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第一篇 变频器的原理·运行·维护3

1概论3

1.1什么是变频器3

1.1.1直流和交流3

1.1.2整流和逆变3

1.1.3变频器的组成5

1.2变频器的技术发展简史6

1.2.1电力电子器件更新7

1.2.2控制策略的发展7

1.2.3功能综合化8

1.3变频器的基本类型8

1.3.1按变换频率的方法分8

1.3.2按主电路工作方式分9

1.3.3按变频器调压方法的不同分10

1.3.4按工作原理分类11

1.3.5按照用途分类11

1.4电力电子和微处理器的进步是变频器发展的动力13

1.4.1控制手段的发展13

1.4.2微机控制面临的问题和解决途径13

1.4.3微机控制的新进展13

2电动机及其特性15

2.1异步电动机15

2.1.1结构和工作原理15

2.1.2异步电动机变频调速16

2.1.3异步电动机的等效电路16

2.1.4异步电动机的机械特性17

2.2同步电动机18

2.2.1结构和工作原理18

2.2.2同步电动机变频调速18

2.3直流无刷电动机19

2.3.1结构19

2.3.2工作原理20

2.3.3运行特性和调速原理21

2.4负载换相同步电动机（可控硅电动机）22

2.4.1结构22

2.4.2工作原理23

2.4.3机械特性和调速24

3电力电子器件27

3.1概述27

3.2晶闸管（SCR）28

3.3门极可关断晶闸管（GTO）29

3.4双极晶体管（BJT）30

3.4.1结构30

3.4.2BJT的主要参数31

3.4.3BJT的驱动电路32

3.5功率场效应晶体管（MOSFET）33

3.5.1结构和工作原理33

3.5.2MOSFET的主要参数34

3.5.3使用注意事项34

3.6绝缘栅双极晶体管（IGBT）34

3.6.1结构34

3.6.2IGBT的主要参数35

3.6.3IGBT的驱动电路36

3.6.4IGBT的选用37

3.7其他新型电力电子器件38

3.7.1静电感应晶体管（SIT）38

3.7.2MOS型晶闸管（MCT）38

3.7.3逆阻断型GCT晶闸管39

3.8智能电力电子模块（IPM）41

3.8.1IPM的结构41

3.8.2IPM的特点42

3.8.3IPM的选用42

3.8.4带PWM整流器的IPM模块44

3.8.5变频式家电用超小型DIP-IPM44

3.9全控型电力电子器件的比较47

3.9.1电压电流的比较47

3.9.2性能的比较47

4变频器的整流器48

4.1概述48

4.2不可控整流器49

4.3可控整流器49

4.3.1晶闸管整流器49

4.3.2带斩波器的二极管整流器50

4.3.3PWM整流器50

5变频器的中间电路59

5.1滤波环节59

5.1.1电压型变频器59

5.1.2电流型变频器60

5.1.3电压型变频器和电流型变频器的比较61

5.2动力制动环节62

5.2.1动力制动单元62

5.2.2DC制动63

5.2.3制动电阻计算举例63

6逆变器64

6.1六脉波方波逆变器64

6.1.1180°导通型逆变器64

6.1.2120°导通型逆变器65

6.2SPWM逆变器66

6.2.1PAM控制和PWM控制的比较66

6.2.2SPWM原理67

6.3SPWM波形成的方法70

6.3.1自然采样法70

6.3.2SPWM专用集成芯片71

6.4电流跟踪控制的PWM逆变器71

6.5采用电压空间矢量控制的PWM逆变器72

6.5.1电压空间矢量72

6.5.2PWM逆变器供电时异步电动机的电压空间矢量73

6.5.3PWM波形的产生74

7变频器的控制76

7.1VVVF控制（恒U／f控制）76

7.1.1恒U／f控制原理76

7.1.2恒转矩调速变频器77

7.1.3恒功率调速变频器78

7.1.4电压型U／f控制变频器的构成79

7.1.5利用磁通闭环控制，改善U／f控制性能80

7.2SF控制（转差频率控制）81

7.2.1转差频率控制的基本概念81

7.2.2SF控制规律82

7.2.3SF控制变频器的系统结构82

7.3VC控制（矢量控制）83

7.3.1VC控制的原理和应用范围83

7.3.2坐标变换88

7.3.3转差型变频器的结构和工作原理91

7.3.4无速度传感器矢量控制变频器简介93

7.4变频器的单片机控制96

7.4.187C196MC微机控制系统设计97

7.4.2SPWM波的形成99

7.4.387C196MC微机控制系统硬件设计100

7.4.4微机控制系统软件设计101

7.5变频器的DSP控制101

7.6变频器的通信控制105

7.6.1PLC与变频器相连105

7.6.2PC机通过RS 485与变频器相连108

7.6.3PC机通过现场总线与变频器相连119

7.7变频器参数的自检测和自校正121

7.7.1参数自检测概述121

7.7.2电动机参数离线自设定122

7.7.3电动机参数在线自校正126

7.8自动能耗最优控制（AEO）127

7.8.1变频器的节能运行127

7.8.2AEO控制128

7.8.3带AEO变频器节能效果分析129

7.9PWM整流变频调速器的实现130

8变频器的维护133

8.1维修和检测133

8.1.1日常检查133

8.1.2定期检查133

8.1.3根据维护信息判断元器件的寿命133

8.1.4检测134

8.2故障诊断136

8.2.1故障的显示与复位136

8.2.2故障诊断137

8.2.3外界因素对变频器的不利影响及其防止对策138

8.3变频器的电磁噪声及其对策139

8.3.1变频器产生的电磁噪声及其抑制方法140

8.3.2变频器抗噪声选件的配置146

8.3.3变频器产生的高次谐波及其抑制技术146

8.3.4变频器运行中漏电流和浪湧电压的抑制149

9特殊用途的变频器155

9.1交流伺服系统用的变频器155

9.1.1机电一体化产品的概念155

9.1.2数控机床和伺服驱动技术155

9.1.3交流伺服电动机与直流伺服电动机的比较156

9.1.4交流伺服系统的构成及工作原理158

9.1.5方波电流型BDCM（无刷直流电动机）交流伺服系统举例159

9.1.6三相PMSM交流伺服系统161

9.1.7AC伺服驱动系统的动态结构166

9.2电梯专用变频器167

9.2.1高速电梯用变频器167

9.2.2中速电梯变频器169

9.2.3超高速电梯变频器170

9.2.4低速家用电梯变频器171

9.3空调专用变频器172

9.3.1变频空调器的结构和特点172

9.3.2变频空调的实际效果174

9.4高压变频器175

9.4.1高压变频器的不同方案175

9.4.2高压变频器产品介绍179

9.5太阳能发电专用变频器182

9.5.1太阳能电池与系统并联的电压型PWM逆变器183

9.5.2采用升降压功率型PWM逆变器191

第二篇 变频器的应用197

10变频器在节能方面的应用197

10.1节能原理197

10.1.1挡板控制与转速控制197

10.1.2阀门控制与转速控制199

10.2风机泵类负荷对变频器提出的要求200

10.2.1工频电源到变频器的切换控制201

10.2.2变频器到工频电源的切换控制201

10.2.3风机泵类负载用的U／f曲线模式201

10.2.4瞬停再启动控制202

10.3变频器在轧钢厂供水系统中的应用实例203

10.3.1工艺对控制提出的要求203

10.3.2变频器选型204

10.3.3变频器的原理接线图205

10.3.4运行与操作206

10.3.5使用时应注意的事项206

10.3.6水泵变频调速运行的经济分析207

10.4高压变频器在火力发电厂灰浆泵系统中的应用实例207

10.4.1灰浆泵改为变频调速前存在的问题207

10.4.2变频器、电动机、灰浆泵的技术规格208

10.4.3变频器简介208

10.4.4变频调速的优点210

10.4.5调试及运行210

10.4.6变频调速应用前后的经济效益比较210

10.5华为电气TD2100供水专用变频器211

10.5.1用户密码设定211

10.5.28种供水模式选择211

10.5.36段定时压力给定设置213

10.5.4休眠泵控制功能213

10.5.5定时轮换控制214

10.5.6排污泵控制功能214

10.5.7进水池液位检测及控制214

10.5.8故障自动电话拨号215

11变频器在自动化系统中的应用216

11.1永磁同步电动机变频调速在化纤、玻璃行业中的应用216

11.1.1永磁同步电动机变频调速在化纤工业中的应用216

11.1.2永磁同步电动机变频调速在玻璃工业中的应用217

11.2SF控制变频恒压供水系统218

11.2.1水泵电气传动调速方案的选择218

11.2.2SF系统的构成及工作原理218

11.2.3异步电动机SF控制的变频调速系统219

11.2.4实测节电效果220

11.3电弧炉变频调速自动加料系统220

11.3.150吨大功率电弧炉加料工艺要求220

11.3.2微机控制变频调速配料系统221

11.3.3效果分析222

11.4可编程控制器和变频器在电梯控制中的应用222

11.4.1PLC用于电梯控制的特点222

11.4.2PLC—VVVF变频电梯框图223

11.4.3G7变频器在电梯拖动控制中所起的作用223

11.4.4电梯的加／减速和制动控制224

11.4.5节能效果分析225

11.5变频器在卷取机上的应用225

11.5.1卷取机在各种行业中的应用225

11.5.2卷取机的张力控制方案226

11.5.3卷取机的电气自动控制228

12变频器在省力化方面的应用230

12.1变频器在125t桥式起重机上的应用230

12.1.1起重机对变频器控制提出的要求230

12.1.2变频调速系统框图说明230

12.1.3变频器制动单元选择231

12.1.4变频器和PLC的配合231

12.1.5试验结果232

12.2变频器在港机设备中的应用233

12.2.1港机设备的特点234

12.2.2港机设备中变频器的选型234

12.2.3变频器及其周边设备的容量设计235

12.3变频器在自动仓库中的应用237

12.3.1码垛机对调速系统提出的要求237

12.3.2码垛机中变频器的选用238

13变频器在提高产品质量方面的应用242

13.1变频器在金属拉丝机上的应用242

13.1.1活套式拉丝机对电力拖动提出的要求242

13.1.2变频器用于拉丝机拖动242

13.1.3同步设计243

13.1.4运行效果244

13.1.5经济效益分析244

13.2变频器在磨床上的应用245

13.2.1改造前的磨床主轴调速系统245

13.2.2调速系统的改造245

13.2.3改造效果246

13.3变频器在高速电主轴上的应用246

13.3.1高频变频器用于高速电主轴246

13.3.2高频变频器的容量选择247

13.3.3变频器在高速电主轴上应用的其他问题248

13.3.4高频变频器在电主轴上的应用前景248

13.4变频器在聚丙烯造粒机中的应用248

13.4.1造粒机工艺流程248

13.4.2控制系统的构成及控制原理249

13.4.3变频器的应用介绍250

13.4.4特性实测251

13.5变频器在制药中的应用251

13.5.1制药设备利用变频调速进行改造251

13.5.2制药发酵过程分析252

13.5.3制药厂其他设备应用变频器的前景252

13.6变频器在食品机械上的应用253

13.6.1混合搅拌机的变频调速253

13.6.2奶油制作机的变频调速255

13.6.3鱼片制作机的变频调速256

13.7变频器在煮漂机上的应用259

13.7.1煮漂机设备概况259

13.7.2采用变频器改造旧系统260

13.7.3应用变频器改造的效果260

附录A新一代国内外部分变频器主要特点概述261

A.1通用变频器的基本功能261

A.2A-B系列变频器262

A.3西门子变频器270

A.4三菱通用变频器273

A.5富士变频器275

A.6日立变频器277

A.7国产变频器概述277

A.8佳灵变频器279

A.9科姆龙变频器280

参考文献282