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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

1.2.1 调速的概念 11

1.2 调速问题综述 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

1.5.1 转子电动势的波形和频率 23

1.5 异步电动机的转子电动势、电流和电磁转矩 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

1.7.1 电磁转矩公式 38

1.7.2 自然机械特性 38

1.7 异步电动机的机械特性 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

2.1 概述 51

2.1.1 变频调速原理 51

第2章 变频调速的基础知识 51

2.1.2 变频器的类别 52

2.1.3 变频器的额定值和频率指标 53

2.2 交-直-交变频器的主电路 55

2.2.1 交-直部分 55

2.2.2 直-交部分 56

2.2.3 制动电阻和制动单元 58

2.3 逆变桥的工作原理 58

2.3.1 单相逆变桥 58

2.3.2 三相逆变桥 59

2.4.1 变频调速时出现的新问题 61

2.4 变频与变压(VVVF) 61

2.4.2 变频也变压 63

2.5 VVVF的实施 64

2.5.1 两种基本的调制方法 64

2.5.2 正弦波脉宽调制(SPWM) 65

2.5.3 SPWM的电流波形 68

2.6 变频后的机械特性 69

2.6.1 变频后的转矩公式 69

2.6.2 ku=kf〈1时的机械特性 70

2.6.3 kf〉1时的机械特性 73

2.7 V/F控制 74

2.7.2 V/F控制功能 75

2.7.1 V/F控制的概念 75

2.7.3 V/F控制时的电流曲线 77

2.8 矢量控制概述 80

2.8.1 由直流电动机引发的思考 80

2.8.2 产生旋转磁场的几种方法 81

2.8.3 磁场的等效变换 84

2.8.4 矢量控制的基本构思 85

2.9 拟超导技术概述 86

2.9.1 电阻压降对机械特性影响的回顾 86

2.9.2 拟超导技术的指导思想 87

2.10.1 SCR和GTO晶闸管 89

2.10 逆变器件简介 89

2.9.3 拟超导技术的实施 89

2.10.2 电力晶体管(GTR) 91

2.10.3 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 95

2.10.4 智能模块(IPM) 97

第3章 变频器的运行功能 99

3.1 工作频率的给定 99

3.1.1 频率的给定方法 99

3.1.2 变频器的外接给定配置 99

3.1.3 外接电位器的选择 100

3.2.1 频率给定线 101

3.2 外接给定时的频率给定线 101

3.2.2 频率给定线的预置 102

3.2.3 几个实例 102

3.3 与工作频率有关的功能 104

3.3.1 基本频率和最高频率 104

3.3.2 上限频率和下限频率 104

3.3.3 回避频率 104

3.3.4 点动频率 106

3.3.5 载波频率设定 106

3.4 变频调速的升速和起动 107

3.4.1 升速时间 107

3.4.2 升速方式 108

3.4.3 与起动有关的其他功能 109

3.5 变频调速的降速和制动 112

3.5.1 变频调速系统的降速特点 112

3.5.2 降速时间和降速方式 113

3.5.3 直流制动 114

3.5.4 电源再生单元 114

3.6 V/F控制的设定功能 115

3.6.1 基本U/f设定 115

3.6.2 转矩补偿的U/f设定 116

3.7.1 转差补偿功能 118

3.7 转差补偿、矢量控制、自动电压调整等功能的设定 118

3.7.2 矢量控制的设定 119

3.7.3 自动电压调整(AVR)功能 120

3.8 节能运行功能 121

3.8.1 节能运行功能要点 121

3.8.2 节能运行的设定 122

3.9 摆频功能和闭环控制功能 122

3.9.1 摆频功能 122

3.9.2 闭环控制功能 124

3.10.2 转矩控制功能的应用 125

3.10.1 转矩控制功能的含义 125

3.10 转矩控制功能 125

3.10.3 转矩控制功能的预置 126

3.11 变频器的外接控制功能 126

3.11.1 外接控制的电路结构 126

3.11.2 外接控制端的配置和工作特点 128

3.11.3 多档转速控制 129

3.11.4 程序控制 130

3.11.5 其他功能控制端 132

3.12 外接输出信号端 132

3.12.1 外接输出信号的项目 132

3.12.2 外接输出信号端的配置 134

第4章 变频器的保护、显示和预置 135

4.1 过电流保护功能 135

4.1.1 过电流的原因 135

4.1.2 变频器对过电流的处理 136

4.2 过载保护功能 137

4.2.1 电动机的允许持续电流和工作频率的关系 137

4.2.2 电子热保护器的反时限特性 138

4.2.3 电子热保护功能和热继电器的比较 140

4.3 电压保护功能 140

4.3.1 过电压保护 140

4.3.2 欠电压保护 141

4.4 瞬时停电的处理 142

4.4.1 突然停电对变频器的影响和对策 142

4.4.2 对变频器瞬时停电的处理 144

4.5 其他保护功能 145

4.5.1 过热和接地保护 145

4.5.2 变频器内部的工作错误保护 146

4.5.3 外接保护信号的输入 146

4.6 故障的处理 147

4.6.1 故障的处理过程 147

4.6.2 重合闸功能 148

4.7.2 数据显示屏 149

4.7 变频器的显示功能 149

4.7.1 发光二极管显示 149

4.7.3 液晶显示屏 150

4.7.4 外接仪表显示 151

4.8 变频器的功能预置 152

4.8.1 功能预置的概念 152

4.8.2 变频器的键盘配置 154

4.9 变频器的键盘配置和预置流程举例 155

4.9.1 键盘配置 155

4.9.2 功能预置流程 156

5.1.1 设计任务和已知条件 157

第5章 变频调速拖动系统的设计 157

5.1 概述 157

5.1.2 电动机的主要类别 158

5.1.3 变频器的主要类别 159

5.2 负载的机械特性 160

5.2.1 恒转矩负载 160

5.2.2 恒功率负载 161

5.2.3 二次方律负载 162

5.2.4 其他类型的负载 163

5.3.2 飞轮力矩的简易测定法 165

5.3.1 描述惯性大小的物理量 165

5.3 负载的飞轮力矩 165

5.4 负载的工作方式 167

5.4.1 连续负载 167

5.4.2 间断负载 168

5.5 异步电动机在变频调速时的带负载能力 169

5.5.1 电动机在变频时的有效转矩和有效功率 169

5.5.2 fX≤fN时的带负载能力 170

5.5.3 fX〉fN时的带负载能力 172

5.6.1 恒转矩负载实现变频调速的主要问题 173

5.6 恒转矩负载的变频调速 173

5.6.2 调速范围和传动比 174

5.6.3 传动比的选择举例 176

5.7 恒功率负载的变频调速 177

5.7.1 恒功率负载实现变频调速的主要问题 177

5.7.2 减小容量的对策 179

5.8 二次方律负载的变频调速 181

5.8.1 二次方律负载实现变频调速的主要问题 181

5.8.2 二次方律负载采用变频调速的其他要点 182

5.9 特殊电动机的变频调速 184

5.9.1 双速电动机的变频调速 184

5.9.2 齿轮减速电动机的变频调速 185

5.9.3 绕线转子异步电动机的变频调速 186

5.9.4 电磁制动电动机的变频调速 187

5.9.5 一台变频器带多台电动机 188

第6章 变频器的安装和使用 189

6.1 变频器的安装 189

6.1.1 变频器对安装环境的要求 189

6.1.2 变频器的散热问题概述 189

6.1.3 变频器的发热与散热 190

6.1.4 安装变频器的具体方法和要求 190

6.2.1 主电路的接线 192

6.2 变频器的接线 192

6.2.2 控制电路的接线 194

6.2.3 变频器的接地 195

6.3 变频器的功率因数及其改善 196

6.3.1 变频器的输入电流 196

6.3.2 变频器输入电路的功率因数 197

6.3.3 改善功率因数的方法 198

6.4 变频器的抗干扰 199

6.4.1 外界对变频器的干扰 199

6.4.2 变频器的干扰和传播 200

6.4.2 变频器的抗干扰措施 200

6.5.1 电抗器 203

6.5 变频器的外围选配件 203

6.5.2 线路抗干扰滤波器 204

6.6 变频器的测量 205

6.6.1 谐波对各类测量仪表的影响 205

6.6.2 测量变频器电路时仪表类型的选择 207

6.6.3 绝缘电阻的测量 207

6.7 变频调速系统的调试 208

6.7.1 变频器的通电和预置 208

6.7.2 电动机的空载试验 208

6.7.4 拖动系统的负载试验 209

6.7.3 拖动系统的起动和停机 209

6.8 故障原因分析 210

6.8.1 过电流跳闸的原因分析 210

6.8.2 电压跳闸的原因分析 210

6.8.3 电动机不转的原因分析 211

第7章 变频调速的实用电路基础 212

7.1 变频调速的主电路 212

7.1.1 变频调速主电路的构成 212

7.1.2 主要电器的功用和选择 212

7.2 制动电阻和制动单元 213

7.2.1 制动转矩的计算 213

7.2.2 制动过程对泵生电压的影响 214

7.2.3 制动电阻值的确定 215

7.2.4 制动电阻容量的确定 216

7.2.5 制动电阻的保护 218

7.2.6 制动单元的构成和设计 218

7.3 变频调速的基本控制电路 220

7.3.1 正转运行的控制电路 220

7.3.2 正、反转运行的控制电路 221

7.4 变频调速的常用控制电路 223

7.4.1 外接两地控制电路 223

7.4.2 与工频切换的控制电路 225

7.5.1 概述 226

7.5 变频调速的PID控制 226

7.5.2 PID调节功能 228

7.6 可编程序控制器(PLC)应用简介 231

7.6.1 PLC控制电路的基本构成 232

7.6.2 PLC内的常用“软继电器”和器件 234

7.6.3 PLC的梯形图和编程语言 236

7.7 由PLC控制的各种电路 238

7.7.1 正转控制电路 238

7.7.2 正、反转控制电路 240

7.7.3 与工频的切换电路 241

8.1.1 供水系统的基本模型和主要参数 244

8.1 供水系统的节能原理 244

第8章 水泵和风机的变频调速 244

8.1.2 供水系统的特性和工作点 246

8.1.3 调节流量的方法和比较 247

8.1.4 水锤效应和水泵的寿命 250

8.2 恒压供水系统 251

8.2.1 恒压供水的目的 251

8.2.2 恒压供水系统的构成 252

8.3 多台水泵变频调速时的切换控制 254

8.3.1 多台水泵的切换 254

8.3.2 1控X举例 256

8.4 水位控制 257

8.4.1 变频调速水位控制的节能计算 257

8.4.2 水位控制的具体方法 259

8.5 中央空调的变频调速 261

8.5.1 中央空调系统的大致构成 261

8.5.2 关于中央空调循环水系统的讨论 262

8.5.3 冷却水系统的变频调速 263

8.5.4 冷冻水系统的变频调速 265

8.5.5 水塔风机的变频调速 265

8.6.2 频率功能的预置 266

8.6.1 变频器的选型和控制方式 266

8.6 变频器的选型和功能预置 266

8.6.3 暂停运行功能 267

8.7 风机的变频调速 268

8.7.1 风机的主要特性 268

8.7.2 风量的调节方法和比较 269

8.7.3 风机变频调速系统要点 270

第9章 起重机械和电梯的变频调速 271

9.1 概述 271

9.1.1 起重机械的负载特点 271

9.1.2 起重机械的调速方法和节能比较 272

9.1.3 起重机械变频调速系统要点 274

9.2 电动机的工作状态 275

9.2.1 起升机构的主要特点 275

9.2.2 起升过程中的电动机工作状态 276

9.2.3 与原拖动系统的比较 278

9.3 再生电能的处理 279

9.3.1 能耗电路及其计算 279

9.3.2 电能的反馈 280

9.4 溜钩的防止 281

9.4.1 产生溜钩的原因和危害 281

9.4.2 变频调速系统中的防溜钩措施 282

9.5.1 桥式起重机拖动系统的构成 284

9.5 桥式起重机的变频调速 284

9.5.2 采用变频调速的基本考虑 285

9.6 电梯的变频调速 286

9.6.1 电梯拖动系统的基本构成和工作过程 286

9.6.2 电梯的运行特点 287

第10章 金属切削机床的变频调速 290

10.1 机床拖动系统的主要特点 290

10.1.1 概述 290

10.1.2 主运动的负载性质 290

10.2.1 普通车床的大致构造和拖动系统 291

10.2 普通车床的实例和基本数据 291

10.2.2 实例和基本数据 292

10.3 变频调速拖动系统的计算 293

10.3.1 决定频率范围 293

10.3.2 确定传动比 294

10.3.3 电动机容量不变的可行性核算 295

10.4 龙门刨床的构造和工作特点 296

10.4.1 龙门刨床的基本结构 296

10.4.2 龙门刨床的主运动 297

10.4.3 刨台运动的机械特性 298

10.5 刨台运动的变频调速 299

10.5.1 变频调速的机械特性 299

10.5.2 变频调速方案的设计要点 300

10.6 刨台往复运动的控制 301

10.6.1 往复指令和电路 301

10.5.3 采用变频调速的主要优点 301

10.6.2 刨台控制的梯形图 302

第11章 其他机械的变频调速 307

11.1 带式输送机的变频调速 307

11.1.1 带式输送机的负载性质和主要类别 307

11.1.2 带式输送机的变频调速要点 308

11.1.3 向下输送时的拖动特点 309

11.1.4 间歇输送的拖动要点 310

11.2.1 轧染机对调速控制的要求 311

11.2 印染机械的同步控制(以轧染机为例) 311

11.2.2 变频器的同步控制方案 312

11.2.3 同步控制的实施 313

11.3 卷绕化纤丝的摆频控制 315

11.3.1 基本工况 315

11.3.2 变频器容量的确定 315

11.3.3 变频器的功能设定要点 316

11.4 家用电器的变频调速 317

11.4.1 电动机的选择 317

11.4.2 各种家用电器采用变频调速后的主要特点 318

参考文献 319