第1章 电力电子器件及其应用 1
1.1概述 1
1.2双极型晶体管（BJT） 3
1.2.1 BJT的发展 3
1.2.2 BJT的主要参数 4
1.2.3 BJT的安全工作区 6
1.2.4 BJT的驱动 7
1.3电力场效应晶体管（MOSFET） 9
1.3.1基本结构及原理 10
1.3.2特性及参数 11
1.3.3使用注意事项 12
1.3.4 MOSFET的派生器件 12
1.4绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 13
1.4.1 IGBT产品介绍 13
1.4.2 IGBT的结构 14
1.4.3 IGBT的主要参数 15
1.4.4 IGBT的基本特性 16
1.4.5 IGBT的选择与保护 18
1.4.6使用IGBT时注意事项 22
1.4.7 IGBT安全工作区（SOA） 23
1.4.8 IGBT的驱动 23
1.4.9 IGBT的并联运行 29
1.4.10高压IGBT 33
1.5其他电力电子器件 34
1.5.1门极关断（GTO）晶闸管 34
1.5.2场控晶闸管（MCT） 36
1.5.3集成门极换向闸管（IGCT） 37
1.5.4电子注入增强栅晶体管（IEGT） 40
1.6模块化器件 41
1.6.1智能电力模块（IPM） 42
1.6.2 P1M 50
1.7基于宽禁带半导体材料的电力电子器件 51
1.7.1碳化硅（SiC）电力电子器件 51
1.7.2氮化镓（GaN）电力电子器件 52
1.7.3金刚石电力电子器件 52
参考文献 53
第2章 通用变频器的原理 55
2.1概述 55
2.1.1变频调速概况 55
2.1.2通用变频器概况 59
2.2变频器的简单原理 63
2.2.1变频调速的基本控制方式 63
2.2.2变频器的基本构成 65
2.3变频器的分类 67
2.3.1按直流电源的性质分类 67
2.3.2按输出电压调节方式分类 68
2.3.3按控制方式分类 70
2.3.4按主开关器件分类 72
2.4通用变频器中的逆变器及其PWM控制 74
2.4.1 6脉波方波逆变器 74
2.4.2 PWM逆变器 74
2.4.3 SPWM控制 76
2.4.4同步调制与异步调制 79
2.4.5谐波分析与输出电压调节 80
2.4.6谐波消去法 84
2.4.7瞬时电流跟踪控制 85
2.5通用变频器中的整流器 86
2.5.1二极管整流器 86
2.5.2斩控式整流器 89
2.6变频器传动中的制动状态 96
2.6.1动力制动 97
2.6.2回馈制动 98
2.6.3采用共用直流母线的多逆变器传动 101
2.6.4直流制动 101
2.7异步电动机变频调速时的转矩特性 104
2.7.1以气隙磁链为参变量的转矩特性 104
2.7.2以转子全磁链为参变量的转矩特性 108
2.8通用变频器的U/f控制 108
2.8.1普通功能U/f控制通用变频器 109
2.8.2高功能型U/f控制通用变频器 110
2.9高动态性能型矢量控制通用变频器 117
2.9.1矢量控制的概念 117
2.9.2采用PWM变频器的矢量控制框图 120
2.9.3矢量控制通用变频器实际装置例 122
2.10电压空间矢量PWM控制 126
2.10.1电压空间矢量 126
2.10.2 SVPWM控制的概念 129
2.11直接转矩控制高动态性能变频器 133
参考文献 138
第3章 通用变频器构成的调速系统 139
3.1使用通用变频器的目的与效益 139
3.1.1节能应用 140
3.1.2提高生产率 144
3.1.3提高产品质量 147
3.1.4设备的合理化 147
3.1.5适应或改善环境 149
3.2使用通用变频器的技术优势 149
3.3通用变频器的功能 152
3.3.1概述 152
3.3.2变频器功能的类型 163
3.3.3功能设定概述 167
3.3.4主要功能的说明 173
3.4生产机械的驱动 188
3.4.1生产机械的转矩特性 189
3.4.2生产机械的起动与制动 192
3.5异步电动机的选择 195
3.5.1异步电动机形式与容量的选择 195
3.5.2负载功率的计算 199
3.5.3选用异步电动机时的注意事项 201
3.6变频器及其外围设备的选择 204
3.6.1通用变频器的标准规格 204
3.6.2变频器类型的选择 222
3.6.3变频器容量的计算 222
3.6.4变频器的外围设备及其选择 229
参考文献 234
第4章 通用变频器的使用与维护 235
4.1通用变频器使用的般知识 235
4.1.1通用变频器的铭牌 235
4.1.2变频器的结构 236
4.1.3电磁兼容性 237
4.1.4通用变频器的认证 239
4.2通用变频器的安装 242
4.2.1变频器的防护等级 242
4.2.2变频器的安装环境 244
4.2.3安装空间 245
4.3通用变频器标准接线与端子功能 247
4.3.1基本原理接线图 247
4.3.2主电路接线 247
4.3.3控制电路接线 248
4.3.4控制电源和辅助电源的连接 249
4.3.5制动单元和制动电阻的连接 251
4.4变频器功能单元操作 251
4.4.1功能单元 251
4.4.2变频器的功能设定和运行显示 252
4.4.3变频器的参数（功能码） 253
4.5变频器的运行 265
4.5.1通电前的检查 265
4.5.2系统功能的设定 266
4.5.3试运行 267
4.5.4负载运行 267
4.6变频器的某些特殊功能 268
4.6.1电动机转矩提升的设定 268
4.6.2跳跃频率 269
4.6.3瞬时停电再起动 269
4.6.4第二电动机功能 269
4.6.5燃火模式 269
4.7变频器的维护与故障处理 270
4.7.1日常维护与检查 270
4.7.2变频器本身的保护功能 271
4.7.3常见故障检查与处理 273
4.7.4变频器的故障代码 273
4.8使用变频器时的注意事项 275
4.8.1接线与防止噪声时的注意事项 275
4.8.2关于输入与输出的注意事项 276
4.8.3用于特殊电动机时的注意事项 277
4.8.4通用变频器的可靠性 278
4.9变频器的测量与实验方法 279
4.9.1目前常见的测量仪表 279
4.9.2变频器的测量与仪表的选择 280
4.9.3输入侧的测量 280
4.9.4输出侧的测量 282
参考文献 282
第5章 高性能通用变频器的运行 283
5.1高性能通用变频器的类型 283
5.1.1高性能通用变频器结构 283
5.1.2有速度传感器的矢量控制变频器 285
5.1.3无速度传感器的矢量控制变频器 285
5.1.4直接转矩控制变频器 286
5.2高性能通用变频器的接线 287
5.2.1主电路接线 287
5.2.2控制电路接线 288
5.2.3辅助控制端子接线 290
5.3高性能通用变频器的系统组态 290
5.3.1编程单元 290
5.3.2输入输出端子功能的设定 292
5.3.3变频器运行功能设定 297
5.3.4变频器的功能数据组、功能单块与控制系统结构 303
5.3.5具有U/f控制模式的系统组态 304
5.3.6矢量控制的系统组态 307
5.3.7矢量控制模式变频器的运行 309
5.4高性能通用变频器的功能模板 311
5.4.1通信模板 311
5.4.2输入输出接口模板 315
5.4.3工艺模板 317
5.5使用高性能变频器时的注意事项 318
5.5.1变频器选型时的注意事项 318
5.5.2变频器系统组态时的注意事项 320
5.5.3使用变频器功能模板时的注意事项 321
5.6 ABB公司ACS800系列变频器 321
5.7三菱系列变频器 326
参考文献 328
第6章 高压变频器 329
6.1高压变频器的结构 329
6.1.1高-低-高方式变频器 329
6.1.2高-高方式变频器 330
6.2电流源型高压变频器 331
6.2.1晶闸管电流源型变频器 332
6.2.2 PWM式电流源型变频器 333
6.3三电平电压源型高压变频器 335
6.3.1三电平高压变频调速系统主电路 337
6.3.2三电平高压变频器基本原理 339
6.3.3三电平空间电压矢量控制算法 344
6.3.4二极管箝位三电平电路的软开关技术 350
6.3.5三电平变频器的派生方案 351
6.3.6 PWM整流器 352
6.4单元串联多电平电压源型高压变频器 355
6.4.1单元串联多电平变频器原理 355
6.4.2多重化整流电路 358
6.4.3多电平移相式PWM控制 361
6.4.4其他派生的单元串联式多电平技术方案 364
6.5高压变频器的节能应用 366
6.5.1泵与风机的主要特性及工作点 367
6.5.2泵与风机的变频调速节能原理 368
6.5.3泵与风机的变频节能计算 370
6.5.4高压变频器调速的意义 374
参考文献 374
第7章 通用变频器的应用 376
7.1通用变频器在泵类负载与风机中的应用 376
7.1.1泵的特性分析与节能原理 377
7.1.2变频器恒压供水系统 377
7.1.3工业锅炉燃烧过程的变频调速系统 379
7.2通用变频器在电梯中的应用 382
7.2.1安川H1000通用变频器电梯调速系统 383
7.2.2安川H1000通用变频器电梯调速系统电路原理 384
7.2.3电梯变频调速系统现场调试中的几个问题 388
7.3变频器在辊道传动中的应用 389
7.3.1辊道传输 389
7.3.2交流辊道变频传动 389
7.3.3辊道变频器的选用 390
7.3.4应用实例一：无缝钢管热处理线变频调速传动控制系统 392
7.3.5应用实例二：宽厚板热处理生产线变频器调速传动控制系统 394
7.4变频调速技术在炼钢厂20t转炉倾动和氧枪升降中的应用 396
7.4.1原转炉直流拖动系统简介 396
7.4.2转炉倾动负载与氧枪升降负载特性及电动机运转状态分析 396
7.4.3变频调速的原理与用于转炉倾动和氧枪升降负载的可行性分析 398
7.4.4 20t转炉倾动与氧枪升降应用变频调速技术情况介绍 401
7.5 PWM交流开环反串匹配变频系统在拉丝机中的应用 402
7.5.1活塞式拉丝机采用开环调速的条件 403
7.5.2富士PWM变频调速系统 405
7.5.3同步设计 405
7.5.4运行效果 406
7.5.5经济效益计算 408
7.6位置控制器与通用变频器构成的APC系统 408
7.6.1概述 408
7.6.2系统的构成 409
7.6.3位置控制环节 410
7.6.4变频调速环节 412
7.7高炉上料系统的变频调速改造 414
7.7.1概述 414
7.7.2改造的必要性 414
7.7.3改造方案 415
7.7.4主要技术参数 417
7.7.5运行效果 417
7.8采用通用型PWM变频器改造螺杆挤压机调速系统 417
7.8.1概述 417
7.8.2原系统情况 418
7.8.3新系统方案 4
7.8.4系统调试 420
7.8.5运行结果分析 423
7.9焦化桥式起重机变频调速控制系统 424
7.9.1原桥式抓斗起重机传动系统存在的问题 424
7.9.2变频调速控制系统工作原理 425
7.9.3变频调速传动系统的优点 431
7.10变频器在抽油机上的应用 432
7.10.1变频器在螺杆泵抽油机上的应用 432
7.10.2变频器在游梁式抽油机上的应用 437
参考文献 441
第8章 变频器的通信与网络 442
8.1概述 442
8.2变频器调速系统通信网络基础 442
8.2.1通信网络模型与通信方式 442
8.2.2串行通信接口 445
8.2.3变频调速系统通信抗干扰技术 449
8.3现场总线技术 451
8.3.1现场总线的标准 451
8.3.2现场总线控制系统的特点 459
8.4总线控制变频系统 460
8.4.1总线控制变频系统的构成 460
8.4.2由变频器与Profibus组成的总线控制系统 462
8.4.3由变频器与CC-Link组成的总线控制系统 464
8.4.4由变频器与DeviceNet组成的总线控制系统 468
8.4.5由变频器与总线桥组成的总线控制系统 470
8.5 PLC控制变频系统 471
8.5.1由变频器与西门子PLC组成的控制系统 472
8.5.2由变频器与施耐德PLC组成的控制系统 477
8.5.3由变频器与台达PLC组成的控制系统 481
8.5.4由变频器与欧姆龙PLC组成的控制系统 485
8.6变频器的通信与网络方案举例 490
8.6.1三菱变频器、PLC和CC-Link总线控制系统举例 490
8.6.2西门子S7-300 PLC和变频器的液位控制系统举例 494
8.6.3西门子PLC与变频器间的Profibus现场总线通信举例 495
参考文献 498