电气传动成套设备知识

1、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交流调速设备以电力电子器件为主的电动机软起动以电力电子器件为主的电动机软起动器器以电力电子器件为主的电动机节能控制设备1.转差功率消耗型转差功率消耗型例如：变例如：变压调速，定子用双向晶闸管调压调速，定子用双向晶闸管调压器调速压器调速2.转差功率馈送型转差功率馈送型例如例如:双双馈电机调速，转子用整流馈电机调速，转子用整流逆逆变器调速变器调速3.转差功率不变型转差功率不变型变压变频变压变频调速，定子用调速，定子用PWM变压变频器变压变频器调速调速）（S

2、PfSNN160)1 (1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。转差恒等于转差恒等于0，没有转差功率，没有转差功率，只有转差功率不变型（恒等于只有转差功率不变型（恒等于零）只能靠变压变频调速，没零）只能靠变压变频调速，没有其他方式。现有二种类型有其他方式。现有二种类型 1.他控变频调速系统。他控变频调速系统。 2.自控变频调速系统，也称无自控变频调速系统，也称无换向电机调速。换向电机调速。（1）同步电动机的稳态转速等于同步转速，转差）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）同步电

3、动机有独立的直流励磁，或用永久磁钢励磁。励磁。（3）同步电动机有隐极与凸极之分，隐极式电机气）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。隙均匀，凸极式则不均匀，两轴的电感系数不等。由于采用了永磁材料磁极，特别是由于采用了永磁材料磁极，特别是采用了稀土金属永磁，采用了稀土金属永磁，容量相同时容量相同时电机的体积小、重量轻电机的体积小、重量轻； 转子没有铜损和铁损，又没有滑环转子没有铜损和铁损，又没有滑环和电刷的摩擦损耗，和电刷的摩擦损耗，运行效率高运行效率高； 转动惯量小，允许脉冲转矩大，可转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，获得较高的加速度

4、，动态性能好动态性能好； 结构紧凑，运行可靠。结构紧凑，运行可靠。mNfNm恒转恒转矩调矩调速速恒功恒功率调率调速速UsUsUsNmf11OsUUs/ 1=Const.Eg/ 1=Const.定子电流定子电流增大的趋增大的趋势势满足一般工艺要求的平滑调速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高动态性能调速系统和伺服系统特殊要求的调速系统特殊要求的调速系统 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；

5、 -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。 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。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）；

6、-网测功率因数低，取决于输入功率。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；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) 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

7、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；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

8、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。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:决定产品应用方式按照IEC60038的规定，标准电压值为：3kV， 3.3 kV, 4.16kV, 6kV, 6.6 kV, 10kV, 11kV, 12.47kV, 13.2kV, 13.8 kV,(15 kV), 20kV, 22kV, 24.94kV, 33 kV,34.5 kV。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。迄今为止中压变频器应用的最佳方案之一高功效、无污染、完美少谐波高功效、无污染、完美少谐

9、波具有双向低谐波特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！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THD1%; 输入侧功率因数 0.97; 输出电流谐波 THD1%; 成套装置效率 (满载时）97%变频直接高压变频器直接高压变频器高压移相变压器高压移相变压器感应电机3.3/6.63.3/6.6kV/10kVkV/10kV

10、3.3/6.63.3/6.6kV/10kVkV/10kV断路器断路器断路器断路器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。电电源源6.6kV主主回路回路构构成成 IM6.6kV移相变压器CellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCellCell主控制系统电动机50Hz工频输入整流变压器功率单元特点特点多二次绕组移相变压器，有效降低输多二次绕组移相变压器，有效降低输入侧电流谐波入侧电流谐波脉冲移相光纤控制技术，输出电压谐脉冲移相光纤控制技术，输出电压谐波小，波小，dV/dt低低

11、输出电压波形采用PWM变化输出可变电压可变频率2level 变频的构成U相V相W相E2E2U相E2E2nnE2nE2n基波成分PWMPWM 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CVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVoVo577V相电压3464V线电压6000VAB功率单元逆变输出错相功率单元逆变输出错相叠加技术，技术成熟可叠加技术，技术成熟可靠靠 多级多级H桥级联技术，单桥级联技术，单元可旁路，提高装置的元可旁路，提高装置的运行可靠性运行可靠性高电压V大电流A大容量VA2levelEEE输出电压2倍3level变频单元串联

12、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EE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 电流源型直接高压逆变中压变频器的谐波国标编号国 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调速电气传动系调速电气传动系统统 第二部分第二部分 低压交流变低压交流变频电气传动频电气传动系统额定值系统额

13、定值的规定的规定等同等同IEC61800-2-19982002.8.52003.4.1GB/T12668-90推荐标准现已推荐标准现已执行执行GB126683调速电气传动系调速电气传动系统统 第三部分第三部分 产品的电磁产品的电磁兼容性标准兼容性标准及其特定的及其特定的实验方法实验方法等同等同IEC61800-3-19962003.10.92004.5.1强制标准现已强制标准现已执行执行GB/T12668-4调速电气传动系调速电气传动系统统 第四部分第四部分 一般要求一般要求 交交流电压流电压1000V以上以上但不超过但不超过35kV的交流的交流调速电气传调速电气传动系统额定动系统额定值的规定

14、值的规定等同等同IE电气传动系电气传动系统执行标准统执行标准C61800-42006.52006.10推荐标准现已推荐标准现已执行执行调速电气传动系调速电气传动系统统 第第51部部分分 安全要求安全要求 电气、热和电气、热和能量能量等同等同IEC61800-5-待报批待报批调速电气传动系调速电气传动系统统 第六部分第六部分 负载工作制负载工作制类型及其对类型及其对应电流额定应电流额定值的确定导值的确定导则则等同等同IEC61800-6待报批待报批速度力矩图力矩电 机速度02 0%4 0%6 0%8 0%10 0%30 0%20 0%10 0%负 载力矩恒加速力矩0电 机速度2 0%4 0%6

15、0%8 0%10 0%60 0%40 0%20 0%速度电流图电流速 度 力矩图力矩电机速度02 0%4 0%6 0%8 0%1 0 0%3 0 0%2 0 0%1 0 0%负载力矩恒 加 速力矩0电机速度2 0%4 0%6 0%8 0%1 0 0%6 0 0%4 0 0%2 0 0%速 度 电流图电流低压间隔低压间隔高压间隔高压间隔高压间隔高压间隔操作按钮操作按钮高压主柜门高压主柜门状态指示状态指示操作盘操作盘 (在玻璃后在玻璃后)紧急停止紧急停止电机保护继电器电机保护继电器(选项选项) 铭牌铭牌范围 50-1000A, 1500-13800V标准配置包括: - 软起动 器 - 网侧接触器

16、- 旁路接触器 - 柜体防护等级IP32 - 低压控制可灵活选项AC1SCR2R5SCR5R4SCR1R1SCR6C2R2C3R6SCR3R3SCR4R触 发 电 路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*3540.5636911012622025233036350055075011.251.622.53.15456.381012.516202531.5405063801001251602002503154005006308001000125016002000250031504

17、00050006300800010000125001600020000250003150040000500006300080000100000125000160000200000 中压软起动装置的额定电流中压软起动装置的额定电流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

18、、安装、运行的技术实践，统称低压配电工程。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；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

19、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 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

20、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。型号额定电压V额

21、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IPk kAGGD1380VA1000 B800C400151530GGD2380VA1600 Bl000C800303050GGD3380VA3150 B2500C2000505063-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。 其特点是：

22、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。额定电压urt400/230V 50HZ525V 50HZ690/400V 50HZ短路电压额值ukrukrukr464646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IkAAAAAAAA5010016020025031540050

23、063080010001250160020002500315072144230288360455578722910115414441805231028873608455018003600577072009025113751440018050227502885036110451255780012002400385048106015758096301103014860192602406030080365304818060150758505511017622027534644055069388011001375176022002749347013752750440055006875856011000

24、13750173002200027500343754400055000910183029303660458057707330916011550146601833022910293003666045800578404284133167209262335418525670836104613301674209026401040208033204160522066508330104501312016750209002616033250418506901390223027803480436055806960876011160139301743022170278903484044000原图注：ukr=4%

25、,符合DIN规定的标准值，用于Srt=50630 KVA。 ukr=6%,符合DIN规定的标准值，用于Srt=1001600 KVA。 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。变压器额定电流 IrA=kSrtkVA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： Ir100 IkIk= ukr1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 Ae 3柜内电器元件的总功耗4箱体内温度梯度分布t0.5=kdpx t1.0=Ct0.5 5温升验算具

26、体方法见温升外推法 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t0，（tn一tw）0或tNtwW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t0，tntw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t0，tntw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t0，tntwIp50，无防水能力高空气一空气热交换器t0，tntw IP54一般专用冷却单元t0、及t0， tntw和/或tntw IP54一般到高只有满足下述条件，本计算方法才能使用：外壳内功率损耗的分布大

27、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60（包括60），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。有效散热面积尺寸A.e符合表3的表面系数Aeb m2（3

28、栏）（4栏）Mmm2234顶部面部背部左边右边Ae=（Aeb）=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：进气口面积 cm2外壳常数水平隔板系数d有效功率损耗P WpXt0.5=KdPX K温度分布系数Ct1.0=Ct0.5 K1.35hfAbhwhwhw有效散热表面Ae大于1.25m2小于1.25m2 =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

29、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：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）。角形母线结构角形母线结构：如图配电设备中有如图3.20-123所示

30、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 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=1.35 3）系统频率 f=50Hz 4）非自动重合闸 5）母排并排数n=1 6）支撑件间距离l=1m 7）导体中心线距离a=0.2 8）导体材料及尺寸矩形导体Al Mg Si0.5(铝 镁 硅)尺寸 b=60mm d=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tot，m，s计算 5作用在刚性导体支架上（使支撑弯

31、曲）应力， 6总弯曲应力是： tot=m+s 7结论：比较totq.Rp0.2 和tot1.5Rp0.2得出结论 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

32、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部分 组合型和底座封闭型接线端子排”，12.JB/T8458“电气辅件塑料制品一般要求和试验法方法”；-数据通讯和网络技术在工业自动化领域的局域网-现场总线的应用和普及，标志着配电工程进入设备的开放网络化、管理一体化的阶段，这一进程加快与目标的到来不会很远了。-系统、信号采集、运行参数监控的全面智能化与电子、微电子、电力电子器件应用的普遍化；-低压电网、低压配电工程更加注重电能质量、谐波治理。由于世界上能源界、科学技术界、企业等对电能质量认识上的提高，对电力网供、需之间起