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绪论1

第1章 预备知识4

1.1 电力拖动系统的工作要点4

1.1.1 电力拖动系统的构成4

1.1.2 电力拖动系统的稳定运行状态4

1.1.3 电动机和负载的机械特性5

1.1.4 电力拖动系统的瞬态过程7

1.1.5 电力拖动系统的功率计算和传递8

1.1.6 电力拖动系统的折算10

1.2.1 调速的概念11

1.2 调速问题综述11

1.2.2 调速的意义12

1.2.3 调速的主要指标12

1.3 他励直流电动机概述13

1.3.1 基本结构和电路14

1.3.2 他励直流电动机的机械特性15

1.3.3 他励直流电动机的调速17

1.4 笼型异步电动机概述20

1.4.1 基本结构20

1.4.2 异步电动机的旋转原理21

1.4.3 异步电动机的调速问题22

1.5.1 转子电动势的波形和频率23

1.5 异步电动机的转子电动势、电流和电磁转矩23

1.5.2 转子电动势的空间分布25

1.5.3 转子的电流、磁场和电磁转矩26

1.6 异步电动机的等效变换29

1.6.1 动/静变换29

1.6.2 磁/电变换31

1.6.3 电动机的平衡方程和能量传递过程的关系36

1.7.1 电磁转矩公式38

1.7.2 自然机械特性38

1.7 异步电动机的机械特性38

1.7.3 能量图及其与机械特性的对应关系40

1.8 异步电动机工作状况的基本分析方法42

1.8.1 概述42

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)43

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)45

1.9 异步电动机的制动46

1.9.1 再生制动46

1.9.2 直流制动(能耗制动)48

1.9.3 反接制动49

2.1 概述51

2.1.1 变频调速原理51

第2章 变频调速的基础知识51

2.1.2 变频器的类别52

2.1.3 变频器的额定值和频率指标53

2.2 交-直-交变频器的主电路55

2.2.1 交-直部分55

2.2.2 直-交部分56

2.2.3 制动电阻和制动单元58

2.3 逆变桥的工作原理58

2.3.1 单相逆变桥58

2.3.2 三相逆变桥59

2.4.1 变频调速时出现的新问题61

2.4 变频与变压(VVVF)61

2.4.2 变频也变压63

2.5 VVVF的实施64

2.5.1 两种基本的调制方法64

2.5.2 正弦波脉宽调制(SPWM)65

2.5.3 SPWM的电流波形68

2.6 变频后的机械特性69

2.6.1 变频后的转矩公式69

2.6.2 ku=kf〈1时的机械特性70

2.6.3 kf〉1时的机械特性73

2.7 V/F控制74

2.7.2 V/F控制功能75

2.7.1 V/F控制的概念75

2.7.3 V/F控制时的电流曲线77

2.8 矢量控制概述80

2.8.1 由直流电动机引发的思考80

2.8.2 产生旋转磁场的几种方法81

2.8.3 磁场的等效变换84

2.8.4 矢量控制的基本构思85

2.9 拟超导技术概述86

2.9.1 电阻压降对机械特性影响的回顾86

2.9.2 拟超导技术的指导思想87

2.10.1 SCR和GTO晶闸管89

2.10 逆变器件简介89

2.9.3 拟超导技术的实施89

2.10.2 电力晶体管(GTR)91

2.10.3 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)95

2.10.4 智能模块(IPM)97

第3章 变频器的运行功能99

3.1 工作频率的给定99

3.1.1 频率的给定方法99

3.1.2 变频器的外接给定配置99

3.1.3 外接电位器的选择100

3.2.1 频率给定线101

3.2 外接给定时的频率给定线101

3.2.2 频率给定线的预置102

3.2.3 几个实例102

3.3 与工作频率有关的功能104

3.3.1 基本频率和最高频率104

3.3.2 上限频率和下限频率104

3.3.3 回避频率104

3.3.4 点动频率106

3.3.5 载波频率设定106

3.4 变频调速的升速和起动107

3.4.1 升速时间107

3.4.2 升速方式108

3.4.3 与起动有关的其他功能109

3.5 变频调速的降速和制动112

3.5.1 变频调速系统的降速特点112

3.5.2 降速时间和降速方式113

3.5.3 直流制动114

3.5.4 电源再生单元114

3.6 V/F控制的设定功能115

3.6.1 基本U/f设定115

3.6.2 转矩补偿的U/f设定116

3.7.1 转差补偿功能118

3.7 转差补偿、矢量控制、自动电压调整等功能的设定118

3.7.2 矢量控制的设定119

3.7.3 自动电压调整(AVR)功能120

3.8 节能运行功能121

3.8.1 节能运行功能要点121

3.8.2 节能运行的设定122

3.9 摆频功能和闭环控制功能122

3.9.1 摆频功能122

3.9.2 闭环控制功能124

3.10.2 转矩控制功能的应用125

3.10.1 转矩控制功能的含义125

3.10 转矩控制功能125

3.10.3 转矩控制功能的预置126

3.11 变频器的外接控制功能126

3.11.1 外接控制的电路结构126

3.11.2 外接控制端的配置和工作特点128

3.11.3 多档转速控制129

3.11.4 程序控制130

3.11.5 其他功能控制端132

3.12 外接输出信号端132

3.12.1 外接输出信号的项目132

3.12.2 外接输出信号端的配置134

第4章 变频器的保护、显示和预置135

4.1 过电流保护功能135

4.1.1 过电流的原因135

4.1.2 变频器对过电流的处理136

4.2 过载保护功能137

4.2.1 电动机的允许持续电流和工作频率的关系137

4.2.2 电子热保护器的反时限特性138

4.2.3 电子热保护功能和热继电器的比较140

4.3 电压保护功能140

4.3.1 过电压保护140

4.3.2 欠电压保护141

4.4 瞬时停电的处理142

4.4.1 突然停电对变频器的影响和对策142

4.4.2 对变频器瞬时停电的处理144

4.5 其他保护功能145

4.5.1 过热和接地保护145

4.5.2 变频器内部的工作错误保护146

4.5.3 外接保护信号的输入146

4.6 故障的处理147

4.6.1 故障的处理过程147

4.6.2 重合闸功能148

4.7.2 数据显示屏149

4.7 变频器的显示功能149

4.7.1 发光二极管显示149

4.7.3 液晶显示屏150

4.7.4 外接仪表显示151

4.8 变频器的功能预置152

4.8.1 功能预置的概念152

4.8.2 变频器的键盘配置154

4.9 变频器的键盘配置和预置流程举例155

4.9.1 键盘配置155

4.9.2 功能预置流程156

5.1.1 设计任务和已知条件157

第5章 变频调速拖动系统的设计157

5.1 概述157

5.1.2 电动机的主要类别158

5.1.3 变频器的主要类别159

5.2 负载的机械特性160

5.2.1 恒转矩负载160

5.2.2 恒功率负载161

5.2.3 二次方律负载162

5.2.4 其他类型的负载163

5.3.2 飞轮力矩的简易测定法165

5.3.1 描述惯性大小的物理量165

5.3 负载的飞轮力矩165

5.4 负载的工作方式167

5.4.1 连续负载167

5.4.2 间断负载168

5.5 异步电动机在变频调速时的带负载能力169

5.5.1 电动机在变频时的有效转矩和有效功率169

5.5.2 fX≤fN时的带负载能力170

5.5.3 fX〉fN时的带负载能力172

5.6.1 恒转矩负载实现变频调速的主要问题173

5.6 恒转矩负载的变频调速173

5.6.2 调速范围和传动比174

5.6.3 传动比的选择举例176

5.7 恒功率负载的变频调速177

5.7.1 恒功率负载实现变频调速的主要问题177

5.7.2 减小容量的对策179

5.8 二次方律负载的变频调速181

5.8.1 二次方律负载实现变频调速的主要问题181

5.8.2 二次方律负载采用变频调速的其他要点182

5.9 特殊电动机的变频调速184

5.9.1 双速电动机的变频调速184

5.9.2 齿轮减速电动机的变频调速185

5.9.3 绕线转子异步电动机的变频调速186

5.9.4 电磁制动电动机的变频调速187

5.9.5 一台变频器带多台电动机188

第6章 变频器的安装和使用189

6.1 变频器的安装189

6.1.1 变频器对安装环境的要求189

6.1.2 变频器的散热问题概述189

6.1.3 变频器的发热与散热190

6.1.4 安装变频器的具体方法和要求190

6.2.1 主电路的接线192

6.2 变频器的接线192

6.2.2 控制电路的接线194

6.2.3 变频器的接地195

6.3 变频器的功率因数及其改善196

6.3.1 变频器的输入电流196

6.3.2 变频器输入电路的功率因数197

6.3.3 改善功率因数的方法198

6.4 变频器的抗干扰199

6.4.1 外界对变频器的干扰199

6.4.2 变频器的干扰和传播200

6.4.2 变频器的抗干扰措施200

6.5.1 电抗器203

6.5 变频器的外围选配件203

6.5.2 线路抗干扰滤波器204

6.6 变频器的测量205

6.6.1 谐波对各类测量仪表的影响205

6.6.2 测量变频器电路时仪表类型的选择207

6.6.3 绝缘电阻的测量207

6.7 变频调速系统的调试208

6.7.1 变频器的通电和预置208

6.7.2 电动机的空载试验208

6.7.4 拖动系统的负载试验209

6.7.3 拖动系统的起动和停机209

6.8 故障原因分析210

6.8.1 过电流跳闸的原因分析210

6.8.2 电压跳闸的原因分析210

6.8.3 电动机不转的原因分析211

第7章 变频调速的实用电路基础212

7.1 变频调速的主电路212

7.1.1 变频调速主电路的构成212

7.1.2 主要电器的功用和选择212

7.2 制动电阻和制动单元213

7.2.1 制动转矩的计算213

7.2.2 制动过程对泵生电压的影响214

7.2.3 制动电阻值的确定215

7.2.4 制动电阻容量的确定216

7.2.5 制动电阻的保护218

7.2.6 制动单元的构成和设计218

7.3 变频调速的基本控制电路220

7.3.1 正转运行的控制电路220

7.3.2 正、反转运行的控制电路221

7.4 变频调速的常用控制电路223

7.4.1 外接两地控制电路223

7.4.2 与工频切换的控制电路225

7.5.1 概述226

7.5 变频调速的PID控制226

7.5.2 PID调节功能228

7.6 可编程序控制器(PLC)应用简介231

7.6.1 PLC控制电路的基本构成232

7.6.2 PLC内的常用“软继电器”和器件234

7.6.3 PLC的梯形图和编程语言236

7.7 由PLC控制的各种电路238

7.7.1 正转控制电路238

7.7.2 正、反转控制电路240

7.7.3 与工频的切换电路241

8.1.1 供水系统的基本模型和主要参数244

8.1 供水系统的节能原理244

第8章 水泵和风机的变频调速244

8.1.2 供水系统的特性和工作点246

8.1.3 调节流量的方法和比较247

8.1.4 水锤效应和水泵的寿命250

8.2 恒压供水系统251

8.2.1 恒压供水的目的251

8.2.2 恒压供水系统的构成252

8.3 多台水泵变频调速时的切换控制254

8.3.1 多台水泵的切换254

8.3.2 1控X举例256

8.4 水位控制257

8.4.1 变频调速水位控制的节能计算257

8.4.2 水位控制的具体方法259

8.5 中央空调的变频调速261

8.5.1 中央空调系统的大致构成261

8.5.2 关于中央空调循环水系统的讨论262

8.5.3 冷却水系统的变频调速263

8.5.4 冷冻水系统的变频调速265

8.5.5 水塔风机的变频调速265

8.6.2 频率功能的预置266

8.6.1 变频器的选型和控制方式266

8.6 变频器的选型和功能预置266

8.6.3 暂停运行功能267

8.7 风机的变频调速268

8.7.1 风机的主要特性268

8.7.2 风量的调节方法和比较269

8.7.3 风机变频调速系统要点270

第9章 起重机械和电梯的变频调速271

9.1 概述271

9.1.1 起重机械的负载特点271

9.1.2 起重机械的调速方法和节能比较272

9.1.3 起重机械变频调速系统要点274

9.2 电动机的工作状态275

9.2.1 起升机构的主要特点275

9.2.2 起升过程中的电动机工作状态276

9.2.3 与原拖动系统的比较278

9.3 再生电能的处理279

9.3.1 能耗电路及其计算279

9.3.2 电能的反馈280

9.4 溜钩的防止281

9.4.1 产生溜钩的原因和危害281

9.4.2 变频调速系统中的防溜钩措施282

9.5.1 桥式起重机拖动系统的构成284

9.5 桥式起重机的变频调速284

9.5.2 采用变频调速的基本考虑285

9.6 电梯的变频调速286

9.6.1 电梯拖动系统的基本构成和工作过程286

9.6.2 电梯的运行特点287

第10章 金属切削机床的变频调速290

10.1 机床拖动系统的主要特点290

10.1.1 概述290

10.1.2 主运动的负载性质290

10.2.1 普通车床的大致构造和拖动系统291

10.2 普通车床的实例和基本数据291

10.2.2 实例和基本数据292

10.3 变频调速拖动系统的计算293

10.3.1 决定频率范围293

10.3.2 确定传动比294

10.3.3 电动机容量不变的可行性核算295

10.4 龙门刨床的构造和工作特点296

10.4.1 龙门刨床的基本结构296

10.4.2 龙门刨床的主运动297

10.4.3 刨台运动的机械特性298

10.5 刨台运动的变频调速299

10.5.1 变频调速的机械特性299

10.5.2 变频调速方案的设计要点300

10.6 刨台往复运动的控制301

10.6.1 往复指令和电路301

10.5.3 采用变频调速的主要优点301

10.6.2 刨台控制的梯形图302

第11章 其他机械的变频调速307

11.1 带式输送机的变频调速307

11.1.1 带式输送机的负载性质和主要类别307

11.1.2 带式输送机的变频调速要点308

11.1.3 向下输送时的拖动特点309

11.1.4 间歇输送的拖动要点310

11.2.1 轧染机对调速控制的要求311

11.2 印染机械的同步控制(以轧染机为例)311

11.2.2 变频器的同步控制方案312

11.2.3 同步控制的实施313

11.3 卷绕化纤丝的摆频控制315

11.3.1 基本工况315

11.3.2 变频器容量的确定315

11.3.3 变频器的功能设定要点316

11.4 家用电器的变频调速317

11.4.1 电动机的选择317

11.4.2 各种家用电器采用变频调速后的主要特点318

参考文献319