电气传动自动化技术手册学习资料文档格式.docx

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　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

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

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连接于异步电动机转子绕组的不可控整流器…556

⒊输出交流或周期脉动直流的可控整流装置……556

⒋基于晶闸管负载自然换相的电流型逆变器（LCI）

7.2.2晶闸管交流调压器…………………………557

7.2.3脉宽调制（PWM）交流器基础

7.2.4用于调速系统的PWM变流器……………559

7.2.4.1直流斩波器…………………………………559

7.2.4.2电压型PWM逆变器

7.2.4.3电压型PWM整流器………………………560

7.2.4.4三相电压型PWM逆变器和PWM整流器561

7.2.4.5矩阵变频器…………………………………561

7.2.4.6三相电流型PWM整流器和PWM逆变器…563

7.3定子侧交流调速系统

7.3.1定子调压调速系统

7.3.1.1调压调速特性………………………………564

　⒈异步电动机的电磁转矩公式

⒉普通笼型异步电动机不同Us的机械特性

⒊风机、泵类负载调压调速特性

⒋高阻转子电动机调压调速特性…………………565

7.3.1.2功率损耗分析

　⒈转差率功率损耗系数……………………………565

⑴转差功率△p、转子电流公式

⑵不同负载性质的△p曲线……………………566

⒉谐波对电动机运行的影响

7.3.1.3调压调速的优缺点及适用范围……………566

7.3.2大功率交－交变频调速系统（CC）

7.3.2.1交－交变频器基础…………………………566

　⒈单相输出交－交变频器基础

⒉三相输出交－交变频器基础……………………567

　⑴输出Y联结的三相输出交－交变频器

⑵公共交流母线方式……………………………568

⒊交－交变频器输出频率上限

⒋交－交变频器电网侧电流谐波和功率因数

　⑴特征谐波　　⑵旁频谐波

⑶影响交－交变频器输入功率因数的因素

⑷三相输出交－交变频器的输入功率因数λ与Uom及cosφ的关系…………………………………570

7.3.2.2交－交变频器主电路参数计算……………570

　⒈整流变压器计算

⑴交流变频器输出最大可能的最大交流线电压有效值Uo.max公式；

⑵电动机额定电压（线电压有效值）Um公式

⑶整流变压器二次线电压有效值U20公式

⑷变压器容量公式

⒉晶闸管电压、电流计算…………………………571

⑴晶闸管电压裕量校验公式

⑵晶闸管并联去路计算

7.3.2.3交－交变频器的控制………………………571

　⒈单相输出交－交变频器的电流控制

⒉三相输出交－交变频器的电流控制

7.3.3晶闸管负载自然换相交－直－交变频调速系统……………………………………………573

7.3.3.1LCI变频调速基础

　⒈LCI变频原理

⒉LCI中逆变器的换相

7.3.3.2LCI变频器主电路参数计算………………574

　⒈额定直流电流；

⒉额定直流电压；

7.3.3.3LCI变频调速系统的控制…………………575

　⒈同步电动机的自控变频

⒉LCI变频调速控制系统图

7.3.3.4CC／LCI混合变频…………………………577

7.3.4定子侧低压电压型交－直－交变频调速系统

7.3.4.1逆变器脉宽调制（PWM）的实现…………578

　⒈三角载波比较法（电压正弦法）

⒉电流跟踪控制法（电流正弦法）………………579

⒊空间电压矢量法（磁链正弦法）………………580

⒋指定谐波消除法…………………………………581

7.3.4.2逆变器的开环输出电压控制和闭环输出电流控制…………………………………………581

　⒈开环电压控制；

⒉闭环电流控制；

7.3.4.3定子侧低压电压型交－直－交变频调速的应用……………………………………………582

　⒈逆变器部分………………………………………583

⑴开关频率选择

⑵输出滤波

⑶轴电流抑制

⒉整流电源部分……………………………………584

　⑴不可控整流电源（DEF整流器）

⑵晶闸管整流／回馈电源………………………585

⑶电压型PWM整流电源［有源前端（AFE）整流器］………………………………