工业电能变换与控制技术
作者：赵维城，吴春燕 主编
出版时间：2013年版
内容简介
《职业教育职业培训改革创新教材·电子与电气控制专业：工业电能变换与控制技术》根据高等职业院校、技师学院“电子与电气控制专业”的教学计划和教学大纲，以“国家职业标准”为依据，按照“以工作过程为导向”的课程改革要求，以典型任务为载体，从职业分析入手，切实贯彻“管用”、“够用”、“适用”的教学指导思想，把理论教学与技能训练很好地结合起来，并按技能层次分模块逐步加深工业电能变换与控制相关内容的学习和技能操作训练。《职业教育职业培训改革创新教材·电子与电气控制专业：工业电能变换与控制技术》较多地编入新技术、新设备、新工艺的内容，还介绍了许多典型的应用案例，便于读者借鉴，以缩短学校教育与企业需求之间的差距，更好地满足企业用人需求。
目 录
模块一 从整体上理解工业电能变换与测控技术 1
任务1 到工厂去寻找问题的答案 1
1.1 从整体上理解工业电能变换与测控技术 1
1.2 从历史发展的内在逻辑上认识和把握工业电能变换与测控技术 4
1.3 正确认识和处理工业电能变换与测控系统中的各种矛盾 6
任务2 看图、交流、讨论、写作 13
模块二 工业逻辑控制系统的分析与综合 14
任务1 认识工业，认识工厂，认识设备，认识机器 14
任务2 用工程逻辑的观点来理解描述机/电转换元件 16
2.1.1 机液电一体化的运动控制系统 16
2.2.2 机械运动控制系统中的元件分析 17
任务3 认识组合机床的传动部件 32
2.3.1 组合机床具有单一运动功能的通用动力部件的分析与控制 32
2.3.2 组合机床具有复合运动功能的通用动力部件的分析与控制 33
任务4 通过案例掌握时序逻辑控制电路的分析与综合方法 35
2.4.1 根据对传动系统的分析提取控制逻辑程序 35
2.4.2 根据控制逻辑程序建立控制逻辑式 39
2.4.3 集控制逻辑式组成控制逻辑表 40
2.4.4 由控制逻辑结构表推演最简单控制逻辑结构表 41
2.4.5 把控制逻辑结构表翻译成控制逻辑线路 42
2.4.6 核心电路控制功能的逻辑检验与验证 43
2.4.7 通用控制功能的添加 48
2.4.8 控制逻辑的实现 50
任务5 通过案例学习电气——液压控制系统分析与综合方法 55
2.5.1 根据动力滑台的要求设计传动主回路，根据主回路的要求设计液压控制回路 55
2.5.2 根据控制油路的要求设计控制电路 59
2.5.3 由继电器控制电路到PLC控制电路 77
2.5.4 由继电器控制电路到数字集成电子控制电路 79
模块三 电力电子变换的逻辑控制与连续调节 83
任务1 系统与控制的定性认识 84
3.1.1 系统与控制 84
3.1.2 系统的扰动与调节：由开环控制到闭环控制 86
3.1.3 闭环控制系统的基本结构和功能 88
3.1.4 控制系统的调节品质 89
3.1.5 认识调节对象的各种传递特性 90
3.1.6 对调节过程进行信息采样 91
3.1.7 传感器的特性测量 93
3.1.8 电压采样和电流采样 94
3.1.9 信号调理变送器和信号的规范化 95
3.1.10 控制信号的给定 98
3.1.11 给定信号、反馈信号、保护信号的综合 100
任务2 调节算法和调节器 102
3.2.1 控制策略与调节算法 102
3.2.2 调节算法的实现——电子调节器 104
3.2.3 调节器的串联——多环反馈、主从调节 108
3.2.4 调控指令——指向电力电子变换装置 109
任务3 半控型电力电子变换和移相控制 110
3.3.1．三类电力电子开关 110
3.3.2 晶闸管移相控制 112
3.3.3 TC-787/788集成移相触发器 120
任务4 全控型电力电子变换和PWM控制 123
3.4.1 全控型电力电子变换 123
3.4.2 全控型DC/DC变换拓扑 124
3.4.3 DC/DC变换的PWM控制器原理 126
3.4.4 全控型单相AC/DC变换拓朴 127
3.4.5 全控型单相DC/AC变换拓朴 128
3.4.6 全控型三相DC/AC变换拓朴 131
3.4.7 PWM控制逻辑的实现 133
任务5 集成PWM控制器及其应用 134
3.5.1 TL494集成PWM控制器 134
3.5.2 TC25C25/35C25集成PWM控制器 139
任务6 驱动电路和集成驱动器 160
3.6.1 驱动电路和集成驱动器 160
3.6.2 IR2110集成驱动器 161
模块四 认识钢铁联合企业，认识电弧炉炼钢 171
任务1 认识钢铁联合企业，认识电弧炉炼钢 171
4.1.1 走进钢铁联合企业 171
4.1.2 用了多少电？先算一算！ 174
任务2 鸟瞰电弧炉的功率控制与电极升降自动调节 174
任务3 通过源载分析认识工作点控制与调节的要求和方法 176
4.3.1 系统主体——电弧炉炼钢功率变换 176
4.3.2 抓住本质——如何实现功率控制？ 178
任务4 深入分析电弧阻抗测量、给定与调节的原理和方法 180
4.4.1 阻抗如何测量——通过弧压与弧流之比来测量 180
4.4.2 阻抗如何给定——通过弧压与弧流之比来给定 181
4.4.3 阻抗的给定与反馈——解开平衡桥之谜 181
4.4.4 弧阻抗的调节方法——平衡桥调节之谜 183
4.4.5 由厚到薄，神奇化易 184
4.4.6 胸有成竹，操作自如 185
任务5 认识电压内环的设置目的、线路原理和特性测试 185
4.5.1 先找第一个源头：能量（控制电能）从何而来？ 186
4.5.2 再找第二个源头，输入信息从何而来？ 186
4.5.3 再找第三个源头：输出信息奔何而去？ 188
4.5.4 分析调节器的正向通道 189
4.5.5 分析调节器的反向通道 189
4.5.6 进行调节器、反馈网络的输入、输出传递特性的测试 190
任务6 解析直流电机晶闸全桥伺服电路与控制逻辑 192
4.6.1 可逆调速，伺服重任堪与谁？ 192
4.6.2 全桥驱动，动率开关作何选？ 192
任务7 分析调控信号uPI是怎样控制电枢电压uZD的 195
4.7.1 触发电路方案 195
4.7.2 实现正、反转触发的方法 195
4.7.3 调节指令 如何决定ZD的旋转方向？ 196
4.7.4 调节指令uPI的大小，如何决定ZD旋转的快慢？ 196
4.7.5 晶闸管单元的输入、输出特性 198
4.7.6 晶闸管单元的在线输入、输出特性 199
任务8 综合整理认识，制定系统调试方案 199
任务9 扩展视野——电弧炉技术发展的现在和未来 202
4.9.1 炼钢技术的竞争与电弧炉炼钢控制技术的发展 202
4.9.2 调节器——由分立元件走向集成元件 203
4.9.3 伺服电路——由SCR到IGBT 203
4.9.4 系统控制——由硬件实现到软件实现 204
4.9.5 伺服机构——由机械走向液压 205
4.9.6 功率变换主电路——由交流电弧炉到直流电弧炉 205
4.9.7 控制策略——由传统走向现代 207
本模块五 中频感应电炉电能变换与控制 209
任务1 建立中频感应熔炼的感性认识 210
任务2 建立中频感应加热锻造的感性认识 213
任务3 建立中频感应加热热处理的感性认识 214
任务4 把你看到的东西都浓缩到一张总图上 215
任务5 弄清负载的六大特点和对电源的六大特殊要求 217
任务6 首先搞清楚怎么获得中频有功功率 219
任务7 再搞清楚LC振荡与无功功率供给 222
任务8 解决单相逆变桥如何实现电流换相的问题？ 224
任务9 把理性认识从定性认识提高到定量认识 226
任务10 学会计算和调试逆变桥换相过程的技术参数 229
5.10.1 换相过程的组成 229
5.10.2 换流过程的分析、计算、观测和调试 229
5.10.3 反压恢复过程的分析、计算、观测和调试 231
5.10.4 在调试时处理好γ与δ之间的辩证关系 232
5.10.5 调试时还要处理好安全可靠和充分出力的关系 232
5.10.6 频率自动跟踪控制——θ1点的生成和调试方法 234
5.10.7 用电压电流交点法实现频率自动跟踪控制的电路原理和调试方法 235
任务11 认识干扰的危害，学习抗干扰技术 236
5.11.1 认识干扰的严重危害，认识抗干扰的重要性 236
5.11.2 干扰的来源和抗干扰的系统方法 237
5.11.3 中频电炉三相晶闸管整流桥抗干扰的关键措施 238
5.11.4 跟踪信号的抗干扰措施 239
任务12 激发振荡与捕捉信息——认识启动过程的本质 240
任务13 解剖中频电炉输出功率控制与故障保护的关键部 241
任务14 大结局：仔细读懂一套图纸 243
5.14.1 总图——读懂全套图纸的指南 243
5.14.2 解析主电路的内部结构和外部连接关系与功能 243
5.14.3 分析控制电路电源和触发电路同步信号源的作用和电路构成特点 244
5.14.4 分析测量、控制、保护电路的工作原理和各种信号流之间的关系及操作与整定方法 244
5.14.5 进入数字式三相桥触发电路：看199点的控制信号是怎么执行其调控任务的？ 245
5.14.6 续数字式三相桥触发电路：频率信号是怎么调控计数式数控触发脉冲生成的？ 247
5.14.7 逆变桥触发电路的原理和调试——现在几乎已经唾手可得 253
5.14.8 操作监控——轻舟已过万重山？ 253
模块六 电焊机的革命——由工业电能的电磁变换到电力电子变换 263
任务1 简单认识交流手弧焊机 263
6.1.1 交流手弧焊机的基本原理 263
6.1.2 交流弧焊机的电源特性、负载特性和工作点 264
6.1.3 通过电路换挡来设置交流弧焊机的工作区 266
6.1.4 通过磁路调整来设置交流弧焊机的工作区 267
6.1.5 面对电力电子技术革命的交流弧焊机 267
任务2 认识电焊机革命——频率革命的内涵 267
6.2.1 传统电工技术是建立在电磁变换基础之上的技术 267
6.2.2 电磁变换的性质和特点及频率革命 268
任务3 认识电力电子逆变焊机的基本结构和优异性能 269
6.3.1 电焊机革命的两个基本目标 269
6.3.2 关键是如何提高电焊变压器的频率 270
6.3.3 逆变电焊机的基本结构与功能 270
6.3.4 高效率还要高性能——逆变焊机源特性的控制与制作 272
任务4 读懂电焊机图纸，学会调试、修理逆变焊机 276
6.4.1 以通用的方框图为指导，从总图入手进行分析 276
6.4.2 在总图的指导下，先易后难，从工频整流单元ARC160-1读起 277
6.4.3 继而在总图的指导下，读高频整流单元ARC160-3 278
6.4.4 再看看照片，增加一点感性认识 280
6.4.5 “肃清”外围后，向逆变单元ARC160-2发起“总攻” 282
6.4.6 控制电源 294
6.4.7 读图由分析回到综合 297
模块七 电力传动革命——走向高性能和高效率 306
任务1 初步认识电力传动革命的主角——电力变频器 306
7.1.1 传动技术的变革——从遥远的历史中走过来 306
7.1.2 变频器与逆变焊机的比较 308
7.1.3 变频器的基本电路和应用系统的构成 308
7.1.4 变频器的外部接线图 310
7.1.5 由变频器的发明到变频控制理论的发展 311
任务2 认识高性能变频调速技术对生产发展的革命性影响 313
7.2.1 变频器革命的重大成果和电力变频技术的应用方向 313
7.2.2 高性能变频调速技术的应用领域 313
任务3 认识变频调速对功率调节技术的革命性影响 323
7.3.1 广义“流体”及功率流概念 323
7.3.2 “流体”功率流的“流阻”和负载及其特性 323
7.3.3 “流体”功率流的功率源及其特性 324
7.3.4 “流体”功率流的工作点——功率流的源载分析方法 327
7.3.5 “流体”功率调节的传统方法和现代方法 327
7.3.6 负载功率和系统效率的计算 328
7.3.8 机械负载种类和不同种类机械负载变频调速的节能效果 329
任务4 学习做技术改造工程的方法，多争取工程实践的锻炼 330
5#锅炉风能系统节能改造方案设计说明书 333
附：电路原理设计图（全套）及调试方案、调试记录和竣工记录 347
施工中的设计改进及竣工记录 360
5#锅炉鼓引风机变频系统调试方案 （征求意见稿） 361
引风机调试记录 （2011-11-26） 362
鼓风机调试记录 （2011-11-26） 363
竣工记录：金富源碱业有限公司低压变频器 363
一、客户资料 363
二、变频器基本资料 364
三、变频器参数设置 364
四、变频器带负载运行数据 365
五、工程图片 366
参考文献 367
