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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n275

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　Windows794

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/CD837

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