器和通用数字控制器………376
4.3.3.1专用数字控制器
4.3.3.2通用数字控制器
4.4调速系统中的信号检测
4.4.1电压、电流测量……………………………377
4.4.1.1取样电阻直接检测法
4.4.1.2隔离放大器
4.4.1.3交流互感器
4.4.1.4霍尔传感器
4.4.1.5基于∑╱△变换的电压、电流检测器
4.4.2转速和位置测量……………………………382
4.4.2.1测速发电机
4.4.2.2编码器
4.4.2.3旋转变压器
第5章电动机的电器控制
5.1电动机的起动、制动及保护
5.1.1电动机的起动………………………………385
5.1.1.1电动机起动的条件…………………………385
⑴起动时,对电网造成的电压降不超过规定的数值;
⑵起动功率不超过供电设备和电网的过载能力;
⑶电动机的起动转矩应大于传动机械的静阻转矩;
⑷起动时,应保证电动机及起动设备的动稳定和热稳定性;
⑸各种机械所需的转矩 表5-1
5.1.1.2三相异步电动机的基本控制环节…………386
⑴直接起动;减压起动;软起动;
⑵熔断器起后备短路保护,主保护由低压断路器承担;
⑶热继电器起电动机过载保护作用;
⑷欠电压与失压保护;
5.1.1.3绕线转子异步电动机的起动………………387
⒈转子回路串接电阻起动;
⒉转子串频敏变阻器起动;…………………………388
⑴起动特性;
⑵按机械负载特性选用频敏变阻器
⑶频敏变阻器接线………………………………393
⑷改变频敏变阻器匝数和气隙时的特性
5.1.1.4笼型转子异步电动机的起动………………393
⒈按电网容量允许直接起动的笼型电动机功率;
表5-6 表5-7
⒉直接起动;
⒊星-三角减压起动;
⒋定子串电阻减压起动;
⒌自耦变压器减压起动;
⒍笼型电动机各种起动方式比较 表5-8………395
5.1.1.5软起动控制器………………………………394
⒈工作原理;
⒉软起动控制器的工作特性
⑴斜坡恒流升压起动;
⑵脉冲阶跃起动;
⑶减速软停控制;
⑷节能特性;
⑸制动特性;
⒊软起动器的应用
5.1.1.6可逆起动……………………………………396
5.1.1.7变极对数三相交流异步电动机的控制
5.1.1.8点动运行
5.1.1.9同步电动机的起动…………………………396
⒈直接起动的条件;
⒉电抗器减压起动;
⒊自耦变压器减压起动;
⒋变频起动;
⒌准同步起动;
5.1.1.10 直流串励电动机的起动…………………401
5.1.2电动机的制动
5.1.2.1机械制动……………………………………402
5.1.2.2能耗制动……………………………………404
各种电动机能耗制动的性能 表5-15
5.1.2.3反接制动……………………………………404
反接制动的接线方式和制动特性 表5-16
5.1.2.4回馈制动……………………………………408
回馈制动的性能 表5-17
5.1.2.5低频制动……………………………………408
5.1.3电动机的保护………………………………409
5.1.3.1交流电动机的保护…………………………409
⒈短路保护;
⒉过载保护;
⒊欠电压保护;
5.1.3.2直流电动机的保护…………………………412
5.1.4智能型电动机控制器………………………413
5.2电器的选择
5.2.1隔离器、刀开关……………………………414
5.2.1.1开启式刀开关
5.2.1.2封闭式负荷开关
5.2.1.3开启式负荷开关
5.2.1.4熔断器式隔离器
5.2.1.5隔离器、刀开关的选用原则
5.2.2低压断路器…………………………………416
5.2.2.1低压断路器结构和工作原理
5.2.2.2常用典型低压断路器简介
5.2.2.3低压断路器、漏电断路器的选用原则……435
5.2.2.4关于系统接地形式的说明…………………437
5.2.3接触器………………………………………437
5.2.3.1接触器的结构及工作原理…………………438
5.2.3.2常用典型交流接触器简介
5.2.3.3接触器的主要特性和参数…………………442
5.2.3.4接触器的选用原则…………………………443
5.2.4热继电器……………………………………443
5.2.4.1热继电器的工作原理
5.2.4.2常用热继电器产品简介
5.2.4.3热继电器的选用……………………………444
5.2.5控制与保护开关电器
5.2.6熔断器………………………………………447
5.2.6.1熔断器的结构及工作原理
5.2.6.2熔断器的使用类别和分类…………………449
5.2.6.3常用典型熔断器简介
5.2.6.4熔断器的选用………………………………450
5.2.7继电器
5.2.7.4 继电器的选用……………………………457
5.2.8主令电器
5.2.8.7 主令电器的一般选用原则………………459
5.2.9电磁执行机构………………………………460
5.2.10电气安装附件………………………………461
5.2.11电力网络仪表………………………………462
5.3控制设备
第6章直流传动系统
6.1直流电动机的调速系统
6.1.1直流电动机的调速原理……………………469
6.1.1.1改变电枢回路电阻调速
⒈特性方程;
⒉机械特性;
⒊调速特性;
6.1.1.2改变电枢电压调速…………………………470
⒈特性方程;
⒉机械特性;
⒊直流电动机改变电压调速的方法 表6-1
6.1.1.3改变磁通调速………………………………472
⒈特性方程;
⒉机械特性
⒊三种调速方式的性能比较 表6-2
6.1.2发电机-电动机组调速系统………………473
6.1.3斩波器调速系统……………………………475
6.1.3.1基本工作原理及电路结构
⒈降压斩波器;
⒉升压斩波器;
6.1.3.2可逆斩波电路………………………………477
⒈电流可逆斩波电路;
⒉桥式可逆斩波电路;
6.1.3.3斩波器的谐波及滤波电路…………………479
6.1.4晶闸管变流器的主电路方案………………481
6.1.4.1电枢回路晶闸管不可逆系统………………481
⒈电枢调压控制
⒉电枢调压和减弱磁场控制
⑴调压调磁独立控制;
⑵调压调磁非独立控制;
⑶调压调磁时电动机的调速特性 图6-19
6.1.4.2靠接触器反接的可逆系统…………………483
⒈四象限工作图
⒉两象限运行工作图
⒊靠接触器反接电枢电路…………………………484
⒋靠接触器反接磁场电路
6.1.4.3电枢电路晶闸管可逆系统…………………486
⒈反并联联结;
⒉交叉联结;
⒊直接反并联;
6.1.5晶闸管变流器可逆系统的控制方案………487
6.1.5.1有环流可逆控制
⒈有环流可逆控制
⒉给定环流可逆系统
⒊可控小环流可逆系统
6.1.5.2逻辑无环流可逆控制………………………489
6.1.5.3有准备逻辑无环流可逆控制………………491
6.1.5.4错位选触无环流可逆控制…………………492
6.1.5.5采用双变流器组成12脉波整流的传动系统494
6.2晶闸管变流器主电路参数计算
6.2.1变流器的基本参数…………………………495
6.2.1.1变流器联结及基本电路参数………………495
⒈主电路接线方案对照表 表6-5
⒉常用的晶闸管变流器线路及有关的计算系数和特点 表6-6 …………………………………………497
⒊晶闸管变流装置的主电路设备通常包括………495
⒋主电路的基本参数………………………………496
6.2.1.2重叠角u……………………………………496
⒈处于整流工作状态的重叠角计算公式
⒉处于逆变工作状态的重叠角计算公式…………498
6.2.1.3换相电抗压降………………………………498
⒈一次换相造成和平均电压降△UX
⒉m脉波整流电路,产生m次电流换相,换相电压降
⒊在变压器进线且只考虑其漏抗XT时
6.2.1.4最小触发超前角βmin和最小触发延迟角αmin……………………………………499
⒈在一般电感负载逆变过程中满足公式
⒉在采用变压器或电抗器进线时应满足公式
⒊电动机制动时,βmin同时必须满足
⒋例如………………………………………………499
⒌最小触发延迟角αmin选取时应考虑的因素……500
6.2.1.5电流断续时对变流器工作特性的影响……500
⒈变流器输出电压平均值Ud和电流平均值Id公式及公式成立的临界条件………………………………500
⒉三相桥式整流电路中Ud和电流平均值Id公式
⒊在导通角λ=2π/m时对应的Ud和电流平均值Id公式…………………………………………………501
6.2.2变流变压器的计算
6.2.2.1变流电压的原始方程…………………………502
6.2.2.2 变流变压器二次相电压
⒈对于电压调节系统有:
⑴变压器阀侧相电压公式
⑵对于转速调节系数,变流器输出电压公式
⑶变压器二次相电压公式
⑷对于转速调节系统二次相电压的校验
⑸励磁电流调节系统,变压器输出电压及二次相电压………………………………………………………503
⒉三相桥式整流,采用速度调节系统时,等效星联结的阀侧相电压与电动机额定电压的关系
⒊晶闸管变流器主电路采用三相全控桥线路时,变流变压器二次线电压和直流电动机额定电压的匹配
表6-8
6.2.2.3 变流变压器的二次和一次相电流…………503
6.2.2.4 变压器的二次容量、一次容量……………504
⒈一次容量;
⒉二次容量;
⒊等值容量;
⒋变流变压器容量推荐值 表6-9………………505
⒌设计和选择变流变压器时,需要考虑的因素
6.2.2.5 交流进线电抗器的选择……………………505
⒈作用
⒉电抗器电感量的计算方法
⒊交流电抗器的电感量计算公式
⒋电抗器设计经验数据……………………………506
6.2.2.6 计算实例
例6-1 例6-2
6.2.3晶闸管的选择方法…………………………508
6.2.3.1晶闸管额定电压URRM的选择
6.2.3.2晶闸管通态平均电流IT(AV)的选择………509
⒈晶闸管通态平均电流IT(AV)的选择
⒉晶闸管的平均损耗
⒊例题6-3 ………………………………………510
⒋晶闸管连同散热器的热路计算…………………511
6.2.3.3负载工作制和环境条件的影响……………512
⒈环境条件
⒉交变和冲击负载时的电流额定值
⒊长期负载叠加短期过负载………………………513
⒋周期性交变负载
6.2.4直流回路电抗器的选择和计算
6.2.4.1电动机电枢电感LM和变压器漏感…………515
6.2.4.2限制直流脉动率的电感值…………………515
6.2.4.3使直流电流连续的电感值…………………517
6.2.4.4限制均衡电流的电感值……………………517
6.2.4.5双桥并联平衡电抗器的电感值……………518
6.2.4.6限制故障电流上升率的电感值……………521
6.2.5晶闸管变流装置的保护
6.2.5.1交流电阻电容过电压保护…………………523
6.2.5.2交流侧整流式阻容保护……………………525
6.2.5.3压敏电阻保护………………………………526
6.2.5.4变压器静电感应过电压保护………………527
6.2.5.5换相过电压保护……………………………528
6.2.5.6直流侧过电压保护…………………………529
6.2.5.7桥臂电感的参数选择………………………529
6.2.5.8过电流保护…………………………………531
6.2.5.9快速熔断器的选择和计算…………………531
第7章交流调速传动系统
7.1交流调速的引言及分类
7.1.1引言-交流调速和直流调速………………553
7.1.2交流调速系统分类…………………………554
7.2交流调速用电力电子装置
7.2.1不可控整流器和可控整流器………………555
⒈直流输出端接有大滤波电容的整流工况
⒉连接于异步电
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