电气传动自动化技术手册 第2版PDF电子书下载

第2版序言 1

第1版序言 1

第1章 常用设计数据与技术标准 1

1.1　常用标准目录 1

目录 1

1.2　常用术语 10

1.3　计量单位 18

1.3.1　国际单位制（SI）（摘自GB 3100—1993） 18

1.3.2　电学、磁学单位和常用单位及其换算 19

1.4　常用代号 24

1.4.1　常用符号 24

1.4.2　推荐的下角注 24

1.4.3　种类代号 25

1.5.1　基本数列和化整值数列 28

1.5　优先数和优先数列（摘自GB/T 321—1980） 28

1.5.2　用于电阻、电容参数的E数列 29

1.6　常用电气简图用图形符号 29

1.7　电气制图 54

1.7.1　项目代号（摘自GB/T 5094—1985） 54

1.7.2　电气制图一般规则（摘自GB/T 6988.1—1997） 57

1.7.3　功能性简图通用规则（摘自GB/T 6988.2—1997） 71

1.7.4　概略图 85

1.7.5　功能图 88

1.7.6 电路图 89

1.8　设计选用参数 104

1.8.1　标准电压（摘自GB 156—2003） 104

1.8.2标准电流（摘自GB/T 762—2002） 105

1.8.4电气设备的安全设计（摘自GB/T 4064—1983） 106

1.8.3标准频率（摘自GB/T 1980—1996） 106

1.8.5防电击（摘自GB/T 12501—1990） 110

1.8.6 电气绝缘（摘自GB/T 11021—1989和GB/T 16935.1—1997） 115

1.8.7外壳防护等级（IP代码）（摘自GB 11208—1993） 129

1.9　设备的通用要求（摘自GB/T 3797—1989） 132

1.9.1 正常使用条件 132

1.9.2　一般要求 132

1.9.3　性能指标 133

1.9.4 冷却 133

1.9.5 电气间隙与爬电距离 133

1.9.6　绝缘电阻与介电性能 134

1.9.7　温升 135

1.9.8　保护 135

1.9.10　控制柜（台） 136

1.9.9　控制电路 136

1.9.11　EMC试验 138

1.10　用半导体电力变流器的直流调速电气传动系统（摘自GB/T 3886.1—2001） 139

1.10.1　额定值 139

1.10.2　非重复负载工作制的工作制等级 147

1.10.3　晶闸管装置的试验 148

1.11　交流电动机电力电子软起动装置（摘自JB/T 10251—2001） 148

1.11.1　术语 148

1.11.2　技术参数 149

1.11.3　一般要求 150

1.11.4　电气间隙与爬电距离 150

1.11.5　绝缘电阻与介电强度 150

1.11.7　外壳保护 151

1.11.8　安装与接地 151

1.11.6　温升 151

1.11.9 噪声 152

1.11.10　冷却 152

1.11.11 电气性能指标 152

1.12　低压直流调速电气传动系统（摘自GB/T 12668.1—2002） 156

1.12.1　术语 156

1.12.2　功能特性 157

1.12.3　使用条件 158

1.12.4　额定值 160

1.12.5　性能要求 163

1.12.6　安全和警告标志 165

1.13　低压交流变频电气传动系统（摘自GB/T 12668.2—2002） 166

1.13.1　术语 166

1.13.2　功能特性 166

1.13.4　额定值 167

1.13.3　使用条件 167

1.13.5　性能要求 168

1.13.6　安全和警告标志 169

1.13.7　常用的控制方案 169

1.14　调速电气传动系统的电磁兼容（摘自GB/T 12668.3—2003） 173

1.14.1　抗扰度要求 173

1.14.2　发射要求 179

1.15　特种环境设备的要求 184

1.15.1　船用设备（摘自GB/T 4798.6—1996） 184

1.15.2　热带用设备（摘自JB/T 4159—1999） 188

第2章 电气传动系统方案及电动机选择 192

2.1　电气传动系统的组成 192

2.1.1　电动机 192

2.1.3　电气传动控制系统 195

2.1.2　电源装置 195

2.2　生产机械的负载类型及生产机械和电动机的工作制 196

2.2.1　生产机械的负载类型 196

2.2.2　生产机械的工作制 197

2.2.3 电动机的工作制 197

2.3　电动机的选择 201

2.3.1　直流与交流电动机的比较 201

2.3.2　交流电动机的选择 203

2.3.3　直流电动机的选择 204

2.3.4　电动机结构型式的选择 204

2.3.5　电动机的四种运行状态 205

2.3.6　常用电动机的性能及适用范围 206

2.3.7　电动机的功率计算及校验 209

2.4.2　球磨机和磨类 223

2.4.1　风机和泵类 223

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 223

2.4.3　简单调速类 224

2.4.4　稳速类 224

2.4.5　多分部（单元）速度协调类 224

2.4.6　宽调速类 225

2.4.7　快速正反转类 225

2.4.8　随动（伺服）类 226

2.4.9　提升机械类 226

2.4.10　张力控制类 227

2.4.11 高速类 227

第3章 电力电子器件与电源 228

3.1　电力电子器件 228

3.1.1　不可控型器件 230

3.1.2　半控型器件 232

3.1.3　全控型器件 238

3.1.4　智能功率模块（IPM） 246

3.1.5　集成门极换向晶闸管（IGCT） 249

3.1.6　注入增强栅晶体管（IEGT） 253

3.2　移相控制 258

3.2.1 对晶闸管移相触发器的技术要求 258

3.2.2　常用的晶闸管移相触发集成电路 259

3.2.3　触发脉冲的功率放大电路 262

3.2.4　触发脉冲的隔离 263

3.3　整流电源 265

3.3.1　常用整流电源线路 265

3.3.2　常用整流电源线路计算公式 266

3.4　大电流整流电源 267

3.4.1　同相逆并联技术 268

3.4.2　大电流二极管整流电源 269

3.4.3　大电流晶闸管整流电源 270

3.4.4　多台整流电源并联技术 272

3.4.5　并联整流电源中的动态环流 273

3.4.6　整流电源网侧线电压U1的估算 274

3.4.7　整流器件选择 275

3.4.8　桥臂整流器件并联数n 275

3.4.9　快速熔断器的选择 276

3.4.10　三相五柱变压器 277

参考文献 279

第4章　调速技术基础 280

4.1　调速系统分类和系统指标 280

4.1.1　调速的分类 280

4.1.2　调速系统的静态指标 281

4.2　模拟控制和数字控制 282

4.2.1　离散和采样 282

4.1.3　调速系统的动态指标 282

4.2.2　连续变量的量化 283

4.2.3　增量式编码器脉冲信号的量化 284

4.2.4　电压、电流等模拟量的量化 286

4.2.5　模拟和数字调节器 288

4.2.6　模拟和数字斜坡给定（给定积分） 291

4.2.7　开环前馈补偿（预控） 294

4.3　数字控制器 295

4.3.1　对数字控制器的要求 295

4.3.2　常用微处理器和控制芯片 296

4.3.3　专用数字控制器和通用数字控制器 298

4.4.1　电流、电压测量 299

4.4　调速系统中的信号检测 299

4.4.2　转速和位置测量 304

第5章 电动机的电器控制 307

5.1 电动机的起动、制动及保护 307

5.1.1　电动机的起动 307

5.1.2　电动机的制动 324

5.1.3　电动机的保护 331

5.1.4　智能型电动机控制器 335

5.2　电器的选择 336

5.2.1　隔离器、刀开关 336

5.2.2　低压断路器 338

5.2.3　接触器 359

5.2.4　热继电器 365

5.2.5　控制与保护开关电器 367

5.2.6　熔断器 369

5.2.7　继电器 375

5.2.8　主令电器 379

5.2.9　电磁执行机构 381

5.2.10　电气安装附件 383

5.2.11　电力网络仪表 383

5.3　控制设备 385

5.3.1　控制设备概述 385

5.3.2　基本定义及要求 385

5.3.3　电动机控制中心的选用 387

第6章　直流传动系统 391

6.1　直流电动机的调速系统 391

6.1.1　直流电动机的调速原理 391

6.1.2　发电机-电动机组调速系统 395

6.1.3　斩波器调速系统系 397

6.1.4　晶闸管变流器的主电路方案 403

6.1.5 晶闸管变流器可逆系统的控制方案 409

6.2　晶闸管变流器主电路参数计算 417

6.2.1　变流器的基本参数 417

6.2.2　变流变压器的计算 424

6.2.3　晶闸管的选择方法 430

6.2.4　直流回路电抗器的选择和计算 436

6.2.5　晶闸管变流装置的保护 444

6.2.6　大功率传动用晶闸管及整流装置产品系列 454

6.3　直流调速系统的数字化 462

6.3.1　微机数字控制系统的特点 462

6.3.2　软件结构和基础原理 466

6.3.3　微机数字控制装置的工程实现方法 469

6.3.4　模板型多处理器的数字控制 472

参考文献 474

第7章　交流调速传动系统 475

7.1　交流调速的引言及分类 475

7.1.1　引言——交流调速和直流调速 475

7.1.2　交流调速系统分类 476

7.2　交流调速用电力电子装置 476

7.2.1　不可控整流器和可控整流器 477

7.2.2　晶闸管交流调压器 479

7.2.3　脉宽调制（PWM）变流器基础 479

7.2.4　用于调速系统的PWM变流器 481

7.3　定子侧交流调速系统 486

7.3.1　定子调压调速系统 486

7.3.2　大功率交-交变频调速系统（CC） 488

7.3.3 晶闸管负载自然换相电流型交-直-交变频调速系统 495

7.3.4　定子侧低压电压型交-直-交变频调速系统 500

7.3.5　定子侧中压交-直-交变频调速系统 510

7.3.6　永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机和开关磁阻电动机调速系统 518

7.4　转子侧和转子轴上交流调速系统 522

7.4.1 转子侧串级调速系统和双馈调速系统 522

7.4.2　转子轴上交流调速系统 526

7.5　定子侧变频调速控制系统 527

7.5.1　标量V/F控制系统（压频比控制） 527

7.5.2　高性能交流调速基础 528

7.5.3　交流电动机的矢量控制（VC）系统 533

7.5.4　异步电动机的直接转矩控制（DTC）系统 538

7.5.5　无编码器的异步电动机高性能调速系统 540

7.5.6　高性能调速系统的两个问题 540

参考文献 541

8.1.2　辊道电动机容量的计算 542

8.1.1　辊道传动的工艺特点 542

第8章　典型控制系统方案 542

8.1　轧钢机辊道多电机传动控制系统 542

8.1.3　变频传动系统供电装置的容量选择 544

8.1.4　辊道变频传动系统的工程计算实例 545

8.2　卷取开卷传动张力控制系统 551

8.2.1 张力控制系统的一般工作原理 551

8.2.2　间接张力控制和直接张力控制 554

8.2.3　轧机卷取机张力控制系统的应用实例 555

8.3　起停式飞剪的快速起停控制系统 559

8.3.1 飞剪控制系统的组成 559

8.3.2　剪刃位置控制和对飞剪工艺要求 560

8.3.3　起停式飞剪的快速响应和起停控制 563

8.3.4　实现更高控制功能的其他方法 563

8.4.1　位置控制系统的基本组成 564

8.4　轧钢机压下的位置控制系统 564

8.4.2　位置控制规律和理想定位过程的控制算法 565

8.5　双电枢及多电动机传动控制系统 568

8.5.1　双电枢或同轴串联的双电动机传动控制系统 569

8.5.2　同轴多台电动机传动控制系统 570

8.6　多点传动电气同步控制系统 570

8.6.1 多点传动系统电动机电枢串联与并联 570

8.6.2　多点传动系统的主从控制 572

8.6.3　单辊传动系统中的负载平衡控制 572

参考文献 575

第9章 电气传动控制系统的综合 576

9.1 电气传动控制系统的性能指标 576

9.1.1　阶跃给定信号响应指标 576

9.1.3　阶跃扰动信号作用下的指标 577

9.1.2　斜坡给定信号响应指标 577

9.2　工程综合方法 578

9.2.1　调节器传递函数 578

9.2.2　系统传递函数的简化方法 579

9.2.3　模型系统设计 580

9.3　直流电气传动系统的分析综合 582

9.3.1　晶闸管变流器的传递函数 582

9.3.2　直流电动机的传递函数 582

9.3.3　直流电动机调速系统的综合 585

9.4　交流电气传动系统的分析综合 587

9.4.1 同步电动机交-交变频调速系统 588

9.4.2　异步电动机交-直-交电压型PWM通用变频调速系统 592

9.5.1　基本参数 594

9.5.2　电枢电流环 594

9.5　工程设计举例 594

9.5.3　速度调节环 595

参考文献 596

第10章　电气传动装置 597

10.1　西门子全数字直流调速装置 597

（SIMOREG 6RA70） 597

10.1.1　技术规格和产品数据 597

10.1.2　硬件设备组成和系统框图 602

10.1.3　动态过载能力的计算 603

10.1.4　系统集成及可选件 607

10.1.5　直流驱动装置EMC的安装导则和干扰抑制 611

10.2　西门子SIMOVERT 6SE70系列变频器 614

10.2.1　技术规格和产品数据 614

10.2.2　硬件设备的组成和系统框图 619

10.2.3　变频器和逆变器的过载能力 624

10.2.4　变频调速系统的制动方案 625

10.2.5　系统集成和可选件 633

10.2.6　串行接口与通信 638

10.2.7　变频器和逆变器的干扰和抑制 645

10.3　多处理器微机控制系统 649

10.3.1　机箱和处理器模板 649

10.3.2　接口模板和数据传输通信单元 655

10.3.3　编程设备和人机接口装置 672

10.3.4　系统软件功能块 673

10.3.5　SIMADYN D控制系统配置举例 729

参考文献 731

11.1.1　谐波对公用电网的影响 732

11.1.2　公用电网对谐波的限制 732

11.1　概论 732

第11章 电气传动装置的谐波治理和无功补偿 732

11.1.3　功率因数和无功功率对公用电网的影响 735

11.1.4　公用电网对功率因数和无功功率的要求 735

11.2　谐波电流计算 736

11.2.1　直流传动整流装置的谐波电流 736

11.2.2　交-交变频器的谐波电流 738

11.2.3 电压源交-直-交变频器的谐波电流 739

11.2.4　TCR或TCT补偿装置的谐波电流 740

11.2.5　谐波电流计算实例 741

11.3　功率因数计算 743

11.3.1　功率因数和无功功率的定义 743

11.3.2　直流传动整流装置的功率因数 745

11.3.3　交-交变频器的功率因数 746

11.3.4 电压源交-直-交变频器的功率因数 749

11.4.1　无源滤波 750

11.4　谐波治理的方法 750

11.4.2　有源滤波 752

11.5　无功补偿的方法 755

11.5.1　静态无功补偿 756

11.5.2　动态无功补偿 757

11.6　滤波及无功补偿装置参数计算实例 761

11.6.1　滤波兼静补装置计算实例 761

11.6.2　动态无功补偿装置计算实例 773

参考文献 784

第12章　基础自动化 786

12.1　概述 786

12.1.1　工业自动化系统及其结构 786

12.1.2　基础自动化系统的特点 786

12.2.1　工业控制用计算机分类 787

12.2　工业控制计算机 787

12.1.3　基础自动化系统的任务 787

12.2.2　工业控制计算机的特点 789

12.2.3　工业控制计算机实时操作系统 790

12.2.4　Windows 794

12.3　可编程序控制器 797

12.3.1 可编程序控制器的构成和工作原理 797

12.3.2　可编程序控制器组态 799

12.3.3　编程语言 799

12.3.4　数据通信 802

12.3.5　选型与常用机种 803

12.4　数据通信和网络 807

12.4.1　基本概念 807

12.4.2　网络体系结构 812

12.4.3　传输介质 818

12.4.4　网络连接设备与技术 820

12.4.5　互连模式 823

12.5　现场总线 824

12.5.1　概述 824

12.5.2　现场总线的特点 826

12.5.3　现场总线的标准 827

12.5.4　几种电气传动自动化系统常用的有影响的现场总线简介 829

12.6　以太网 834

12.6.1　以太网特点 835

12.6.2　以太网介质访问控制CSMA/CD 837

12.6.3　以太网的构成 839

12.7　监控组态软件 841

12.7.1　监控组态软件的发展 841

12.7.2　监控组态软件的构成与功能 842

12.7.3　常用人机接口设备 850

12.7.4　常用监控组态软件 851

12.8　应用示例 851

12.8.1　热轧带钢轧机控制系统 851

12.8.2　板带加工线电气传动自动化系统 856

12.8.3　大型热带钢轧机的多级分布式计算机控制系统 859

参考文献 864

第13章 电磁兼容性与可靠性 865

13.1　电磁兼容性概述 865

13.1.1　静电放电 866

13.1.2　辐射电磁场 868

13.1.3 电快速瞬变脉冲群 869

13.2　抗干扰技术 873

13.2.1　抗干扰设计的基本原则 874

13.2.2　噪声的分类 874

13.2.3　噪声的传递方式 876

13.2.4　抗干扰的基本措施 877

13.2.5　抗干扰设计的检查细则 877

13.3　常见噪声的抑制 879

13.3.1 电网噪声的抑制 879

13.3.2　直流电源噪声的抑制 886

13.3.3　静电放电噪声的抑制 886

13.3.4　模拟电路噪声的抑制 888

13.3.5　数字电路的抗干扰设计 890

13.4　设备的安装技术 894

13.4.1　设备的内部装配要求 894

13.4.2　设备的外部安装要求 895

13.4.3　系统的接地技术 896

13.5.1 可靠性工程的任务 902

13.5　可靠性 902

13.5.2　可靠性的指标 903

13.5.3　系统可靠性的预计 909

13.5.4　冗余系统 913

13.5.5　提高设备可靠性的措施 915

参考文献 918

第14章 电控设备的安装和调试 919

14.1　电控设备检验的依据标准 919

14.2 电控装置的安装 919

14.2.1　安装的一般规定 919

14.2.2　外部配线 920

14.2.3　接地 923

14.3 　电控设备现场调试 926

14.3.1　电控设备的调试导则 926

14.3.2　自动化设备的现场调试 928

14.3.3　直流调速装置的现场调试 934

14.3.4　交流调速装置的现场调试 946

14.3.5　电源设备的调试 959

参考文献 964

第15章 电气传动的工业应用 965

15.1　石化工业 965

15.1.1　石油工业钻井机械 965

15.1.2　管线 975

15.1.3　石油精炼 976

15.2　采矿 977

15.2.1　矿井提升机电气传动装置概况 977

15.2.2　提升机对电控装置的要求 978

15.2.3　提升机直流发电机-电动机传动系统 981

15.2.4　晶闸管变流装置供电的传动系统 981

15.2.5　无功补偿及谐波滤波器 988

15.2.6　交流传动系统 990

15.2.7　提升机的综合自动化控制 993

15.3　钢铁工业 995

15.3.1　钢铁工业概况 995

15.3.2 高炉炼铁 996

15.3.3　轧钢 1005

15.4　有色金属 1023

15.4.1　电解电源 1023

15.5　港口及起重机械 1029

15.5.1　港口机械概况 1029

15.5.2　港口机械设备电气传动及自动化技术 1034

15.5.3　自动化系统 1037

15.5.4　港口设备综合管理自动化系统 1039

15.5.5　起重机械 1040

15.6.1　污水处理系统 1049

15.6　供水系统及污水处理系统 1049

15.6.2　网络选择 1052

15.6.3　PLC的选择 1057

15.6.4　中央控制室及上位监控软件 1058

15.6.5 自控产品选型中的注意点 1059

15.6.6　欧姆龙公司近几年来在水处理行业的业绩列举 1060

15.7　风洞控制系统 1061

15.7.1　概述 1061

15.7.2　低速风洞的结构和动力控制系统 1063

15.7.3　高焓高超音速风洞及其动力控制系统 1067

15.7.4　风洞控制系统的特点 1070

参考文献 1072

附录A　企业及其产品介绍 1073

天津电气传动设计研究所 1073

附录　部分电气设备生产企业介绍 1073

北京ABB电气传动系统有限公司 1074

法雷日之出电气保护系统（上海）有限公司 1088

英国西码半导体有限公司 1090

德国WAGO——万可电子（天津）有限公司 1094

天津首钢电气设备有限公司 1095

（天津京美电子工程有限公司） 1095

天津市普新电气有限公司 1096

天津市津甫电气有限公司 1097

西安龙伸电气有限责任公司 1098

苏州电通电力电子有限公司 1099

北京进步创新高科技有限公司 1100

海光电器有限公司 1101

附录B　企业广告 1102