前言 1
第1章 变频器的主电路 1
1.1 三相交流异步电动机简介 1
1.1.1 三相交流异步电动机的结构和原理 1
1.1.2 变频调速原理 3
1.2 电动机在能量转换中的平衡关系 4
1.2.1 电动机从电网取用电能时的平衡关系 5
1.2.2 转子从定子侧吸收能量的平衡关系 8
1.2.3 负载得到机械能的平衡关系 12
1.3 交-直-交变频器的主电路及其演变 13
1.3.1 交-直-交变频器的结构与原理 13
1.3.2 逆变器件的工作条件与发展 15
1.4 变频器的输出电压与频率 22
1.4.1 变频调速出现的新问题 22
1.4.2 变频与变压 25
1.4.3 变频变压的具体方法 27
1.4.4 正弦脉宽调制的实现 29
1.5 交-直-交变频器的主电路 31
1.5.1 整流与滤波 31
1.5.2 逆变电路 35
1.5.3 进一步认识主电路 42
1.6 变频器的功率因数 47
1.6.1 变频器的输入电流 47
1.6.2 功率因数的定义 47
1.6.3 提高功率因数的方法 49
1.7 主电路的干扰问题 52
1.7.1 变频器的干扰源 52
1.7.2 电路耦合引起的干扰 52
1.7.3 感应耦合引起的干扰 54
1.7.4 电磁幅射引起的干扰 56
1.8.1 输出电压的测量 58
1.8 主电路的测量 58
1.8.2 输入电流的测量 61
1.8.3 输入功率的测量 62
1.9 小结 63
1.10 复习思考题 65
第2章 电动机变频后的带负载特性 67
2.1 异步电动机的机械特性 67
2.1.1 异步电动机的自然机械特性 68
2.1.2 异步电动机的人工机械特性 70
2.2 V/F控制方式 72
2.2.1 低频时带负载能力下降的原因 72
2.2.2 保持带负载能力不变的方法 74
2.2.3 负载变化对电动机磁路的影响 76
2.3.1 基本频率及其调整 79
2.3 U/f线的选择与调整 79
2.3.2 转矩补偿后的电流变化规律 81
2.3.3 准确预置U/f比举例 82
2.3.4 补偿不当举例 84
2.4 矢量控制方式 86
2.4.1 矢量控制的基本思想 86
2.4.2 应用矢量控制方式的基本要领 88
2.4.3 矢量控制的特点与应用 89
2.5 变频调速的有效转矩线 92
2.5.1 有效转矩线的概念 92
2.5.2 fX≤fN的有效转矩线 95
2.5.3 fX>fN的有效转矩线 96
2.6 拖动系统的传动机构 98
2.6.1 常见的传动机构 98
2.6.2 传动系统的折算 99
2.6.3 调整传动比在实际工作中的应用 102
2.7 变频拖动系统的基本规律 105
2.7.1 变频拖动系统必须满足的条件 105
2.7.2 电动机调速时的功率变化 106
2.7.3 负载调速时的功率变化 108
2.7.4 电动机的额定转矩与额定转速的关系 111
2.7.5 传动比在拖动系统中的作用 113
2.8 变频器的选型 116
2.8.1 变频器容量的选择 116
2.8.2 负载工况与变频器容量的关系 118
2.8.3 一台变频器带多台电动机系统 122
2.8.4 变频器的类别与选择 123
2.9 小结 125
2.10 复习思考题 126
3.1.1 变频器的控制框图 128
3.1 变频器的控制通道 128
第3章 变频器的常用功能 128
3.1.2 变频器的面板 130
3.1.3 外接控制端子 131
3.2 模拟量频率给定 134
3.2.1 频率给定线 134
3.2.2 任意频率给定线的预置 134
3.2.3 正、反转的频率给定线 137
3.2.4 频率给定的限制功能 138
3.3 频率的外接数字量给定 142
3.3.1 升速、降速端子的功能及使用 142
3.3.2 升速、降速端子的其他活用 144
3.3.3 多挡转速控制 146
3.4 电动机的起动与加速 148
3.4.1 异步电动机的起动 148
3.4.2 加速时间与起动电流 153
3.4.3 变频器的其他加速功能 155
3.4.4 起动的相关功能 156
3.5 变频减速和制动 158
3.5.1 电动机的自由停机 158
3.5.2 电动机的变频停机 159
3.5.3 减速时间与直流电压 160
3.5.4 变频器的其他减速功能 162
3.5.5 直流制动 163
3.5.6 停机的相关功能 164
3.6 制动电阻和制动单元 166
3.6.1 能耗电路的作用与工况 166
3.6.2 制动电阻的选择 168
3.6.3 制动单元的基本原理 172
3.7.1 过载保护 174
3.7 变频器的主要保护功能 174
3.7.2 过电流保护 177
3.7.3 过电压和欠电压保护 179
3.7.4 自动电压调整功能 181
3.7.5 其他保护功能 182
3.7.6 自动重合闸功能 183
3.8 小结 184
3.9 复习思考题 185
第4章 变频调速系统的控制 187
4.1 变频器的外接主电路 187
4.1.1 外接主电路的配置 187
4.1.2 主要电器的选择 189
4.2 电动机的正、反转控制电路 192
4.2.1 电动机的起动 192
4.2.2 电动机的反转 195
4.3.1 多挡转速控制 196
4.3 外接控制端子的应用 196
4.3.2 专用输出端子的应用 199
4.3.3 综合应用举例 201
4.4 多单元拖动系统的同步控制 203
4.4.1 同步控制的概念 203
4.4.2 生产机械实例 204
4.4.3 同步控制电路 205
4.5 变频与工频的切换控制 209
4.5.1 切换控制的要点 209
4.5.2 切换的控制电路举例 211
4.5.3 水泵的切换控制 213
4.6 变频器的闭环控制 217
4.6.1 闭环控制的目的 217
4.6.2 PID调节的概念 220
4.6.3 变频器的PID功能 225
4.6.4 闭环控制的实施 227
4.6.5 闭环控制的起动问题 230
4.6.6 多台变频泵的PID控制 233
4.7 PID控制的应用举例 234
4.7.1 中央空调及其冷却水系统 234
4.7.2 冷却水系统的变频调速 236
4.8 小结 238
4.9 复习思考题 240
第5章 变频器在各类负载中的应用 242
5.1 应用变频器的基础知识 242
5.1.1 变频器的额定数据 242
5.1.2 变频器的功能设置 243
5.1.3 变频器的功能预置 246
5.2 恒转矩负载的变频调速 247
5.2.1 恒转矩负载的特点 247
5.2.2 恒转矩负载的低速运行与起动 249
5.2.3 恒转矩负载的调速范围 251
5.2.4 恒转矩负载的功能预置要点 254
5.3 重力负载的变频调速 256
5.3.1 重力负载及其特点 256
5.3.2 变频调速系统的四象限运行 257
5.3.3 溜钩的防止 260
5.3.4 发生故障时的应急措施 264
5.3.5 桥式起重机大车的控制特点 265
5.4 恒功率负载的变频调速 267
5.4.1 恒功率负载的特点 267
5.4.2 变频调速系统的主要问题 268
5.4.3 电动机功率与传动比的确定 269
5.4.4 卷绕机械变频调速要点 271
5.5.1 机床的机械特性 273
5.5 机床的变频调速 273
5.5.2 卧式车床及拖动系统 275
5.5.3 变频调速的改造实例 276
5.5.4 龙门刨床的刨台运动 281
5.5.5 刨台运动的变频调速 284
5.6 二次方律负载的变频调速 286
5.6.1 二次方律负载的特点 286
5.6.2 风机变频调速要点 288
5.6.3 水泵变频调速的功能预置 290
5.7 恒压供水系统 291
5.7.1 恒压供水的目的 291
5.7.2 恒压供水的实例 292
5.7.3 暂停功能 294
5.7.4 变频器的功能预置实例 296
5.8 小结 297
5.9 复习思考题 299
6.1 拖动系统的节能空间 300
6.1.1 工频运行的浪费 300
第6章 变频调速的经济效益 300
6.1.2 大马拉小车的节能空间 302
6.2 调速方法与节能效果 304
6.2.1 变速运行的节能空间 304
6.2.2 调速方法与节能潜力 306
6.2.3 异步电动机的调速方法与功耗 308
6.2.4 变频调速最节能 312
6.3 变频调速的节能措施 313
6.3.1 异步电动机的电流-电压曲线 313
6.3.2 大马拉小车的节能措施 318
6.3.3 电能的回馈 321
6.4.1 水泵管路的基本模型和节能的考察部位 324
6.4 从水泵管路的流体功率看节能 324
6.4.2 管路的基本特性与工作点 327
6.4.3 流体功率的节能分析 330
6.5 从电动机的轴功率看节能 334
6.5.1 电动机的负载功率 334
6.5.2 水泵效率引出的差异 336
6.6 从电功率看水泵管路的节能 337
6.6.1 水泵低速运行的核心问题 337
6.6.2 功能预置与节能效果 338
6.7 风机的变频节能 339
6.7.1 风机的特性和工作点 339
6.7.2 风量的调节方法与比较 340
6.7.3 风机变频调速系统要点 342
6.8.1 故障率减少的效益 343
6.8.2 设备寿命延长的效益 343
6.8 全面评价变频调速的经济效益 343
6.8.3 产品质量提高的效益 345
6.8.4 意外惊喜带来的效益 347
6.9 家电的变频调速 347
6.9.1 变频调速系统的特点 347
6.9.2 家用电器变频调速的其他优点 349
6.10 小结 350
6.11 复习思考题 351
附录 352
附录A 部分故障的判断流程 352
A.1 过载跳闸的判断流程 352
A.2 过电流跳闸的判断流程 354
A.3 过电压跳闸的判断流程 356
A.4 欠电压跳闸的判断流程 356
A.5 低压断路器跳闸的判断流程 357
A.6 过热跳闸的判断流程 358
A.7 机械振动的判断流程 358
附录B 变频器与PLC的配合 360
B.1 PLC的基本电路 360
B.1.1 电源电路 360
B.1.2 信号输入电路 361
B.1.3 信号输出电路 362
B.1.4 PLC的“软继电器” 363
B.2 PLC的梯形图 365
B.2.1 梯形图 365
B.2.2 编程语言 365
B.3 变频器的PLC控制电路举例 366
B.3.1 正转控制电路 366
B.3.2 正、反转控制电路 369
B.3.3 与工频的切换控制 370