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绪论 1

第1章 预备知识 3

1.1电力拖动系统的工作要点 3

1.1.1电力拖动系统的构成 3

1.1.2电力拖动系统的稳定运行状态 3

1.1.3电动机和负载的机械特性 4

1.1.4电力拖动系统的瞬态过程 5

1.1.5电力拖动系统的功率计算和传递 6

1.1.6电力拖动系统的折算 7

1.2调速问题综述 8

1.2.1调速的概念 8

1.2.2调速的意义 8

1.2.3调速的主要指标 9

1.3他励直流电动机概述 10

1.3.1基本结构和电路 10

1.3.2他励直流电动机的机械特性 11

1.3.3他励直流电动机的调速 12

1.4笼型异步电动机概述 14

1.4.1基本结构 14

1.4.2异步电动机的旋转原理 15

1.4.3异步电动机的调速问题 16

1.5异步电动机的转子电动势、电流和电磁转矩 17

1.5.1转子电动势的波形和频率 17

1.5.2转子电动势的空间分布 18

1.5.3转子的电流、磁场和电磁转矩 19

1.6异步电动机的等效变换 22

1.6.1动/静变换 22

1.6.2磁/电变换 23

1.6.3电动机的平衡方程和能量传递过程的关系 27

1.7异步电动机的机械特性 28

1.7.1电磁转矩公式 28

1.7.2自然机械特性 29

1.7.3能量图及其与机械特性的对应关系 30

1.8异步电动机工作状况的基本分析方法 32

1.8.1概述 32

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） 33

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） 34

1.9异步电动机的制动 34

1.9.1再生制动 35

1.9.2直流制动（能耗制动） 36

1.9.3反接制动 36

1.10异步电动机的基本关系小结 38

1.10.1功率关系 38

1.10.2电压关系 39

1.10.3电流关系 40

第2章 变频调速的基础知识 42

2.1概述 42

2.1.1变频调速原理 42

2.1.2变频器的类别 42

2.1.3变频器的额定值和频率指标 44

2.2交-直-交变频器的主电路 45

2.2.1交-直部分 45

2.2.2直-交部分 46

2.2.3制动电阻和制动单元 47

2.3逆变桥的工作原理 48

2.3.1单相逆变桥 48

2.3.2三相逆变桥 48

2.4变频变压（VVVF） 50

2.4.1变频调速时出现的新问题 50

2.4.2变频也变压 51

2.5 VVVF的实施 52

2.5.1两种基本的调制方法 52

2.5.2正弦波脉宽调制（SPWM） 53

2.5.3 SPWM的电流波形 55

2.6变频后的机械特性 56

2.6.1变频后的转矩公式 56

2.6.2 ku=kf＜1时的机械特性 58

2.6.3 kf＞1时的机械特性 59

2.7 V/F控制 61

2.7.1 V/F控制的概念 61

2.7.2 V/F控制功能 62

2.7.3 V/F控制时的电流曲线 63

2.8矢量控制概述 65

2.8.1由直流电动机引发的思考 65

2.8.2产生旋转磁场的几种方法 66

2.8.3磁场的等效变换 68

2.8.4矢量控制的基本构思 69

2.9直接转矩控制 70

2.9.1预备知识 70

2.9.2直接转矩控制的工作原理 71

2.9.3直接转矩控制的优缺点及应用 72

2.10变频器各部分的功率和电流 73

2.10.1各部分的功率 73

2.10.2变频器的输出电流 74

2.10.3变频器的直流电流 74

2.10.4变频器的输入电流 75

2.10.5小结 75

2.11逆变器件简介 75

2.11.1 SCR和GTO晶闸管 75

2.11.2电力晶体管（GTR） 77

2.11.3绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 79

2.11.4智能功率模块（IPM） 80

2.12 IGBT的相关电路 81

2.12.1 IGBT的主要技术参数 81

2.12.2 IGBT的栅极电阻RG 82

2.12.3 IGBT的缓冲电路 82

2.12.4 IGBT的集成驱动模块 83

2.13变频器内的开关电源 85

2.13.1开关电源的工作原理与优点 85

2.13.2开关电源基本工况 87

2.13.3变频器开关电源的主要特点 88

2.13.4开关电源的稳压 90

2.13.5开关电源的振荡芯片 91

2.13.6振荡芯片开关电源的稳压 92

第3章 变频器的运行功能 94

3.1工作频率的给定 94

3.1.1频率的给定方法 94

3.1.2变频器的外接给定配置 94

3.1.3外接电位器的选择 95

3.2外接给定时的频率给定线 96

3.2.1频率给定线 96

3.2.2频率给定线的预置 96

3.2.3几个实例 96

3.3与工作频率有关的功能 97

3.3.1基本频率和最高频率 97

3.3.2上限频率和下限频率 98

3.3.3回避频率 98

3.3.4点动频率 99

3.3.5载波频率设定 99

3.4变频调速的升速和起动 100

3.4.1升速时间 100

3.4.2升速方式 100

3.4.3与起动有关的其他功能 102

3.5变频调速的降速和制动 103

3.5.1变频调速系统的降速特点 103

3.5.2降速时间和降速方式 104

3.5.3直流制动 105

3.5.4电源再生单元 105

3.5.5停机方式的选择功能 105

3.6 V/F控制的设定功能 106

3.6.1基本U/f设定 106

3.6.2转矩补偿的U/f设定 107

3.7转差补偿、矢量控制、自动电压调整等功能的设定 109

3.7.1转差补偿功能 109

3.7.2矢量控制的设定 109

3.7.3自动电压调整（AVR）功能 110

3.8低频轻载时的节能运行 111

3.8.1“大马拉小车”现象 111

3.8.2变频引起的“大马拉小车” 112

3.8.3节能运行功能要点 113

3.8.4节能运行的设定 113

3.9额定频率轻载时的节能运行 114

3.9.1额定频率轻载实例 114

3.9.2额定频率运行时的降压方法 115

3.10低频重载时的节能运行 115

3.10.1低频重载的实例与分析 115

3.10.2节能途径 116

3.11变频器的外接控制功能 117

3.11.1外接控制的电路结构 117

3.11.2外接控制端的配置和工作特点 118

3.11.3多挡转速控制 119

3.11.4程序控制 120

3.11.5其他功能控制端 121

3.12外接输出信号端 122

3.12.1外接输出信号的项目 122

3.12.2外接输出信号端的配置 123

第4章 变频器的保护、显示和预置 124

4.1过电流保护功能 124

4.1.1过电流的原因 124

4.1.2变频器对过电流的处理 125

4.2过载保护功能 126

4.2.1电动机的允许持续电流和工作频率的关系 126

4.2.2电子热保护器的反时限特性 126

4.2.3电子热保护功能和热继电器的比较 127

4.3变频器的电流检测 128

4.3.1从直流电路采样 128

4.3.2从输出电路采样 129

4.3.3霍尔元件采样 130

4.4过电压和欠电压保护功能 132

4.4.1过电压保护 132

4.4.2欠电压保护 132

4.5变频器的电压检测 133

4.5.1直接采样 133

4.5.2间接采样 134

4.6其他保护功能 134

4.6.1过热和接地保护 134

4.6.2变频器的过热检测 135

4.6.3变频器的接地检测 137

4.6.4变频器内部的工作错误保护 138

4.6.5外接保护信号的输入 138

4.7故障的处理 138

4.7.1故障的处理过程 138

4.7.2重合闸功能 139

4.7.3突然停电对变频器的影响和对策 139

4.7.4对变频器瞬时停电的处理 140

4.8变频器的显示功能 141

4.8.1发光二极管显示 141

4.8.2数据显示屏 142

4.8.3液晶显示屏 142

4.8.4外接仪表显示 144

4.9变频器的功能预置 144

4.9.1功能预置的概念 144

4.9.2变频器的键盘配置 146

4.10变频器的键盘配置和预置流程举例 147

4.10.1键盘配置 147

4.10.2功能预置流程 147

第5章 变频调速系统的设计 149

5.1概述 149

5.1.1设计任务和已知条件 149

5.1.2电动机的主要类别 149

5.1.3变频器的主要类别 150

5.2负载的机械特性 151

5.2.1恒转矩负载 151

5.2.2恒功率负载 152

5.2.3二次方律负载 153

5.2.4其他类型的负载 154

5.3负载的飞轮力矩 155

5.3.1描述惯性大小的物理量 155

5.3.2飞轮力矩的简易测定法 156

5.4负载的工作方式 157

5.4.1连续负载 157

5.4.2间断负载 158

5.5异步电动机在变频调速时的带负载能力 159

5.5.1电动机在变频时的有效转矩和有效功率 159

5.5.2 fx≤fN时的带负载能力 159

5.5.3 fx＞fN时的带负载能力 161

5.6恒转矩负载的变频调速 162

5.6.1恒转矩负载实现变频调速的主要问题 162

5.6.2调速范围和传动比 163

5.6.3传动比选择的举例 163

5.7恒功率负载的变频调速 165

5.7.1恒功率负载实现变频调速的主要问题 165

5.7.2减小功率的对策 166

5.8二次方律负载的变频调速 168

5.8.1二次方律负载实现变频调速的主要问题 168

5.8.2二次方律负载采用变频调速的其他要点 169

5.9特殊电动机的变频调速 170

5.9.1双速电动机的变频调速 170

5.9.2齿轮减速电动机的变频调速 171

5.9.3绕线转子异步电动机的变频调速 171

5.9.4电磁制动电动机的变频调速 172

5.9.5电磁调速电动机的变频调速 172

5.9.6一台变频器带多台电动机 175

5.10调速系统中的基本关系 175

5.10.1功率之间的关系 175

5.10.2转矩之间的关系 176

5.10.3容易出现的误区 177

5.11变频器容量的选择 179

5.11.1电动机与变频器的额定电流 179

5.11.2必须加大变频器容量的场合 181

5.11.3轻载电动机的变频器容量 182

第6章 变频器的安装和使用 183

6.1变频器的安装 183

6.1.1变频器对安装环境的要求 183

6.1.2变频器的散热问题概述 183

6.1.3变频器的发热与散热 184

6.1.4安装变频器的具体方法和要求 184

6.2变频器的接线 185

6.2.1主电路的接线 185

6.2.2控制电路的接线 186

6.2.3变频器的接地 187

6.3变频器的功率因数及其改善 188

6.3.1变频器的输入电流 188

6.3.2变频器输入电路的功率因数 188

6.3.3改善功率因数的方法 189

6.4变频器的抗干扰 190

6.4.1外界对变频器的干扰 190

6.4.2变频器的干扰和传播 191

6.4.3变频器的抗干扰措施 191

6.5变频器的外围选配件 193

6.5.1电抗器 193

6.5.2线路抗干扰滤波器 194

6.6变频器的测量 195

6.6.1常规测量的适用范围 195

6.6.2输出电压的测量 196

6.6.3绝缘电阻的测量 197

6.7变频调速系统的调试 198

6.7.1变频器的通电和预置 198

6.7.2电动机的空载试验 198

6.7.3电力拖动系统的起动和停机 199

6.7.4电力拖动系统的负载试验 199

6.8故障原因分析 199

6.8.1过电流跳闸的原因分析 199

6.8.2过电压和欠电压跳闸的原因分析 200

6.8.3电动机不转的原因分析 200

第7章 变频调速的实用电路基础 201

7.1变频调速的主电路 201

7.1.1变频调速主电路的构成 201

7.1.2主要电器的功用和选择 201

7.2制动电阻和制动单元 202

7.2.1制动转矩的计算 202

7.2.2制动过程对泵升电压的影响 203

7.2.3制动电阻值的确定 203

7.2.4制动电阻功率的确定 204

7.2.5制动电阻的保护 206

7.2.6制动单元的构成和设计 206

7.3变频调速的基本控制电路 207

7.3.1正转运行的控制电路 207

7.3.2正、反转运行的控制电路 209

7.4升、降速输入端子及其常用控制电路 210

7.4.1升、降速输入端子 210

7.4.2应用举例 210

7.5变频器的故障切换控制 212

7.5.1切换控制的主电路 213

7.5.2切换控制电路举例 213

7.6变频调速的PID控制 214

7.6.1概述 214

7.6.2 PID调节功能 215

7.6.3 PID控制的实施 218

7.6.4 PID功能的调试 222

7.6.5外部PID控制存在的问题 224

7.7可编程序控制器（PLC）应用简介 224

7.7.1 PLC控制电路的基本构成 224

7.7.2 PLC内的常用“软继电器”和器件 226

7.7.3 PLC的梯形图和编程语言 228

7.8由PLC控制的各种电路 229

7.8.1正转控制电路 229

7.8.2正、反转控制电路 231

7.8.3与工频的切换电路 232

7.8.4多挡转速控制 234

第8章 风机和水泵的变频调速 238

8.1风机的变频调速 238

8.1.1风机调速的开环控制 238

8.1.2风机调速用于恒温控制 239

8.1.3冷却塔风机的控制 241

8.1.4风机的切换电路 242

8.2水泵的变频调速 244

8.2.1水泵装置的基本模型和参数 244

8.2.2水泵装置的主要特性 245

8.2.3水锤效应 247

8.2.4水泵变频调速的功能预置 248

8.3水泵的取水装置 248

8.3.1取水泵站的作用和特点 248

8.3.2控制要点 249

8.3.3控制框图 250

8.4水泵的供水装置 251

8.4.1恒压供水的目的 251

8.4.2恒压供水的简单控制 251

8.4.3恒压供水的PID控制 252

8.5供水系统的专用功能 253

8.5.1暂停功能 253

8.5.2多台水泵的切换功能 255

8.5.3供水定时控制功能 260

8.6中央空调的循环水控制系统 261

8.6.1中央空调系统的构成 261

8.6.2冷却水系统的变频调速 262

8.6.3冷冻水系统的变频调速 263

第9章 起重机械和电梯的变频调速 265

9.1概述 265

9.1.1起重机械的负载特点 265

9.1.2起重机械的调速方法和节能比较 266

9.1.3起重机械变频调速系统要点 267

9.2电动机的工作状态 268

9.2.1起升机构的主要特点 268

9.2.2起升过程中的电动机工作状态 269

9.2.3与原电力拖动系统的比较 270

9.3再生电能的处理 271

9.3.1能耗电路及其计算 271

9.3.2电能的反馈 272

9.4溜钩的防止 272

9.4.1产生溜钩的原因和危害 272

9.4.2变频调速系统中的防溜钩措施 273

9.5桥式起重机的变频调速 274

9.5.1桥式起重机电力拖动系统的构成 274

9.5.2采用变频调速的基本考虑 275

9.6电梯的变频调速 276

9.6.1电梯电力拖动系统的基本构成和工作过程 276

9.6.2电梯的运行特点 277

第10章 金属切削机床的变频调速 279

10.1机床电力拖动系统的主要特点 279

10.1.1概述 279

10.1.2主运动的负载性质 279

10.2卧式车床的实例和基本数据 280

10.2.1卧式车床的大致构造和电力拖动系统 280

10.2.2实例和基本数据 281

10.3变频调速系统的计算 282

10.3.1决定频率范围 282

10.3.2确定传动比 282

10.3.3电动机功率不变的可行性核算 283

10.4龙门刨床的构造和工作特点 284

10.4.1龙门刨床的基本构造 284

10.4.2龙门刨床的主运动 284

10.4.3刨台运动的机械特性 285

10.5刨台运动的变频调速 286

10.5.1变频调速的机械特性 286

10.5.2变频调速方案的设计要点 286

10.5.3采用变频调速的主要优点 287

10.6刨台往复运动的控制 287

10.6.1往复指令和电路 287

10.6.2刨台控制的梯形图 289

第11章 其他机械的变频调速 292

11.1带式输送机的变频调速 292

11.1.1带式输送机的负载性质和主要类别 292

11.1.2带式输送机的变频调速要点 292

11.1.3向下输送时的电力拖动系统特点 293

11.1.4间歇输送时的电力拖动系统要点 294

11.2印染机械的同步控制（以轧染机为例） 295

11.2.1轧染机对调速控制的要求 295

11.2.2变频器的同步控制方案 295

11.2.3同步控制的实施 296

11.3薄膜的卷绕控制 298

11.3.1薄膜卷绕的工作特点和要求 298

11.3.2恒张力控制方法 299

11.4家用电器的变频调速 300

11.4.1变频调速系统的特点 300

11.4.2各种家用电器采用变频调速后的主要特点 301

第12章 变频调速若干问题的探讨 302

12.1变频调速的再生制动解析 302

12.1.1异步发电机的特殊性 302

12.1.2异步电动机的发电状态的特点 303

12.1.3变频调速系统中的异步电动机发电状态 305

12.2变频调速系统的功率因数 307

12.2.1关于功率因数的概念 307

12.2.2同频率正弦电流的功率因数 307

12.2.3非正弦电流的功率因数 308

12.2.4变频器功率因数的测量误区 309

12.2.5用12脉波整流改善变频器的功率因数 309

12.3变频器的转矩控制功能及其应用 311

12.3.1转速控制与转矩控制 311

12.3.2转矩控制的工作特点 312

12.3.3转矩控制和转速控制的切换 314

12.3.4转矩控制在牵引装置中的应用 315

12.3.5转矩控制在恒张力控制中的应用 317

12.4水泵装置的节能分析 318

12.4.1节能效果的考察部位 318

12.4.2水泵装置的流体功率 320

12.4.3水泵装置流体功率的节能分析 321

12.4.4不同管路流体功率的节能特点 323

12.4.5水泵轴功率的节能分析 326

12.4.6电动机输入侧节能效果的分析 328

12.5电压与频率不符时的处理 328

12.5.1电压不符时的处理 328

12.5.2频率不符时的处理 331

12.6变频调速的经济效益 331

12.6.1减少故障率的经济效益 331

12.6.2延长设备寿命的经济效益 331

12.6.3提高产品质量的经济效益 332

12.6.4其他方面的经济效益 332

参考文献 333