內(nèi)容簡介

本書從變頻器使用者的角度出發(fā)，從理論到實踐，由淺入深地闡述了變頻調(diào)速的基礎(chǔ)知識、常用電力電子器件的選用、變頻器的基本組成原理、電動機變頻調(diào)速的機械特性、變頻器的控制方式、變頻調(diào)速系統(tǒng)主要電器的選用；重點闡述了變頻器的操作、運行、安裝、調(diào)試、維護及抗干擾，變頻器在風機、水泵、中央空調(diào)、空氣壓縮機、提升機等方面的應(yīng)用實例等。

本書注重實際、強調(diào)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)合理、通俗易懂、取材新穎、敘述清晰，可作為高職高專院校工業(yè)自動化、電氣工程及自動化、機電一體化、自動控制及其他相關(guān)專業(yè)的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

前    言

　　變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中含有微處理器芯片，可以進行算術(shù)邏輯運算和信號處理，具有多種自動控制功能。

　　變頻器的問世，使電氣傳動領(lǐng)域發(fā)生了一場技術(shù)革命，即以交流調(diào)速取代直流調(diào)速。交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和便于自動控制等諸多優(yōu)點，被國內(nèi)外公認為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。

　　本書第1版于2010年9月出版，該教材出版后，以其知識的實用性、內(nèi)容的豐富性、編排的合理性，得到了教材使用者的廣泛認同。在多年的教材使用過程中，我們一直不斷地對教材內(nèi)容進行審視，積累教材使用的經(jīng)驗，聽取讀者的意見；隨著社會的發(fā)展，本書對應(yīng)課程的教學要求也有了一定的變化。在本書第2版中，我們根據(jù)新的教育理念和實踐，更新了部分內(nèi)容，修正了相關(guān)的文字錯誤。

　　本書是一門實踐性較強的綜合性課程的教材。

　　通過該課程的理論教學和實踐教學，能夠使學生掌握電力電子器件、變頻調(diào)速技術(shù)、變頻器的應(yīng)用與維護技術(shù)等多學科綜合知識與基本技能，具備變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護及設(shè)備改造的綜合應(yīng)用能力。課程的教學內(nèi)容包括變頻技術(shù)概述、常用電力電子器件介紹、變頻調(diào)速的原理、電動機變頻調(diào)速的機械特性、變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用、變頻器的選擇和參數(shù)的設(shè)置、變頻器的安裝與調(diào)試等。

　　本書由河南職業(yè)技術(shù)學院的徐海和施利春任主編，鄭州工程技術(shù)學院的黃傳金、濱州學院的孫佃升、河南職業(yè)技術(shù)學院的王東輝任副主編。徐海編寫前言、第4章和第6章，施利春編寫第9章，黃傳金編寫第2章和第8章，孫佃升編寫第3章和第5章，王東輝編寫第1章和第7章，劉成恩參與編寫附錄等。

　　在編寫過程中，作者參閱了許多同行專家編著的文獻，參考了部分變頻器制造商提供的產(chǎn)品資料，在此一并表示衷心的感謝！

　　限于編者水平，不足之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

　　　

 

　                                               　編  者 

目    錄

 

第1章  緒論 1

1.1  通用變頻器的發(fā)展過程 1

1.1.1  通用變頻器的應(yīng)用范圍

不斷擴大 2

1.1.2  通用變頻器使用的功率器件

不斷更新?lián)Q代 2

1.1.3  控制方式不斷發(fā)展 3

1.1.4  PWM控制技術(shù)的

進一步發(fā)展 3

1.2  變頻器的發(fā)展趨勢 4

1.2.1  高水平的控制 5

1.2.2  主電路逐步向集成化、

高頻化和高效率發(fā)展 5

1.2.3  控制量由模擬量向數(shù)字量

發(fā)展 5

1.2.4  向多功能化和高性能化發(fā)展 6

1.2.5  向大容量和高壓化發(fā)展 7

1.3  變頻器的應(yīng)用 7

1.3.1  變頻器在節(jié)能方面的應(yīng)用 7

1.3.2  變頻器在自動化系統(tǒng)中的

應(yīng)用 8

1.3.3  變頻器在提高工藝水平和

產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用 8

本章小結(jié) 8

思考與練習 9

第2章  電力電子器件 10

2.1  電力二極管 10

2.1.1  結(jié)構(gòu)與伏安特性 10

2.1.2  主要參數(shù) 11

2.1.3  電力二極管的參數(shù)選擇及

使用注意事項 12

2.2  晶閘管 13

2.2.1  晶閘管的外形和圖形符號 13

2.2.2  晶閘管的工作原理 13

2.2.3  晶閘管的陽極伏安特性 14

2.2.4  晶閘管的參數(shù) 15

2.2.5  晶閘管的門極伏安特性及

主要參數(shù) 16

2.3  門極可關(guān)斷晶閘管 17

2.3.1  GTO晶閘管的結(jié)構(gòu) 17

2.3.2  GTO晶閘管的工作原理 17

2.3.3  GTO晶閘管的特性 18

2.3.4  GTO晶閘管的主要參數(shù) 19

2.4  電力晶體管 20

2.4.1  GTR的結(jié)構(gòu) 20

2.4.2  GTR的主要參數(shù) 21

2.4.3  二次擊穿現(xiàn)象 21

2.4.4  GTR的驅(qū)動電路模塊 22

2.5  電力場效應(yīng)晶體管 23

2.5.1  電力MOSFET的結(jié)構(gòu)與

工作原理 23

2.5.2  電力MOSFET的特性 24

2.5.3  電力MOSFET的主要參數(shù) 25

2.6  絕緣柵雙極型晶體管 26

2.6.1  IGBT的結(jié)構(gòu)與

基本工作原理 27

2.6.2  IGBT的基本特性 27

2.6.3  IGBT的主要參數(shù) 29

2.6.4  IGBT的驅(qū)動電路 30

2.7  集成門極換流晶閘管 30

2.7.1  IGCT的結(jié)構(gòu) 30

2.7.2  IGCT的特點 32

2.8  MOS控制晶閘管 32

2.8.1  MCT的結(jié)構(gòu)與工作原理 32

2.8.2  MCT的主要參數(shù) 33

2.9  靜電感應(yīng)晶體管 33

2.9.1  SIT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 33

2.9.2  SIT的伏安特性 34

2.9.3  SIT的極限參數(shù) 35

2.10  智能功率模塊 35

本章小結(jié) 36

思考與練習 36

第3章  變頻技術(shù) 38

3.1  整流電路 38

3.1.1  不可控整流電路 39

3.1.2  可控整流電路 40

3.2  中間電路 47

3.3  逆變電路 49

3.3.1  逆變電路的工作原理 49

3.3.2  電壓型和電流型逆變電路 50

3.3.3  單相半橋逆變電路 51

3.3.4  單相全橋逆變電路 52

3.3.5  三相橋式逆變電路 53

3.4  SPWM控制技術(shù) 56

3.4.1  SPWM控制的基本原理 56

3.4.2  PWM逆變電路的控制方式 58

本章小結(jié) 62

思考與練習 62

第4章  電動機與電力拖動 63

4.1  異步電動機 63

4.1.1  異步電動機的工作原理 63

4.1.2  異步電動機的銘牌參數(shù) 64

4.1.3  電動機的工作制 66

4.1.4  變頻有效輸出值 66

4.1.5  電動機容量的選擇 67

4.1.6  異步電動機的等效電路

及其平衡方程式 67

4.1.7  異步電動機的功率及轉(zhuǎn)矩 69

4.2  異步電動機的機械特性與運行 70

4.2.1  異步電動機的機械特性 70

4.2.2  異步電動機的運行 71

4.2.3  異步電動機的調(diào)速 73

4.3  負載的機械特性 75

4.3.1  恒轉(zhuǎn)矩負載 75

4.3.2  恒功率負載 76

4.3.3  二次方律負載 77

4.4  拖動系統(tǒng)與傳動機構(gòu) 78

4.4.1  拖動系統(tǒng) 78

4.4.2  傳動機構(gòu)的作用及系統(tǒng)參數(shù) 79

本章小結(jié) 80

思考與練習 80

第5章  變頻器的控制方式 82

5.1  變頻器的基本類型 82

5.1.1  按主電路的工作方式分類 82

5.1.2  按開關(guān)方式分類 83

5.1.3  按工作原理分類 85

5.1.4  按用途分類 86

5.2  變頻器的控制方式 88

5.2.1  U/f控制 88

5.2.2  轉(zhuǎn)差頻率控制 90

5.2.3  矢量控制通用變頻器 91

5.2.4  直接轉(zhuǎn)矩控制 99

5.3  高壓變頻器 105

5.3.1  主電路的拓撲結(jié)構(gòu) 106

5.3.2  控制方式 110

5.3.3  高壓變頻器對電網(wǎng)與

電動機的影響 111

本章小結(jié) 112

思考與練習 112

第6章  變頻器的參數(shù)與選擇 113

6.1  變頻器的原理框圖與接線端子 113

6.1.1  變頻器的外形與結(jié)構(gòu) 113

6.1.2  變頻器的原理框圖 114

6.1.3  變頻器與外部連接的端子 115

6.2  變頻器的操作與運行 116

6.2.1  面板配置(FR-PZ02-02)及

鍵盤簡介 116

6.2.2  功能結(jié)構(gòu)及預(yù)置流程 117

6.2.3  運行操作 122

6.3  功能及參數(shù) 126

6.3.1  頻率的給定功能 126

6.3.2  頻率控制功能 129

6.3.3  啟動、升速、降速、制動

功能 130

6.3.4  PID調(diào)節(jié)功能 133

6.3.5  保護功能 137

6.3.6  變頻器的控制方式 138

6.4  負載和操作模式、電動機的選擇 139

6.4.1  適用負載選擇 139

6.4.2  操作模式選擇 139

6.4.3  適用電動機的選擇 140

6.5  變頻器的選擇 140

6.5.1  風機、泵類負載變頻器的

選擇 140

6.5.2  機械傳動系統(tǒng)變頻器的

選擇 142

6.5.3  變頻器容量計算 144

6.6  變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路及

電器選擇 145

6.6.1  變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路的

結(jié)構(gòu) 145

6.6.2  斷路器 146

6.6.3  接觸器 146

6.6.4  輸入交流電抗器 147

6.6.5  無線電噪聲濾波器 148

6.6.6  制動電阻及制動單元 149

6.6.7  直流電抗器 150

6.6.8  輸出交流電抗器 150

6.7  變頻器系統(tǒng)的控制電路 150

6.7.1  變頻器控制電路的

主要組成 150

6.7.2  正轉(zhuǎn)控制電路 151

6.7.3  正、反轉(zhuǎn)控制 152

6.7.4  升速與降速控制 153

6.7.5  變頻與工頻切換的

控制電路 155

6.8  變頻器與PLC的連接 156

6.9  變頻器與PC的通信 158

本章小結(jié) 161

思考與練習 161

第7章  變頻器的安裝與維護 162

7.1  變頻器的安裝 162

7.1.1  主電路控制開關(guān)及導(dǎo)線

線徑的選擇 162

7.1.2  變頻器的安裝環(huán)境 163

7.1.3  安裝的方向和空間 164

7.1.4  變頻器在多粉塵現(xiàn)場的

安裝 164

7.1.5  安裝布線 165

7.2  變頻器的抗干擾及抑制 167

7.2.1  對變頻器的干擾 167

7.2.2  變頻器產(chǎn)生的干擾 168

7.2.3  抑制變頻器干擾的措施 168

7.3  變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試 171

7.3.1  通電前的檢查 171

7.3.2  通電檢查 172

7.3.3  空載試驗 173

7.3.4  帶負載測試 173

7.4  變頻器的維護、保養(yǎng)與故障處理 174

7.4.1  維護和檢查時的注意事項 174

7.4.2  變頻器的日常巡視 175

7.4.3  變頻器的定期維護與保養(yǎng) 175

7.4.4  變頻器的常見故障及處理 176

本章小結(jié) 178

思考與練習 179

第8章  變頻器的綜合應(yīng)用 180

8.1  變頻器在恒壓供水中的應(yīng)用 180

8.1.1  恒壓供水技術(shù) 180

8.1.2  節(jié)能原理 180

8.1.3  系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 182

8.1.4  工作原理 183

8.1.5  PLC控制系統(tǒng) 183

8.1.6  注意事項 184

8.2  變頻器在家用空調(diào)中的應(yīng)用 185

8.2.1  家用空調(diào)概述 185

8.2.2  變頻器解決方案 185

8.3  中央空調(diào)的變頻調(diào)速 186

8.3.1  中央空調(diào)的構(gòu)成 186

8.3.2  循環(huán)水系統(tǒng)的特點 188

8.3.3  冷卻水系統(tǒng)的變頻調(diào)速 189

8.3.4  冷凍水系統(tǒng)的變頻調(diào)速 191

8.4  變頻器在電梯中的應(yīng)用 193

8.4.1  電梯概述 193

8.4.2  616G5變頻器調(diào)速系統(tǒng) 193

8.4.3  變頻器功率及制動電阻的

選擇 194

8.4.4  電梯用變頻器的主要功能 195

8.4.5  變頻器的噪聲抑制 195

8.4.6  常見問題 195

8.5  變頻器在疊壓供水中的應(yīng)用 196

8.5.1  國內(nèi)、外供水現(xiàn)狀 196

8.5.2  疊壓供水系統(tǒng)的組成及

原理 197

8.5.3  系統(tǒng)的軟件設(shè)計 198

8.5.4  節(jié)能分析 199

8.6  PLC與變頻器連接實現(xiàn)多擋轉(zhuǎn)速

控制 199

8.6.1  用旋轉(zhuǎn)開關(guān)控制 200

8.6.2  用PLC控制多段速運行 200

8.7  刨臺運動的變頻調(diào)速改造 204

8.7.1  變頻調(diào)速系統(tǒng)及設(shè)計要點 204

8.7.2  刨臺往復(fù)運動的控制 205

8.8  空氣壓縮機的變頻調(diào)速及應(yīng)用 209

8.8.1  空氣壓縮機變頻調(diào)速的

機理 209

8.8.2  空氣壓縮機加、卸載供氣

控制方式存在的問題 210

8.8.3  空氣壓縮機變頻調(diào)速的

設(shè)計 211

8.8.4  空氣壓縮機變頻調(diào)速的

安裝調(diào)試 215

8.8.5  空氣壓縮機變頻調(diào)速后的

效益 216

本章小結(jié) 216

思考與練習 216

第9章  項目實訓 218

項目1  正轉(zhuǎn)連續(xù)控制電路 218

一、項目目的 218

二、項目內(nèi)容 218

三、相關(guān)知識點分析 218

四、設(shè)備、工具和材料準備 222

五、操作方法 223

六、訓練內(nèi)容 226

七、評分標準 226

項目2  正、反轉(zhuǎn)控制電路 227

一、項目目的 227

二、項目內(nèi)容 227

三、相關(guān)知識點分析 227

四、設(shè)備、工具和材料準備 229

五、操作方法 229

六、訓練內(nèi)容 232

七、評分標準 232

項目3  外接兩地控制電路 232

一、項目目的 232

二、項目內(nèi)容 232

三、相關(guān)知識點分析 233

四、設(shè)備、工具和材料準備 235

五、操作方法 236

六、訓練內(nèi)容 238

七、評分標準 238

項目4  變頻與工頻切換的控制電路 239

一、項目目的 239

二、項目內(nèi)容 239

三、相關(guān)知識點分析 239

四、設(shè)備、工具和材料準備 239

五、操作方法 240

六、訓練內(nèi)容 241

七、評分標準 241

項目5  PID控制電路 242

一、項目目的 242

二、項目內(nèi)容 242

三、相關(guān)知識點分析 242

四、設(shè)備、工具和材料準備 244

五、操作方法 245

六、訓練內(nèi)容 248

七、評分標準 248

項目6  多段速控制電路 249

一、項目目的 249

二、項目內(nèi)容 249

三、相關(guān)知識點分析 249

四、設(shè)備、工具和材料準備 252

五、操作方法 253

六、訓練內(nèi)容 255

七、評分標準 256

項目7  1控X切換電路 256

一、項目目的 256

二、項目內(nèi)容 256

三、相關(guān)知識點分析 256

四、設(shè)備、工具和材料準備 260

五、操作方法 261

六、訓練內(nèi)容 262

七、評分標準 262

項目8  輸入端子操作控制 263

一、項目目的 263

二、項目內(nèi)容 263

三、相關(guān)知識點分析 263

四、設(shè)備、工具和材料準備 264

五、操作方法 264

六、訓練內(nèi)容 267

七、評分標準 267

項目9  模擬信號操作控制 267

一、項目目的 267

二、項目內(nèi)容 268

三、相關(guān)知識點分析 268

四、設(shè)備、工具和材料準備 268

五、操作方法 269

六、訓練內(nèi)容 270

七、評分標準 271

項目10  多段速頻率控制 271

一、項目目的 271

二、項目內(nèi)容 271

三、相關(guān)知識點分析 272

四、設(shè)備、工具和材料準備 273

五、操作方法 274

六、訓練內(nèi)容 276

七、評分標準 276

項目11  PLC聯(lián)機延時控制操作 277

一、項目目的 277

二、項目內(nèi)容 277

三、相關(guān)知識點分析 277

四、設(shè)備、工具和材料準備 279

五、操作方法 280

六、訓練內(nèi)容 283

七、評分標準 283

項目12  PLC聯(lián)機多段速頻率控制 283

一、項目目的 283

二、項目內(nèi)容 284

三、設(shè)備、工具和材料準備 284

四、操作方法 285

五、訓練內(nèi)容 287

六、評分標準 287

附錄A 288

附錄B 293

附錄C 304

參考文獻 314