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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RG82

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