电气传动成套设备知识

电气传动成套设备

电气传动成套设备和低压成套开关设备

天津市百利开关设备有限公司

2023/2/21制作人：刘静淳电气传动控制设备＊以低压电器为主的电气传动控制设备＊以电力电子器件为主的调速设备＊以电力电子器件为主的直流调速设备＊以电力电子器件为主的交流调速设备＊以电力电子器件为主的电动机软起动器＊以电力电子器件为主的电动机节能控制设备2023/2/22制作人：刘静淳异步电动机调速系统1.转差功率消耗型——例如：变压调速，定子用双向晶闸管调压器调速2.转差功率馈送型——例如:双馈电机调速，转子用整流—逆变器调速3.转差功率不变型——变压变频调速，定子用PWM变压变频器调速2023/2/23制作人：刘静淳异步电机调速方式特点实现调速的途径：1）改变绕组的极对数P；2）改变供电电源的频率f；3）改变电动机的转差率S。2023/2/24制作人：刘静淳同步电动机调速系统转差恒等于0，没有转差功率，只有转差功率不变型（恒等于零）只能靠变压变频调速，没有其他方式。现有二种类型

1.他控变频调速系统。

2.自控变频调速系统，也称无换向电机调速。＊2023/2/25制作人：刘静淳同步电动机变压变频调速系统特点（1）同步电动机的稳态转速等于同步转速，转差S=0。（2）同步电动机有独立的直流励磁，或用永久磁钢励磁。（3）同步电动机有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙均匀，凸极式则不均匀，两轴的电感系数不等。2023/2/26制作人：刘静淳永磁同步电动机的优点＊由于采用了永磁材料磁极，特别是采用了稀土金属永磁，容量相同时电机的体积小、重量轻；＊转子没有铜损和铁损，又没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行效率高；＊转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，动态性能好；＊结构紧凑，运行可靠。2023/2/27制作人：刘静淳压频比控制ΦmNfNΦm恒转矩调速恒功率调速UsUsUsNΦmf1OUs/1=Const.Eg/1=Const.定子电流增大的趋势2023/2/28制作人：刘静淳变压变频（Variablevoltagevariablefrequency)调速是交流可调速传动的主流＊满足一般工艺要求的平滑调速＊风机、泵类通用机械节能调速＊高动态性能调速系统和伺服系统＊特殊要求的调速系统2023/2/29制作人：刘静淳交流变频调速系统拓扑结构

LC1同步电动机负载换相的基本结构

这种传动系统组成如下：

---网侧电网换相变流器；

---电动机外部换相变流器；

---直流电抗器；

---公用可关断器件（GTO）；

---输出电容器组；

---感应电动机。该传动系统的一般特性；

---双象限运行；

---电动机转矩脉动低（若采用PWM技术，则可忽略不计）；

---网测功率因数低，取决于输入功率。2023/2/210制作人：刘静淳LC1感应电动机负载换相的基本结构

这种传动系统组成如下：

---网侧电网换相变流器；

---电动机外部换相变流器；

---直流电抗器；

---公用可关断器件（GTO）；

--输出电容器组；

---感应电动机。该传动系统的一般特性；

---双象限运行；

---电动机转矩脉动低（若采用PWM技术，则可忽略不计）；

---网测功率因数低，取决于输入功率。2023/2/211制作人：刘静淳采用同步机或感应机的电压源多电平浮充电平衡电容器（FSC）逆变器2023/2/212制作人：刘静淳感应电动机电流源逆变器PWM-CSI的基本结构这种传动系统组成如下：---网侧电网换相变流器；---电动机侧自换相变流器；---直流环节电抗器；---输出电容器组；---感应电动机。该传动系统的一般特性；---四象限运行；---电动机转矩脉动低（若采用PWM技术，则可忽略不计）；---网测功率因数低，取决于输入功率。2023/2/213制作人：刘静淳感应电动机的传动系统的双电流源

CSI-PWM逆变器的拓扑结构这种传动系统组成如下：---输入电容器组；---网侧自换相变流器；---电动机侧自换相变流器；---直流电抗器；---输出电容器组；---感应电动机。该传动系统的一般特性；---四象限运行；---电动机转矩脉动低（若采用PWM技术，则可忽略不计）；---网测功率因数接近于1；2023/2/214制作人：刘静淳电流型变频器应用特点＊电流型变频少用的原因：＊缺少能承受反向电压的开关器件＊电感贮能比电容贮能体积大、重、低效＊输出电容是开关频率的交流电容，大，贵＊现在能承受反向电压的IGCT和IGBT己经开发出来，电流型变频的应用又提出。加拿大AB公司生产电流型6.9KV中压变频器(使用对称IGCT器件)2023/2/215制作人：刘静淳同步机或异步机电压源型（VSI）传动系统这种传动系统组成如下：---网侧二极管整流器；---电动机侧自换相变流器；---直流电抗器（如果需要的话）；---直流环节中的直流电容器组；---同步电动机或感应电动机；---励磁系统、如果用同步电动机的话。该传动系统的一般特性；---双象限运行；---采用NPC作为前端变流器时，四象限运行；---电动机转矩脉动低（若采用PWM技术，则可忽略不计）；---网侧位移功率因数高；2023/2/216制作人：刘静淳同步机异步机中性点嵌位（NPC）电压型三电平逆变器这种传动系统组成如下：---网侧二极管整流器，为6脉冲、12相脉冲或更高；---电动机侧自换相NPC逆变器；---直流电抗器（如果需要的话）；---直流电容器组；---同步电动机或感应电动机；---励磁系统、如果用同步电动机的话。该传动系统的一般特性；---双象限运行，采用NPC作为前端变流器时，四象限运行；---采用PWM（三电平PWM）技术，电动机转矩脉动低；---网侧位移功率因数高；---采用高脉冲数二极管整流器，网侧谐波含量低。2023/2/217制作人：刘静淳H桥级联型变频器的单臂接线图2023/2/218制作人：刘静淳国产中压变频器产品H级联单元实物照片2023/2/219制作人：刘静淳中压变频技术难点a)、高电压:结构问题、二次控制问题突出b)、大功率:散热问题c)、半导体耐压水平:决定产品应用方式2023/2/220制作人：刘静淳中压变频器的电压等级规定按照IEC60038的规定，标准电压值为：3kV，3.3kV,4.16kV,6kV,6.6kV,10kV,11kV,12.47kV,13.2kV,13.8kV,(15kV),20kV,22kV,24.94kV,33kV,34.5kV。为使系统更优化或用于特殊环境，可以规定出不同的非标准电压值。2023/2/221制作人：刘静淳采用SCR-GTO、全GTO的电流型直接高压两电平方案2023/2/222制作人：刘静淳中压变频调速系统较普遍采用的系统图迄今为止中压变频器应用的最佳方案之一高功效、无污染、完美少谐波具有双向低谐波特点的级联方案（多重输入加级联输出），是最符合目前中国国情的优秀拓扑结构之一！电源侧采用多重化整流技术，谐波污染小，功率因数高，无需功率因数补偿及谐波抑制装置。输出侧采用多重化SPWM技术，输出谐波非常小，无需输出滤波装置即可适配各种电机。基本参数：输入电流谐波总THD≦1%;

输入侧功率因数≥0.97;

输出电流谐波THD≦1%;

成套装置效率(满载时）>97%2023/2/223制作人：刘静淳一次线路系统结构变频直接高压变频器高压移相变压器感应电机3.3/6.6kV/10kV3.3/6.6kV/10kV断路器断路器2023/2/224制作人：刘静淳直接中压变频器电路结构采用变频器功率单元多重化连接,简单易行地直接输出到6.6kV电机,提供驱压。电源6.6kV主回路构成ＵＶＷIM6.6kV移相变压器2023/2/225制作人：刘静淳中压变频调速系统成套系统原理特点多二次绕组移相变压器，有效降低输入侧电流谐波脉冲移相光纤控制技术，输出电压谐波小，dV/dt低2023/2/226制作人：刘静淳采用IGBT电压型方案2023/2/227制作人：刘静淳可变电压可变频率原理图输出电压波形采用PWM变化输出可变电压・可变频率M2level变频的构成U相V相W相１２E2E2１２U相１２E2E2ＯnMＯnE2１ＯnE2２１Ｏn２基波成分PWM

输出波形E2E2电压脉冲幅度频率脉冲幅度变化周期0交流电机等效电路V相W相2023/2/228制作人：刘静淳直接高压形成机理功率单元逆变输出错相叠加技术，技术成熟可靠多级H桥级联技术，单元可旁路，提高装置的运行可靠性2023/2/229制作人：刘静淳输出不同等级高电压的形成2023/2/230制作人：刘静淳提高变频器容量的技术高电压［V］×大电流［A］＝大容量［VA］2levelEEE输出电压2倍3level变频单元串联多重化输出电压N倍E变频单元并联化输出电流N倍采用串、并联化的大容量变频器EE2023/2/231制作人：刘静淳变压器耦合多脉冲多电平逆变器总结为获得高压，同时减轻器件上的高电压应力和解决半导体器件并联普遍问题，可以利用升压变压器的特点将逆变桥而不是器件并联起来可获得大电流，而将逆变桥串联起来可获得高电压。变压器采用多绕组移相技术（变压器付边延边三角形或曲折接法）同时也是整流变压器减少谐波提高电能质量的通用技术2023/2/232制作人：刘静淳中压变频器的输入输出谐波

电流源型直接高压逆变中压变频器的谐波2023/2/233制作人：刘静淳国外中压IGCT变频器产品照片图2023/2/234制作人：刘静淳国内中压IGCT变频器产品照片图2023/2/235制作人：刘静淳电气传动系统执行标准国标编号国标名称对应（采标）IEC编号批准日期执行日期代替旧国标号备注GB/T12668-2调速电气传动系统第二部分低压交流变频电气传动系统额定值的规定等同IEC61800-2-19982002.8.52003.4.1GB/T12668-90推荐标准现已执行GB12668–3调速电气传动系统第三部分产品的电磁兼容性标准及其特定的实验方法等同IEC61800-3-19962003.10.92004.5.1强制标准现已执行GB/T12668-4调速电气传动系统第四部分一般要求交流电压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等同IE电气传动系统执行标准C61800-42006.52006.10推荐标准现已执行调速电气传动系统第5–1部分安全要求电气、热和能量等同IEC61800-5-待报批调速电气传动系统第六部分负载工作制类型及其对应电流额定值的确定导则等同IEC61800-6待报批2023/2/236制作人：刘静淳电动机软起动器速度－力矩图力矩电机速度020%40%60%80%100%300%200%100%负载力矩恒加速力矩0电机速度20%40%60%80%100%600%400%200%速度－电流图电流速度－力矩图力矩电机速度020%40%60%80%100%300%200%100%负载力矩恒加速力矩0电机速度20%40%60%80%100%600%400%200%速度－电流图电流2023/2/237制作人：刘静淳中压软起动器低压间隔高压间隔高压间隔操作按钮高压主柜门状态指示操作盘(在玻璃后)紧急停止电机保护继电器(选项)

铭牌范围50-1000A,1500-13800V标准配置包括:-软起动器-网侧接触器-旁路接触器-柜体防护等级IP32-低压控制可灵活选项2023/2/238制作人：刘静淳中压软起动功率电路原理图

2023/2/239制作人：刘静淳中压软起动装置的额定电压受电设备与系统额定电压（kV）供电设备额定电压(kV)设备最高电压(kV)33.153.566.36.91010.511.513.8*15.75*18*20*3540.563691101262202523303635005507502023/2/240制作人：刘静淳

11.251.622.53.15456.381012.516202531.540506380100125160200250315400500630800100012501600200025003150400050006300800010000125001600020000250003150040000500006300080000100000125000160000200000

中压软起动装置的额定电流2023/2/241制作人：刘静淳低压成套开关设备2023/2/242制作人：刘静淳低压配电系统

低压电网结构低压电网是电压等级为交流1000V、频率50Hz、直流1500V，传输电能、分配电能、利用电能的输、配、用电力设备网。它是介于一侧为发电(发电机)输电(电缆及加空线)和变压器(变压器及母线槽)设备，另一侧为电动机电动执行机构(电磁阀)、照明、空调、加热、信息设备等终端用电设备之间的连接环节(如图1.1-1)。也称低压配电系统。从事低压电网研究、设计、开发、制造、安装、运行的技术实践，统称低压配电工程。2023/2/243制作人：刘静淳建筑物低压配电系统2023/2/244制作人：刘静淳低压电网的总体设计简介低压电网的总体设计简介（低压电网的设计影响因素）需要注意网路设汁影响因素。一个地域和叠加高压电网的各供电区域的低压电网设汁取决于下列因素：----供电部门的供电电压等级；----供电区域的建筑物、工业设备密度；----与供电变压器的距离、要尽可能减少输配电损耗；----设计的主配电网方案的可行性；----备用电源类型、分散还是中，高压还是低压侧；2023/2/245制作人：刘静淳网路的总体设计程序＊网路的总体设计程序有：建筑总体规划图，总体设计说明，电力负荷等级及供电要求，确定用电负荷，确定计算负荷，绘制配电层面布局图。＊.建筑总体规划图(见图1.1-8)，这是一个省会城市的体育文化休闲娱乐中心的建筑总体规划图（电力总平面图）。它包括了体育场、网球管、体育公寓2个、必要的开闭站。＊电力负荷等级及供电要求电力负荷等级和供电要求做好规划、贯彻供电质量良好、经济安全运行。＊确定用电负荷及配电所布置用电负荷的计算是指“计算负荷”，用电负荷的计算方法通常有如下几种：常用系法（见图1.1-9确定用电负荷系数表），二项式法，单位产品耗电量法，单位面积耗电量法，及典2023/2/246制作人：刘静淳低压成套开关设备分类低压成套开关设备分类：成套开关柜、动力柜、照明配电板(盘、箱)、母线干线系统(母线槽)、建筑工地用成套设备、动力配电网用电缆分线箱、直流开关设备、无功补偿设备、谐波补偿设备、电动机软起动设备、电缆桥架、箱式变电站、开关设备的辅助设备等。低压开关设备（开关柜）分类：固定面板式（开启式开关设备）封闭式开关设备抽出式开关设备混合式（分隔式）开关设备密封式开关设备箱组式开关设备2023/2/247制作人：刘静淳主开关设备分支配电设备和控制设备2023/2/248制作人：刘静淳主开关设备的功能

——接受电能其所在的配电柜也称受电柜；——主开关设备的第一个电器组件也是成套开关设备组合的第一个受电电器、它要承担短路保护任务；——装在主开关设备内部器件，用于供电、分支、和毋线联络、以及电能计量，防雷击脉冲保护等；——主开关设备中要设有电能输入的导体联结部分含电缆赳线、母排进线、母线槽进线；——主开关设备输出，桉低压系统的接地方式，具有符合要求的相线、中N线、地线PE线，并有专有标志；——采用纵向联络的双电源供电，平时是断开的，当一个电源出现供电故障，它就能转换到另一个电源上，以便后接分支配电设备继续供电。2023/2/249制作人：刘静淳主开关设备的功能典型产品2023/2/250制作人：刘静淳主开关设备产品主要技术参数型号额定电压V额定电流A额定短路截断电流kA额定短路耐受电流（kA，lS）额定峰值短路耐受电流IPkkAGGD1380VA1000B800C400151530GGD2380VA1600Bl000C800303050GGD3380VA3150B2500C20005050632023/2/251制作人：刘静淳分支配电设备------向所有用电设备供应电能；------确保供电安全、设置必要的安全保护：过流保护、漏电保护、防雷击过压保护；------方便与用电设备和下级末端配电盘的连接、并实现选择性保扩；------实现符合标淮的绝缘配合，提供实现防电击防护措施；------安装分支配电没备电能计量、促进用电管理、节约能源；------可设置智能化控制，实现遥控、遥讯、遥调，优化成套设备的配电功能。2023/2/252制作人：刘静淳分支配电设备结构及原理图

2023/2/253制作人：刘静淳智能化配电系统其特点是：——工作可靠，工作特性稳定，精度高；——特性曲线由软件确定、整定方便，调节范围广；——具有系统运行质量分析、记录和监控等功能（如参数波形图分析，电圧、电流、有功功率、无功功率日变化，频率变化等电网基本运行参量）；——自寻优系统运行管理，对潜在问题预报，及故障分折、预处理，系统内的通讯，系统与主操作监控室的通讯，表报。2023/2/254制作人：刘静淳配电变压器的额定电流额定电压urt400/230V50HZ525V50HZ690/400V50HZ短路电压额值ukrukrukr4％6％4％％6％4％6％额定功率KVA额定电流IrA额定短路初始电流Ik″额定功率Ir额定短路初始电流Ik″额定功率Ir额定短路初始电流Ik″AAAAAAAA501001602002503154005006308001000125016002000250031507214423028836045557872291011541444180523102887360845501800360057707200902511375144001805022750288503611045125578001200240038504810601575809630110301486019260240603008036530481806015075850551101762202753464405506938801100137517602200274934701375275044005500687585601100013750173002200027500343754400055000910183029303660458057707330916011550146601833022910293003666045800578404284133167209262335418525670836104613301674209026401040208033204160522066508330104501312016750209002616033250418506901390223027803480436055806960876011160139301743022170278903484044000原图注：ukr=4%,符合DIN规定的标准值，用于Srt=50～630KVA。

ukr=6%,符合DIN规定的标准值，用于Srt=100～1600KVA。

Ik″在有具有未受限制短路功率的电网相连接时变压器的未受影响的初始短路电流。2023/2/255制作人：刘静淳配电变压器的额定电流快速估算变压器额定电流Ir[A]=kSrt[kVA]其中：k在400V时，k=1.45；在380V时，k=1.378；在630V时，k=0.83；在690V时，k=0.85。变压器的初始短路电流：

Ir×100Ik″≈Ik=—————ukr2023/2/256制作人：刘静淳低压开关设备的热设计1壳体内外热转移过程：导热，对流散热，传热。2箱2体有效散热面积Ae3柜内电器元件的总功耗4箱体内温度梯度分布△t0.5=k×d×px△t1.0=C×△t0.55温升验算具体方法见温升外推法

2023/2/257制作人：刘静淳柜内外空气交换的柜体的热设计{

类别柜型图示冷却必备厂条件保护类别冷却效果通过柜表面转移热量△t＞0，（tn一tw）＞0或tN＞twW柜内的温度大于柜外的温度可以做成IP20或最大IP55冷却能力低，仅适用于内装元件工作温度没有严格要求的场合8柜内的上下空气对流△t＞0，tn＞tw只能做到IP54，防水能力较弱较低通过强迫通风柜内上下空气对流△t＞0，tn＞tw只能做到IP54，防水能力较弱一般多路冷空气进入的强迫通风△t＞0，tn＞twIp50，无防水能力高空气一空气热交换器△t＞0，tn＞tw

IP54一般专用冷却单元△t＞0、及△t＜0，

tn≥tw和/或tn＜tw

IP54一般到高2023/2/258制作人：刘静淳开关柜空壳体开关柜的壳体多年未有标准控制质量最近IEC颁布了IEC具体要求是：1提出对承受撞击的防护等级IK代码，按撞击能量共分10级2对壳体的热耗散能力提出了要求，并书写在客体的出厂技术文件中。2023/2/259制作人：刘静淳部分型式试验成套设备（PTTA）的温升外推法

只有满足下述条件，本计算方法才能使用：——外壳内功率损耗的分布大约相同；——设备布局要使得空气的流通几乎没有阻碍；——设备的设计要使其用于直流或交流60ΗΖ（包括60ΗΖ），总电流不超过3150A；——承载大电流的导体和结构部件的布局应使得涡流损耗可以忽略不计；——对于带通风口的外壳，出气口的截面应至少是进气口面能的1.1倍；——在部分型式试验成套设备中或其框架单元中，水平隔板不多于3个；——带有外部通风口的外壳如果有隔室，则每个水平隔板上的风口表面应至少是隔室水平面积的50％。计算外壳内的温升需要下列数据：——外壳的尺寸：高、宽、深；——与图4相符的外壳安装形式；——外壳的设计，例如带或不带通风口；——内部水平隔板的数量；——外壳内没备的有效功耗损耗。2023/2/260制作人：刘静淳

部分型式试验成套设备（PTTA）的温升外推法

有效散热面积尺寸A.e符合表3的表面系数Ae×bm2（3栏）×（4栏）M×mm2234顶部面部背部左边右边Ae=Σ（Ae×b）=总量1．外壳的有效散热面积Ae的确定

2．外壳内中部高度的空气温升△t0.5的定3.外壳内顶部的空气温升△t1.0的确定4.外壳内部空气温升的特性曲线用户/生产厂外壳的类型温升的有关尺寸高mm

宽mm

深mm安装形式：通风口有/无水平隔板数量：ℊ=2023/2/261制作人：刘静淳

部分型式试验成套设备（PTTA）的温升外推法

进气口面积cm2外壳常数水平隔板系数d有效功率损耗PWpX△t0.5=K×d×PXK温度分布系数C△t1.0=C×△t0.5K有效散热表面Ae大于1.25m2小于1.25m2ℊ=2023/2/262制作人：刘静淳部分型式试验短路强度的评估方法

＊短路电流效应的计算＊裸导体的热效应验算1）母线结构类似，通过型式试验的母线结构与通过部分型式试验的母线结构NTS未经试验的结构类似2）布置的方案类似，尺寸安排类似

3）母线间距，母线材料，母线支撑件使用条件：——峰值短路电流：尚未通过部分型式试验的系统所设计的短路耐受峰值电流只能低于通过型式试验的系统的耐受峰值电流。——短路热稳定：如图3.20-122所示NTS的短路热稳定，可以按照IEC865“短路电流效应计算“中的计算方法进行验证，计算出的NTS的温升不应高于TS结构的温升。——母线支撑件：在尚未通过部分型式试验的设备选用的母线支撑件，如采用其他的支撑件，必须是预先通过型式试验（TTA）。——角形母线结构：如图配电设备中有如图3.20-123所示的角形母线结构。对IEC865仅适用直线形母线结构，在拐角处没有支撑件时，则可以把角形母线看成直线系统

2023/2/263制作人：刘静淳部分型式试验短路强度的评估方法

1.已知数据

1）三相初始对称短路电流（有效值）IK3″=2）峰值短路电流计算系数K=1.353）系统频率f=50Hz4）非自动重合闸

5）母排并排数n=16）支撑件间距离l=1m7）导体中心线距离a=0.28）导体材料及尺寸—矩形导体AlMgSi0.5(铝镁硅)—尺寸b=60mmd=10mm—单位长质量（线密度）m′=1.6kg/m2计算程序在主导体上的最大力3共平面分导体间（同相）峰值作用力FS计算

4刚性导体上的应力σtot，σm，σs计算

5作用在刚性导体支架上（使支撑弯曲）应力，

6总弯曲应力是：σtot=σm+σs

7结论：比较σtot≤q.Rp0.2和σtot≤1.5Rp0.2得出结论

2023/2/264制作人：刘静淳国家标准和行业标淮

1.GB7251.1“低压成套开关设备和控制设备第一部分型式试验和部分型式试验成套设备”；2.GB7251.2“低压成套开关设备和控制设备第二部分对母线干线系统(母线槽)的特殊要求”；3.GB7251.3“低压成套开关设备和控制设备第三部分对非专业人员可进入场地的低压成套开关设备和控制设备一配电板的特殊要求”；4.GB7251.4“低压成套开关设备和控制设备第四部分对建筑工地用成套设备(ACS)的特殊要求”；5.GB7251.5“低压成套开关设备和控制设备第五部分对户外公共场所的成套设备-动力配电网用电缆分线箱(CDCs)的特殊要求”；6.GB7251.8“低压成套开关设备和控制设备智能型成套设备通用技术条件”7.GB/T15576“低压旡功功率静态补偿装置总技术条件”，JB/T“低压旡功功率补偿控制器”；8.JB/T8456“低压直流开关设备”；9.JB/T10216“电控配电用电缆桥架”；10.GB14048.7“低压成套开关设备辅助电器第1部分：铜导体的和控制设备用接线端子排”，11.JB/T9659-1“低压成套开关设备第1