电气传动自动化技术手册PDF电子书下载

第1章 常用设计数据与技术标准 1

1.1 常用标准目录 1

1.2 常用术语 16

1.3 计量单位 24

1.3.1 国际单位制（SI）（摘自GB 3100-1993） 24

1.3.2 电学、磁学单位和常用单位及其换算 25

1.4 物理量和下角标符号 30

1.4.1 常用物理量符号 30

1.4.2 推荐的下角标符号 30

1.5 优先数和优先数系 31

1.5.1 优先数系的基本系列和补充系列（摘自GB/T 321-2005） 31

1.5.2 用于电阻、电容参数的E系列 33

1.6 常用电气简图用图形符号 34

1.7 项目代号与文字符号 61

1.7.1 项目代号组成（摘自GB/T 5094-2002） 61

1.7.2 文字符号（摘自GB/T 5094.2-2003） 82

1.8 电气制图（摘自GB/T 6988.1-2008） 90

1.8.1 信息表达规则 90

1.8.2 简图总则 95

1.8.3 概略图 107

1.8.4 功能图 109

1.8.5 电路图 110

1.8.6 接线图 118

1.8.7 布置图 122

1.9 设计选用参数 125

1.9.1 标准电压（摘自GB/T 156-2007） 125

1.9.2 标准电流（摘自GB/T 762-2002） 127

1.9.3 标准频率（摘自GB/T 1980-2005） 127

1.9.4 电气设备安全设计导则（摘自GB/T 25295-2010） 128

1.9.5 电击防护（摘自GB/T 17045-2008） 148

1.9.6 电气绝缘（摘自GB/T 11021-2007和GB/T 16935.1-2008） 163

1.9.7 外壳防护等级（IP代码）（摘自GB 4208-2008） 178

1.10 电气控制设备的通用要求（摘自GB/T 3797-2005） 180

1.10.1 正常使用条件 180

1.10.2 一般要求 181

1.10.3 性能指标 181

1.10.4 冷却 182

1.10.5 电气间隙与爬电距离 182

1.10.6 绝缘电阻与介电性能 182

1.10.7 温升 183

1.10.8 保护 184

1.10.9 控制电路 185

1.10.10 控制柜（台） 185

1.10.11 EMC试验 186

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/T 3886.1-2001） 187

1.11.1 额定值 187

1.11.2 非重复负载工作制的工作制等级 196

1.11.3 晶闸管装置的试验 196

1.12 交流电动机电力电子软起动装置（摘自JB/T 10251-2001） 196

1.12.1 术语 196

1.12.2 技术参数 197

1.12.3 一般要求 198

1.12.4 电气间隙与爬电距离 198

1.12.5 绝缘电阻与介电强度 199

1.12.6 温升 199

1.12.7 外壳保护 199

1.12.8 安装与接地 200

1.12.9 噪声 200

1.12.10 冷却 200

1.12.11 电气性能指标 200

1.13 低压直流调速电气传动系统额定值的规定（摘自GB/T 12668.1-2002） 205

1.13.1 术语 205

1.13.2 功能特性 205

1.13.3 使用条件 206

1.13.4 额定值 208

1.13.5 性能要求 211

1.13.6 安全和警告标志 214

1.14 低压交流变频电气传动系统额定值的规定（摘自GB/T 12668.2-2002） 214

1.14.1 术语 214

1.14.2 功能特性 215

1.14.3 使用条件 215

1.14.4 额定值 215

1.14.5 性能要求 216

1.14.6 安全和警告标志 218

1.14.7 常用的控制方案 218

1.15 调速电气传动系统的电磁兼容（摘自GB/T 12668.3-2003） 221

1.15.1 抗扰度要求 221

1.15.2 发射要求 227

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/T 12668.4-2006） 233

1.16.1 电气传动系统拓扑结构概述 233

1.16.2 使用条件 235

1.16.3 额定值 239

1.16.4 控制性能要求 243

1.16.5 PDS的主要部件 248

1.16.6 PDS集成要求 256

1.17 特种环境设备的要求 262

1.17.1 船用设备（摘自GB/T 4798.6-1996） 262

1.17.2 热带用设备（摘自JB/T 4159-1999） 266

第2章 电气传动系统方案及电动机选择 270

2.1 电气传动系统的组成 270

2.1.1 电动机 270

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 274

2.2.1 生产机械的负载类型 274

2.2.2 生产机械的工作制 275

2.2.3 电动机的工作制 275

2.3 电动机的选择 280

2.3.1 直流与交流电动机的比较 280

2.3.2 交流电动机的选择 281

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 283

2.3.5 电动机的四种运行状态 284

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校验 287

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 301

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3章 电力电子器件与电源 306

3.1 电力电子器件 306

3.1.1 不可控型器件 308

3.1.2 半控型器件 310

3.1.3 全控型器件 316

3.1.4 智能功率模块（IPM） 324

3.1.5 集成门极换向晶闸管（IGCT） 327

3.1.6 注入增强栅晶体管（IEGT） 331

3.2 移相控制 336

3.2.1 对晶闸管移相触发器的技术要求 336

3.2.2 常用的晶闸管移相触发集成电路 337

3.2.3 触发脉冲的功率放大电路 340

3.2.4 触发脉冲的隔离 341

3.3 整流电源 343

3.3.1 常用整流电源线路 343

3.3.2 常用整流电源线路计算公式 344

3.4 大电流整流电源 345

3.4.1 同相逆并联技术 346

3.4.2 大电流二极管整流电源 347

3.4.3 大电流晶闸管整流电源 348

3.4.4 多台整流电源并联技术 350

3.4.5 并联整流电源中的动态环流 351

3.4.6 整流电源网侧线电压U1的估算 352

3.4.7 整流器件选择 353

3.4.8 桥臂整流器件并联数n 353

3.4.9 快速熔断器的选择 354

3.4.10 三相五柱变压器 355

参考文献 356

第4章 调速技术基础 358

4.1 调速系统分类和系统指标 358

4.1.1 调速的分类 358

4.1.2 调速系统的静态指标 359

4.1.3 调速系统的动态指标 360

4.2 模拟控制和数字控制 360

4.2.1 离散和采样 360

4.2.2 连续变量的量化 361

4.2.3 增量式编码器脉冲信号的量化 362

4.2.4 电压、电流等模拟量的量化 364

4.2.5 模拟和数字调节器 366

4.2.6 模拟和数字斜坡给定（给定积分） 369

4.2.7 开环前馈补偿（预控） 372

4.3 数字控制器 373

4.3.1 对数字控制器的要求 373

4.3.2 常用微处理器和控制芯片 374

4.3.3 专用数字控制器和通用数字控制器 376

4.4 调速系统中的信号检测 377

4.4.1 电流、电压测量 377

4.4.2 转速和位置测量 382

第5章 电动机的电器控制 385

5.1 电动机的起动、制动及保护 385

5.1.1 电动机的起动 385

5.1.2 电动机的制动 402

5.1.3 电动机的保护 409

5.1.4 智能型电动机控制器 413

5.2 电器的选择 414

5.2.1 隔离器、刀开关 414

5.2.2 低压断路器 416

5.2.3 接触器 437

5.2.4 热继电器 443

5.2.5 控制与保护开关电器 445

5.2.6 熔断器 447

5.2.7 继电器 453

5.2.8 主令电器 458

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 463

5.3.1 控制设备概述 463

5.3.2 基本定义及要求 463

5.3.3 电动机控制中心的选用 465

第6章 直流传动系统 469

6.1 直流电动机的调速系统 469

6.1.1 直流电动机的调速原理 469

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

6.1.4 晶闸管变流器的主电路方案 481

6.1.5 晶闸管变流器可逆系统的控制方案 487

6.2 晶闸管变流器主电路参数计算 495

6.2.1 变流器的基本参数 495

6.2.2 变流变压器的计算 502

6.2.3 晶闸管的选择方法 508

6.2.4 直流回路电抗器的选择和计算 514

6.2.5 晶闸管变流装置的保护 522

6.2.6 大功率传动用晶闸管及整流装置产品系列 532

6.3 直流调速系统的数字化 540

6.3.1 微机数字控制系统的特点 540

6.3.2 软件结构和基础原理 544

6.3.3 微机数字控制装置的工程实现方法 547

6.3.4 模板型多处理器的数字控制 550

参考文献 552

第7章 交流调速传动系统 553

7.1 交流调速的引言及分类 553

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 554

7.2.1 不可控整流器和可控整流器 555

7.2.2 晶闸管交流调压器 557

7.2.3 脉宽调制（PWM）变流器基础 557

7.2.4 用于调速系统的PWM变流器 559

7.3 定子侧交流调速系统 564

7.3.1 定子调压调速系统 564

7.3.2 大功率交-交变频调速系统（CC） 566

7.3.3 晶闸管负载自然换相电流型交-直-交变频调速系统 573

7.3.4 定子侧低压电压型交-直-交变频调速系统 578

7.3.5 定子侧中压交-直-交变频调速系统 588

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 596

7.4 转子侧和转子轴上交流调速系统 600

7.4.1 转子侧串级调速系统和双馈调速系统 600

7.4.2 转子轴上交流调速系统 604

7.5 定子侧变频调速控制系统 605

7.5.1 标量V/F控制系统（压频比控制） 605

7.5.2 高性能交流调速基础 606

7.5.3 交流电动机的矢量控制（VC）系统 611

7.5.4 异步电动机的直接转矩控制（DTC）系统 616

7.5.5 无编码器的异步电动机高性能调速系统 618

7.5.6 高性能调速系统的两个问题 618

参考文献 619

第8章 典型控制系统方案 620

8.1 轧钢机辊道多电动机传动控制系统 620

8.1.1 辊道传动的工艺特点 620

8.1.2 辊道电动机容量的计算 620

8.1.3 变频传动系统供电装置的容量选择 622

8.1.4 辊道变频传动系统的工程计算实例 623

8.2 卷取开卷传动张力控制系统 629

8.2.1 张力控制系统的一般工作原理 629

8.2.2 间接张力控制和直接张力控制 632

8.2.3 轧机卷取机张力控制系统的应用实例 633

8.3 起停式飞剪的快速起停控制系统 637

8.3.1 飞剪控制系统的组成 637

8.3.2 剪刃位置控制和对飞剪工艺要求 638

8.3.3 起停式飞剪的快速响应和起停控制 641

8.3.4 实现更高控制功能的其他方法 641

8.4 轧钢机压下的位置控制系统 642

8.4.1 位置控制系统的基本组成 642

8.4.2 位置控制规律和理想定位过程的控制算法 643

8.5 双电枢及多电动机传动控制系统 646

8.5.1 双电枢或同轴串联的双电动机传动控制系统 647

8.5.2 同轴多台电动机传动控制系统 648

8.6 多点传动电气同步控制系统 648

8.6.1 多点传动系统电动机电枢串联与并联 648

8.6.2 多点传动系统的主从控制 650

8.6.3 单辊传动系统中的负载平衡控制 650

参考文献 653

第9章 电气传动控制系统的综合 654

9.1 电气传动控制系统的性能指标 654

9.1.1 阶跃给定信号响应指标 654

9.1.2 斜坡给定信号响应指标 655

9.1.3 阶跃扰动信号作用下的指标 655

9.2 工程综合方法 656

9.2.1 调节器传递函数 656

9.2.2 系统传递函数的简化方法 657

9.2.3 模型系统设计 658

9.3 直流电气传动系统的分析综合 660

9.3.1 晶闸管变流器的传递函数 660

9.3.2 直流电动机的传递函数 660

9.3.3 直流电动机调速系统的综合 663

9.4 交流电气传动系统的分析综合 665

9.4.1 同步电动机交-交变频调速系统 666

9.4.2 异步电动机交-直-交电压型PWM通用变频调速系统 670

9.5 工程设计举例 672

9.5.1 基本参数 672

9.5.2 电枢电流环 672

9.5.3 速度调节环 673

参考文献 674

第10章 电气传动装置 675

10.1 西门子全数字直流调速装置（SIMOREG 6RA70） 675

10.1.1 技术规格和产品数据 675

10.1.2 硬件设备组成和系统框图 680

10.1.3 动态过载能力的计算 681

10.1.4 系统集成及可选件 685

10.1.5 直流驱动装置EMC的安装导则和干扰抑制 689

10.2 西门子SIMOVERT 6SE70系列变频器 692

10.2.1 技术规格和产品数据 692

10.2.2 硬件设备的组成和系统框图 697

10.2.3 变频器和逆变器的过载能力 702

10.2.4 变频调速系统的制动方案 703

10.2.5 系统集成和可选件 711

10.2.6 串行接口与通信 716

10.2.7 变频器和逆变器的干扰和抑制 723

10.3 多处理器微机控制系统 727

10.3.1 机箱和处理器模板 727

10.3.2 接口模板和数据传输通信单元 733

10.3.3 编程设备和人机接口装置 750

10.3.4 系统软件功能块 751

10.3.5 SIMADYND控制系统配置举例 807

参考文献 809

第11章 电气传动装置的谐波治理和无功补偿 810

11.1 概论 810

11.1.1 谐波对公用电网的影响 810

11.1.2 公用电网对谐波的限制 810

11.1.3 功率因数和无功功率对公用电网的影响 813

11.1.4 公用电网对功率因数和无功功率的要求 813

11.2 谐波电流计算 814

11.2.1 直流传动整流装置的谐波电流 814

11.2.2 交-交变频器的谐波电流 816

11.2.3 电压源交-直-交变频器的谐波电流 817

11.2.4 TCR或TCT补偿装置的谐波电流 818

11.2.5 谐波电流计算实例 819

11.3 功率因数计算 821

11.3.1 功率因数和无功功率的定义 821

11.3.2 直流传动整流装置的功率因数 822

11.3.3 交-交变频器的功率因数 824

11.3.4 电压源交-直-交变频器的功率因数 827

11.4 谐波治理的方法 828

11.4.1 无源滤波 828

11.4.2 有源滤波 830

11.5 无功补偿的方法 833

11.5.1 静态无功补偿 834

11.5.2 动态无功补偿 835

11.6 滤波及无功补偿装置参数计算实例 839

11.6.1 滤波兼静补装置计算实例 839

11.6.2 动态无功补偿装置计算实例 851

参考文献 862

第12章 基础自动化 864

12.1 概述 864

12.1.1 工业自动化系统及其结构 864

12.1.2 基础自动化系统的特点 864

12.1.3 基础自动化系统的任务 865

12.2 工业控制计算机 865

12.2.1 工业控制用计算机分类 865

12.2.2 工业控制计算机的特点 867

12.2.3 工业控制计算机实时操作系统 868

12.2.4 Windows 872

12.3 可编程序控制器 875

12.3.1 可编程序控制器的构成和工作原理 875

12.3.2 可编程序控制器组态 877

12.3.3 编程语言 877

12.3.4 数据通信 880

12.3.5 选型与常用机种 881

12.4 数据通信和网络 885

12.4.1 基本概念 885

12.4.2 网络体系结构 890

12.4.3 传输介质 897

12.4.4 网络连接设备与技术 898

12.4.5 互连模式 901

12.5 现场总线 902

12.5.1 概述 902

12.5.2 现场总线的特点 904

12.5.3 现场总线的标准 905

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 907

12.6 以太网 912

12.6.1 以太网特点 913

12.6.2 以太网介质访问控制CSMA/CD 915

12.6.3 以太网的构成 917

12.7 监控组态软件 919

12.7.1 监控组态软件的发展 919

12.7.2 监控组态软件的构成与功能 920

12.7.3 常用人机接口设备 928

12.7.4 常用监控组态软件 929

12.8 应用示例 929

12.8.1 热轧带钢轧机控制系统 929

12.8.2 板带加工线电气传动自动化系统 934

12.8.3 大型热带钢轧机的多级分布式计算机控制系统 937

参考文献 942

第13章 电磁兼容性与可靠性 943

13.1 电磁兼容性概述 943

13.1.1 静电放电 944

13.1.2 辐射电磁场 946

13.1.3 电快速瞬变脉冲群 947

13.2 抗干扰技术 951

13.2.1 抗干扰设计的基本原则 952

13.2.2 噪声的分类 952

13.2.3 噪声的传递方式 954

13.2.4 抗干扰的基本措施 955

13.2.5 抗干扰设计的检查细则 955

13.3 常见噪声的抑制 957

13.3.1 电网噪声的抑制 957

13.3.2 直流电源噪声的抑制 964

13.3.3 静电放电噪声的抑制 964

13.3.4 模拟电路噪声的抑制 966

13.3.5 数字电路的抗干扰设计 968

13.4 设备的安装技术 972

13.4.1 设备的内部装配要求 972

13.4.2 设备的外部安装要求 973

13.4.3 系统的接地技术 974

13.5 可靠性 980

13.5.1 可靠性工程的任务 980

13.5.2 可靠性的指标 981

13.5.3 系统可靠性的预计 987

13.5.4 冗余系统 991

13.5.5 提高设备可靠性的措施 993

参考文献 996

第14章 电控设备的安装和调试 997

14.1 电控设备检验的依据标准 997

14.2 电控装置的安装 997

14.2.1 安装的一般规定 997

14.2.2 外部配线 998

14.2.3 接地 1001

14.3 电控设备现场调试 1004

14.3.1 电控设备的调试导则 1004

14.3.2 自动化设备的现场调试 1006

14.3.3 直流调速装置的现场调试 1012

14.3.4 交流调速装置的现场调试 1024

14.3.5 电源设备的调试 1037

参考文献 1042

第15章 电气传动的工业应用 1043

15.1 石化工业 1043

15.1.1 石油工业钻井机械 1043

15.1.2 管线 1053

15.1.3 石油精炼 1054

15.2 采矿 1055

15.2.1 矿井提升机电气传动装置概况 1055

15.2.2 提升机对电控装置的要求 1056

15.2.3 提升机直流发电机-电动机传动系统 1059

15.2.4 晶闸管变流装置供电的传动系统 1059

15.2.5 无功补偿及谐波滤波器 1066

15.2.6 交流传动系统 1068

15.2.7 提升机的综合自动化控制 1071

15.3 钢铁工业 1073

15.3.1 钢铁工业概况 1073

15.3.2 高炉炼铁 1074

15.3.3 轧钢 1083

15.4 有色金属 1101

15.4.1 电解电源概述 1101

15.4.2 电解电源的选择与控制 1102

15.5 港口及起重机械 1107

15.5.1 港口机械概况 1107

15.5.2 港口机械设备电气传动及自动化技术 1112

15.5.3 自动化系统 1115

15.5.4 港口设备综合管理自动化系统 1117

15.5.5 起重机械 1118

15.6 供水系统及污水处理系统 1127

15.6.1 污水处理系统 1127

15.6.2 网络选择 1130

15.6.3 PLC的选择 1135

15.6.4 中央控制室及上位监控软件 1136

15.6.5 自控产品选型中的注意点 1137

15.6.6 欧姆龙公司近几年来在水处理行业的业绩列举 1138

15.7 风洞控制系统 1139

15.7.1 概述 1139

15.7.2 低速风洞的结构和动力控制系统 1141

15.7.3 高焓高超音速风洞及其动力控制系统 1145

15.7.4 风洞控制系统的特点 1148

参考文献 1150