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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n353

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 Windows872

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/CD915

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