SPWM变频调速应用技术 第3版PDF电子书下载

《电气自动化新技术丛书》序言 1

第4届《电气自动化新技术丛书》编辑委员会的话 1

第3版前言 1

第2版前言 1

第1版前言 1

常用物理量符号 1

缩写符号 1

绪论 1

第1章 预备知识 4

1.1 电力拖动系统的工作要点 4

1.1.1 电力拖动系统的构成 4

1.1.2 电力拖动系统的稳定运行状态 4

1.1.3 电动机和负载的机械特性 5

1.1.4 电力拖动系统的瞬态过程 7

1.1.5 电力拖动系统的功率计算和传递 8

1.1.6 电力拖动系统的折算 10

1.2 调速问题综述 11

1.2.1 调速的概念 11

1.2.2 调速的意义 12

1.2.3 调速的主要指标 12

1.3 他励直流电动机概述 13

1.3.1 基本结构和电路 14

1.3.2 他励直流电动机的机械特性 15

1.3.3 他励直流电动机的调速 17

1.4 笼型异步电动机概述 20

1.4.1 基本结构 20

1.4.2 异步电动机的旋转原理 21

1.4.3 异步电动机的调速问题 22

1.5 异步电动机的转子电动势、电流和电磁转矩 23

1.5.1 转子电动势的波形和频率 23

1.5.2 转子电动势的空间分布 25

1.5.3 转子的电流、磁场和电磁转矩 26

1.6 异步电动机的等效变换 29

1.6.1 动/静变换 29

1.6.2 磁/电变换 31

1.6.3 电动机的平衡方程和能量传递过程的关系 36

1.7 异步电动机的机械特性 38

1.7.1 电磁转矩公式 38

1.7.2 自然机械特性 38

1.7.3 能量图及其与机械特性的对应关系 40

1.8 异步电动机工作状况的基本分析方法 42

1.8.1 概述 42

1.8.2 电压变化时电动机工作状态的变化（以电压升高为例） 43

1.8.3 负载变化时电动机工作状态的变化（以负载增加为例） 45

1.9 异步电动机的制动 46

1.9.1 再生制动 46

1.9.2 直流制动（能耗制动） 48

1.9.3 反接制动 49

1.10 异步电动机的基本关系小结 51

1.10.1 功率关系 51

1.10.2 电压关系 52

1.10.3 电流关系 53

第2章 变频调速的基础知识 55

2.1 概述 55

2.1.1 变频调速原理 55

2.1.2 变频器的类别 56

2.1.3 变频器的额定值和频率指标 57

2.2 交-直-交变频器的主电路 59

2.2.1 交-直部分 59

2.2.2 直-交部分 60

2.2.3 制动电阻和制动单元 62

2.3 逆变桥的工作原理 62

2.3.1 单相逆变桥 62

2.3.2 三相逆变桥 63

2.4 变频与变压（VVVF） 65

2.4.1 变频调速时出现的新问题 65

2.4.2 变频也变压 67

2.5 VVVF的实施 68

2.5.1 两种基本的调制方法 68

2.5.2 正弦波脉宽调制（SPWM） 70

2.5.3 SPWM的电流波形 72

2.6 变频后的机械特性 73

2.6.1 变频后的转矩公式 73

2.6.2 ku＝kf<1时的机械特性 75

2.6.3 kf>1时的机械特性 77

2.7 V/F控制 79

2.7.1 V/F控制的概念 79

2.7.2 V/F控制功能 80

2.7.3 V/F控制时的电流曲线 81

2.8 矢量控制概述 85

2.8.1 由直流电动机引发的思考 85

2.8.2 产生旋转磁场的几种方法 85

2.8.3 磁场的等效变换 88

2.8.4 矢量控制的基本构思 89

2.9 拟超导技术概述 91

2.9.1 电阻压降对机械特性影响的回顾 91

2.9.2 拟超导技术的指导思想 91

2.9.3 拟超导技术的实施 93

2.10 逆变器件简介 94

2.10.1 SCR和GTO晶闸管 94

2.10.2 电力晶体管（GTR） 96

2.10.3 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 99

2.10.4 智能模块（IPM） 101

2.11 变频器各部分的功率和电流 102

2.11.1 各部分的功率 102

2.11.2 变频器的输出电流 103

2.11.3 变频器的直流电流 104

2.11.4 变频器的输入电流 105

2.11.5 归纳 105

第3章 变频器的运行功能 106

3.1 工作频率的给定 106

3.1.1 频率的给定方法 106

3.1.2 变频器的外接给定配置 106

3.1.3 外接电位器的选择 107

3.2 外接给定时的频率给定线 108

3.2.1 频率给定线 108

3.2.2 频率给定线的预置 109

3.2.3 几个实例 109

3.3 与工作频率有关的功能 111

3.3.1 基本频率和最高频率 111

3.3.2 上限频率和下限频率 111

3.3.3 回避频率 111

3.3.4 点动频率 113

3.3.5 载波频率设定 113

3.4 变频调速的升速和起动 114

3.4.1 升速时间 114

3.4.2 升速方式 115

3.4.3 与起动有关的其他功能 117

3.5 变频调速的降速和制动 119

3.5.1 变频调速系统的降速特点 119

3.5.2 降速时间和降速方式 120

3.5.3 直流制动 121

3.5.4 电源再生单元 122

3.5.5 停机方式的选择功能 122

3.6 V/F控制的设定功能 123

3.6.1 基本U/f设定 123

3.6.2 转矩补偿的U/f设定 124

3.7 转差补偿、矢量控制、自动电压调整等功能的设定 126

3.7.1 转差补偿功能 126

3.7.2 矢量控制的设定 127

3.7.3 自动电压调整（AVR）功能 129

3.8 轻载时的节能运行 129

3.8.1 “大马拉小车”现象 129

3.8.2 变频引起的“大马拉小车” 130

3.8.3 节能运行功能要点 131

3.8.4 节能运行的设定 132

3.9 摆频功能和闭环控制功能 133

3.9.1 摆频功能 133

3.9.2 闭环控制功能 134

3.10 转矩控制功能 135

3.10.1 转矩控制功能的含义 135

3.10.2 转矩控制功能的应用 136

3.10.3 转矩控制功能的预置 136

3.11 变频器的外接控制功能 137

3.11.1 外接控制的电路结构 137

3.11.2 外接控制端的配置和工作特点 138

3.11.3 多档转速控制 139

3.11.4 程序控制 141

3.11.5 其他功能控制端 142

3.12 外接输出信号端 143

3.12.1 外接输出信号的项目 143

3.12.2 外接输出信号端的配置 144

第4章 变频器的保护、显示和预置 146

4.1 过电流保护功能 146

4.1.1 过电流的原因 146

4.1.2 变频器对过电流的处理 147

4.2 过载保护功能 148

4.2.1 电动机的允许持续电流和工作频率的关系 148

4.2.2 电子热保护器的反时限特性 149

4.2.3 电子热保护功能和热继电器的比较 151

4.3 电压保护功能 152

4.3.1 过电压保护 152

4.3.2 欠电压保护 153

4.4 瞬时停电的处理 154

4.4.1 突然停电对变频器的影响和对策 154

4.4.2 对变频器瞬时停电的处理 155

4.5 其他保护功能 157

4.5.1 过热和接地保护 157

4.5.2 变频器内部的工作错误保护 157

4.5.3 外接保护信号的输入 158

4.6 故障的处理 158

4.6.1 故障的处理过程 158

4.6.2 重合闸功能 159

4.7 变频器的显示功能 160

4.7.1 发光二极管显示 160

4.7.2 数据显示屏 161

4.7.3 液晶显示屏 161

4.7.4 外接仪表显示 163

4.8 变频器的功能预置 164

4.8.1 功能预置的概念 164

4.8.2 变频器的键盘配置 166

4.9 变频器的键盘配置和预置流程举例 167

4.9.1 键盘配置 167

4.9.2 功能预置流程 167

第5章 变频调速拖动系统的设计 169

5.1 概述 169

5.1.1 设计任务和已知条件 169

5.1.2 电动机的主要类别 170

5.1.3 变频器的主要类别 171

5.2 负载的机械特性 172

5.2.1 恒转矩负载 172

5.2.2 恒功率负载 173

5.2.3 二次方律负载 174

5.2.4 其他类型的负载 175

5.3 负载的飞轮力矩 177

5.3.1 描述惯性大小的物理量 177

5.3.2 飞轮力矩的简易测定法 178

5.4 负载的工作方式 179

5.4.1 连续负载 179

5.4.2 间断负载 180

5.5 异步电动机在变频调速时的带负载能力 181

5.5.1 电动机在变频时的有效转矩和有效功率 181

5.5.2 fX≤fN时的带负载能力 182

5.5.3 fX>fN时的带负载能力 185

5.6 恒转矩负载的变频调速 185

5.6.1 恒转矩负载实现变频调速的主要问题 185

5.6.2 调速范围和传动比 187

5.6.3 传动比的选择举例 188

5.7 恒功率负载的变频调速 189

5.7.1 恒功率负载实现变频调速的主要问题 189

5.7.2 减小容量的对策 191

5.8 二次方律负载的变频调速 193

5.8.1 二次方律负载实现变频调速的主要问题 193

5.8.2 二次方律负载采用变频调速的其他要点 195

5.9 特殊电动机的变频调速 196

5.9.1 双速电动机的变频调速 196

5.9.2 齿轮减速电动机的变频调速 197

5.9.3 绕线转子异步电动机的变频调速 198

5.9.4 电磁制动电动机的变频调速 199

5.9.5 一台变频器带多台电动机 200

5.10 调速系统中的基本关系 201

5.10.1 功率之间的关系 201

5.10.2 转矩之间的关系 202

5.10.3 容易出现的误区 203

5.11 变频器容量的选择 206

5.11.1 电动机与变频器的额定电流 206

5.11.2 必须加大变频器容量的场合 208

5.11.3 轻载电动机的变频器容量 209

第6章 变频器的安装和使用 211

6.1 变频器的安装 211

6.1.1 变频器对安装环境的要求 211

6.1.2 变频器的散热问题概述 211

6.1.3 变频器的发热与散热 212

6.1.4 安装变频器的具体方法和要求 212

6.2 变频器的接线 214

6.2.1 主电路的接线 214

6.2.2 控制电路的接线 216

6.2.3 变频器的接地 217

6.3 变频器的功率因数及其改善 218

6.3.1 变频器的输入电流 218

6.3.2 变频器输入电路的功率因数 219

6.3.3 改善功率因数的方法 220

6.4 变频器的抗干扰 221

6.4.1 外界对变频器的干扰 221

6.4.2 变频器的干扰和传播 222

6.4.3 变频器的抗干扰措施 222

6.5 变频器的外围选配件 225

6.5.1 电抗器 225

6.5.2 线路抗干扰滤波器 226

6.6 变频器的测量 227

6.6.1 常规测量的适用范围 227

6.6.2 输出电压的测量 229

6.6.3 绝缘电阻的测量 231

6.7 变频调速系统的调试 231

6.7.1 变频器的通电和预置 232

6.7.2 电动机的空载试验 232

6.7.3 拖动系统的起动和停机 232

6.7.4 拖动系统的负载试验 233

6.8 故障原因分析 233

6.8.1 过电流跳闸的原因分析 233

6.8.2 电压跳闸的原因分析 234

6.8.3 电动机不转的原因分析 234

第7章 变频调速的实用电路基础 236

7.1 变频调速的主电路 236

7.1.1 变频调速主电路的构成 236

7.1.2 主要电器的功用和选择 236

7.2 制动电阻和制动单元 237

7.2.1 制动转矩的计算 237

7.2.2 制动过程对泵升电压的影响 238

7.2.3 制动电阻值的确定 239

7.2.4 制动电阻容量的确定 240

7.2.5 制动电阻的保护 242

7.2.6 制动单元的构成和设计 242

7.3 变频调速的基本控制电路 244

7.3.1 正转运行的控制电路 244

7.3.2 正、反转运行的控制电路 246

7.4 升、降速端子及其常用控制电路 248

7.4.1 升、降速输入端子 248

7.4.2 应用举例 249

7.5 变频器的故障切换控制 251

7.5.1 切换控制的主电路 252

7.5.2 切换控制电路举例 252

7.6 变频调速的PID控制 254

7.6.1 概述 254

7.6.2 PID调节功能 255

7.7 可编程序控制器（PLC）应用简介 259

7.7.1 PLC控制电路的基本构成 259

7.7.2 PLC内的常用“软继电器”和器件 261

7.7.3 PLC的梯形图和编程语言 263

7.8 由PLC控制的各种电路 265

7.8.1 正转控制电路 265

7.8.2 正、反转控制电路 268

7.8.3 与工频的切换电路 269

7.8.4 多档转速控制 271

第8章 风机和水泵的变频调速 276

8.1 风机的变频调速 276

8.1.1 风机调速的开环控制 276

8.1.2 风机调速用于恒温控制 278

8.1.3 冷却塔风机的控制 280

8.1.4 风机的切换电路 282

8.2 水泵的变频调速 284

8.2.1 水泵装置的基本模型及参数 284

8.2.2 水泵装置的主要特性 286

8.2.3 水锤效应 288

8.2.4 水泵变频调速的功能预置 290

8.3 水泵的取水装置 290

8.3.1 取水泵站的作用与特点 290

8.3.2 控制要点 292

8.3.3 控制框图 293

8.4 水泵的供水装置 294

8.4.1 恒压供水的目的 294

8.4.2 恒压供水的简单控制 294

8.4.3 恒压供水的PID控制 295

8.5 供水系统的专用功能 298

8.5.1 暂停功能 298

8.5.2 多台水泵的切换功能 301

8.5.3 供水定时控制功能 307

8.6 中央空调的循环水控制系统 309

8.6.1 中央空调系统的构成 309

8.6.2 冷却水系统的变频调速 310

8.6.3 冷冻水系统的变频调速 312

第9章 起重机械和电梯的变频调速 314

9.1 概述 314

9.1.1 起重机械的负载特点 314

9.1.2 起重机械的调速方法和节能比较 315

9.1.3 起重机械变频调速系统要点 317

9.2 电动机的工作状态 318

9.2.1 起升机构的主要特点 318

9.2.2 起升过程中的电动机工作状态 319

9.2.3 与原拖动系统的比较 321

9.3 再生电能的处理 322

9.3.1 能耗电路及其计算 322

9.3.2 电能的反馈 323

9.4 溜钩的防止 324

9.4.1 产生溜钩的原因和危害 324

9.4.2 变频调速系统中的防溜钩措施 325

9.5 桥式起重机的变频调速 327

9.5.1 桥式起重机拖动系统的构成 327

9.5.2 采用变频调速的基本考虑 328

9.6 电梯的变频调速 329

9.6.1 电梯拖动系统的基本构成和工作过程 329

9.6.2 电梯的运行特点 330

第10章 金属切削机床的变频调速 334

10.1 机床拖动系统的主要特点 334

10.1.1 概述 334

10.1.2 主运动的负载性质 335

10.2 普通车床的实例和基本数据 335

10.2.1 普通车床的大致构造和拖动系统 335

10.2.2 实例和基本数据 336

10.3 变频调速拖动系统的计算 338

10.3.1 决定频率范围 338

10.3.2 确定传动比 338

10.3.3 电动机容量不变的可行性核算 339

10.4 龙门刨床的构造和工作特点 340

10.4.1 龙门刨床的基本结构 340

10.4.2 龙门刨床的主运动 341

10.4.3 刨台运动的机械特性 342

10.5 刨台运动的变频调速 344

10.5.1 变频调速的机械特性 344

10.5.2 变频调速方案的设计要点 345

10.5.3 采用变频调速的主要优点 345

10.6 刨台往复运动的控制 346

10.6.1 往复指令和电路 346

10.6.2 刨台控制的梯形图 347

第11章 其他机械的变频调速 352

11.1 带式输送机的变频调速 352

11.1.1 带式输送机的负载性质和主要类别 352

11.1.2 带式输送机的变频调速要点 353

11.1.3 向下输送时的拖动特点 354

11.1.4 间歇输送的拖动要点 355

11.2 印染机械的同步控制（以轧染机为例） 356

11.2.1 轧染机对调速控制的要求 356

11.2.2 变频器的同步控制方案 357

11.2.3 同步控制的实施 358

11.3 卷绕化纤丝的摆频控制 360

11.3.1 基本工况 360

11.3.2 变频器容量的确定 360

11.3.3 变频器的功能设定要点 361

11.4 薄膜的卷绕控制 362

11.4.1 薄膜卷绕的工作特点与要求 362

11.4.2 恒张力控制的方法 364

11.5 家用电器的变频调速 365

11.5.1 变频调速系统的特点 365

11.5.2 各种家用电器采用变频调速后的主要特点 367

第12章 变频调速若干问题的探讨 368

12.1 变频调速的再生制动解析 368

12.1.1 电动状态的基本特点 368

12.1.2 频率下降时的状态 369

12.1.3 泵升电压的特点 371

12.2 变频调速系统的功率因数 372

12.2.1 关于功率因数的概念 372

12.2.2 同频率正弦电流的功率因数 372

12.2.3 非正弦电流的功率因数 373

12.2.4 变频器功率因数的测量误区 374

12.2.5 用12脉波整流改善变频器的功率因数 375

12.3 变频器的转矩控制功能及其应用 377

12.3.1 转速控制与转矩控制 377

12.3.2 转矩控制的工作特点 378

12.3.3 转矩控制和转速控制的切换 381

12.3.4 转矩控制在牵引装置中的应用 382

12.3.5 转矩控制在恒张力控制中的应用 384

12.4 恒压供水系统变频与工频的切换问题 386

12.4.1 切断电源后的自由制动过程 387

12.4.2 电动机切断电源后的电磁过渡过程 389

12.4.3 相位关系对切换电流的影响 392

12.4.4 “差频同相”的原理与方法 393

12.5 水泵装置的节能分析 396

12.5.1 节能效果的考察部位 396

12.5.2 水泵装置的流体功率 398

12.5.3 水泵装置流体功率的节能分析 399

12.5.4 不同管路流体功率的节能特点 402

12.5.5 水泵轴功率的节能分析 406

12.5.6 电动机输入侧节能效果的分析 408

12.6 电压与频率不符时的处理 409

12.6.1 电压不符时的处理 409

12.6.2 频率不符时的处理 412

12.7 变频调速的经济效益 412

12.7.1 减少故障率的经济效益 412

12.7.2 延长设备寿命的经济效益 413

12.7.3 提高产品质量的经济效益 413

12.7.4 其他方面的经济效益 414

参考文献 415