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1、钻机电气控制系统的基础知识四川宏华石油设备有限公司培训部四川宏华石油设备有限公司培训部四川宏华石油设备有限公司培训部四川宏华石油设备有限公司培训部 主讲：唐颖主讲：唐颖主讲：唐颖主讲：唐颖 联系方式：联系方式：联系方式：联系方式：0838-51523300838-5152330电子邮件：电子邮件：电子邮件：电子邮件：主要内容l l石油钻机主要工作机特性石油钻机主要工作机特性l l钻机调速系统的组成钻机调速系统的组成l l钻机调速系统的分类钻机调速系统的分类l l交流调速系统相比直流调速系统优势交流调速系统相比直流调速系统优势l l调速系统基础知识调速系统基础知识l l防爆知识防爆知识l l电气
2、安全知识电气安全知识石油钻机主要工作机特性石油钻机主要工作机特性 石油钻机的电控系统在满足石油钻机的电控系统在满足钻井工艺性和运行经济性的钻井工艺性和运行经济性的条件下，要实现合理匹配钻条件下，要实现合理匹配钻井工作机和驱动它的动力机井工作机和驱动它的动力机功率，从而合理匹配整个电功率，从而合理匹配整个电控系统，首先必须要弄清楚控系统，首先必须要弄清楚各个工作机的负荷特性。各个工作机的负荷特性。钻机的三大工作机：绞车、钻机的三大工作机：绞车、转盘、泥浆泵的工作特性。转盘、泥浆泵的工作特性。 绞车对驱动传动的要求 绞车在工作工作过程中的载荷是变化的，每起绞车在工作工作过程中的载荷是变化的，每起升
3、一根钻柱，载荷就变化一次。为了提高起钻升一根钻柱，载荷就变化一次。为了提高起钻速度，必须充分利用绞车所配备的功率。因此，速度，必须充分利用绞车所配备的功率。因此，绞车的理想起升曲线是一条双曲线。绞车的理想起升曲线是一条双曲线。注：注：G为大钩负荷，单位吨；为大钩负荷，单位吨；V为提升速度，单位米为提升速度，单位米/秒。秒。 为了使实际起升曲线尽量接近理想曲线，绞车对驱动传动设备的要求是绞车对驱动传动设备的要求是：1）要有高度的柔特性，能实现正反转无级调速正反转无级调速，且调速范围宽；2）动力机短期过载能力强。 按恒功率原则变矩变速按恒功率原则变矩变速调速范围调速范围 : R10: R10转盘对
4、驱动传动的要求 转盘的作用是使钻具旋转，在钻进时为正转，在有转盘的作用是使钻具旋转，在钻进时为正转，在有时处理事故如卡钻时也需要反转，在钻井过程中，时处理事故如卡钻时也需要反转，在钻井过程中，为适应不同的岩层，转盘的扭矩需要维持一定并能为适应不同的岩层，转盘的扭矩需要维持一定并能灵活调节，转盘的转速需要较大范围的调节。当偶灵活调节，转盘的转速需要较大范围的调节。当偶然卡钻时，具有过载保护能力，并具有良好的保护然卡钻时，具有过载保护能力，并具有良好的保护特性，如过力矩保护和掉电保护等。特性，如过力矩保护和掉电保护等。为满足钻井工艺的上述需要，转盘对驱动传动的要求是：为满足钻井工艺的上述需要，转盘
5、对驱动传动的要求是：1 1）要有一定的柔特性，能够无级微调转速，调速范围较宽；）要有一定的柔特性，能够无级微调转速，调速范围较宽；2 2）动力机具备短期过载能力；）动力机具备短期过载能力；3 3）可正反转，有扭矩限制功能。）可正反转，有扭矩限制功能。 要有转矩限制功能要有转矩限制功能按恒转矩原则变矩变速按恒转矩原则变矩变速调速范围调速范围 : R5: R5泥浆泵对驱动传动的要求 泥浆泵泥浆泵泥浆泵泥浆泵是石油钻机的是石油钻机的3 3大工作机组之一，是钻井液循环系统中的大工作机组之一，是钻井液循环系统中的关键设备。钻井时泥浆泵在高压下向井底输送高粘度、高密度和较关键设备。钻井时泥浆泵在高压下向井
6、底输送高粘度、高密度和较高含沙量的液体，以便冷却钻头，携带出岩屑，并可辅助钻头钻进高含沙量的液体，以便冷却钻头，携带出岩屑，并可辅助钻头钻进，作为井底动力钻具的动力液。因此，泥浆泵在钻进过程中起着至，作为井底动力钻具的动力液。因此，泥浆泵在钻进过程中起着至关重要的作用。关重要的作用。泥浆泵的作用是将泥浆通过中空的钻杆从钻头顶尖注入井中，然泥浆泵的作用是将泥浆通过中空的钻杆从钻头顶尖注入井中，然后由钻杆和井壁间的间隙返回地面经过处理后重新使用。后由钻杆和井壁间的间隙返回地面经过处理后重新使用。泥浆泵需泥浆泵需泥浆泵需泥浆泵需要一定的泵压和冲数，泵压越高所需力矩越大，冲数正比与转速。要一定的泵压和
7、冲数，泵压越高所需力矩越大，冲数正比与转速。要一定的泵压和冲数，泵压越高所需力矩越大，冲数正比与转速。要一定的泵压和冲数，泵压越高所需力矩越大，冲数正比与转速。正常工作时，在不会造成井壁冲蚀的前提下，为了提高钻进速度，正常工作时，在不会造成井壁冲蚀的前提下，为了提高钻进速度，要充分利用所配泵的功率。要充分利用所配泵的功率。在理想情况下，泵的排量与泵压的关系曲线为一双曲线。在理想情况下，泵的排量与泵压的关系曲线为一双曲线。在实际操作中，为使泵不至于超载，通常采用换缸套的办法。该在实际操作中，为使泵不至于超载，通常采用换缸套的办法。该办法对泵的功率利用率较低。在处理井喷事故时，有时要求微调泵办法对
8、泵的功率利用率较低。在处理井喷事故时，有时要求微调泵的排量。的排量。 泥浆泵对驱动传动的要求是：1）动力机要有足够的过载能力；2）动力机具有一定的柔特性。 注：注：P为排量，单位升为排量，单位升/ 秒；秒；Q为泵压，单位公斤力为泵压，单位公斤力/ 厘米厘米 按恒功率原则变矩变速按恒功率原则变矩变速调速范围调速范围 : R3: R3电气传动系统控制对象位置转速转矩总结总结总结总结：电气传动系统一般是以电动机的转矩、转：电气传动系统一般是以电动机的转矩、转：电气传动系统一般是以电动机的转矩、转：电气传动系统一般是以电动机的转矩、转速及位置为控制对象，按生产机械工艺要求进行速及位置为控制对象，按生产
9、机械工艺要求进行速及位置为控制对象，按生产机械工艺要求进行速及位置为控制对象，按生产机械工艺要求进行电动机转速控制、位置控制及伺服传动的自动化电动机转速控制、位置控制及伺服传动的自动化电动机转速控制、位置控制及伺服传动的自动化电动机转速控制、位置控制及伺服传动的自动化系统。系统。系统。系统。钻机调速系统的组成钻机调速系统的组成 石油钻机的电控系统以调速系统为核心，以石油钻机的电控系统以调速系统为核心，以PLCPLC控制、总线通控制、总线通讯、等现代成熟技术为纽带，使钻机的主要功能实现了数字讯、等现代成熟技术为纽带，使钻机的主要功能实现了数字控制，并为钻井工程创建起数字化、智能化、信息化平台。控
10、制，并为钻井工程创建起数字化、智能化、信息化平台。 调速系统通常由调速系统通常由电动机电动机、控制装置控制装置和和信息装置信息装置三部分组成。三部分组成。 钻机调速系统的分类钻机调速系统的分类 石油钻机用调速系统按照控制石油钻机用调速系统按照控制电机电机电机电机种类不同将调速系统分为种类不同将调速系统分为直流控制系统直流控制系统直流控制系统直流控制系统和和交流控制系统交流控制系统交流控制系统交流控制系统两大类。两大类。1 1、直流调速系统、直流调速系统即即ACACSCRSCRDCDC可控硅调速控制系统在可控硅调速控制系统在2020世纪世纪8080年代有长足发展。它是发展最早，发展时年代有长足发
11、展。它是发展最早，发展时间最长的电力拖动控制系统，其特点是针对控制模型简单的直流电机进行控制。间最长的电力拖动控制系统，其特点是针对控制模型简单的直流电机进行控制。ACACSCRSCRDCDC可控硅调速控制系统又简称可控硅调速控制系统又简称SCRSCR（Silicon Controlled RectifierSilicon Controlled Rectifier即：晶闸管整流器）即：晶闸管整流器）系统，它经历了模拟系统，半模拟半数字系统，到现在的数字控制和计算机在线监测系统系统，它经历了模拟系统，半模拟半数字系统，到现在的数字控制和计算机在线监测系统几个发展阶段。几个发展阶段。石油钻机上传动
12、系统采用一对一驱动方案，即：每台电动机均由单独的传动柜供电，为了石油钻机上传动系统采用一对一驱动方案，即：每台电动机均由单独的传动柜供电，为了实现转盘、绞车电机的正、反向运行，转盘实现转盘、绞车电机的正、反向运行，转盘/ /绞车直流调速系统通过切换柜切换电机励磁回绞车直流调速系统通过切换柜切换电机励磁回路实现电机的正、反向运行。路实现电机的正、反向运行。 2 2、交流变频调速系统、交流变频调速系统 交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一，这是和电力电子器件制造技术、变交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一，这是和电力电子器件制造技术、变流技术控制技术、自动控制技术以及微型计算机
13、和大规模集成电路的飞速发展密切相关，流技术控制技术、自动控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关，并随着以上这些基础技术的发展而得到不断完善。控制柜可以是单柜方式，也可以是多传并随着以上这些基础技术的发展而得到不断完善。控制柜可以是单柜方式，也可以是多传动系统和共用直流母线方式。在钻机中首先利用变频技术的特性，使绞车系统在零转速时动系统和共用直流母线方式。在钻机中首先利用变频技术的特性，使绞车系统在零转速时实现最大转矩输出，保证钻机提升系统的悬持功能，彻底改变了传统的司钻操作方式；再实现最大转矩输出，保证钻机提升系统的悬持功能，彻底改变了传统的司钻操作方式；再者利用变频技术和全
14、数字控制技术实现了钻机自动送钻，送钻时由变频调速系统按照设定者利用变频技术和全数字控制技术实现了钻机自动送钻，送钻时由变频调速系统按照设定恒力矩反拖滚筒，速度自动跟随，达到恒压稳速送钻目的，送钻钻压误差小于恒力矩反拖滚筒，速度自动跟随，达到恒压稳速送钻目的，送钻钻压误差小于500kg500kg；以；以及利用钻具下放使绞车电机工作在发电状态，形成制动力矩，钻具下放能量通过逆变系统、及利用钻具下放使绞车电机工作在发电状态，形成制动力矩，钻具下放能量通过逆变系统、制动单元和制动电阻转化为热能消耗掉，从而实现钻具平稳下放。制动单元和制动电阻转化为热能消耗掉，从而实现钻具平稳下放。 交流调速系统相比直流
15、调速系统优势：交流调速系统相比直流调速系统优势：l l直流电机直流电机的体积、重量、价格要比同等容量的交流电机大，而的体积、重量、价格要比同等容量的交流电机大，而交流电机交流电机结构简单、结构简单、坚固耐用、体积小、运行可靠、造价低、易于维护。钻机现场使用交流主电机能坚固耐用、体积小、运行可靠、造价低、易于维护。钻机现场使用交流主电机能够节省相当多的初期投资与维护费用。够节省相当多的初期投资与维护费用。 l l笼式异步电机无换相器，不产生电火花，特别适合于随时充满爆炸性气体的油气笼式异步电机无换相器，不产生电火花，特别适合于随时充满爆炸性气体的油气田使用，防爆费用能够大大降低。田使用，防爆费用
16、能够大大降低。 l l变频器网侧功率因数较高，输出电流接近正弦波，谐波较小，变频器异步电机变频器网侧功率因数较高，输出电流接近正弦波，谐波较小，变频器异步电机系统的综合功率因数远高于直流系统，而且受调速深度以及负载大小的影响较小。系统的综合功率因数远高于直流系统，而且受调速深度以及负载大小的影响较小。所以该系统具有较高的运行经济性。采用适当的措施可以继续提高功率因数，降所以该系统具有较高的运行经济性。采用适当的措施可以继续提高功率因数，降低谐波。低谐波。 l l交流电机惯量小，当今的全数字矢量控制交流电机惯量小，当今的全数字矢量控制PWMPWM变频调速系统可以获得优异的动态变频调速系统可以获得
17、优异的动态特性，其静、动态性能已超过了直流可逆系统。特性，其静、动态性能已超过了直流可逆系统。 l l直流钻机采用不可逆调速方案，绞车正反转要通过直流钻机采用不可逆调速方案，绞车正反转要通过接触器接触器切换，制动时又需要操切换，制动时又需要操作电磁刹车。而在交流调速系统中，通过外接制动单元进行能耗制动，制动功能作电磁刹车。而在交流调速系统中，通过外接制动单元进行能耗制动，制动功能非常可靠，而且是自动投入工作：钻具下放使绞车电机工作在发电状态，钻具下非常可靠，而且是自动投入工作：钻具下放使绞车电机工作在发电状态，钻具下放能量经逆变系统、制动单元和制动电阻转化为热能消耗掉，从而实现钻具平稳放能量经
18、逆变系统、制动单元和制动电阻转化为热能消耗掉，从而实现钻具平稳下放。电机可以四象限运行，绞车正、反转由转速的正负给定平滑实现，无需接下放。电机可以四象限运行，绞车正、反转由转速的正负给定平滑实现，无需接触器切换；同时原先在直流系统中广泛使用的电磁刹车无需再配备。触器切换；同时原先在直流系统中广泛使用的电磁刹车无需再配备。 l l直流调速系统在轻载时电流就会出现断续状态，引起的转矩脉动现象，从而导致直流调速系统在轻载时电流就会出现断续状态，引起的转矩脉动现象，从而导致控制性能恶化；而交流系统在零转速时也能实现额定转矩输出，保证钻机绞车系控制性能恶化；而交流系统在零转速时也能实现额定转矩输出，保证
19、钻机绞车系统提升系统的悬持功能，彻底改变了传统的司钻操作方式。此外，交流调速系统统提升系统的悬持功能，彻底改变了传统的司钻操作方式。此外，交流调速系统良好的低速性能使自动送钻得以实现，改传统的被动送钻方式为主动送钻方式，良好的低速性能使自动送钻得以实现，改传统的被动送钻方式为主动送钻方式，大大降低司钻的劳动强度。大大降低司钻的劳动强度。 电气控制系统的基础知识-整流定义l l整流整流: :就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。电。ACACDC
20、DC直流电驱动钻机的主电路部分，交流变频钻直流电驱动钻机的主电路部分，交流变频钻机主电路整流部分，还有钻机电控部分许多机主电路整流部分，还有钻机电控部分许多直流电源都是通过可控整流而得到的。直流电源都是通过可控整流而得到的。DClinkRectifierV1V3V5V2V6V4CL+U1V1W1M3UdControlElectronicscontrol,monitoringandcommunicationL1L2L3InverterMotorMonitoringControlSupply电气控制系统的基础知识-整流分类l l按组成的器件可分为不可控电路、半控电路、全控电路三按组成的器件可分为不
21、可控电路、半控电路、全控电路三种：种：1 1 、不可控整流电路完全由、不可控整流电路完全由不可控二极管不可控二极管不可控二极管不可控二极管组成，电路结构一组成，电路结构一定之后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。定之后其直流整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。 2 2 、半控整流电路由、半控整流电路由可控元件和二极管可控元件和二极管可控元件和二极管可控元件和二极管混合组成，在这种电混合组成，在这种电路中，负载电源极性不能改变，但平均值可以调节。路中，负载电源极性不能改变，但平均值可以调节。 3 3、 全部由全部由可控元件可控元件可控元件可控元件组成的为全控电路。在全控整流电路
22、中，组成的为全控电路。在全控整流电路中，所有的整流元件都是可控的（所有的整流元件都是可控的（SCRSCR、GTRGTR、GTO GTO 、IGBTIGBT等），等），其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，功率既可以由电源向负载传况而得到调节，在这种电路中，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。 功率半导体器件功率半导体器件 l l电力电子装置的输入电功率经功率变换器变换后输出至负载。功率变电力电子装置的输入电功率经功率变换器
23、变换后输出至负载。功率变换器即为通常所说的电力电子电路（也称主电路），它由电力电子器件换器即为通常所说的电力电子电路（也称主电路），它由电力电子器件构成。构成。 l l一个理想的功率半导体器件、应该具有好的静态和动态特性，在截止一个理想的功率半导体器件、应该具有好的静态和动态特性，在截止状态时能承受高电压且漏电流要小；在导通状态时，能流过大电流和很状态时能承受高电压且漏电流要小；在导通状态时，能流过大电流和很低的管压降；在开关转换时，具有短的开、关时间；通态损耗、断态损低的管压降；在开关转换时，具有短的开、关时间；通态损耗、断态损耗和开关损耗均要小。同时能承受高的耗和开关损耗均要小。同时能承受
24、高的di/dtdi/dt和和du/dtdu/dt以及具有全控功能。以及具有全控功能。功率半导体器件的发展功率半导体器件的发展 l l功率半导体器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的功率半导体器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的“ “龙头龙头” ”。从。从19581958年美国通用电年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由功率半导体器件构成的变流器时代。功率半导体器件的发展经历了以下阶段：离子变流器进入由功率半导体器
25、件构成的变流器时代。功率半导体器件的发展经历了以下阶段：l l大功率二极管产生于大功率二极管产生于2020世纪世纪4040年代，是功率半导体器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目年代，是功率半导体器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成整流二极管（前已形成整流二极管（Rectifier DiodeRectifier Diode）、快恢复二极管（）、快恢复二极管（Fast Recovery DiodeFast Recovery DiodeFRDFRD）和肖特基二）和肖特基二极管（极管（Schottky Barrier DiodeSchottky Barrier DiodeSBDSB
26、D）等）等3 3种主要类型。种主要类型。l l晶闸管（晶闸管（Thyristor, or Silicon Controlled RectifierThyristor, or Silicon Controlled RectifierSCRSCR）可以算作是第一代电力电子器件，它的出）可以算作是第一代电力电子器件，它的出现使电力电子技术发生了根本性的变化。但它是一种无自关断能力的半控器件，应用中必须考虑关现使电力电子技术发生了根本性的变化。但它是一种无自关断能力的半控器件，应用中必须考虑关断方式问题，电路结构上必须设置关断（换流）电路，大大复杂了电路结构、增加了成本、限制了断方式问题，电路结构上必
27、须设置关断（换流）电路，大大复杂了电路结构、增加了成本、限制了在频率较高的电力电子电路中的应用。此外晶闸管的开关频率也不高，难于实现变流装置的高频化。在频率较高的电力电子电路中的应用。此外晶闸管的开关频率也不高，难于实现变流装置的高频化。晶闸管的派生器件有逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。晶闸管的派生器件有逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。l l2020世纪世纪7070年代出现了称之为第二代的自关断器件，如门极可关断晶闸管（年代出现了称之为第二代的自关断器件，如门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off ThyristorGate-Turn-Off ThyristorGTOGTO），
28、大功率双极型晶体管（），大功率双极型晶体管（Bipolar Junction TransistorBipolar Junction TransistorBJT, or Giant TransistorBJT, or Giant TransistorGTRGTR），功），功率场效应管（率场效应管（Power l Oxide Semiconductor Field Effect TransistorPower l Oxide Semiconductor Field Effect TransistorPower MOSFETPower MOSFET）等。）等。l l2020世纪世纪8080年代出现了
29、以绝缘栅极双极型晶体管（年代出现了以绝缘栅极双极型晶体管（Insulated-gate Bipolar TransistorInsulated-gate Bipolar TransistorIGBT, or IGTIGBT, or IGT）为代表的第三代复合导电机构的场控半导体器件。为代表的第三代复合导电机构的场控半导体器件。l l2020世纪世纪8080年代后期，功率半导体器件的发展趋势为模块化、集成化，按照电力电子电路的各种拓朴年代后期，功率半导体器件的发展趋势为模块化、集成化，按照电力电子电路的各种拓朴结构，将多个相同的功率半导体器件或不同的功率半导体器件封装在一个模块中，这样可缩小器件
30、结构，将多个相同的功率半导体器件或不同的功率半导体器件封装在一个模块中，这样可缩小器件体积、降低成本、提高可靠性。体积、降低成本、提高可靠性。l l值得指出的是新的一代器件的出现并不意味着老的器件被淘汰，世界上值得指出的是新的一代器件的出现并不意味着老的器件被淘汰，世界上SCRSCR产量仍占全部功率半导产量仍占全部功率半导体器件总数的一半，是目前高压、大电流装置中不可替代的元件。体器件总数的一半，是目前高压、大电流装置中不可替代的元件。功率半导体器件的分类功率半导体器件的分类 功率半导体器件可按可控性、驱动信号类型来进行分类。功率半导体器件可按可控性、驱动信号类型来进行分类。1 1按可控性分类
31、按可控性分类按可控性分类按可控性分类根据能被驱动（触发）电路输出控制信号所控制的程度，可将功率半导体器件分为不根据能被驱动（触发）电路输出控制信号所控制的程度，可将功率半导体器件分为不控型器件、半控型器件、全控型器件等控型器件、半控型器件、全控型器件等3 3种。种。（1 1）不控型器件）不控型器件不能用控制信号来控制开通、关断的功率半导体器件。不能用控制信号来控制开通、关断的功率半导体器件。（2 2）半控型器件）半控型器件能利用控制信号控制其导通，但不能控制其关断的功率半导体器件称为半控型器件。能利用控制信号控制其导通，但不能控制其关断的功率半导体器件称为半控型器件。（3 3）全控型器件）全控
32、型器件能利用控制信号控制其导通，也能控制其关断的功率半导体器件称为全控型器件，通能利用控制信号控制其导通，也能控制其关断的功率半导体器件称为全控型器件，通常也称为自关断器件。常也称为自关断器件。2 2按驱动信号类型分类按驱动信号类型分类按驱动信号类型分类按驱动信号类型分类（1 1）电流驱动型电流驱动型通过在控制端注入或抽出电流来实现开通或关断的器件称为电流驱动型功率半导体器通过在控制端注入或抽出电流来实现开通或关断的器件称为电流驱动型功率半导体器件。件。GTOGTO、GTRGTR为电流驱动型功率半导体器件。为电流驱动型功率半导体器件。（2 2）电压驱动型电压驱动型电压驱动型电压驱动型通过在控制
33、端和另一公共得端加入一定的电压信号来实现开通或关断的器件称为电压通过在控制端和另一公共得端加入一定的电压信号来实现开通或关断的器件称为电压驱动型功率半导体器件。驱动型功率半导体器件。P-MOSFETP-MOSFET、IGBTIGBT为电压驱动型功率半导体器件。为电压驱动型功率半导体器件。l l不可控整流不可控整流：二极管：二极管电气控制系统的基础知识-整流按照所用元器件分类可控整流：可控硅、IGBTMOSFET等晶闸管俗称可控硅，是一种功率半导体器件。晶闸管的原文是“SiliconControlledRectifier”(硅可控整流)，缩写字母“SCR”。它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子
34、。整流二极管具有明显的单向导电性。MOSFET功率场效应晶体管 l lMOSFETMOSFET的原意是：的原意是：MOSMOS（MetalMetal OxideOxide SemiconductorSemiconductor金金属氧化物半导体），属氧化物半导体），FETFET（FieldField EffectEffect TransistorTransistor场效应晶场效应晶体管），即以金属层（体管），即以金属层（MM）的栅极隔着氧化层（）的栅极隔着氧化层（O O）利用）利用电场的效应来控制半导体（电场的效应来控制半导体（S S）的场效应晶体管。）的场效应晶体管。l l功率场效应晶体管也分
35、为结型和绝缘栅型功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型, ,但通常主要指绝但通常主要指绝缘栅型中的缘栅型中的MOSMOS型（型（MetalMetal OxideOxide SemiconductorSemiconductor FETFET）, ,简称功率简称功率MOSFETMOSFET（PowerPower MOSFETMOSFET）。结型功率场效应）。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管晶体管一般称作静电感应晶体管（StaticStatic InductionInduction TransistorTransistorSITSIT）。其特点是用栅极）。其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱
36、动电路简单，需要的驱动功率小，电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTRGTR，但其电流，但其电流容量小，耐压低，容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过一般只适用于功率不超过一般只适用于功率不超过一般只适用于功率不超过10kW10kW的电力的电力的电力的电力电子装置。电子装置。电子装置。电子装置。 功率器件功率器件功率器件功率器件GTO 、IGCT：集成门极换流晶闸管采用晶闸管技术的采用晶闸管技术的GTOGTO是常用的大功率开关器件是常用的大功率开关器件是常用的大功率开关器件是常用的大功率开关器件，它相对于
37、采用晶体管，它相对于采用晶体管技术的技术的IGBTIGBT在截止电压上有更高的性能，但广泛应用的标准在截止电压上有更高的性能，但广泛应用的标准GTOGTO驱动技驱动技术造成不均匀的开通和关断过程，需要高成本的术造成不均匀的开通和关断过程，需要高成本的dv/dtdv/dt和和di/dtdi/dt吸收电路和吸收电路和较大功率的门极驱动单元，因而造成可靠性下降，较大功率的门极驱动单元，因而造成可靠性下降，价格较高，也不利于价格较高，也不利于价格较高，也不利于价格较高，也不利于串联。串联。串联。串联。 IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)IGCT(I
38、ntergrated Gate Commutated Thyristors)是一种用于巨型是一种用于巨型是一种用于巨型是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。IGCTIGCT使变流装置在功率、可靠性、开关速度、效率、成本、重量和体积使变流装置在功率、可靠性、开关速度、效率、成本、重量和体积等方面都取得了巨大进展，给电力电子成套装置带来了新的飞跃。等方面都取得了巨大进展，给电力电子成套装置带来了新的飞跃。IGCTIGCT是将是将GTOGTO芯片与反并联二极管和门极
39、驱动电路集成在一起，再与其门极芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点，在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶管低通态损耗的优点，在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。体管的特性。IGCTIGCT具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低等特点，而且造成本低，成品率高，有很好的应用前景。等特点，而且造成本低，成品率高，有很好的应用前景。IGCTIG
40、CT已经成为已经成为高压大功率低频交流器高压大功率低频交流器高压大功率低频交流器高压大功率低频交流器的优选方案。的优选方案。ABBABB公司已经推出比公司已经推出比较成熟的高压大容量较成熟的高压大容量IGCTIGCT产品产品 。 电气控制系统的基础知识-可控硅整流可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成。可控硅具有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域。可控整流是指在交流电压不变的情况下，可以控制直流输出电压的大小。可控硅整流桥可控硅整流桥可控硅整流桥可控硅整流桥大功率二极管外部
41、构成从外部构成看，也分成管芯和散热器两部分。这是由于二极管工作时管芯中从外部构成看，也分成管芯和散热器两部分。这是由于二极管工作时管芯中要通过强大的电流，而要通过强大的电流，而PNPN结又有一定的正向电阻，管芯要因损耗而发热。为了结又有一定的正向电阻，管芯要因损耗而发热。为了管芯的冷却，必须配备散热器。一般情况下，管芯的冷却，必须配备散热器。一般情况下，200A200A以下的管芯采用螺旋式（图以下的管芯采用螺旋式（图b b），），200A200A以上则采用平板式（图以上则采用平板式（图c c）。）。a） 符号 b） 螺旋式 c） 平板式 大功率二极管的特性大功率二极管的特性 1大功率二极管的伏
42、安特性大功率二极管的伏安特性二极管阳极和阴极间的电压Uak与阳极电流ia间的关系称为伏安特性，如图所示。第象限为正向特性区，表现为正向导通状态。第象限为反向特性区，表现为反向阻断状态。a）实际特性b）理想特性大功率二极管的伏安特性大功率二极管的特性大功率二极管的特性2 2大功率二极管的开通、关断特性大功率二极管的开通、关断特性大功率二极管的开通、关断特性大功率二极管的开通、关断特性大功率二极管具有延迟导通和延迟关断的特征，关断时会出现瞬时反向电流和瞬时反向过电压。大功率二极管具有延迟导通和延迟关断的特征，关断时会出现瞬时反向电流和瞬时反向过电压。（1 1）大功率二极管的开通过程）大功率二极管的
43、开通过程大功率二极管的开通需一定的过程，初期出现较高的瞬态压降，过一段时间后才达到稳定，且导通压降大功率二极管的开通需一定的过程，初期出现较高的瞬态压降，过一段时间后才达到稳定，且导通压降很小。图很小。图4 4为大功率二极管开通过程中的管压降为大功率二极管开通过程中的管压降u uD D和正向电流和正向电流i iD D的变化曲线。由图可见，在正向恢复时间的变化曲线。由图可见，在正向恢复时间t tfr fr内，正在开通的大功率二极管上承受的峰值电压内，正在开通的大功率二极管上承受的峰值电压U UDMDM比稳态管压降高的多，在有些二极管中的峰值电比稳态管压降高的多，在有些二极管中的峰值电压可达几十伏
44、。压可达几十伏。 图图4 4 大功率二极管的开通过程大功率二极管的开通过程 图图5 5 大功率二极管的关断过程大功率二极管的关断过程（2 2）大功率二极管的关断过程）大功率二极管的关断过程图图1-51-5为大功率二极管关断过程电压、电流波形。为大功率二极管关断过程电压、电流波形。大功率二极管应用在低频整流电路时可不考虑其动态过程，但在高频逆变器、高频整流器、缓冲电路等大功率二极管应用在低频整流电路时可不考虑其动态过程，但在高频逆变器、高频整流器、缓冲电路等频率较高的电力电子电路中就要考虑大功率二极管的开通、关断等动态过程。频率较高的电力电子电路中就要考虑大功率二极管的开通、关断等动态过程。大功
45、率二极管的主要参数大功率二极管的主要参数 1 1、额定正向平均电流（额定电流）、额定正向平均电流（额定电流）、额定正向平均电流（额定电流）、额定正向平均电流（额定电流）I I F F指在规定指在规定4040的环境温度和标准散热条件下，元件结温达额定且稳定时，容许长时间连的环境温度和标准散热条件下，元件结温达额定且稳定时，容许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值。将此电流整化到等于或小于规定的电流等级，则为该续流过工频正弦半波电流的平均值。将此电流整化到等于或小于规定的电流等级，则为该二极管的额定电流。在选用大功率二极管时，应按元件允许通过的电流有效值来选取。对二极管的额定电流。在选用大功率二
46、极管时，应按元件允许通过的电流有效值来选取。对应额定电流应额定电流IFIF的有效值为的有效值为1.571.57I I F F。2 2、反向重复峰值电压（额定电压）、反向重复峰值电压（额定电压）、反向重复峰值电压（额定电压）、反向重复峰值电压（额定电压）RRMRRM在额定结温条件下，元件反向伏安特性曲线（第在额定结温条件下，元件反向伏安特性曲线（第象限）急剧拐弯处于所对应的反向峰值象限）急剧拐弯处于所对应的反向峰值电压称为反向不重复峰值电压电压称为反向不重复峰值电压U URSMRSM。反向不重复峰值电压值的。反向不重复峰值电压值的8080称为反向重复峰值电压称为反向重复峰值电压U U RRMRR
47、M。再将。再将U URRMRRM整化到等于或小于该值的电压等级，即为元件的额定电压。整化到等于或小于该值的电压等级，即为元件的额定电压。3 3、反向漏电流、反向漏电流、反向漏电流、反向漏电流I IRRRR对应于反向重复峰值电压对应于反向重复峰值电压U URRMRRM下的平均漏电流称为反向重复平均电流下的平均漏电流称为反向重复平均电流I IRRRR。4 4、正向平均电压、正向平均电压、正向平均电压、正向平均电压U U F F在规定的在规定的4040环境温度和标准的散热条件下，元件通以工频正弦半波额定正向平均电流环境温度和标准的散热条件下，元件通以工频正弦半波额定正向平均电流时，元件阳、阴极间电压
48、的平均值，有时亦称为管压降。元件发热与损耗与时，元件阳、阴极间电压的平均值，有时亦称为管压降。元件发热与损耗与U U F F有关，一般有关，一般应选用管压降小的元件以降低元件的导通损耗。应选用管压降小的元件以降低元件的导通损耗。5 5、大功率二极管的型号、大功率二极管的型号、大功率二极管的型号、大功率二极管的型号普通型大功率二极管型号用普通型大功率二极管型号用ZPZP表示，其中表示，其中Z Z代表整流特性，代表整流特性，P P为普通型。普通型大功率二极为普通型。普通型大功率二极管型号可表示如下管型号可表示如下ZPZP电流等级电流等级电流等级电流等级 电压等级电压等级电压等级电压等级/100/1
49、00通态平均电压组别通态平均电压组别通态平均电压组别通态平均电压组别 如型号为如型号为ZP50ZP501616的大功率二极管表示：普通型大功率二极管，额定电流为的大功率二极管表示：普通型大功率二极管，额定电流为50A50A，额定电，额定电压为压为1600V1600V。普通二极管的检测将数字万用表拨到二极管档，用万用表测量：将红、黑表笔分别接在二将数字万用表拨到二极管档，用万用表测量：将红、黑表笔分别接在二极管的两端，读取读数，再将表笔对调测量。根据两次测量结果判断，极管的两端，读取读数，再将表笔对调测量。根据两次测量结果判断，通常小功率锗二极管的正向电阻值为通常小功率锗二极管的正向电阻值为30
50、0300500500，硅二极管约为，硅二极管约为1k1k或或更大些。锗管反相电阻为几十千欧，硅管反向电阻在更大些。锗管反相电阻为几十千欧，硅管反向电阻在500k500k以上以上( (大功率大功率二极管的数值要小的多二极管的数值要小的多) )。好的二极管正向电阻较低，反向电阻较大，正。好的二极管正向电阻较低，反向电阻较大，正反向电阻差值越大越好。如果测得正、反向电阻很小均接近于零，说明反向电阻差值越大越好。如果测得正、反向电阻很小均接近于零，说明二极管内部已短路；若正、反向电阻很大或趋于无穷大，则说明管子内二极管内部已短路；若正、反向电阻很大或趋于无穷大，则说明管子内部已断路。在这两种情况下二极
51、管就需报废。部已断路。在这两种情况下二极管就需报废。在路测试在路测试: :测试二极管测试二极管PNPN结正反向电阻，比较容易判断出二极管是击结正反向电阻，比较容易判断出二极管是击穿短路还是断路。穿短路还是断路。 晶闸管晶闸管(SCR)的结构的结构 l l晶闸管能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等优点，晶闸管能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等优点，它是大功率开关型半导体器件，广泛应用在电力、电子线路中。它是大功率开关型半导体器件，广泛应用在电力、电子线路中。 l l晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，可区分为管芯及散热器两大晶闸管是大功率的半
52、导体器件，从总体结构上看，可区分为管芯及散热器两大部分，分别如图所示部分，分别如图所示。 a）螺栓型螺栓型b）平板型）平板型c）符号）符号管芯是晶闸管的本体部分，由半导体材料构成，具有三个与外电路可以连接的电极：阳极，阴极和门极（或称控制极），其电路图中符号表示如图c）所示。散热器则是为了将管芯在工作时由损耗产生的热量带走而设置的冷却器。按照晶闸管管芯与散热器间的安装方式，晶闸管可分为螺栓型与平板型两种。螺栓型（图a）依靠螺栓将管芯与散热器紧密连接在一起，并靠相互接触的一个面传递热量。 晶闸管(SCR)的散热器 晶闸管是大功率的半导体晶闸管是大功率的半导体器件，从总体结构上看，器件，从总体结构
53、上看，可区分为管芯及散热器两可区分为管芯及散热器两大部分。大部分。 a）自冷b）风冷c）水冷晶闸管(SCR)管芯结构原理图 晶闸管管芯的内部结构如图晶闸管管芯的内部结构如图1-31-3所示，是一个四层（所示，是一个四层（P1P1N1N1P2P2N2N2）三端（三端（A A、K K、G G）的功率半导体器件。它是在）的功率半导体器件。它是在N N型的硅基片（型的硅基片（N1N1）的两）的两边扩散型半导体杂质层（边扩散型半导体杂质层（P1P1、P2P2），形成了两个），形成了两个PNPN结结J1J1、J2J2。再在。再在P2P2层内扩散型半导体杂质层层内扩散型半导体杂质层N2N2又形成另一个又形成
54、另一个PNPN结结J3J3。然后在相应位置放。然后在相应位置放置钼片作电极，引出阳极置钼片作电极，引出阳极A A，阴极，阴极K K及门极及门极G G，形成了一个四层三端的大，形成了一个四层三端的大功率电子元件。这个四层半导体器件由于有三个功率电子元件。这个四层半导体器件由于有三个PNPN结的存在，决定了它结的存在，决定了它的可控导通特性。的可控导通特性。 晶闸管晶闸管(SCR)的工作原理的工作原理 通过理论分析和实验验证表明：通过理论分析和实验验证表明：1 1） 只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶闸管才能导通，两者不可缺一。只有当晶闸管同时承受正向阳极电压和正向门极电压时晶闸管
55、才能导通，两者不可缺一。2 2） 晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电晶闸管一旦导通后门极将失去控制作用，门极电压对管子随后的导通或关断均不起作用，故使晶闸管导通的门极电压不必是一个持续的直流电压，只要是一个具有一定宽度的正向脉冲电压即可，脉冲的宽度与晶闸管的开通特性及负载压不必是一个持续的直流电压，只要是一个具有一定宽度的正向脉冲电压即可，脉冲的宽度与晶闸管的开通特性及负载性质有关。性质有关。这个脉冲常称之为触发脉冲这个脉冲常称之为触发脉冲。3 3） 要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数值之下（约几十毫安）要使已导
56、通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一数值之下（约几十毫安）。这可以通过增大负载电阻，降低。这可以通过增大负载电阻，降低阳极电压至接近于零或施加反向阳极电压来实现。这个能保持晶闸管导通的最小电流称为维持电流，是晶闸管的一个重阳极电压至接近于零或施加反向阳极电压来实现。这个能保持晶闸管导通的最小电流称为维持电流，是晶闸管的一个重要参数。要参数。晶闸管为什么会有以上导通和关断的特性，这与晶闸管内部发生的物理过程有关。晶闸管是一个具有晶闸管为什么会有以上导通和关断的特性，这与晶闸管内部发生的物理过程有关。晶闸管是一个具有P1P1N1N1P2P2N2N2四四层半导体的器件，内部形成有三个层半导体的器
57、件，内部形成有三个PNPN结结J1J1、J2J2、J3J3，晶闸管承受正向阳极电压时，其中，晶闸管承受正向阳极电压时，其中J1J1、J3J3承受反向阻断电压，承受反向阻断电压，J2J2承承受正向阻断电压。这三个受正向阻断电压。这三个PNPN结的功能可以看作是一个结的功能可以看作是一个PNPPNP型三极管型三极管VT1VT1（P1P1N1N1P2P2）和一个）和一个NPNNPN型三极管型三极管VT2VT2（N1N1P2P2N2N2）构成的复合作用，如图所示。）构成的复合作用，如图所示。晶闸管的等效复合三极管效应 可以看出，两个晶体管连接的特点是一个晶体管的集电极电流就是另一个晶体管的基极电流，当
58、有足够的门极电流Ig流入时，两个相互复合的晶体管电路就会形成强烈的正反馈，导致两个晶体管饱和导通，也即晶闸管的晶闸管的导通。导通。如果晶闸管承受的是反向阳极电压，由于等效晶体管VT1、VT2均处于反压状态，无论有无门极电流Ig，晶闸管都不能导通。晶闸管晶闸管(SCR)的基本特性的基本特性 1 1静态特性静态特性静态特性静态特性静态特性又称伏安特性，指的是器件端电压与电流的关系。这里介绍阳静态特性又称伏安特性，指的是器件端电压与电流的关系。这里介绍阳极伏安特性和门极伏安特性。极伏安特性和门极伏安特性。（1 1） 阳极伏安特性阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性表示晶闸管阳极与阴极之间的电压晶闸管的阳
59、极伏安特性表示晶闸管阳极与阴极之间的电压U U akak与阳极电流与阳极电流I I a a之间的关系曲线，如图所示。之间的关系曲线，如图所示。晶闸管阳极伏安特性： 正向阻断高阻区；负阻区；正向导通低阻区；反向阻断高阻区阳极伏安特性可以划分为两个区域：第象限为正向特性区，第象限为反向特性区。第象限的正向特性又可分为正向阻断状态及正向导通状态。 晶闸管晶闸管(SCR)的基本特性的基本特性（2 2） 门极伏安特性门极伏安特性晶闸管的门极与阴极间存在着一个晶闸管的门极与阴极间存在着一个PNPN结结J3J3，门极伏安特性就是指这个，门极伏安特性就是指这个PNPN结上正向门极电压结上正向门极电压U U g
60、 g与门极电流与门极电流I I g g间的关系。由于这个结的伏安特性很间的关系。由于这个结的伏安特性很分散，无法找到一条典型的代表曲线，只能用一条极限高阻门极特性和分散，无法找到一条典型的代表曲线，只能用一条极限高阻门极特性和一条极限低阻门极特性之间的一片区域来代表所有元件的门极伏安特性，一条极限低阻门极特性之间的一片区域来代表所有元件的门极伏安特性，如图阴影区域所示。如图阴影区域所示。晶闸管门极伏安特性晶闸管晶闸管(SCR)的基本特性的基本特性2 2动态特性动态特性动态特性动态特性晶闸管常应用于低频的相控电力电子电路时，有时也在高频电力电子电路中得到应用，如逆变器等。在晶闸管常应用于低频的相
61、控电力电子电路时，有时也在高频电力电子电路中得到应用，如逆变器等。在高频电路应用时，需要严格地考虑晶闸管的开关特性，即开通特性和关断特性。高频电路应用时，需要严格地考虑晶闸管的开关特性，即开通特性和关断特性。（1 1）开通特性）开通特性晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。图晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。图1-121-12给出了晶闸管的开关特性。在晶闸管处在正向阻断的给出了晶闸管的开关特性。在晶闸管处在正向阻断的条件下突加门极触发电流，由于晶闸管内部正反馈过程及外电路电感的影响，阳极电流的增长需要一定条件下突加门极触发电流，由于晶闸管内部正反馈过程及外电路电感的影响，阳极电流的增长需要
62、一定的时间。从突加门极电流时刻到阳极电流上升到稳定值的时间。从突加门极电流时刻到阳极电流上升到稳定值I IT T 的的10%10%所需的时间称为延迟时间所需的时间称为延迟时间t td d，而阳极电，而阳极电流从流从10%10%I IT T上升到上升到90%90%I IT T所需的时间称为上升时间所需的时间称为上升时间t tr r，延迟时间与上升时间之和为晶闸管的开通时间，延迟时间与上升时间之和为晶闸管的开通时间 t tgt=gt=t td+d+t tr r，普通晶闸管的延迟时间为，普通晶闸管的延迟时间为0.50.51.5s1.5s，上升时间为，上升时间为0.50.53s3s。延迟时间随门极电流
63、的增大而。延迟时间随门极电流的增大而减少，延迟时间和上升时间随阳极电压上升而下降。减少，延迟时间和上升时间随阳极电压上升而下降。晶闸管的开关特性（2）关断特性通常采用外加反压的方法将已导通的晶闸管关断通常采用外加反压的方法将已导通的晶闸管关断。反压可利用电源、负载和辅助换流电路来提供。要关断已导通的晶闸管，通常给晶闸管加反向阳极电压。晶闸管的关断，就是要使各层区内载流子消失，使元件对正向阳极电压恢复阻断能力。突加反向阳极电压后，由于外电路电感的存在，晶闸管阳极电流的下降会有一个过程，当阳极电流过零，也会出现反向恢复电流，反向电流达最大值IRM后，再朝反方向快速衰减接近于零，此时晶闸管恢复对反向
64、电压的阻断能力。晶闸管晶闸管(SCR)的主要参数的主要参数 要正确使用一个晶闸管，除了了解晶闸管的静态、动态特性外，还必须定量地掌握晶闸管的一要正确使用一个晶闸管，除了了解晶闸管的静态、动态特性外，还必须定量地掌握晶闸管的一些主要参数。些主要参数。1 1电压参数电压参数电压参数电压参数（1 1） 断态重复峰值电压断态重复峰值电压U U DRMDRM 门极开路，元件额定结温时，从晶闸管阳极伏安特性正向阻断高阻区，漏电流急剧增长的拐弯门极开路，元件额定结温时，从晶闸管阳极伏安特性正向阻断高阻区，漏电流急剧增长的拐弯处所决定的电压称断态不重复峰值电压处所决定的电压称断态不重复峰值电压U U DSMD
65、SM，“ “不重复不重复” ”表明这个电压不可长期重复施加。取表明这个电压不可长期重复施加。取断态不重复峰值电压的断态不重复峰值电压的9090定义为断态重复峰值电压定义为断态重复峰值电压U U DRMDRM，“ “重复重复” ”表示这个电压可以以每秒表示这个电压可以以每秒5050次，每次持续时间不大于次，每次持续时间不大于10ms10ms的重复方式施加于元件上。的重复方式施加于元件上。（2 2） 反向重复峰值电压反向重复峰值电压U U RRMRRM 门极开路，元件额定结温时，从晶闸管阳极伏安特性反向阻断高阻区，反向漏电流急剧增长的门极开路，元件额定结温时，从晶闸管阳极伏安特性反向阻断高阻区，反
66、向漏电流急剧增长的拐弯处所决定的的电压称为反向不重复峰值电压拐弯处所决定的的电压称为反向不重复峰值电压U URSMRSM，这个电压是不能长期重复施加的。取反，这个电压是不能长期重复施加的。取反向不重复峰值电压的向不重复峰值电压的9090定义为反向重复峰值电压定义为反向重复峰值电压U URRMRRM，这个电压允许重复施加。，这个电压允许重复施加。（3 3） 晶闸管的额定电压晶闸管的额定电压U U R R 取取U U DRMDRM和和U U RRMRRM中较小的一个，并整化至等于或小于该值的规定电压等级上。电压等级不是任意中较小的一个，并整化至等于或小于该值的规定电压等级上。电压等级不是任意决定的
67、，额定电压在决定的，额定电压在10001000以下是每以下是每100100一个电压等级，一个电压等级，10001000至至30003000则是每则是每200200一个一个电压等级。电压等级。由于晶闸管工作中可能会遭受到一些意想不到的瞬时过电压，为了确保管子安全运行，在选用由于晶闸管工作中可能会遭受到一些意想不到的瞬时过电压，为了确保管子安全运行，在选用晶闸管时应使其额定电压为正常工作电压峰值晶闸管时应使其额定电压为正常工作电压峰值U UMM的的2323倍，以作安全余量。倍，以作安全余量。U U R R = =（2323）U U MM（4 4） 通态平均电压通态平均电压U U T T（AVAV）
68、指在晶闸管通过单相工频正弦半波电流，额定结温、额定平均电流下，晶闸管阳极与阴极间电指在晶闸管通过单相工频正弦半波电流，额定结温、额定平均电流下，晶闸管阳极与阴极间电压的平均值，也称之为管压降。在晶闸管型号中，常按通态平均电压的数值进行分组，以大写压的平均值，也称之为管压降。在晶闸管型号中，常按通态平均电压的数值进行分组，以大写英文字母英文字母A AI I表示。通态平均电压影响元件的损耗与发热，应该选用管压降小的元件来使用。表示。通态平均电压影响元件的损耗与发热，应该选用管压降小的元件来使用。晶闸管晶闸管(SCR)的主要参数的主要参数2 2电流参数电流参数电流参数电流参数（1 1） 通态平均电流
69、通态平均电流I I T T（AVAV） 在环境温度为在环境温度为4040、规定的冷却条件下，晶闸管元件在电阻性负载的单相、工频、正弦、规定的冷却条件下，晶闸管元件在电阻性负载的单相、工频、正弦半波、导通角不小于半波、导通角不小于170170的电路中，当结温稳定在额定值的电路中，当结温稳定在额定值125125时所允许的通态时的最大时所允许的通态时的最大平均电流称为额定通态平均电流平均电流称为额定通态平均电流I IT T（AVAV）。选用晶闸管时应根据有效电流相等的原则来确）。选用晶闸管时应根据有效电流相等的原则来确定晶闸管的额定电流。由于晶闸管的过载能力小，为保证安全可靠工作，所选用晶闸管的定晶
70、闸管的额定电流。由于晶闸管的过载能力小，为保证安全可靠工作，所选用晶闸管的额定电流额定电流I I T T（AVAV）应使其对应有效值电流为实际流过电流有效值的）应使其对应有效值电流为实际流过电流有效值的1.51.52 2倍。按晶闸管额倍。按晶闸管额定电流的定义，一个额定电流为定电流的定义，一个额定电流为100A100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A157A。（2 2） 维持电流维持电流I I H H 维持电流是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。维持电流与结维持电流是指晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。维持电
71、流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。（3 3） 掣住电流掣住电流I I L L 晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号，此时要维持元件导通所需的最晶闸管刚从阻断状态转变为导通状态并撤除门极触发信号，此时要维持元件导通所需的最小阳极电流称为掣住电流。一般掣住电流比维持电流大（小阳极电流称为掣住电流。一般掣住电流比维持电流大（2 24 4）倍。）倍。3 3晶闸管的型号晶闸管的型号晶闸管的型号晶闸管的型号普通型晶闸管型号可表示如下：普通型晶闸管型号可表示如下：KPKP电流等级电流等级电流等级电流等级 电压等级电压等级电压等
72、级电压等级/100/100通态平均电压组别通态平均电压组别通态平均电压组别通态平均电压组别 其中其中其中其中K K代表闸流特性，代表闸流特性，P P为普通型。如为普通型。如KP500KP5001515型号的晶闸管表示其通态平均电流型号的晶闸管表示其通态平均电流（额定电流）（额定电流）I I T T（AVAV）为）为500A500A，正反向重复峰值电压（额定电压），正反向重复峰值电压（额定电压）U U R R为为1500V1500V，通态平均，通态平均电压组别以英文字母标出，小容量的元件可不标。电压组别以英文字母标出，小容量的元件可不标。KP2300A/2400V Thyristor l l整流
73、组件由三个整流单元组成，由于绞车、转盘都是单电机运行，所以每个整流组件由三个整流单元组成，由于绞车、转盘都是单电机运行，所以每个整流单元选用两只整流单元选用两只KP1500A/2400VKP1500A/2400V元件配元件配XF70DSXF70DS散热器组，元件芯片散热器组，元件芯片63mm63mm，采用进口硅单晶制造。元件门极引线采用耐高温聚四氟乙烯线，双，采用进口硅单晶制造。元件门极引线采用耐高温聚四氟乙烯线，双线绞合。所有元件具有适当防腐蚀，防盐雾，防霉菌。其元件参数如下：线绞合。所有元件具有适当防腐蚀，防盐雾，防霉菌。其元件参数如下：l l门极电压：门极电压：Vg12VVg12V同批次
74、同批次Vg0.6VVg0.6V；l l门极电流门极电流Ig60150mA Ig60150mA 同批次同批次Ig70mAIg70mA；l l（25402540）；）；l l为为100A/us 100A/us ，为，为1000V/us 1000V/us 。l l由于泥浆泵带双电机选用两只由于泥浆泵带双电机选用两只KP2300A/2400VKP2300A/2400V元件配元件配SRH13FASRH13FA散热器组，晶散热器组，晶闸管采用进口硅单晶制造，元件芯片闸管采用进口硅单晶制造，元件芯片77mm77mm。元件门极引线采用耐高温聚四。元件门极引线采用耐高温聚四氟乙烯线，双线绞合。所有元件具有适当防
75、腐蚀，防盐雾，防霉菌。其元件氟乙烯线，双线绞合。所有元件具有适当防腐蚀，防盐雾，防霉菌。其元件参数如下：参数如下：l l门极电压：门极电压：Vg12VVg12V同批次同批次Vg0.6V;Vg0.6V;l l门极电流门极电流Ig80200mA Ig80200mA 同批次同批次Ig80mA;Ig80mA;l l（25402540）; ;l l为为100A/us 100A/us ，为，为1000V/us 1000V/us 。晶闸管晶闸管(SCR)的检测的检测万用表选电阻万用表选电阻万用表选电阻万用表选电阻R*1R*1挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找挡，用红、黑两表笔分别测任意两引
76、脚间正反向电阻直至找挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极G G，红表笔的引脚为，红表笔的引脚为，红表笔的引脚为，红表笔的引脚为阴极阴极阴极阴极K K，另一空脚为阳极，另一空脚为阳极，另一空脚为阳极，另一空脚为阳极A A。此时将黑表笔接已判断了的阳极。此时将黑表笔接已判断了的阳极。此时将黑表笔接已判断了的阳极。此时将黑表笔接
77、已判断了的阳极A A，红表笔仍接阴极，红表笔仍接阴极，红表笔仍接阴极，红表笔仍接阴极K K。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极。此时万用表指针应不动。用短线瞬间短接阳极A A和控制极和控制极和控制极和控制极G G，此时万用表电阻，此时万用表电阻，此时万用表电阻，此时万用表电阻挡指针应向右偏转，阻值读数为挡指针应向右偏转，阻值读数为挡指针应向右偏转，阻值读数为挡指针应向右偏转，阻值读数为1010欧姆左右。如阳极欧姆左右。如阳极欧姆左右。如阳极欧姆左右。如阳极A A接黑表笔，阴极接黑表笔，阴极接黑表笔，阴极接
78、黑表笔，阴极K K接红表接红表接红表接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。l l 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管( (可控硅可控硅可控硅可控硅) )的管脚判别：的管脚判别：的管脚判别：的管脚判别： 晶闸管管脚的判别可用下述方法：晶闸管管脚的判别可用下述方法：晶闸管管脚的判别可用下述方法：晶闸管管脚的判别可用下述方法： 先用万用表先用万用表先用万用表先用万用表R*1KR*1K挡测量三脚之间的阻值，挡测量三脚之间的阻值，挡
79、测量三脚之间的阻值，挡测量三脚之间的阻值，阻值小的两脚分别为控制极和阴极，所剩的一脚为阳极。再将万用表置于阻值小的两脚分别为控制极和阴极，所剩的一脚为阳极。再将万用表置于阻值小的两脚分别为控制极和阴极，所剩的一脚为阳极。再将万用表置于阻值小的两脚分别为控制极和阴极，所剩的一脚为阳极。再将万用表置于R*10KR*10K挡，用手指捏住阳极和另一脚，且不让两脚接触，黑表笔接阳极，红表挡，用手指捏住阳极和另一脚，且不让两脚接触，黑表笔接阳极，红表挡，用手指捏住阳极和另一脚，且不让两脚接触，黑表笔接阳极，红表挡，用手指捏住阳极和另一脚，且不让两脚接触，黑表笔接阳极，红表笔接剩下的一脚，如表针向右摆动，说
80、明红表笔所接为阴极，不摆动则为控制极。笔接剩下的一脚，如表针向右摆动，说明红表笔所接为阴极，不摆动则为控制极。笔接剩下的一脚，如表针向右摆动，说明红表笔所接为阴极，不摆动则为控制极。笔接剩下的一脚，如表针向右摆动，说明红表笔所接为阴极，不摆动则为控制极。 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）结构与结构与工作原理工作原理 1 1结构结构结构结构IGBTIGBT的基本结构如图所示，与的基本结构如图所示，与P-MOSFETP-MOSFET（功率场效应晶体管）结构十（功率场效应晶体管）结构十分相似，相当于一个用分相似，相当于一个用MOSFETMOSFET驱动的厚基区驱动的厚基区PNPPNP晶体管。仔细观察发
81、现晶体管。仔细观察发现其内部实际上包含了两个双极型晶体管其内部实际上包含了两个双极型晶体管P+NPP+NP及及N+PNN+PN，它们又组合成了，它们又组合成了一个等效的晶闸管。这个等效晶闸管将在一个等效的晶闸管。这个等效晶闸管将在IGBTIGBT器件使用中引起一种器件使用中引起一种“ “擎擎住效应住效应” ”，会影响，会影响IGBTIGBT的安全使用。的安全使用。2工作原理工作原理IGBT的等效电路如图b）所示，是以PNP型厚基区GTR（大功率晶体管）为主导元件、N沟道MOSFET为驱动元件的达林顿电路结构器件，Rdr为GTR基区内的调制电阻。图c）则是IGBT的电路符号。IGBT的开通与关断
82、由栅极电压控制。栅极上加正向电压时MOSFET内部形成沟道，使IGBT高阻断态转入低阻通态。在栅极加上反向电压后，MOSFET中的导电沟道消除，PNP型晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。IGBT工作特性工作特性 1 1静态特性静态特性静态特性静态特性IGBTIGBT的静态特性主要有输出特性及转移特性，如图的静态特性主要有输出特性及转移特性，如图1-311-31所示。输出特性表达了集电极电流所示。输出特性表达了集电极电流I IC C与集电极与集电极发射极间电压发射极间电压U UCECE之间的关系，分饱和区、放大区及击穿区。之间的关系，分饱和区、放大区及击穿区。IGBTIGBT的转移特性表示了
83、栅极电压的转移特性表示了栅极电压U UG G对集电极电流对集电极电流I IC C的控制关系。在大部分范围内，的控制关系。在大部分范围内，I IC C与与U UG G呈线性关系。呈线性关系。IGBT工作特性工作特性2动态特性动态特性IGBT的动态特性即开关特性，如图所示，其开通过程主要由其MOSFET结构决定。当栅极电压UG达开启电压UG（th）后，集电极电流IC迅速增长，其中栅极电压从负偏置值增大至开启电压所需时间td（on）为开通延迟时间；集电极电流由10额定增长至90额定所需时间为电流上升时间tri，故总的开通时间为tontd（on）tri。IGBT的关断过程较为复杂，其中UG由正常15V
84、降至开启电压UT所需时间为关断延迟时间td（off），自此IC开始衰减。集电极电流由90额定值下降至10额定所需时间为下降时间tfitfi1tfi2，其中tfi1对应器件中MOSFET部分的关断过程，tfi2对应器件中PNP晶体管中存贮电荷的消失过程。由于经tfi1时间后MOSFET结构已关断，IGBT又未承受反压，器件内存贮电荷难以被迅速消除，所以集电极电流需较长时间下降，形成电流拖尾现象。由于此时集射极电压Uce已建立，电流的过长拖尾将形成较大功耗使结温升高。总的关断时间则为tofftd（off）tfi。IGBT的开关特性IGBT擎住效应擎住效应1 1擎住效应擎住效应擎住效应擎住效应如前所
85、述，在如前所述，在IGBTIGBT管内存在一个由两个晶体管构成的寄生晶闸管，同时管内存在一个由两个晶体管构成的寄生晶闸管，同时P P基区内基区内存在一个体区电阻存在一个体区电阻RbrRbr，跨接在，跨接在N+PNN+PN晶体管的基极与发射极之间，晶体管的基极与发射极之间，P P基区的横向基区的横向空穴电流会在其上产生压降，在空穴电流会在其上产生压降，在J3J3结上形成一个正向偏置电压。若结上形成一个正向偏置电压。若IGBTIGBT的集电极的集电极电流电流I IC C大到一定程度，这个大到一定程度，这个RbrRbr上的电压足以使上的电压足以使N+PNN+PN晶体管开通，经过连锁反应，晶体管开通，
86、经过连锁反应，可使寄生晶闸管导通，从而可使寄生晶闸管导通，从而IGBTIGBT栅极对器件失去控制，这就是所谓的擎住效应。栅极对器件失去控制，这就是所谓的擎住效应。它将使它将使IGBTIGBT集电极电流增大，产生过高功耗导致器件损坏。集电极电流增大，产生过高功耗导致器件损坏。擎住现象有静态与动态之分。静态擎住指通态集电极电流大于某临界值擎住现象有静态与动态之分。静态擎住指通态集电极电流大于某临界值I ICMCM后产后产生的擎住现象，对此规定有生的擎住现象，对此规定有IGBTIGBT最大集电极电流最大集电极电流I ICMCM的限制。动态擎住现象是指的限制。动态擎住现象是指关断过程中产生的擎住现象。
87、关断过程中产生的擎住现象。IGBTIGBT关断时，关断时，MOSFETMOSFET结构部分关断速度很快，结构部分关断速度很快，J2J2结的反压迅速建立，反压建立速度与结的反压迅速建立，反压建立速度与IGBTIGBT所受重加所受重加dUdUCE/CE/dtdt大小有关。大小有关。dUdUCE/CE/dtdt越大，越大，J2J2结反压建立越快，关断越迅速，但在结反压建立越快，关断越迅速，但在J2J2结上引起的位移电流结上引起的位移电流CJ2CJ2 （dUdUCE/CE/dtdt）也越大。此位移电流流过体区电阻）也越大。此位移电流流过体区电阻RbrRbr时可产生足以使时可产生足以使N+PNN+PN管
88、管导通的正向偏置电压，使寄生晶闸管开通，即发生动态擎住现象。由于动态擎住导通的正向偏置电压，使寄生晶闸管开通，即发生动态擎住现象。由于动态擎住时所允许的集电极电流比静态擎住时小，故器件的时所允许的集电极电流比静态擎住时小，故器件的I ICMCM应按动态擎住所允许的数应按动态擎住所允许的数值来决定。为了避免发生擎住现象，使用中应保证集电极电流不超过值来决定。为了避免发生擎住现象，使用中应保证集电极电流不超过I ICMCM，或者，或者增大栅极电阻增大栅极电阻RGRG以减缓以减缓IGBTIGBT的关断速度，减小重加的关断速度，减小重加dUdUCE/CE/dtdt值。总之，使用中必值。总之，使用中必须
89、避免发生擎住效应，以确保器件的安全。须避免发生擎住效应，以确保器件的安全。IGBT安全工作区安全工作区2 2安全工作区安全工作区安全工作区安全工作区IGBTIGBT开通与关断时，均具有较宽的安全工作区。开通与关断时，均具有较宽的安全工作区。IGBTIGBT开通时对应正向偏置安全工作区开通时对应正向偏置安全工作区（FBSOAFBSOA），如图），如图a a）所示。它是由避免动态擎住而确定的最大集电极电流）所示。它是由避免动态擎住而确定的最大集电极电流I ICMCM、器件内、器件内P+NPP+NP晶体管击穿电压确定的最大允许集射电极电压晶体管击穿电压确定的最大允许集射电极电压U UCE0CE0、以
90、及最大允许功耗线所框成。、以及最大允许功耗线所框成。值得指出的是，由于饱和导通后集电极电流值得指出的是，由于饱和导通后集电极电流I IC C与集射极间电压与集射极间电压U UCECE无关，其大小由栅极电无关，其大小由栅极电压压U UG G决定（图决定（图1-31a1-31a），故可通过控制），故可通过控制U UG G来控制来控制I IC C，进而避免擎住效应发生，因此还可，进而避免擎住效应发生，因此还可确定出与最大集电极电流确定出与最大集电极电流I ICMCM相应的最大栅极电压相应的最大栅极电压U UGMGM这个参数。这个参数。 a a） FBSOA bFBSOA b） RBSOARBSOA
91、IGBT IGBT的安全工作区的安全工作区IGBTIGBT关断时所对应的为反向偏置安全工作区（关断时所对应的为反向偏置安全工作区（RBSOARBSOA），如图），如图b b）所示。它是随着关断时）所示。它是随着关断时的重加电压上升率的重加电压上升率dU dU CECE/ /dtdt变化，变化，dU dU CECE/ /dtdt越大，越易产生动态擎住效应，安全工作区越小。越大，越易产生动态擎住效应，安全工作区越小。一般可以通过选择适当栅极电压一般可以通过选择适当栅极电压U UG G和栅极驱动电阻和栅极驱动电阻R RG G来控制来控制dUdUCE/CE/dtdt，避免擎住效应，扩，避免擎住效应，扩
92、大安全工作区。大安全工作区。新代新代IGBT功率器件性能功率器件性能新一代新一代IGBT的特点：的特点：其一：是其一：是IGBT开关器件发热减少，将曾占主回路发热开关器件发热减少，将曾占主回路发热5070的器件发热降低了的器件发热降低了30。其二：是高载波控制，使输出电流波形有明显改善；其二：是高载波控制，使输出电流波形有明显改善；其三：是开关频率提高，使之超过人耳的感受范围，即实现了其三：是开关频率提高，使之超过人耳的感受范围，即实现了电机运行的静音化；电机运行的静音化；其四：是驱动功率减少，体积趋于更小。其四：是驱动功率减少，体积趋于更小。DClinkRectifierV1V3V5V2V6
93、V4CL+-U1V1W1M3UdControlElectronicscontrol,monitoringandcommunicationL1L2L3InverterMotorMonitoringControlSupplyIGBT检测1 1、判断极性首先将万用表拨在、判断极性首先将万用表拨在 R1K R1K 。挡，用万用表。挡，用万用表测量时，若某一极与其它两极阻值为无穷大，调换表测量时，若某一极与其它两极阻值为无穷大，调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大，则判断此极笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅极（为栅极（ G G ）。其余两极再用万用表测量，若测得阻）。其余两极再用万
94、用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值较小的一次中，则判断红表笔接的为集电极（较小的一次中，则判断红表笔接的为集电极（ C ) C ) ：黑：黑表笔接的为发射极（表笔接的为发射极（ E E ）。）。 2 2 、判断好坏将万用表拨在、判断好坏将万用表拨在 R10KQ R10KQ 档，用黑表笔接档，用黑表笔接 IGBT IGBT 的的集电极（集电极（ C )C ) ，红表笔接，红表笔接 IGBT IGBT 的发射极的发射极 ( E ) ( E ) ，此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅，此时万用表的指针在零位。用手指同
95、时触及一下栅极（极（ G G ）和集电极（）和集电极（ C ) C ) ，这时，这时IGBT IGBT 被触发导通，万被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并能指示在某一位用表的指针摆向阻值较小的方向，并能指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极（置。然后再用手指同时触及一下栅极（ G G ）和发射极）和发射极（ E ) E ) ，这时，这时 IGBT IGBT 被阻断，万用表的指针被阻断，万用表的指针 回零。此回零。此时即可判断时即可判断 IGBT IGBT 是好的。是好的。 3 3 、注意事项、注意事项: :任何指针式万用表可用于检测任何指针式万用表可用于检测 IGBT IGBT
96、 。注意判断注意判断IGBT IGBT 好坏时，一定要将万用表拨在好坏时，一定要将万用表拨在 R1OKR1OK挡，因挡，因 R1KQ R1KQ 档以下各档万用表内部电池电压太低，档以下各档万用表内部电池电压太低，检测好坏时不能使检测好坏时不能使IGBT IGBT 导通，而无法判断导通，而无法判断 IGBT IGBT 的好的好坏。坏。 VFD detailed electronics, including the IGBT and IGCT IGCT(IntergratedGateCommutatedThyristors)IGCT(IntergratedGateCommutatedThyrist
97、ors)GatedrivecircuitandtheGCTgatecommutatedthyristordeviceshavebeenintegratedasawholel l晶闸管（晶闸管（ThyristorThyristor）与绝缘栅双极晶体管（）与绝缘栅双极晶体管（IGBTIGBT）的介绍）的介绍: :l l一、普通晶闸管（一、普通晶闸管（ThyristorThyristor）曾称为硅可控整流器（）曾称为硅可控整流器（SCR,SCR,简称可控硅）。从简称可控硅）。从19561956年第一只晶闸管问世到年第一只晶闸管问世到19801980年前的一段时间，变流装置都年前的一段时间，变流装置都
98、是由是由SCRSCR组成。可控硅的符号：组成。可控硅的符号：l lA A代表可控硅的阳极，代表可控硅的阳极，K K代表可控硅的阴极，代表可控硅的阴极，G G代表可控硅的控制极（门极）。代表可控硅的控制极（门极）。l l可控硅的特点：可控硅的特点：l l 1 1、要想使可控硅导通必须满足两个条件：、要想使可控硅导通必须满足两个条件：l l a.a.在可控硅的两端加上正向电压；在可控硅的两端加上正向电压；l l b.b.在可控硅的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。在可控硅的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。l l2 2、可控硅一旦导通，门极即失去控制作用，故可控硅为半控器件。、可控硅一旦导通，
99、门极即失去控制作用，故可控硅为半控器件。l l3 3、为使可控硅关断，必须使其阳极电流减小到维持电流以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向、为使可控硅关断，必须使其阳极电流减小到维持电流以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向 的方法来实现。的方法来实现。l l目前目前SCRSCR的外型基本上有两种：饼式和模块式。的外型基本上有两种：饼式和模块式。l l二、绝缘栅双极晶体管（二、绝缘栅双极晶体管（IGBTIGBT）：绝缘栅双极晶体管简称）：绝缘栅双极晶体管简称IGBTIGBT，是由，是由MOSFETMOSFET和晶体管技术结合而成的复合型器件，是和晶体管技术结合而成的复合型器件，是8080年代出
100、现的新型年代出现的新型复合器件，在电机控制、中频和开关电源，以及要求快速的领域广泛运用。复合器件，在电机控制、中频和开关电源，以及要求快速的领域广泛运用。IGBTIGBT的符号如下：的符号如下：l lC C代表集电极，代表集电极，E E代表发射极，代表发射极，G G代表门极。代表门极。l l 目前目前IGBTIGBT的外型：基本上全为模块式。根据封装形式分为：的外型：基本上全为模块式。根据封装形式分为：l lG G 单独的单独的IGBTIGBT；半桥；半桥IGBTIGBT；全桥；全桥IGBTIGBT；三相；三相IGBTIGBT。l lIGBTIGBT属全控器件，由门极的控制电压来决定属全控器件
101、，由门极的控制电压来决定IGBTIGBT的导通和关断。的导通和关断。l l 上海科祺调速电气有限公司早在上海科祺调速电气有限公司早在20002000年，就开始了进行使用大功率年，就开始了进行使用大功率IGBTIGBT的研究。并与的研究。并与20022002年，在内反馈调速装置中的斩波器上得以成年，在内反馈调速装置中的斩波器上得以成功使用。作为中国最早使用功使用。作为中国最早使用IGBTIGBT器件的公司，运用经验丰富，对器件的公司，运用经验丰富，对IGBTIGBT特性较为了解。特性较为了解。l l1 1）IGBTIGBT使用的优点是：工作频率高，达到使用的优点是：工作频率高，达到20 KHZ2
102、0 KHZ。IGBTIGBT驱动信号是电压信号，是自关断器件，工作回路简洁，运行可靠，无电磁噪音。驱动信号是电压信号，是自关断器件，工作回路简洁，运行可靠，无电磁噪音。但缺点是单只管子的电流不能做的很大，一般只有但缺点是单只管子的电流不能做的很大，一般只有1000A1000A。大电流需多只管子并联使用。过电压能力弱，耐压不易做高，一般只有。大电流需多只管子并联使用。过电压能力弱，耐压不易做高，一般只有3300V3300V。运行时，压降高，损耗大。运行时，压降高，损耗大。l l2 2）可控硅（）可控硅（SCRSCR）的优点是：单只管子的电流能做的很大，高达）的优点是：单只管子的电流能做的很大，高
103、达10000A10000A。大电流不需。大电流不需 多只管子并联使用。过电压能力强，耐压能做高，多只管子并联使用。过电压能力强，耐压能做高，一般可达一般可达10000V10000V。压降低，导通损耗小。缺点是工作频率低，工作频率只有。压降低，导通损耗小。缺点是工作频率低，工作频率只有2020600HZ600HZ。驱动信号是电流信号，不是自关断器件，需要外。驱动信号是电流信号，不是自关断器件，需要外电路，电路复杂，可靠性低。电路，电路复杂，可靠性低。l l3 3）IGCTIGCT是是IGBTIGBT与与GTO(GTO(可关断的可控硅可关断的可控硅) )，具有，具有IGBTIGBT与与GTOGTO
104、的综合优点，即驱动信号是电压信号，是自关断器件，工作回路简洁。同时具的综合优点，即驱动信号是电压信号，是自关断器件，工作回路简洁。同时具有大电流、高耐压的优点。但由于有大电流、高耐压的优点。但由于IGCTIGCT的主器件是可控硅，工作频率低，工作频率只有的主器件是可控硅，工作频率低，工作频率只有2020600HZ600HZ。另外驱动回路十分复杂。故障率高，。另外驱动回路十分复杂。故障率高，噪音大。噪音大。代号SCRIGBTIGCT英文称呼ThyristorIntegratedGateBipolarTransistorIntegratedGateCommutatedThyristor中文称呼大功
105、率可控硅或晶闸管绝缘栅双极型晶体管集成门极换流晶闸管关断特性不是全控器件，不能自关断。需要有外围电路关断全控器件，能自关断。不需要外围电路。控制简单。全控器件，能自关断。不需要有外围电路。控制简单。最高电压最高耐压10kV最高耐压4.5kV最高耐压10kV最大电流10kA2kA10kA驱动信号电流驱动。驱动电流大，频率很低。电压驱动，驱动功率小，频率高电压驱动。驱动复杂。工作频率50500Hz，工作频率低200050000Hz，工作频率高501000Hz，工作频率低导通压降0.61.2V。导通压降低1.82.2V。导通压降高0.61.2V。导通压降低电磁噪声电磁噪声很大基本无电磁噪声电磁噪声很
106、大结论优点工作电流大，耐压高，价格低，寿命长。导通压降低，效率高。运行稳定是全控器件，关断容易。工作频率高。驱动功率小。无电磁噪音，运行稳定是全控器件，关断容易。工作电流大，耐压高。导通压降低，效率高。缺点不是全控器件，关断困难。工作频率低。工作电流小，耐压低，价格高，导通压降大，发热大，损耗大。工作频率低，电磁噪音大，价格高，运行不稳定.运用场合有源逆变。静态开关高频斩波。高速开关大功率低频无源逆变一、单相半波整流一、单相半波整流一、单相半波整流一、单相半波整流 （可控、半控、全控）（可控、半控、全控）电气控制系统的基础知识电气控制系统的基础知识电气控制系统的基础知识电气控制系统的基础知识-
107、整流桥按照方式分类整流桥按照方式分类整流桥按照方式分类整流桥按照方式分类二、单相全波整流电路二、单相全波整流电路三、三相桥式整流电路三、三相桥式整流电路整流桥检测整流桥检测l l三相整流桥模块检测三相整流桥模块检测将数字万用表拨到二极管测试将数字万用表拨到二极管测试档，用红、黑两表笔先后测档，用红、黑两表笔先后测3 3、4 4、5 5相与相与2 2、1 1极之间的正反向极之间的正反向二极管特性，来检查判断整流二极管特性，来检查判断整流桥是否完好。所测的正反向特桥是否完好。所测的正反向特性相差越大越好；如正反向为性相差越大越好；如正反向为零，说明所检测的一相已被击零，说明所检测的一相已被击穿短路
108、；如正反向均为无穷大，穿短路；如正反向均为无穷大， 说明所检测的一相已经断路。说明所检测的一相已经断路。整流桥模块只要有一相损坏，整流桥模块只要有一相损坏，就应更换。就应更换。变频器原理：什么是变频器？通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。变频器原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器的工作原理 其中其中其中其中控制电路控制电路控制电路控制电路完成对主电路的控制，完成对主电路的控制，完成对主电路的控制，完成对主电路的控制，整流电路整流电路整流电路整流电路将交流电变换将交流电变换将交流电变换将交流电变换成直
109、流电，成直流电，成直流电，成直流电，直流中间电路直流中间电路直流中间电路直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，对整流电路的输出进行平滑滤波，对整流电路的输出进行平滑滤波，对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路将直流电再逆变成交流电。将直流电再逆变成交流电。将直流电再逆变成交流电。将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制或直接转矩控制变频器这种需要大量运算的对于如矢量控制或直接转矩控制变频器这种需要大量运算的对于如矢量控制或直接转矩控制变频器这种需要大量运算的对于如矢量控制或直接转矩控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的变频器来说，有时还需
110、要一个进行转矩计算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPUCPU以及一些以及一些以及一些以及一些相应的电路。相应的电路。相应的电路。相应的电路。 DClinkRectifierV1V3V5V2V6V4CL+U1V1W1M3UdControlElectronicscontrol,monitoringandcommunicationL1L2L3InverterMotorMonitoringControlSupply电气控制系统的基础知识-中间直流回路中间电路，有以下三种作用：中间电路，有以下三种作用： a. a. 使脉动的直流电压变得稳使脉动的直流电
111、压变得稳定或平滑，供逆变器使用。定或平滑，供逆变器使用。 b. b. 通过开关电源为各个控制通过开关电源为各个控制线路供电。线路供电。 c. c. 可以配置滤波或制动装置可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。以提高变频器性能。 DClinkRectifierV1V3V5V2V6V4CL+U1V1W1M3UdControlElectronicscontrol,monitoringandcommunicationL1L2L3InverterMotorMonitoringControlSupply电气控制系统的基础知识电气控制系统的基础知识电气控制系统的基础知识电气控制系统的基础知识-变频器类型变
112、频器类型变频器类型变频器类型 变频器类型变频器类型 ：可分为交可分为交交变频器，交交变频器，交直直交变频器。交变频器。uu交交交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；uu交交直直交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。交交直直交变频器类型：交变频器类型：l l电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路
113、的滤波是电容; ;l l电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。电压型变频器原理图电压型变频器原理图电流型变频器原理图电流型变频器原理图电气控制系统的基础知识-中间直流回路制动装置l l变频器减速时直流回路电压会升高，当负载惯性很大而减变频器减速时直流回路电压会升高，当负载惯性很大而减速时间又不够长，若不加制动单元及制动电阻，变频器就速时间又不够长，若不加制动单元及制动电阻，变频器就会反充电而产生过压保护；若加制动单元及制动电阻，就会反充电而产生过压保护；若加制动单元及制动电阻，就会将负载的动能转化为电阻发
114、热的热能，使直流回路母线会将负载的动能转化为电阻发热的热能，使直流回路母线电压不会急聚升高保护变频器元件。电压不会急聚升高保护变频器元件。 l l每个变频器都有制动单元每个变频器都有制动单元( (小功率是制动电阻小功率是制动电阻, ,大功率是大大功率是大功率晶体管及其驱动电路功率晶体管及其驱动电路), ),小功率的是内置的，大功率的小功率的是内置的，大功率的是外置的。是外置的。 制动单元的工作原理当变频器带动电动机处于制动状当变频器带动电动机处于制动状态时（发电状态），比如绞车下态时（发电状态），比如绞车下放钻杆，或带惯性很大的负载比放钻杆，或带惯性很大的负载比较快速地停车。动能（势能）会较快
115、速地停车。动能（势能）会转变回电能，返回变频器直流母转变回电能，返回变频器直流母线，造成母线电压升高。变频器线，造成母线电压升高。变频器制动单元检测到母线电压高于某制动单元检测到母线电压高于某个阈值后，会将制动电阻与母线个阈值后，会将制动电阻与母线间的开关接通，能量通过制动电间的开关接通，能量通过制动电阻消耗，这时制动电阻发热，绞阻消耗，这时制动电阻发热，绞车按照给定速度下放钻杆。车按照给定速度下放钻杆。 能耗制动在石油钻机中的应用 交流变频电动钻机使用的电机一般为异步电动机。从电工学中有关知识可知：异交流变频电动钻机使用的电机一般为异步电动机。从电工学中有关知识可知：异步电机在运行时，电动状
116、态的转子转速步电机在运行时，电动状态的转子转速NMNM总是低于同步转速总是低于同步转速N0N0，当转子转速，当转子转速NMNM超过同步转速超过同步转速N0N0时，电动机便处于再生制动状态。其基本特性是：时，电动机便处于再生制动状态。其基本特性是： （1 1）N0N0与与NMNM同方向；同方向；（2 2）N0NM N0N0NMN0时，转子绕组切割旋转磁场的磁力线的方向和电动机状态时，转子绕组切割旋转磁场的磁力线的方向和电动机状态NMN0NMN0时正好相反。时正好相反。所以，转子绕组中的感应电动势和电流的方向也都相反，所产生的电磁转矩的方向也就和所以，转子绕组中的感应电动势和电流的方向也都相反，所
117、产生的电磁转矩的方向也就和旋转方向相反。由于定子电流的相位要随转子电流而变。所以，这时的异步电动机实际上旋转方向相反。由于定子电流的相位要随转子电流而变。所以，这时的异步电动机实际上处于发电的状态，或者说，拖动系统的动能被处于发电的状态，或者说，拖动系统的动能被“ “再生再生” ”成电能了。成电能了。 异步电动机在两种情况下处于发电状态l l在交流变频系统中，异步电动机在两种情况下处于发电状态。第一，给定频率下降时，将出现电动在交流变频系统中，异步电动机在两种情况下处于发电状态。第一，给定频率下降时，将出现电动机的同步转速低于转速的情况。这时，就电动机而言，它处于发电的状态；第二，当异步电动机
118、用机的同步转速低于转速的情况。这时，就电动机而言，它处于发电的状态；第二，当异步电动机用于提升负载使用而处于下放重物工况时，由于重力加速度的原因，电动机转子的转速可能超过同步于提升负载使用而处于下放重物工况时，由于重力加速度的原因，电动机转子的转速可能超过同步转速而处于发电运行状态。转速而处于发电运行状态。l l交流数控变频钻机绞车系统中的异步电动机，降速是通过降低频率来实现的。在给定频率降低后，交流数控变频钻机绞车系统中的异步电动机，降速是通过降低频率来实现的。在给定频率降低后，由于变频系统反应时间很快，加于电动机定子的电源频率也很快跟随给定频率，而拖动系统的转速由于变频系统反应时间很快，加
119、于电动机定子的电源频率也很快跟随给定频率，而拖动系统的转速则由于惯性而尚未下降，出现转子转速大于同步转速的情况，这时电动机处于发电状态，发电功率则由于惯性而尚未下降，出现转子转速大于同步转速的情况，这时电动机处于发电状态，发电功率与与dn/dtdn/dt成正比；当绞车处于下放工况时，由于重力加速度的原因，异步电动机转子的转速可能超成正比；当绞车处于下放工况时，由于重力加速度的原因，异步电动机转子的转速可能超过同步转速而处于发电运行状态，发电功率与悬重和下放速度成正比。处于送钻状态下的送钻电机过同步转速而处于发电运行状态，发电功率与悬重和下放速度成正比。处于送钻状态下的送钻电机（异步电动机），其
120、工作的绝大部分时将也处于发电运行状态，发电功率与悬重和送钻速度成正比。（异步电动机），其工作的绝大部分时将也处于发电运行状态，发电功率与悬重和送钻速度成正比。l l在一般情况下电动机与电网之间通过开关设备直接连接（如部分不需要调速提升机），异步电动机在一般情况下电动机与电网之间通过开关设备直接连接（如部分不需要调速提升机），异步电动机在发电状态时产生的电能均能回馈到供电电网，供电网内其他用电设备使用，这就要求电网容量足在发电状态时产生的电能均能回馈到供电电网，供电网内其他用电设备使用，这就要求电网容量足够大，从而将电网内由异步电动机在发电状态产生的电能供给其他负载使用，这样非但节省了电能，够大
121、，从而将电网内由异步电动机在发电状态产生的电能供给其他负载使用，这样非但节省了电能，还增大了制动转矩。而石油钻机工作现场一般都远离大电网，各种用电设备的电能一般由钻机的自还增大了制动转矩。而石油钻机工作现场一般都远离大电网，各种用电设备的电能一般由钻机的自备电站提供，且形成专供本钻机使用的独立电网。如果钻机电网在运行，某些负载又处于发电状态，备电站提供，且形成专供本钻机使用的独立电网。如果钻机电网在运行，某些负载又处于发电状态，且功率较大，并将负载在发电状态产生的电能回馈到电网，由于钻机电网负载时常变化，负载功率且功率较大，并将负载在发电状态产生的电能回馈到电网，由于钻机电网负载时常变化，负载
122、功率有限，这样就有可能出现回馈功率大于电网的有功功率，从而造成发电机逆功率，即使回馈功率小有限，这样就有可能出现回馈功率大于电网的有功功率，从而造成发电机逆功率，即使回馈功率小于电网有功功率，也会对电网和设备造成干扰、波形畸变，甚至发生事故。所以，对于像钻机这样于电网有功功率，也会对电网和设备造成干扰、波形畸变，甚至发生事故。所以，对于像钻机这样的小电网，尽量不采用将再生能量回馈到电网的方式来进行制动，而是将回馈电能通过其他方式进的小电网，尽量不采用将再生能量回馈到电网的方式来进行制动，而是将回馈电能通过其他方式进行消耗。从变频调速系统的角度看，如果电动机再生电能并未回馈到电网，而是通过其他方
123、式消耗行消耗。从变频调速系统的角度看，如果电动机再生电能并未回馈到电网，而是通过其他方式消耗掉的话，则就调速系统而言，属于掉的话，则就调速系统而言，属于能耗制动能耗制动能耗制动能耗制动的范畴，这与普遍意义上的能耗制动有本质的区别（后的范畴，这与普遍意义上的能耗制动有本质的区别（后者是需要消耗电网电能来达到制动的目的，而前者不需要消耗电网电能）。者是需要消耗电网电能来达到制动的目的，而前者不需要消耗电网电能）。l l由于数控变频电动钻机电传动系统采用的电动机的功率相对于钻机电网来说较大，所以不能采用四由于数控变频电动钻机电传动系统采用的电动机的功率相对于钻机电网来说较大，所以不能采用四象限变频装
124、置来将电动机产生的电能回馈到钻机电网，一般采用单象限变频装置就能满足要求，为象限变频装置来将电动机产生的电能回馈到钻机电网，一般采用单象限变频装置就能满足要求，为能使单象限变频装置工作在发电状态，需要一个（组）接在直流电压母线上的制动单元，该制动单能使单象限变频装置工作在发电状态，需要一个（组）接在直流电压母线上的制动单元，该制动单元的功能是将电动机回馈到直流母线的再生电能转换为热能而消耗掉，保证直流电压母线电压不会元的功能是将电动机回馈到直流母线的再生电能转换为热能而消耗掉，保证直流电压母线电压不会因回馈能量的积累而产生过电压故障。因回馈能量的积累而产生过电压故障。 能耗制动技术在石油钻机中
125、，具有提升功能的主在石油钻机中，具有提升功能的主要是绞车系统和自动送钻系统，从要是绞车系统和自动送钻系统，从我公司近几年推出的我公司近几年推出的DBSDBS系列电驱系列电驱动钻机来看，由于能耗制动技术配动钻机来看，由于能耗制动技术配合矢量控制技术（或直接转矩控制）合矢量控制技术（或直接转矩控制），能够对游车空载至最大构载的下，能够对游车空载至最大构载的下放速度进行精确控制，且绞车载运放速度进行精确控制，且绞车载运行时，不需要其他刹车装置，司钻行时，不需要其他刹车装置，司钻只需前推后拉绞车速度给定手柄即只需前推后拉绞车速度给定手柄即可对游车进行上提、下放、悬持的可对游车进行上提、下放、悬持的操作
126、，既提高了工效，也减轻了劳操作，既提高了工效，也减轻了劳动强度，而自动送钻功能的实现也动强度，而自动送钻功能的实现也融合了能耗制动技术。融合了能耗制动技术。 l l逆变器 ：将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。 电气控制系统的基础知识-逆变部分DClinkRectifierV1V3V5V2V6V4CL+U1V1W1M3UdControlElectronicscontrol,monitoringandcommunicationL1L2L3InverterMotorMonitoringControlSupply逆变器IGBT模块检测 将数字万用表拨到二极管测试档,测试IGBT模块C1.
127、E1、C2.E2之间以及栅极G与 E1、E2之间正反向二极管特性,来判断IGBT模块是否完好。将负载侧U、V、W相的导线拆除,使用二极管测试档，红表笔接P(集电极C1)，黑表笔依次測U、V、W(发射极E1)，万用表显示数值为最大;将表笔反过来，黑表笔接P，红表笔測U、V、W，万用表显示数值为400左右。再将红表笔接N(发射极E2)，黑表笔測U、V、W，万用表显示数值为400左右;黑表笔接N，红表笔測U、V、W(集电极C2)，万用表显示数值为最大。各相之间的正反向特性应相同，若出现差别说明IGBT模块性能变差，应予更换。IGBT模块损坏时,只有击穿短路情况出现。红、黑两表笔分别测栅极G与发射极E
128、之间的正反向特性,万用表两次所测的数值都为最大，这时可判定IGBT模块门极正常。如果有数值显示,则门极性能变差，此模块应更换。当正反向测试结果为零时,说明所检测的一相门极已被击穿短路。门极损坏时电路板保护门极的稳压管也将击穿损坏。IGBT续流二极管：续流二极管：为电动机绕组的无功电流返回直流电路时提供通路为电路的寄生电感在逆变管交替导通过程中释放能量提供通路。 电气控制系统的基础知识-控制回路l l控制电路 ，它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是： a. 利用信号来开关逆变器的半导体器件。 b. 提供操
129、作变频器的各种控制信号。 c. 监视变频器的工作状态，提供保护功能。 交流电机调速方式三相异步电动机转速公式为：三相异步电动机转速公式为： n=60f/p(1-s)n=60f/p(1-s)从上式可见，改变供电频率从上式可见，改变供电频率f f、电动机的极对数、电动机的极对数p p及转差率及转差率s s均可太到改变转速均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。或不改变同步转两种。在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串在生产机械中广泛使用
130、不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。频率的变频调速有能无换向电动机调速等。从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、指时转差率不变，因此
131、无转差损耗，如多速电动机、变频调速变频调速变频调速变频调速以及能将转差损耗以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。差损耗随调速范围扩大而增加
132、，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点：直交变频器。其特点：l l效率高，调速过程中没有附加损耗；效率高，调速过程中没有附加损耗； l l应用范围广，可用于笼型异步电动机；应用范围广，可用于笼型异步电动
133、机； l l调速范围大，特性硬，精度高；调速范围大，特性硬，精度高； l l技术复杂，造价高，维护检修困难。技术复杂，造价高，维护检修困难。适用于要求精度高、调速性能较好场合。适用于要求精度高、调速性能较好场合。变极对数调速方法变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：l l具有较硬的机械特性，稳定性良好；具有较硬的机械特性，稳定性良好； l l无转差损耗，效率高；无转差损耗，效率高； l l接线简单、控制方便、价格低；接线简单、控制方便、价格
134、低； l l有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； l l可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。串级调速方法串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的
135、附改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：晶闸管串级调速，其特点为：l l可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； l l装置容量与
136、调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速速70709090的生产机械上；的生产机械上； l l调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； l l晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。 本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。定子调压调速方法 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不
137、同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在定运行范围，当调速在2 2：1 1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节以上的场合应采用反馈控
138、制以达到自动调节转速目的。转速目的。 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点：调压方式为最佳。调压调速的特点：l l调压调速线路简单，易实现自动控制；调压调速线路简单，易实现自动控制； l l调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。 调压调速一般适用于调压调速一般适用于100kW100kW以下的
139、生产机械。以下的生产机械。电磁调速电动机调速方法 电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。 电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部
140、分，由电动机带动；联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N N、S S极性交替的磁极，其磁通经过极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋应产生涡流，此涡流与
141、磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速转，但其转速恒低于电枢的转速N1N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速电动机的调速特的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速电动机的调速特点：点：l l装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便； l l调速平滑、无级调速；调速平滑、无级调速； l l对电网无谐影响；对电网无谐影响； l l速度失大、效率低。速度失大、效率低。本方法适用于中、小功率，要求平滑动、
142、短时低速运行的生产机械。本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。液力耦合器调速方法 液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生
143、产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速，其特点为：作到无级调速，其特点为：l l功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要； l l结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低；结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低； l l尺寸小，能容大；尺寸小，能容大； l l控制调节方便，容易实现自动控制。控制调
144、节方便，容易实现自动控制。 本方法适用于风机、水泵的调速。本方法适用于风机、水泵的调速。交流同步电动机变频调速交流同步电动机变频调速 l l永磁同步交流同步电动机已成为交流可调转动中的一颗新星，特永磁同步交流同步电动机已成为交流可调转动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也别是永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类，自控变频同步电机在原理上和直有他控变频和自控变频两大类，自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相
145、似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交器，如采用交直直交变压变频器时叫做交变压变频器时叫做“ “直流无换向器电机直流无换向器电机” ”或称或称“ “无刷直流电动机无刷直流电动机” ”。传统的自控变频同步机调速系统有转。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。比异步电机简单。 l l其基本思想是
146、在三相永磁同步电动机上设法模拟直流电动机转矩其基本思想是在三相永磁同步电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分量分解成产生磁控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分量分解成产生磁通的励磁电流分量通的励磁电流分量idid和产生转矩的转矩电流和产生转矩的转矩电流iqiq分量，并使两分量分量，并使两分量互相垂直，彼此独立。当给定互相垂直，彼此独立。当给定Id_Ref=0Id_Ref=0，这时根据电机的转矩公，这时根据电机的转矩公式可以得到式可以得到T T iqiq。由于。由于Id_Ref=0Id_Ref=0，那么，那么 就基本恒定，这样只就基本恒定，这样只要调节电流
147、要调节电流iqiq就可以象控制直流电动机一样控制永磁同步电动机。就可以象控制直流电动机一样控制永磁同步电动机。 变频器控制方式的发展初期变频器控制方式的发展初期 2020世纪世纪7070年代开始，脉宽调制变压变频年代开始，脉宽调制变压变频(PWM(PWMVVVF)VVVF)调速调速研究引起了人们的高度重视。研究引起了人们的高度重视。2020世纪世纪8080年代，作为变频技术年代，作为变频技术核心的核心的PWMPWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以多优化模式，其中以PWMPWM模式效果最佳。模式效果最佳。2020世纪世纪808
148、0年代后年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVFVVVF（调压调频）（调压调频）变频器已投入市场并获得了广泛应用。变频器已投入市场并获得了广泛应用。VVVFVVVF变频器的控制相变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响制方式在低频时由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著比较显著, ,故造成输出最大转矩减小。另外
149、，其机械特性终究故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意。如人意。 控制方式控制方式 1.八十年代初提出的基本磁通轨迹的电压空间矢量八十年代初提出的基本磁通轨迹的电压空间矢量(或称磁通轨迹法或称磁通轨迹法)。该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形。这种方法被称为电压空旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形。这种方法被称为电压空间矢量控制。间矢量控制。2.引
150、入频率补偿控制，以消除速度控制的稳态误差。引入频率补偿控制，以消除速度控制的稳态误差。3.基于电机的稳态模型，用直流电流信号重建相电流，由此估算出磁链基于电机的稳态模型，用直流电流信号重建相电流，由此估算出磁链幅值，并通过反馈控制来消除低速时定子电阻对性能的影响。幅值，并通过反馈控制来消除低速时定子电阻对性能的影响。4.将输出电压、电流进行闭环控制，以提高动态负载下的电压控制精度将输出电压、电流进行闭环控制，以提高动态负载下的电压控制精度和稳定度，同时也一定程度上求得电流波形的改善。这种控制方法的另和稳定度，同时也一定程度上求得电流波形的改善。这种控制方法的另一个好处是对再生引起的过电压、过电
151、流抑制较为明显，从而可以实现一个好处是对再生引起的过电压、过电流抑制较为明显，从而可以实现快速的加减速。快速的加减速。然而，在上述四种方法中，由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到然而，在上述四种方法中，由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善根本性的改善.第一阶段：控制方式控制方式 70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电
152、流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变
153、频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。第二阶段：变频器控制方式变频器控制方式 1985年德国鲁尔大学年德国鲁尔大学D.B教授首先提出直接转矩控制理论教授首先提出直接转矩控制理论(DirectTorqueControl简称简称DTC)。直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链。直接转
154、矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制的优越性在等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制的优越性在于：转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息；控制上对除定子电于：转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息；控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好；所引入的定子磁键观测器能很容易估算出阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好；所引入的定子磁键观测器能很容易估算出同步速度信息。因而能方便地实现无速度传感器化。这种系统可以实现很快的转同步速度信息。因而能方便地实现无速度传感器化。这种系统可以实现很
155、快的转矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度。矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度。1995年瑞士年瑞士ABB公司第一次将公司第一次将DTC技术应用到通用变频器上，推出采用技术应用到通用变频器上，推出采用DTC技术的技术的IGBT脉宽调制变频器脉宽调制变频器ACS600，直接转矩控制系列，已达到直接转矩控制系列，已达到2ms的转矩的转矩响应速度在带速度传感器时的静态速度精度达土响应速度在带速度传感器时的静态速度精度达土0.01%，在不带速度传感器的情，在不带速度传感器的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到正负况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到正负0.1
156、的速的速度控制精度。在度控制精度。在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新40,000次。由于次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉都是单独确定的。这意味着传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。电等动态
157、变化做出快速响应。第三阶段：矩阵式交矩阵式交矩阵式交矩阵式交- -交变频交变频交变频交变频l lVVVFVVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交- -直直- -交变频中的一种。其共同缺点是：输入功率因数低，交变频中的一种。其共同缺点是：输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容。为此，矩阵谐波电流大，直流回路需要大的储能电容。为此，矩阵式交式交- -交变频应运而生。由于矩阵式交交变频应运而生。由于矩阵式交交变频省去了中交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实
158、现功率因数为它能实现功率因数为1 1，输入电流为正弦且能四象限运，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟。行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟。 l l从原理上讲，矩阵变频器使用了一组电力半导体开关，从原理上讲，矩阵变频器使用了一组电力半导体开关，按照预定的数学算法控制开关顺序，并直接连接到三相按照预定的数学算法控制开关顺序，并直接连接到三相电机上，每一个都有电机上，每一个都有2 2个个IGBTIGBT组成双向开关，能允许正组成双向开关，能允许正向电压和负向电压通到电机上。向电压和负向电压通到电机上。l lIGBTIGBT数量的增加是导致矩阵变频器造价昂贵的
159、其中一个数量的增加是导致矩阵变频器造价昂贵的其中一个因素。因素。 矩阵式交矩阵式交矩阵式交矩阵式交- -交变频原理交变频原理交变频原理交变频原理其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：作为被控制量来实现的。具体方法是： l l控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；器方式； l l自动识别自动识别(ID)(ID)依靠精确的电机数学模型，对电机参数依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；自动识别； l l算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和
160、因素、惯量算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制； l l实现实现BandBandBandBand控制按磁链和转矩的控制按磁链和转矩的BandBandBandBand控控制产生制产生PWMPWM信号，对逆变器开关状态进行控制。信号，对逆变器开关状态进行控制。 矩阵式交矩阵式交交变频具有快速的转矩响应交变频具有快速的转矩响应(2ms)(2ms)，很高的，很高的速度精度速度精度(2(2，无，无PGPG反馈反馈) )，高转矩精度，高转矩精度(3 3) )；同时；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精
161、度，尤其在低速时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时( (包括包括0 0速度时速度时) )，可输出，可输出150150200200转矩。转矩。 矢量变频控制与直接转矩变频控制矢量变频控制与直接转矩变频控制矢量变频控制矢量变频控制矢量变频控制矢量变频控制70707070年代理论产生，年代理论产生，年代理论产生，年代理论产生，80808080年代形成产品。年代形成产品。年代形成产品。年代形成产品。应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电应用坐标变换将三相系统等效为两
162、相系统，再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现定子电流分量与转矩分量之间的解耦，从而对交流电机的磁链和电流分别控制的目的。流分量与转矩分量之间的解耦，从而对交流电机的磁链和电流分别控制的目的。流分量与转矩分量之间的解耦，从而对交流电机的磁链和电流分别控制的目的。流分量与转矩分量之间的解耦，从而对交流电机的磁链和电流分别控制的目的。SIMOVECT MASTERDRIVESSIMOVECT MASTERDRIVESSIMOVECT MASTERDRIVESSIMOVECT MASTERDRIVES采用矢量控制的系列
163、变频器，具有连续和稳定的性能，转速无论正转采用矢量控制的系列变频器，具有连续和稳定的性能，转速无论正转采用矢量控制的系列变频器，具有连续和稳定的性能，转速无论正转采用矢量控制的系列变频器，具有连续和稳定的性能，转速无论正转反转都可以从反转都可以从反转都可以从反转都可以从0 0 0 0100100100100精确连续的调节，而且可自由设定的加减速时间，提供高起动转矩，高精确连续的调节，而且可自由设定的加减速时间，提供高起动转矩，高精确连续的调节，而且可自由设定的加减速时间，提供高起动转矩，高精确连续的调节，而且可自由设定的加减速时间，提供高起动转矩，高过载能力。它的标准配置软件包含两种基本控制方
164、式：通过过载能力。它的标准配置软件包含两种基本控制方式：通过过载能力。它的标准配置软件包含两种基本控制方式：通过过载能力。它的标准配置软件包含两种基本控制方式：通过V/fV/fV/fV/f特性曲线的频率控制方式和磁特性曲线的频率控制方式和磁特性曲线的频率控制方式和磁特性曲线的频率控制方式和磁场定向闭环控制（矢量控制）方式。这两种方式提供了几乎任何传动任务的解决方案。场定向闭环控制（矢量控制）方式。这两种方式提供了几乎任何传动任务的解决方案。场定向闭环控制（矢量控制）方式。这两种方式提供了几乎任何传动任务的解决方案。场定向闭环控制（矢量控制）方式。这两种方式提供了几乎任何传动任务的解决方案。 直
165、接转矩控制直接转矩控制直接转矩控制直接转矩控制80808080年代中期产生，年代中期产生，年代中期产生，年代中期产生，90909090年代形成产品。年代形成产品。年代形成产品。年代形成产品。把电机与逆变器作为一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，把电机与逆变器作为一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，把电机与逆变器作为一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，把电机与逆变器作为一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过磁通跟踪通过磁通跟踪通过磁通跟踪通过磁通跟踪PWMPWMPWMPWM逆
166、变器的开关状态直接控制转矩。因此，无须对定子电流进行解耦，免去了逆变器的开关状态直接控制转矩。因此，无须对定子电流进行解耦，免去了逆变器的开关状态直接控制转矩。因此，无须对定子电流进行解耦，免去了逆变器的开关状态直接控制转矩。因此，无须对定子电流进行解耦，免去了矢量变换的复杂计算，控制结构简单。矢量变换的复杂计算，控制结构简单。矢量变换的复杂计算，控制结构简单。矢量变换的复杂计算，控制结构简单。1995199519951995年瑞士年瑞士年瑞士年瑞士ABBABBABBABB公司首先将公司首先将公司首先将公司首先将DTCDTCDTCDTC技术应用到通用变频器上，推出采用技术应用到通用变频器上，推
167、出采用技术应用到通用变频器上，推出采用技术应用到通用变频器上，推出采用DTCDTCDTCDTC技术的技术的技术的技术的IGBTIGBTIGBTIGBT脉宽调制的脉宽调制的脉宽调制的脉宽调制的ACS600ACS600ACS600ACS600系列，已达到系列，已达到系列，已达到系列，已达到2ms2ms2ms2ms的转矩响应速度在带速度传感器时的静态速度精度达的转矩响应速度在带速度传感器时的静态速度精度达的转矩响应速度在带速度传感器时的静态速度精度达的转矩响应速度在带速度传感器时的静态速度精度达0.010.010.010.01，在，在，在，在不带速度传感器的情况下，即使受到输入电压的变化或负载突变的
168、影响，同样可以达到不带速度传感器的情况下，即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到不带速度传感器的情况下，即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到不带速度传感器的情况下，即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到0.10.10.10.1的速度控制精度。的速度控制精度。的速度控制精度。的速度控制精度。ABBABBABBABB公司最新公司最新公司最新公司最新ASC800ASC800ASC800ASC800系列性能有了进一步提高，而变频器的价格并不比以系列性能有了进一步提高，而变频器的价格并不比以系列性能有了进一步提高，而变频器的价格并不比以系列性能有了进一步提高，
169、而变频器的价格并不比以前的机型昂贵多少。前的机型昂贵多少。前的机型昂贵多少。前的机型昂贵多少。 DTC&VC DTC&VC 两种控制性能比较表：两种控制性能比较表：控制方式控制方式 MasterDrive(VC) MasterDrive(VC) ABB ACS600(DTC) ABB ACS600(DTC) 调调速范速范围围 1:1000 1:1000 1:1000 1:1000 静静态态速度精度速度精度 0.0005% 0.0005% (+/-) 0.01% (+/-) 0.01% 力矩控制精度力矩控制精度 (+/-) 2% (+/-) 2% (+/-) 1% (+/-) 1% 力矩上升力矩
170、上升时间时间 2.5ms 2.5ms 1-5ms 1-5ms 力矩脉力矩脉动动 2% 2% 4% 4% DTC具有比矢量控制快的转矩响应: 异步机的转矩等于磁链矢量和定子电流矢量的矢量积。磁链不能直接测量，需要通异步机的转矩等于磁链矢量和定子电流矢量的矢量积。磁链不能直接测量，需要通过定子电压电流及电机参数算得。过定子电压电流及电机参数算得。 l lDTCDTC控制系统由电机的电压和电流计算出定子磁链和转矩，控制系统没有电流控制控制系统由电机的电压和电流计算出定子磁链和转矩，控制系统没有电流控制环路，因此，环路，因此，DTCDTC控制系统的着眼点是电压，而不是电流。在控制系统的着眼点是电压，而
171、不是电流。在DTCDTC系统中用交流量直接系统中用交流量直接计算力矩和磁链，然后通过力矩、磁链两个计算力矩和磁链，然后通过力矩、磁链两个Band-BandBand-Band控制器产生控制器产生PWMPWM信号，省去了信号，省去了坐标变换。坐标变换。l l矢量控制的原理是基于交流电机的电流控制，把交流电流按磁场坐标轴分解为转矩矢量控制的原理是基于交流电机的电流控制，把交流电流按磁场坐标轴分解为转矩分量和磁场分量，分别加以控制，故矢量控制的着眼点是电流控制。由于定子电压电分量和磁场分量，分别加以控制，故矢量控制的着眼点是电流控制。由于定子电压电流都是交流量，处理起来较麻烦，所以在流都是交流量，处理
172、起来较麻烦，所以在VCVC控制系统中，借助于坐标变化，把它们变控制系统中，借助于坐标变化，把它们变成成dqdq坐标系的直流量，计算得到的控制量再经反变换变回交流坐标轴系去产生坐标系的直流量，计算得到的控制量再经反变换变回交流坐标轴系去产生PWMPWM信信号。为了在高速和低速均能取得好的性能，必须用电压电流两个模型，涉及到电机参号。为了在高速和低速均能取得好的性能，必须用电压电流两个模型，涉及到电机参数较多。数较多。 l l对于交流电机来讲，要想获得快速的转矩响应，在磁链不变的条件下，就要求电流对于交流电机来讲，要想获得快速的转矩响应，在磁链不变的条件下，就要求电流的快速变化，而电流的变化是由电
173、压的快速变化引起的。矢量控制系统的输出电压是的快速变化，而电流的变化是由电压的快速变化引起的。矢量控制系统的输出电压是由电流调节器的输出产生的，这就存在电流调节的时间滞后。当然，现代的矢量控制由电流调节器的输出产生的，这就存在电流调节的时间滞后。当然，现代的矢量控制系统输出电压可以是由电机模型计算的前馈电压控制和电流调节共同产生，前馈电压系统输出电压可以是由电机模型计算的前馈电压控制和电流调节共同产生，前馈电压控制可以获得较快的动态响应，但这个电压输出是由模型精确计算的，没有任何过冲控制可以获得较快的动态响应，但这个电压输出是由模型精确计算的，没有任何过冲现象，且电流是始终受控的。而现象，且电
174、流是始终受控的。而DTCDTC由于没有电流控制环路，没有任何电流限制，电压由于没有电流控制环路，没有任何电流限制，电压可以出现过冲现象，故电机可以获得较大的可以出现过冲现象，故电机可以获得较大的du/dt, du/dt, 较大的加速电流，因而可以产生较较大的加速电流，因而可以产生较快的电流响应及转矩响应。快的电流响应及转矩响应。l l德国鲁尔大学教授曾明确指出，正是德国鲁尔大学教授曾明确指出，正是DTCDTC的这种电压控制特性使其转矩响应比的这种电压控制特性使其转矩响应比VCVC快快3434倍。倍。 DTCDTC转矩响应不足之处：转矩响应不足之处： u但DTC这种快速的转矩响应是有条件的，如果
175、在额定电压条件下，特别是弱磁运行区，电压将没有过冲的余度空间。此外，大型的交流传动必须对电机电流加以限制，这样DTC的转矩响应就不会达到12ms那么高的指标水平。uDTC的转矩响应还取决于PWM的开关频率。对于采用GTO或IGCT元件的大型PWM变频器来讲，高的开关频率将导致变频器的损耗加大，效率降低，故变频器的脉宽调制开关频率不能太高。PWM的开关控制频率的降低会影响DTC的转矩响应指标。u由于DTC的PWM的开关控制使其输出电压有较大的du/dt，故DTC变频器输出都加装滤波器，以减少du/dt对电机绝缘的影响，而滤波器增加了线路电感，在减少了du/dt同时，也降低了转矩响应。变频器的稳态
176、特性变频器的稳态特性变频器的稳态特性变频器的稳态特性 ：DTC VCDTCDTC变频器的控制较好的转矩响应，同时由于其开关频率是不变频器的控制较好的转矩响应，同时由于其开关频率是不确定，随机变化的，使采用确定，随机变化的，使采用DTCDTC的变频器存在以下问题：的变频器存在以下问题： 无法象矢量控制那样，在确定的开关频率条件下，采用消无法象矢量控制那样，在确定的开关频率条件下，采用消 除谐波的除谐波的PWMPWM控制方法。控制方法。 变频器输出电压，电流的谐波较大。变频器输出电压，电流的谐波较大。 变频器输出电压偏低。变频器输出电压偏低。 变频器效率略低。变频器效率略低。 在相同电力电子元器件
177、条件下，变频器输出容量略小。在相同电力电子元器件条件下，变频器输出容量略小。也就是说，也就是说，DTCDTC控制变频器的稳态指标要比控制变频器的稳态指标要比VCVC差差。控制精度：控制精度： DTC VCl l在研制在研制DTCDTC的初期没有考虑低速运行工况，并以定子磁链的初期没有考虑低速运行工况，并以定子磁链为基础，涉及电机参数只有为基础，涉及电机参数只有RsRs一个，因此一个，因此DTCDTC计算简单，计算简单，涉及电机参数最少，精度高。实际上在考虑低速运行工况涉及电机参数最少，精度高。实际上在考虑低速运行工况后，后，DTCDTC也必须引入电流模型，也要用到转子磁链，涉及也必须引入电流模
178、型，也要用到转子磁链，涉及的电机参数和的电机参数和VCVC一样多，所以精度也一样。一样多，所以精度也一样。l lDTCDTC变频器低速控制性能不好，为了改善其低速性能，采变频器低速控制性能不好，为了改善其低速性能，采用一种间接控制方法用一种间接控制方法ISRISR，其原理是用电压和电流依靠电，其原理是用电压和电流依靠电机模型计算出转子磁链，用转子磁链控制来补偿机模型计算出转子磁链，用转子磁链控制来补偿DTCDTC的低的低速性能。控制系统低速时用速性能。控制系统低速时用ISRISR，高速才过渡到，高速才过渡到DTCDTC，由，由此可见，此可见，DTCDTC的低速特性改善是借助于的低速特性改善是借
179、助于VCVC来实现的。来实现的。 调速系统的任务是控制速度，速度通过转矩来改变，调速系统的性能取决于转调速系统的任务是控制速度，速度通过转矩来改变，调速系统的性能取决于转矩控制的好坏，矢量控制矩控制的好坏，矢量控制(VC)(VC)和直接力矩控制和直接力矩控制(DTC)(DTC)的任务都是实现高性能转矩控制，的任务都是实现高性能转矩控制，它们的速度调节部分相同。它们的速度调节部分相同。 DTCDTC没坐标变换，计算公式简单，但为了实现没坐标变换，计算公式简单，但为了实现Band-BandBand-Band控制，必须在一个开关控制，必须在一个开关周期中计算很多次，要求计算速度快，以周期中计算很多次
180、，要求计算速度快，以ABBABB公司的公司的ACS600ACS600系列为例，它的计算周期系列为例，它的计算周期是是25s25s。在。在VCVC中测量电压电流在一个开关周期内的平均值，然后一周期计算一次，中测量电压电流在一个开关周期内的平均值，然后一周期计算一次，对计算速度要求低，以对计算速度要求低，以SiemensSiemens公司的公司的6SE706SE70系列为例，他计算周期是系列为例，他计算周期是400s400s，相差，相差1616倍。矢量变换计算只不过倍。矢量变换计算只不过4 4个乘法和两个加法，以现在处理器的能力看，它算不了个乘法和两个加法，以现在处理器的能力看，它算不了什么。另外
181、以定子磁链为基础也不是什么。另外以定子磁链为基础也不是DTCDTC的专利，有的的专利，有的VCVC系统也以定子磁链为基础。系统也以定子磁链为基础。根据产品样本，根据产品样本，ACS600(DTC)ACS600(DTC)转矩控制响应时间是转矩控制响应时间是5ms5ms，6SE70 (VC)6SE70 (VC)也是也是5ms5ms，再快，再快的响应机械也受不了。的响应机械也受不了。 有人认为，有人认为，DTCDTC利用磁链幅值的利用磁链幅值的Band-BandBand-Band控制得到近似圆形磁场，磁链幅值的控制得到近似圆形磁场，磁链幅值的波动会导致转矩波动，而波动会导致转矩波动，而VCVC是连续
182、控制，磁链幅值不变，无转矩波动。这种看法也是连续控制，磁链幅值不变，无转矩波动。这种看法也欠妥，欠妥，DTCDTC中由于存在转矩中由于存在转矩Band-BandBand-Band控制，转矩平均值不会受磁链变化影响而波动，控制，转矩平均值不会受磁链变化影响而波动，磁链变化只影响电流波形磁链变化只影响电流波形; ;对于对于VCVC，由于变频器按，由于变频器按PWMPWM模式工作，在一个开关周期内模式工作，在一个开关周期内是不可控制，也不是连续控制，同样存在电流脉动并导致转矩脉动的问题，是不可控制，也不是连续控制，同样存在电流脉动并导致转矩脉动的问题，6SE706SE70的的转矩脉动为转矩脉动为2%
183、2%。 综上所述，这两种系统无本质区别，只不过在实现转矩控制时走了不同的路，不综上所述，这两种系统无本质区别，只不过在实现转矩控制时走了不同的路，不存在谁优于谁，谁取代谁的问题。存在谁优于谁，谁取代谁的问题。 DTC&VC DTC&VC 两种控制方式各有千秋两种控制方式各有千秋两种控制方式各有千秋两种控制方式各有千秋交流调速系统的发展总而言之，变频器的发展趋势是：驱动的交流化，总而言之，变频器的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的络化。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的
184、应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，进一步小型轻量化、高性来越高，体积越来越小，进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化。能化和多功能化以及无公害化。变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功率因数；三要看本身的能量损耗（即效率）如何。率因数；三要看本身的能量损耗（即效率）如何。 石油钻机拖动电机基本知识石油钻机拖动电机基本知识 电机作为电机拖动系统的重要组成部分电机作为电机拖动系
185、统的重要组成部分，担负着将电能转换，担负着将电能转换为机械能的重要任务。对钻机而言就是为各个工作机包括绞为机械能的重要任务。对钻机而言就是为各个工作机包括绞车、转盘和泥浆泵等工作机提供动力。电机的种类和型号很车、转盘和泥浆泵等工作机提供动力。电机的种类和型号很多，而且具有各种各样的运行特性来满足各类负载的需要，多，而且具有各种各样的运行特性来满足各类负载的需要，一般将石油钻机上使用的电机分为直流电机和交流电机。电一般将石油钻机上使用的电机分为直流电机和交流电机。电机具有良好的调速性能，其起动、制动、反向和调速等控制机具有良好的调速性能，其起动、制动、反向和调速等控制简便，快速性好，且易于实现完
186、善的保护。简便，快速性好，且易于实现完善的保护。 电机分类电机分类电机是电动机和发电机的统称，通常分为直流电机和交流电机两大类，交流电机分为异步电机与同步电机两类。l l拖动生产机械，将电能转换为机械能的电机称为拖动生产机械，将电能转换为机械能的电机称为电动机；电动机；l l做为电源，将机械能转换为电能的电机称为发电做为电源，将机械能转换为电能的电机称为发电机。机。直流电动机的工作原理l l换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。向外。电刷压在换向片上。直流电源直
187、流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈FFU+NS电刷电刷换向片换向片II直流电机的结构直流电机的结构直流电机的结构直流电机主要包括定子部分、转子部分，以及直流电机才具有的刷架系统：直流电机主要包括定子部分、转子部分，以及直流电机才具有的刷架系统：定子部分：（定子装配完毕后采用真空浸漆处理定子部分：（定子装配完毕后采用真空浸漆处理. .）主极：主磁极铁芯；主磁极绕组主极：主磁极铁芯；主磁极绕组( (线圈线圈) )；换向极：换向极铁芯；换向极绕组；换向极：换向极铁芯；换向极绕组；机座：壳体、端盖、底座机座：壳体、端盖、底座( (一般采用钢板压型焊接一般采用钢板压型焊接) ) 电刷装置：刷座、刷杆、刷
188、握、电刷、弹簧、引线。电刷装置：刷座、刷杆、刷握、电刷、弹簧、引线。转子部分：电枢铁芯；电枢绕组；换向器：转轴；转子部分：电枢铁芯；电枢绕组；换向器：转轴；刷架系统：电刷；刷架系统：电刷； 刷盒刷盒( (握握) )；压紧装置；刷杆；压紧装置；刷杆；机座机座磁极磁极励磁励磁绕组绕组转子转子直流电机分类直流电动机的分类：直流电动机的分类：按励磁绕组在电路中联接方式（即励磁方式）可分为他按励磁绕组在电路中联接方式（即励磁方式）可分为他励、并励、串励和复励四种。励、并励、串励和复励四种。 他励电动机他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由不同的直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组分别由不同的直流电源供电。并励电
189、动机并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由同一直流电源供电。励磁绕组和电枢绕组并联，由同一直流电源供电。串励电动机串励电动机串励电动机串励电动机励磁绕组和电枢绕组串联后接于直流电源。励磁绕组和电枢绕组串联后接于直流电源。复复励励电电动动机机有有并并励励和和串串励励两两个个绕绕组组，它它们们分分别别与与电电枢枢绕绕组组并并联联和和串串联。联。石油钻机多采用串励电机石油钻机多采用串励电机，因为钻机主要工作机石油钻机多采用串励电机，因为钻机主要工作机绞车的理绞车的理想起升曲线，是一条想起升曲线，是一条双曲线双曲线，具有软特性，这符合串励电机，具有软特性，这符合串励电机的机械特性。串励电机的励磁绕组与电
190、枢绕组串联，电机的的机械特性。串励电机的励磁绕组与电枢绕组串联，电机的励磁电流就是电枢电流，所以串励电机的主极磁通随负载电励磁电流就是电枢电流，所以串励电机的主极磁通随负载电流的大小而变化，转速也易随负载的变化而波动，串励电机流的大小而变化，转速也易随负载的变化而波动，串励电机的过载能力比较强。此外，串励电机还具有较高的起动转矩。的过载能力比较强。此外，串励电机还具有较高的起动转矩。在相同起动电流的情况下，它的起动要比他励直流电机的起在相同起动电流的情况下，它的起动要比他励直流电机的起动转矩要大的多。动转矩要大的多。串励式电机： Ia IIf 直流电机关键部件 直流电机绕组元件的电流，是在换向
191、终了的极短时直流电机绕组元件的电流，是在换向终了的极短时间内被强制的改变方向，此时电磁能量以火花形态间内被强制的改变方向，此时电磁能量以火花形态释放，电机电刷（又称整流子）换向火花大，会限释放，电机电刷（又称整流子）换向火花大，会限制电机过载能力，所以必须采取措施，将电机换向制电机过载能力，所以必须采取措施，将电机换向火花火花“ “等级等级” ”限制在允许以内，保证电机在大负荷限制在允许以内，保证电机在大负荷电流时整流子正常工作，充分发挥电机过载能力。电流时整流子正常工作，充分发挥电机过载能力。在结构中值得引起注意的是在结构中值得引起注意的是换向器换向器换向器换向器，它和刷架系统，它和刷架系统
192、和换向极一起均是直流电机的关键部件之一。和换向极一起均是直流电机的关键部件之一。1.1.换向器换向器前面已经指出，在直流发电机中，换向器起整流作前面已经指出，在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电机中，换向器起逆变作用，因此换向用，在直流电机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个两端再用两个“ “V V” ”形环夹紧而构成，如图形环夹紧而构成，如图2-22-2换向换向器剖面图所示。每个电枢线圈首端和尾端的引线
193、，器剖面图所示。每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑分别焊入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。料通过热压制成。 直流电机关键部件2.2.电刷装置电刷装置电刷装置是电枢电路的引出（或电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷盒引入）装置，它由电刷，刷盒（握），刷杆和连线等部分组成，（握），刷杆和连线等部分组成，如图刷架系统结构图所示，电刷如图刷架系统结构图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷盒（握）内用弹
194、簧以一定放在刷盒（握）内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。转时与换向器表面形成滑动接触。刷盒（握）用螺钉夹紧在刷杆上。刷盒（握）用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。整电刷的位置。 直流电机关键部件3.3.换向极换向极换向极是安装在两相邻主磁极之间换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直的一个小
195、磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。换向极结构和不产生有害的火花。换向极结构和主磁极类似，是由换向极铁心和套主磁极类似，是由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上，如图直流电机螺杆固定在机座上，如图直流电机的主磁极和换向极所示。换向极的的主磁极和换向极所示。换向极的个数一般与主磁极的极数相等，在个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装功率很小的直流电机中，也有不装换向极的。换向极绕组在使用中是换向极的。换向极绕组在使用中是和电枢绕组相串联的，要流过较大和电枢绕
196、组相串联的，要流过较大的电流，因此和主磁极的串励绕组的电流，因此和主磁极的串励绕组一样，导线有较大的截面。一样，导线有较大的截面。 直流电机的铭牌数据凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。额定电压额定电压 U UN N（ V V） 在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。额定电流额定电流I IN N （A
197、 A） 在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。 额定功率（额定容量）额定功率（额定容量）P PN N （kWkW） 电机在额定情况下允许输出的功率。电机在额定情况下允许输出的功率。 额定转速额定转速n nN N（r rminmin） 在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。 额定效率额定效率 N N 输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率 直流电机的电枢电势和电磁转距l l感应电势感应电势 电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈
198、在磁场中转电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用动，又会在线圈中产生感应电动势（用E E表示）。根据右手定则知，表示）。根据右手定则知，E E和原通入的电流和原通入的电流方向相反，其大小为：方向相反，其大小为：l l电磁转矩电磁转矩 KE：与电机结构有关的常数n：电动机转速 ：磁通KT：与线圈的结构有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关） ：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流直流电机的磁场和换向l l直流电机的磁场直流电机的磁场 直流电机运行时除了主磁极外，若电枢绕组中有电流流过，还将产生电直流电机运行时除了主磁极外，
199、若电枢绕组中有电流流过，还将产生电枢磁场。这两个磁场在气隙中相互影响，相互叠加，合成了气隙磁场。它将枢磁场。这两个磁场在气隙中相互影响，相互叠加，合成了气隙磁场。它将直接影响电机的电枢电势和电磁转矩。直接影响电机的电枢电势和电磁转矩。l l直流电机的空载磁场直流电机的空载磁场 l l直流电机负载时的磁场直流电机负载时的磁场 l l直流电机的电枢反应直流电机的电枢反应 l l直流电机的换向直流电机的换向换向是指电机旋转时，电枢绕组元件从一条支路，经过电刷短路，进入另换向是指电机旋转时，电枢绕组元件从一条支路，经过电刷短路，进入另一条支路，其电流方向改变的过程。换向的外观表现是在电刷和换向器间常一
200、条支路，其电流方向改变的过程。换向的外观表现是在电刷和换向器间常出现火花。若火花在电刷下的范围很小，亮度很弱，呈现兰色，对电机并无出现火花。若火花在电刷下的范围很小，亮度很弱，呈现兰色，对电机并无危害。若电刷下火花范围较大、比较强烈，对电机会有危害。危害。若电刷下火花范围较大、比较强烈，对电机会有危害。改善换向的方法改善换向的方法 l l安装换向极安装换向极 l l正确选用电刷正确选用电刷 直流电机的空载磁场l l直流电机的磁路l l直流电机的空载磁场（a）两极（b）四极(a)磁通分布(b)磁密分布曲线直流电机负载时的磁场电机负载运行时，电枢绕组中有电流流过，它将产生电机负载运行时，电枢绕组中
201、有电流流过，它将产生一个电枢磁势。电机的气隙磁场是由主极磁势和电枢磁势一个电枢磁势。电机的气隙磁场是由主极磁势和电枢磁势共同建立的。共同建立的。 （a）电枢磁场（b）电枢磁动势和磁场的分布直流电机的电枢反应负载时电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。负载时的合成磁场如图负载时电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。负载时的合成磁场如图所示。所示。电枢反应的性质电枢反应的性质 l l气隙磁场发生畸变。气隙磁场发生畸变。l l对主磁场有去磁作用。对主磁场有去磁作用。 直流电机负载时的合成磁场电动机的机械特性表征电动机运行状态的两个主要物理量是转速表征电动机运行状态的两个主要物理量是转速n n和电和电磁转
202、矩磁转矩T T。电动机的机械特性就是研究电动机的转速。电动机的机械特性就是研究电动机的转速n n和电和电磁转矩磁转矩T T之间的关系，即之间的关系，即n n= =f f (T)(T)。 l l直流电动机的固有机械特性直流电动机的固有机械特性固有机械特性是指电动机的工作电压、励磁磁通为额定值、电枢回路中固有机械特性是指电动机的工作电压、励磁磁通为额定值、电枢回路中没有串附加电阻时的机械特性。没有串附加电阻时的机械特性。 l l直流电动机的人为机械特性直流电动机的人为机械特性为了满足生产机械加工工艺的要求，例如起动、调速和制动等到各种工为了满足生产机械加工工艺的要求，例如起动、调速和制动等到各种工
203、作状态的要求，还需要人为地改变电动机的参数，如电枢电压、电枢回路电作状态的要求，还需要人为地改变电动机的参数，如电枢电压、电枢回路电阻和励磁磁通，相应得到的机械特性即是人为机械特性。阻和励磁磁通，相应得到的机械特性即是人为机械特性。 固有机械特性曲线当当 T T 时时n n ，但由于他励电动机的电枢电阻，但由于他励电动机的电枢电阻R Ra a很小，所以在负载变很小，所以在负载变化时，化时， 转速转速 n n 的变化不大的变化不大，属硬机械特性。，属硬机械特性。n0nNTNTn n电枢回路串电阻R的人为机械特性电枢加额定电压UN，励磁磁通N，电枢回路串入电阻R后的人为机械特性方程式为电枢串入不同
204、电阻R时的人为机械特性曲线如图所示电枢回路串电阻的人为机械特性有下列特点：1）理想空载转速n0与固有机械特性的相同，即电枢回路串入的电阻R改变时，n0不变。2）特性斜率与电枢回路串入的电阻有关，R增大，也增大。故电枢回路串电阻的人为机械特性是通过理想空载点的一簇放射形直线。nn00RaRa+R2TRa+R1改变电枢电压的人为机械特性 保保持持励励磁磁磁磁通通N N，电电枢枢回回路路不不串串电电阻阻，只只改改变变电电枢枢电电压压大大小小及及方方向向的的人人为为机械特性的方程为机械特性的方程为改变电枢电压的人为机械特性如图所示改变电枢电压的人为机械特性如图所示改变电枢电压的人为机械特性特点如下：改
205、变电枢电压的人为机械特性特点如下：1 1）理想空载转速）理想空载转速n n0 0与电枢电压与电枢电压U U成正比，即成正比，即n n0 0U U，且，且U U为负时，为负时，n n0 0也为负。也为负。2 2）特特性性斜斜率率不不变变 ，与与固固有有机机械械特特性性相相同同。因因而而改改变变电电枢枢电电压压U U的的人人为为机机械械特特性性是一组平行于固有机械特性的直线。是一组平行于固有机械特性的直线。 nn01n02n00UNU1TU2减弱磁通的人为机械特性电电枢枢电电压压为为额额定定值值，电电枢枢回回路路不不串串电电阻阻，励励磁磁回回路路串串入入调调节节电电阻阻使使磁磁通通 减弱。减弱磁通
206、减弱。减弱磁通 的人为机械特性方程为的人为机械特性方程为其其特特点点是是理理想想空空载载转转速速随随磁磁通通的的减减弱弱而而上上升升，机机械械特特性性斜斜率率 则则与与励励磁磁磁磁通通的的平平方方成成反反比比。随随着着磁磁通通 的的减减弱弱 增增大大，机机械械特特性性变变软软。不不同同励励磁磁磁磁通的人为机械特性如图所示通的人为机械特性如图所示 。对对于于一一般般电电机机，当当 N N时时，磁磁路路已已经经饱饱和和，再再增增加加磁磁通通已已不不容容易易，所所以以人为机械特性一般只能在人为机械特性一般只能在 N N的基础上减弱磁通。的基础上减弱磁通。 N21nn00Tn02n01降低电枢电压调速
207、l l原理原理 由转速特性方程知：调电枢电压由转速特性方程知：调电枢电压U U，n n0 0变化，斜率不变，所以调速特性变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。是一组平行曲线。l l特点特点l l工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过U UN N，而，而 n n U U，所以调速只能向下调所以调速只能向下调。l l可得到平滑、无级调速。可得到平滑、无级调速。l l调速幅度较大。调速幅度较大。l l适用场合适用场合这种调速方法适用于对调速性能要求较高的设备，如造纸机、轧钢这种调速方法适用于对调速性能要求较高的设备，如造纸机、轧钢机等。机等。 nn
208、0n0n0电电压压降降低低T减弱磁通调速 l l原理原理l l机械特性曲线机械特性曲线l l特点特点l l调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，n n不不能太高。能太高。l l调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。l l适用场合适用场合弱磁调速只能在高于额定转速的范围内调节弱磁调速只能在高于额定转速的范围内调节 。（ 减减小小）TLRf增增加加Tn 直流电动机的制动l l制动的概念制动的概念电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机
209、处于制动状态。电动机的电磁转矩方向与旋转方向相反时，就称为电动机处于制动状态。 l l制动的分类制动的分类l l机械制动机械制动l l电磁的制动电磁的制动l l电气制动的方法电气制动的方法l l能耗制动能耗制动原理原理停车时，电枢从电源断开停车时，电枢从电源断开, ,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，感应电动接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。这种制动是把贮存在系统中的动能变换成电能
210、，消耗在制动电阻中，向相反，起制动作用。这种制动是把贮存在系统中的动能变换成电能，消耗在制动电阻中，故称为能耗制动。故称为能耗制动。 l l特点特点能耗制动的机械特性是一条电枢电压为零、电枢串电阻的人为机械特性。改变制动电阻能耗制动的机械特性是一条电枢电压为零、电枢串电阻的人为机械特性。改变制动电阻的大小，可以得到不同斜率的特性曲线。的大小，可以得到不同斜率的特性曲线。R Rz z越小，特性曲线的斜率越小，曲线就越平，制动越小，特性曲线的斜率越小，曲线就越平，制动转矩就越大，制动作用就越强。转矩就越大，制动作用就越强。l l反接制动反接制动l l回馈制动回馈制动 MUUfIf+R运行运行制动制
211、动K交流电机交流电机交流电机 交流电机分为同步电机和异步电机两种类型。交流异步电机不需要专门的励交流电机分为同步电机和异步电机两种类型。交流异步电机不需要专门的励磁装置所以比同步电机的用途更广泛。与变频调速系统结合起来使交流异步磁装置所以比同步电机的用途更广泛。与变频调速系统结合起来使交流异步电机具有了两段调速特性：基速以下为恒转矩特性，基速以上为恒功率特性，电机具有了两段调速特性：基速以下为恒转矩特性，基速以上为恒功率特性，这样宽范围的调速使电机能够更好的适应起、下钻钻井工况的需要。这样宽范围的调速使电机能够更好的适应起、下钻钻井工况的需要。 异步电机属于感应式电动机，转子转速低于旋转磁场转
212、速（同步转速）。异步交流电动机又有两大类：绕线式绕线式转子内嵌有线圈绕组，通过滑环和电刷与外界相通，可以在外部给转子绕组串入电阻，实现各种调节。鼠笼式鼠笼式转子为铜制的或铸铝的金属短路环。上面是鼠笼电机的拆散结构图。 石油钻机上常用的是鼠笼式交流电机，其特点：过载能力较大，结构简单、寿命长、维护方便、便宜，可适合各种场合。变频专用电机配合变频调速实现对更高性能的工作机的驱动。 变频专用电机特点 l l变频调速对电机的影响：变频调速对电机的影响：变频调速对电机的影响：变频调速对电机的影响： 1 1、电动机的效率和、电动机的效率和、电动机的效率和、电动机的效率和温升温升温升温升的问题的问题的问题的
213、问题2 2、电动机、电动机、电动机、电动机绝缘绝缘绝缘绝缘强度问题强度问题强度问题强度问题3 3、谐波电磁噪声与震动、谐波电磁噪声与震动、谐波电磁噪声与震动、谐波电磁噪声与震动4 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力、电动机对频繁启动、制动的适应能力、电动机对频繁启动、制动的适应能力、电动机对频繁启动、制动的适应能力5 5、低转速时的、低转速时的、低转速时的、低转速时的冷却冷却冷却冷却问题问题问题问题 2、结构设计方面在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响。1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压
214、的能力。2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。4）防止轴电流措施，对容量超过160kW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。5）对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。 变频专用电机改进措施： 1、电磁设计方面对普通异步电动机来说，设计时主要考虑的性能参数是过载能力
215、、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动。因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。绞车l l绞车刹车系统采用能耗制动和液压盘式刹车的组合，液压盘式刹车采用自然冷却绞车刹车系统采用能耗制动和液压盘式刹车的组合，液压盘式刹车采用自然冷却方式。绞车速度及功能控制采用能耗制动及交流变频控制。能耗制动等功能，均方式。绞车速度及功能控制采用能耗制动及交流变频控制。能耗制动等功能，均通过计算机和电控系统实现了全数字控制。正常情况下盘刹仅起驻车、定位和紧通过计算机和电控系统实现了全数字
216、控制。正常情况下盘刹仅起驻车、定位和紧急停车作用，但同时具有手动控制下放钻具功能。急停车作用，但同时具有手动控制下放钻具功能。l l绞车在变频电传动系统控制下，可进行提升和下放速度、游车位置的数字闭环控绞车在变频电传动系统控制下，可进行提升和下放速度、游车位置的数字闭环控制，提高了钻井作业的自动化程度和安全可靠性。制，提高了钻井作业的自动化程度和安全可靠性。l l绞车还配置了过卷阀机构，当游车上升超过规定上限位置时过卷阀动作，同时使绞车还配置了过卷阀机构，当游车上升超过规定上限位置时过卷阀动作，同时使主电机停机，液压盘刹紧急制动。主电机停机，液压盘刹紧急制动。当大钩提升重物上升到某位置时，由于
217、操作失当大钩提升重物上升到某位置时，由于操作失误或其它原因，应该工作制动而未实施时，防碰系统即会断开盘刹系统控制单元误或其它原因，应该工作制动而未实施时，防碰系统即会断开盘刹系统控制单元供气，盘式刹车系统即可实现紧急制动。供气，盘式刹车系统即可实现紧急制动。 l l为确保钻井工程的顺利进行，绞车单台电机驱动能提升最大钻柱重量。为确保钻井工程的顺利进行，绞车单台电机驱动能提升最大钻柱重量。 滚筒动力由两台800kW主电机通过齿轮减速箱提供。滚筒转速可在0305r/min范围,大钩速度01.26m/s范围内，通过电机速度给定手柄任意调速。绞车交流变频电动机绞车交流变频电动机数量数量数量数量1 1
218、1 1台台台台型号型号型号型号YJ13A2YJ13A2YJ13A2YJ13A2额额定定定定转转速速速速740r/min740r/min740r/min740r/min额额定功率定功率定功率定功率800kW800kW800kW800kW额额定定定定电压电压600V600V600V600V额额定定定定电电流流流流915A915A915A915A功率因数功率因数功率因数功率因数0.850.850.850.85额额定效率定效率定效率定效率95%95%95%95%绝缘绝缘等等等等级级200200200200级级绞车辅助驱动装置l l绞车辅助驱动装置使用绞车辅助驱动装置使用45kW45kW交流变交流变频电
219、机频电机，通过斜齿螺旋锥齿轮减速，通过斜齿螺旋锥齿轮减速器器, ,传递动力至齿轮减速箱后驱动滚传递动力至齿轮减速箱后驱动滚筒轴。筒轴。l l绞车辅助驱动装置主要有两方面的功绞车辅助驱动装置主要有两方面的功能：能：l l一、数控变频自动送钻一、数控变频自动送钻一、数控变频自动送钻一、数控变频自动送钻。送钻时由数。送钻时由数字化变频拖动系统设定恒力矩反拖滚字化变频拖动系统设定恒力矩反拖滚筒，自动调速和保护，达到恒压稳速筒，自动调速和保护，达到恒压稳速送钻目的，送钻钻压误差小于送钻目的，送钻钻压误差小于500kg500kg。采用数控变频自动送钻，可提高机械采用数控变频自动送钻，可提高机械钻速、提高井
220、身质量、减少钻头等易钻速、提高井身质量、减少钻头等易损件的消耗，从而极大地提高钻井时损件的消耗，从而极大地提高钻井时效，降低钻井成本。效，降低钻井成本。l l二、故障处理二、故障处理二、故障处理二、故障处理，当主电机系统发生故，当主电机系统发生故障时，辅助驱动系统可进行应急操作，障时，辅助驱动系统可进行应急操作，能活动钻具或提升最大钻柱重量，避能活动钻具或提升最大钻柱重量，避免井下事故的发生。免井下事故的发生。 送钻交流变频电动机技术参数和运行环境数量数量1 1台台型号型号YBP-225M-4WYBP-225M-4W额额定定转转速速1780r/min1780r/min额额定功率定功率45kW4
221、5kW额额定定电压电压400V400V防防护护等等级级IP56IP56送送钻钻电电机机常常见见故故障障排排除除方方法法送送钻钻电电机机常常见见故故障障排排除除方方法法泥浆泵装置l l泵体和电机的支架用紧固件固定在传动底座上，灌注泵安泵体和电机的支架用紧固件固定在传动底座上，灌注泵安装在甲板上。装在甲板上。HHF-1600HHF-1600（HH F -1300HH F -1300）泵为卧式三缸单）泵为卧式三缸单作用活塞泵，具有冲程长，冲数低的特点，有利于延长易作用活塞泵，具有冲程长，冲数低的特点，有利于延长易损件寿命。损件寿命。l l装置排出端装有球型预压式空气包，其最高工作压力为装置排出端装有
222、球型预压式空气包，其最高工作压力为34.3MPa,34.3MPa,容积容积75L75L，使泵排出压力和流量更加平稳。，使泵排出压力和流量更加平稳。 l l为了检修和更换易损件方便，主机带有专用工具。为了检修和更换易损件方便，主机带有专用工具。 泵装置将由两台交流电动机通过链条泵装置将由两台交流电动机通过链条传输给传输给HH-1600FHH-1600F（HH-1300FHH-1300F）泥浆）泥浆泵。泵。 YJ31系列YJ31EYJ31E电机为顶置风机，右出线（从电机为顶置风机，右出线（从传动端视）；传动端视）；额定转矩：额定转矩：11.460kN.m11.460kN.m额定频率：额定频率：50
223、.5Hz 50.5Hz 极数：极数： 6 6恒功最高转速：恒功最高转速：1504r/min1504r/min工作制式：工作制式：S3S3绝缘等级：绝缘等级：200200级级冷却方式：强迫通风（独立风机冷却方式：强迫通风（独立风机60Hz60Hz，460V460V带风压检测开关）带风压检测开关）防护等级：接线盒防护等级：接线盒IP54IP54正压外壳，防正压外壳，防爆型式爆型式ExPzdeExPzdeBT4BT4质量：质量：3200kg 3200kg 数量数量数量数量2 2 2 2台台台台型号型号型号型号YJ31EYJ31EYJ31EYJ31E额额定定定定转转速速速速1000r/min1000r
224、/min1000r/min1000r/min额额定功率定功率定功率定功率1200kW1200kW1200kW1200kW额额定定定定电压电压600V600V600V600V额额定定定定电电流流流流1380A1380A1380A1380A功率因数功率因数功率因数功率因数0.90.90.90.9额额定效率定效率定效率定效率95%95%95%95%绝缘绝缘等等等等级级200200200200级级转盘传动装置 l lZP375ZP375转盘由一台转盘由一台600kW600kW交流变频电机通过直角齿轮传交流变频电机通过直角齿轮传动箱和万向轴驱动。转盘的转速可在动箱和万向轴驱动。转盘的转速可在0 0300
225、r/min300r/min之间之间无级调速，转盘的转速可根据钻井工艺的要求，设置电无级调速，转盘的转速可根据钻井工艺的要求，设置电机转速，以获得理想的转盘转速和扭矩。电机输出轴上机转速，以获得理想的转盘转速和扭矩。电机输出轴上设转盘惯性刹车，采用设转盘惯性刹车，采用LT500/250TLT500/250T通风式离合器。转盘通风式离合器。转盘同时可实现过扭保护、反转保护、断电保护。同时可实现过扭保护、反转保护、断电保护。l l交流变频电机直接驱动转盘，整个装置设计为一个运输交流变频电机直接驱动转盘，整个装置设计为一个运输单元，方便搬迁、安装和运输。单元，方便搬迁、安装和运输。 l l润滑系统分为
226、两部分：强制润滑和润滑脂润滑。螺伞齿润滑系统分为两部分：强制润滑和润滑脂润滑。螺伞齿轮箱采用强制润滑（润滑方式为喷淋）轮箱采用强制润滑（润滑方式为喷淋） ，万向轴、鼓形，万向轴、鼓形齿式联轴器、电机轴承采用润滑脂润滑。齿式联轴器、电机轴承采用润滑脂润滑。 主电机型号主电机型号 YJ23F2主电机额定功率主电机额定功率/电压电压 600kW/600VYJ23F2YJ23F2YJ23F2电机为右侧置风机，左出线（从传动端看），预留顶部进风口；电机为右侧置风机，左出线（从传动端看），预留顶部进风口；YJ23F3YJ23F3电机为顶置风机，左出线（从传动端看），预留右侧进风口；电机为顶置风机，左出线（
227、从传动端看），预留右侧进风口；YJ23F4YJ23F4电机为顶置风机，右出线；电机为顶置风机，右出线；额定功率：额定功率：600kW600kW额定电压：额定电压：600V600V额定电流：额定电流：714A714A额定转矩：额定转矩：8.670kN.m8.670kN.m额定频率：额定频率：33.5Hz33.5Hz极数：极数： 6 6额定转速：额定转速：661r/min661r/min恒功最高转速：恒功最高转速：1060r/min1060r/min功率因数：功率因数：0.850.85额定效率：额定效率：0.950.95工作制式：工作制式：S1S1绝缘等级：绝缘等级：200200级级冷却方式：强迫
228、通风（独立风机冷却方式：强迫通风（独立风机60Hz60Hz，460V460V带风压检测开关）带风压检测开关）防护等级：接线盒防护等级：接线盒IP54 IP54 正压外壳，防爆型式正压外壳，防爆型式ExPzdeExPzdeBT4BT4质量：质量：2650kg2650kgYJ23/YJ31电机的结构YJ23/YJ31YJ23/YJ31电机的结构为卧式、单标准轴伸三相鼠笼式异步电动机。由定子、转子、端电机的结构为卧式、单标准轴伸三相鼠笼式异步电动机。由定子、转子、端盖、轴承、接线盒、风机等组成。盖、轴承、接线盒、风机等组成。1.1.定子定子定子铁心由定子铁心由0.5mm0.5mm厚优质冷轧硅钢板冲制
229、的整圆片迭制而成。机座为钢板焊接结构，厚优质冷轧硅钢板冲制的整圆片迭制而成。机座为钢板焊接结构，铁心背部与机座之间设有轴向通风道。铁心背部与机座之间设有轴向通风道。定子绕组采用定子绕组采用200200级耐电晕绝缘结构，确保电机能长期安全可靠地工作。定子线圈用级耐电晕绝缘结构，确保电机能长期安全可靠地工作。定子线圈用FCRFCR薄膜熔敷导线绕制而成，线圈嵌入槽内的直线部分，用成型的复合绝缘扣合，线薄膜熔敷导线绕制而成，线圈嵌入槽内的直线部分，用成型的复合绝缘扣合，线圈端部用粉云母带绕包作为对地主绝缘，外包绝缘用玻璃丝带。圈端部用粉云母带绕包作为对地主绝缘，外包绝缘用玻璃丝带。导电环由铜母线绕制而
230、成，四个导电环经绝缘包扎后，由支撑夹紧装置固定在铁心压导电环由铜母线绕制而成，四个导电环经绝缘包扎后，由支撑夹紧装置固定在铁心压圈上，绕组引出线用圈上，绕组引出线用M845M845高强度螺栓与导电环上的联线连接，定子三相引出线标志高强度螺栓与导电环上的联线连接，定子三相引出线标志为为U U、V V、WW。2.2.转子转子转子为铜条鼠笼式结构，设有轴向通风孔。导条、端环、护环均为专用高强度铜合金。转子为铜条鼠笼式结构，设有轴向通风孔。导条、端环、护环均为专用高强度铜合金。转子鼠笼采用了独特的防断条结构，确保电机能长期安全可靠地工作。转子鼠笼采用了独特的防断条结构，确保电机能长期安全可靠地工作。3
231、.3.端盖端盖端盖为铸造结构。端盖为铸造结构。4.4.轴承轴承电机采用了高品质的进口轴承和长效润滑脂，整体具有一般三年的免维护周期，轴伸电机采用了高品质的进口轴承和长效润滑脂，整体具有一般三年的免维护周期，轴伸锥度为锥度为1 1：9.69.6，并带有液压卸联轴节的油槽。，并带有液压卸联轴节的油槽。YJ23/YJ31电机的结构5.5.接线盒接线盒接线盒内装有风压开关、辅助开关、接线柱、接线头、二十芯电联接器和防爆隔兰等。接线盒内装有风压开关、辅助开关、接线柱、接线头、二十芯电联接器和防爆隔兰等。电机的接线盒为正压防爆接线盒，防爆型式：电机的接线盒为正压防爆接线盒，防爆型式：ExPzdeExPzd
232、eBT4BT4，适用于二类二区。，适用于二类二区。当电机需要检修或遇到紧急情况需要停车时，按下接线盒旁辅助开关按钮，按扭开关当电机需要检修或遇到紧急情况需要停车时，按下接线盒旁辅助开关按钮，按扭开关就由闭合位转换为断开位，插上锁销装置，锁上铜锁，这样就可以通过控制部分断开就由闭合位转换为断开位，插上锁销装置，锁上铜锁，这样就可以通过控制部分断开主回路，使电机停车。主回路，使电机停车。当风机发生故障，接线盒内的压力当风机发生故障，接线盒内的压力 100Pa100Pa时，风压开关由闭合位转换为断开位，电时，风压开关由闭合位转换为断开位，电动机会自动停车。动机会自动停车。6.6.风机风机该电机自带风
233、机，用于电机的冷却散热。冷却空气从换向端进入，从传动端排出。在该电机自带风机，用于电机的冷却散热。冷却空气从换向端进入，从传动端排出。在机座换向器端和接线盒之间，装有防爆挠性连接管，将电机内部高压风引入接线盒，机座换向器端和接线盒之间，装有防爆挠性连接管，将电机内部高压风引入接线盒，使接线盒保持正压。电机为防护式强迫通风，自带风机，冷却空气从非传动端进入，使接线盒保持正压。电机为防护式强迫通风，自带风机，冷却空气从非传动端进入，由传动端端盖排出。由传动端端盖排出。注意：电机若在非安全场所使用，须将风机的进风箱卸下，接上管道（管道不允许有注意：电机若在非安全场所使用，须将风机的进风箱卸下，接上管
234、道（管道不允许有注意：电机若在非安全场所使用，须将风机的进风箱卸下，接上管道（管道不允许有注意：电机若在非安全场所使用，须将风机的进风箱卸下，接上管道（管道不允许有直角拐弯），从安全场所取风。直角拐弯），从安全场所取风。直角拐弯），从安全场所取风。直角拐弯），从安全场所取风。7.7.其它其它 在电机底部装有在电机底部装有220V220V、200W200W单相加热器单相加热器一只，电机长时间停机时，需接通一只，电机长时间停机时，需接通220V220V交流交流电源，防止电机受潮。电源，防止电机受潮。 YJ23/YJ31电机l l在电机内底部装有200W单相加热器一只，电机长时间停机时，需接通交流电
235、源，防止电机受潮。l l风机11kW/18A、460V/60Hz，蜗壳离心式风机，用于电机的冷却散热电机运行前的检查 l l电机运行前的检查对保障电机正常运行至关重要，检查事项如下：电机运行前的检查对保障电机正常运行至关重要，检查事项如下：电机运行前的检查对保障电机正常运行至关重要，检查事项如下：电机运行前的检查对保障电机正常运行至关重要，检查事项如下：1 1）新安装或长期停用的电机，在起机前应做如下准备：）新安装或长期停用的电机，在起机前应做如下准备：）新安装或长期停用的电机，在起机前应做如下准备：）新安装或长期停用的电机，在起机前应做如下准备：用用用用1000V1000V兆欧表兆欧表兆欧表
236、兆欧表，测量电机定子绕组及联线对机壳的冷态绝缘电阻，电阻，测量电机定子绕组及联线对机壳的冷态绝缘电阻，电阻，测量电机定子绕组及联线对机壳的冷态绝缘电阻，电阻，测量电机定子绕组及联线对机壳的冷态绝缘电阻，电阻值应值应值应值应不小于不小于不小于不小于1M1M。如小于如小于如小于如小于1M1M此值时，应先检查接线盒内联线及定子绕组绝缘是否有损坏现此值时，应先检查接线盒内联线及定子绕组绝缘是否有损坏现此值时，应先检查接线盒内联线及定子绕组绝缘是否有损坏现此值时，应先检查接线盒内联线及定子绕组绝缘是否有损坏现象。象。象。象。分别测量电机定子绕组及联线，对机壳的冷态绝缘电阻，如是定子绕组冷分别测量电机定子
237、绕组及联线，对机壳的冷态绝缘电阻，如是定子绕组冷分别测量电机定子绕组及联线，对机壳的冷态绝缘电阻，如是定子绕组冷分别测量电机定子绕组及联线，对机壳的冷态绝缘电阻，如是定子绕组冷态绝缘电阻低，则接通电机内部的态绝缘电阻低，则接通电机内部的态绝缘电阻低，则接通电机内部的态绝缘电阻低，则接通电机内部的电热板电热板电热板电热板进行干燥处理。进行干燥处理。进行干燥处理。进行干燥处理。2 2）用手拨动转轴，转子转动应灵活。）用手拨动转轴，转子转动应灵活。）用手拨动转轴，转子转动应灵活。）用手拨动转轴，转子转动应灵活。3 3）检查电机各处螺栓有无松动现象，如有则应对螺栓进行紧固。）检查电机各处螺栓有无松动现
238、象，如有则应对螺栓进行紧固。）检查电机各处螺栓有无松动现象，如有则应对螺栓进行紧固。）检查电机各处螺栓有无松动现象，如有则应对螺栓进行紧固。l l电机的运行电机的运行电机的运行电机的运行首先打开电机接线箱旁侧的，辅助开关上的铜锁和锁销装置，按箭头方向旋首先打开电机接线箱旁侧的，辅助开关上的铜锁和锁销装置，按箭头方向旋首先打开电机接线箱旁侧的，辅助开关上的铜锁和锁销装置，按箭头方向旋首先打开电机接线箱旁侧的，辅助开关上的铜锁和锁销装置，按箭头方向旋转转转转辅助开关至闭合位辅助开关至闭合位辅助开关至闭合位辅助开关至闭合位。接通风机，此时接线盒内风压开关由断开位转换为闭。接通风机，此时接线盒内风压开
239、关由断开位转换为闭。接通风机，此时接线盒内风压开关由断开位转换为闭。接通风机，此时接线盒内风压开关由断开位转换为闭合位。最后接通主电路，电机可以按要求运转。合位。最后接通主电路，电机可以按要求运转。合位。最后接通主电路，电机可以按要求运转。合位。最后接通主电路，电机可以按要求运转。电机在运用过程中，建议用点温计定时、定点测量轴承温升，并作好统计，电机在运用过程中，建议用点温计定时、定点测量轴承温升，并作好统计，电机在运用过程中，建议用点温计定时、定点测量轴承温升，并作好统计，电机在运用过程中，建议用点温计定时、定点测量轴承温升，并作好统计，以便根据轴承温升的发展趋势判断轴承工作状态。如在外轴承
240、盖外表面的某以便根据轴承温升的发展趋势判断轴承工作状态。如在外轴承盖外表面的某以便根据轴承温升的发展趋势判断轴承工作状态。如在外轴承盖外表面的某以便根据轴承温升的发展趋势判断轴承工作状态。如在外轴承盖外表面的某一固定点测量轴承温升，每日一次，并作统计。一固定点测量轴承温升，每日一次，并作统计。一固定点测量轴承温升，每日一次，并作统计。一固定点测量轴承温升，每日一次，并作统计。 电机在运行中的一些故障分析列表 序号序号序号序号故故故故 障障障障 现现 象象象象故故故故 障障障障 的的的的 可可可可 能能能能 原原原原 因因因因1 1电电机不能起机不能起动动1.1.缺相；缺相；2.2.绕组绕组断路
241、；断路；3.3.绕组绕组接地或相接地或相间间、匝、匝间间短路；短路；4.4.绕组绕组接接线错误线错误；5.5.熔体熔体烧烧断；断；6.6.过过流流继电继电器整定器整定值值太小；太小；7.7.控制控制设备设备接接线错误线错误。2 2绝缘电绝缘电阻低阻低1.1.绕组绕组受潮或被水淋湿；受潮或被水淋湿；2.2.绕组绝缘绕组绝缘粘粘满满粉粉尘尘、油、油污污；3.3.引出引出线绝缘线绝缘老化破裂；老化破裂；4.4.绕组绝缘绕组绝缘老化；老化；3 3电动电动机运行机运行时时有有杂杂音，不正常音，不正常1.1.轴轴承磨承磨损损，有故障；，有故障；2.2.定、定、转转子子铁铁心松心松动动；3.3.绕组绕组有故
242、障有故障( (如短路如短路) )；4.4.轴轴承缺少承缺少润润滑脂；滑脂；4 4电动电动机外壳机外壳带电带电1.1.电电源源线线与接地与接地线线搞搞错错；2.2.电动电动机机绕组绕组受潮，受潮，绝缘严绝缘严重老化；重老化；3.3.引出引出线线与接与接线线盒接地。盒接地。5 5电动电动机机过热过热或冒烟或冒烟1.1.电电源源电压过电压过高，是高，是铁铁心磁通密度心磁通密度过饱过饱和，造成和，造成电动电动机温升机温升过过高；高；2.2.电电源源电压过电压过低，在低，在额额定定负载负载下下电电机温升机温升过过高；高；3.3.绕组绕组表面沾表面沾满尘满尘垢或异物，影响垢或异物，影响电电机散机散热热；4
243、.4.电动电动机机过载过载或拖或拖动动的生的生产产机械阻力机械阻力过过大，使大，使电电机机发热发热；5.5.绕组绕组匝匝间间短路相短路相间间断路以及断路以及绕组绕组接地；接地；6.6.进风进风温度温度过过高；高；7.7.风风机故障，通机故障，通风风不良；不良；8.8.电电机两相运机两相运转转；9.9.电电机通机通风风道堵塞。道堵塞。6 6电电机振机振动动太大太大1.1.气隙不均；气隙不均；2.2.转转子不平衡；子不平衡；3.3.基基础础强强度不度不够够或安装不平；或安装不平；4.4.笼笼型型转转子开子开焊焊、断路；、断路；5.5.定子定子绕组绕组故障（短路、断路、接地，故障（短路、断路、接地，
244、连连接接错误错误等）；等）；6.6.铁铁心心变变形或松形或松动动；7.7.电动电动机地脚螺栓松机地脚螺栓松动动；8.8.轴轴承磨承磨损损，间间隙不合格。隙不合格。7 7轴轴承温升高承温升高1.1.润润滑脂滑脂过过多或多或过过少；少；2.2.油脂不好，含油脂不好，含杂质杂质；3.3.轴轴承有故障，磨承有故障，磨损损，有，有杂杂物等；物等；4 4、电动电动机或机或传动传动机构机构联联接偏心或接偏心或传动传动皮皮带过紧带过紧；5 5、轴轴承承间间隙隙过过大或大或过过小；小；维护保养 只要只要保持电机干燥、整洁和有足够的冷却风保持电机干燥、整洁和有足够的冷却风，该电机只需要很少但又是基本的维护就，该电
245、机只需要很少但又是基本的维护就可使该电机长期无故障运行。可使该电机长期无故障运行。1.1.紧固：检查电机各处螺栓有无松动现象，如有则应对螺栓进行紧固。建议每打一口紧固：检查电机各处螺栓有无松动现象，如有则应对螺栓进行紧固。建议每打一口井检查一次螺栓有无松动现象。井检查一次螺栓有无松动现象。2.2.吹扫：由于电机的工作环境差，在电机的内外表面会有灰尘、污垢，不仅影响电机吹扫：由于电机的工作环境差，在电机的内外表面会有灰尘、污垢，不仅影响电机的散热，也容易吸潮，导致金属件腐蚀与绝缘性能下降。所以建议每打一口井吹扫一的散热，也容易吸潮，导致金属件腐蚀与绝缘性能下降。所以建议每打一口井吹扫一次电机的内
246、外表面。如用次电机的内外表面。如用0.6MPa0.6MPa左右的压缩空气吹扫电机的外表面，拆下出风罩，将左右的压缩空气吹扫电机的外表面，拆下出风罩，将高压风管高压风管( (软管软管) )从出风口伸进电机内部吹扫内表面。同时拆洗风机进风网和电机出风从出风口伸进电机内部吹扫内表面。同时拆洗风机进风网和电机出风罩，晾干后再安装。罩，晾干后再安装。3.3.干燥：新安装或长期停用的电机，在起机前应做用干燥：新安装或长期停用的电机，在起机前应做用1000V1000V兆欧表，测量电机定子绕兆欧表，测量电机定子绕组及联线对机壳的冷态绝缘电阻，电阻值应小于组及联线对机壳的冷态绝缘电阻，电阻值应小于1M1M，然后
247、分别测量电机定子绕组及，然后分别测量电机定子绕组及联线对机壳的冷态绝缘电阻，定子绕组冷态绝缘电阻低，则必须接通电机内部的联线对机壳的冷态绝缘电阻，定子绕组冷态绝缘电阻低，则必须接通电机内部的电热电热板进行干燥处理板进行干燥处理。此时用手拨动电机转轴，转子转动应灵活。此时用手拨动电机转轴，转子转动应灵活。4.4.轴承维护保养：一般在电机运行轴承维护保养：一般在电机运行2 2小时后，在外轴承盖外表面的某一固定点测量轴小时后，在外轴承盖外表面的某一固定点测量轴承温升，每日一次，并作统计。如发现轴承过热，应及时找出原因予以处理。承温升，每日一次，并作统计。如发现轴承过热，应及时找出原因予以处理。一般原
248、因有：加油过多或过少，油质不纯，变质，轴承径向游隙太小，轴承质量不良，一般原因有：加油过多或过少，油质不纯，变质，轴承径向游隙太小，轴承质量不良，油封摩擦以及内部不干净等原因。油封摩擦以及内部不干净等原因。电机的轴承不设加油杯，电机的轴承不设加油杯，在正常使用情况下，三年内不需要补充润滑脂在正常使用情况下，三年内不需要补充润滑脂。使用满三年后使用满三年后, ,电机应解体，用适当的溶剂清洗轴承及轴承盖，定量添加电机应解体，用适当的溶剂清洗轴承及轴承盖，定量添加FAGFAG公司生产公司生产的的Arcanol L135VArcanol L135V润滑脂，重新润滑。润滑脂，重新润滑。警告警告警告警告:
249、 :不能使用碱性清洗剂清洗轴承。不能使用碱性清洗剂清洗轴承。不能使用碱性清洗剂清洗轴承。不能使用碱性清洗剂清洗轴承。 防爆概念 1 1、 引起爆炸的三个必要条件，三个条件同时具备引起爆炸的三个必要条件，三个条件同时具备 : :l l爆炸点火所需能量爆炸点火所需能量 source of igrutionsource of igrution；l l空气或氧气空气或氧气 air or oxygenair or oxygen；l l可燃气体和粉尘可燃气体和粉尘 flammable air flammable dust flammable air flammable dust 2 2、 防止爆炸的产生必
250、从三个必要条件来考虑，限制了其中的一个必防止爆炸的产生必从三个必要条件来考虑，限制了其中的一个必要条件，就限制了爆炸的产生。要条件，就限制了爆炸的产生。在工业过程中，通常从下述三个方面着手对易燃易爆场合进行处理。在工业过程中，通常从下述三个方面着手对易燃易爆场合进行处理。 1 1）预防或最大限度地降低易燃物质泄漏的可能性；）预防或最大限度地降低易燃物质泄漏的可能性； 2 2）不用或尽量少用易产生电火花的电所元件；）不用或尽量少用易产生电火花的电所元件； 3 3）采取充氮气之类的方法维持惰性状态。）采取充氮气之类的方法维持惰性状态。 危险区域的等级分类0区（Zone0）：易爆气体始终或长时间存在
251、。1区（Zone1）：易燃气体在仪表的正常工作过程中有可能发生或存在。2区（Zone2）：一般情形下不存在易燃气体，即使偶尔发生，且存在时间亦很短。由于历史原因和各自技术发展的情况不同，各主要工业国或组织对爆炸危险场所划分级也不尽相同，大致分为两种类型。一种以国际电工委员会为代表的按爆炸性环境出现频繁程度和持续时间划分为0区、1区、2区，包括德国、日本、意大利、英国、澳大利亚等国家采用。另一种分类方法特点是没有0（级）区场所，目前只有较少国家如美国、加拿大等北美国家。我国和美国危险场所区域划分如表15所示 电气元件防爆分类和允许温度区域将工厂或矿区的爆炸危险介质,按期引燃能量,最小点燃温度以及
252、现场爆炸性危险气体存在的时间周期进行科学的分类分级,以确定现场设备的防爆标志和防爆形式。防爆标志格式： Ex （ia） IIC T4防爆标志 防爆类型 气体组别 温度组别 防爆类型列表 防爆类型防爆类型防爆类型防爆类型防爆标志防爆标志防爆标志防爆标志允许使用允许使用允许使用允许使用的场合的场合的场合的场合中国标准中国标准中国标准中国标准国际标准国际标准国际标准国际标准典典典典 型型型型 应应应应 用用用用隔爆型隔爆型d d1 1或或2 2GB3836.2GB3836.2IEC79-1IEC79-1电气开关电气开关, ,马达马达, ,增安型增安型e e1 1或或2 2GB3836.3GB3836
253、.3IEC79-7IEC79-7马达马达, ,照明装置照明装置, ,接线箱接线箱本安型本安型*ia*ia或或ibib0,10,1或或2 2GB3836.4GB3836.4IEC79-11IEC79-11仪器仪表仪器仪表, ,控制阀控制阀正压型正压型p p1 1或或2 2GB3836.5GB3836.5IEC79-2IEC79-2控制室控制室, ,仪表盘仪表盘, ,马达马达, ,仪器仪器充油型充油型o o2 2GB3836.6GB3836.6IEC79-6IEC79-6电气开关电气开关, ,变压器变压器充沙型充沙型q q2 2GB3836.7GB3836.7IEC79-5IEC79-5仪器仪表仪
254、器仪表无火花型无火花型n n2 2GB3836.8GB3836.8IEC79-15IEC79-15马达马达, ,照明照明, ,接线盒接线盒浇封型浇封型mm1 1或或2 2GB3836.9GB3836.9IEC79-18IEC79-18仪器仪表仪器仪表特殊性特殊性s s1 1或或2 2无无无无气体传感器气体传感器注：注：*ia指正常工作，一个故障或两个故障情况下，都能确保本安防爆性能（在指正常工作，一个故障或两个故障情况下，都能确保本安防爆性能（在0区爆炸危险场所应用中，只能采用区爆炸危险场所应用中，只能采用ia防爆类型，其他任何防爆类型均不适用）；防爆类型，其他任何防爆类型均不适用）； ib指
255、当正常工作或一个故障情况下，能确保本安防爆性能。指当正常工作或一个故障情况下，能确保本安防爆性能。 防护等级 IPIPIP（ ）防护等级系统是）防护等级系统是由由由由IECIEC（INTERNATIONAL INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSIONELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将设备依其防）所起草。将设备依其防尘防湿气之特性加以分级。尘防湿气之特性加以分级。IP IP 防护等级是由两个数字所组成，第防护等级是由两个数字所组成，第1 1个数字表示设备离尘、个数字表示设备离尘、防止外物侵入的等级，第防止外物侵入的等级，第2
256、 2个数字表示设备防湿气、防水侵入个数字表示设备防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。防护等级格式：防护等级格式：IP x xIP x x防护等级防护等级 第一个标示数字第一个标示数字 第一个标示数字第一个标示数字第一个标示特性号码（数字）防护等级定义。第一个标示特性号码（数字）防护等级定义。l l0 0 没有防护：对外界的人或物无特殊防护。没有防护：对外界的人或物无特殊防护。l l1 1 防止大于防止大于50mm50mm的固体物体侵入：防止人体（如手掌）因意外而接的固体物体侵入：防止人体（如手掌）因意外而接触到设备内部的零件，防止较大
257、尺寸（直径大于触到设备内部的零件，防止较大尺寸（直径大于50mm50mm）的外物侵入。）的外物侵入。l l2 2 防止大于防止大于12mm12mm的固体物体侵入：防止人的手指接触到设备内部的的固体物体侵入：防止人的手指接触到设备内部的零件，防止中等尺寸（直径大零件，防止中等尺寸（直径大12mm12mm）的外物侵入。）的外物侵入。l l3 3 防止大于防止大于2.5mm2.5mm的固体物体侵入：防止直径或厚度大于的固体物体侵入：防止直径或厚度大于2.5mm2.5mm的工的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到设备内部的零件。具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到设备内部的零件。l l4 4 防
258、止大于防止大于1.0mm1.0mm的固体物体侵入：防止直径或厚度大于的固体物体侵入：防止直径或厚度大于1.0mm1.0mm的工的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到设备内部的零件。具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到设备内部的零件。l l5 5 防尘完全防止外物侵入：虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘防尘完全防止外物侵入：虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响设备的正常工作。量并不会影响设备的正常工作。l l6 6 防尘完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。防尘完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。 第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度第二个标示特性号码（数字）所指的
259、防护程度l l0 0 没有防护没有防护 l l1 1 防止滴水侵入：垂直滴下的水滴（如凝结水）对设备不会造成有害影响。防止滴水侵入：垂直滴下的水滴（如凝结水）对设备不会造成有害影响。l l2 2 倾斜倾斜1515时仍可防止滴水侵入：当设备由垂直倾斜至时仍可防止滴水侵入：当设备由垂直倾斜至1515时，滴水对设备不时，滴水对设备不会造成有害影响。会造成有害影响。l l3 3 防止喷洒的水侵入：防雨或防止与垂直的夹角小于防止喷洒的水侵入：防雨或防止与垂直的夹角小于6060度的方向，所喷洒的度的方向，所喷洒的水进入设备造成损害。水进入设备造成损害。l l4 4 防止飞溅的水侵入：防止各方向飞溅而来的水
260、进入设备造成损害。防止飞溅的水侵入：防止各方向飞溅而来的水进入设备造成损害。l l5 5 防止喷射的水侵入：防止来自各方向由喷嘴射出的水进入设备造成损害。防止喷射的水侵入：防止来自各方向由喷嘴射出的水进入设备造成损害。l l6 6 防止大浪的侵入：装设于甲板上的设备，防止因大浪的侵袭而进入造成损防止大浪的侵入：装设于甲板上的设备，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。坏。l l7 7 防止浸水时水的侵入：设备浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能防止浸水时水的侵入：设备浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏。确保不因进水而造成损坏。l l8 8 防止沉没时水的侵入：设备无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不防止沉没时水的侵入：设备无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。因进水而造成损坏。
