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第1 篇变频器1

第1章 调速传动1

1.1 调速传动的概况1

1.1.1 调速传动的意义1

1.1.2 调速传动的发展1

1.1.3 调速传动的运动方程式1

1.1.4 调速传动的主要指标2

1.1.5 调速传动中的生产机械负载转矩特性2

1.2 直流电动机调速传动3

1.2.1 直流电动机的工作原理3

1.2.2 直流电动机的电枢反应及对策3

1.2.3 直流电动机的电磁转矩3

1.2.4 直流电动机的调速方法4

1.2.5 直流电动机的调速特性5

1.2.6 直流电动机的起动、调速与制动6

1.3 异步电动机的调速传动6

1.3.1 三相异步电动机的工作原理6

1.3.2 异步电动机的电磁转矩及自然机械特性7

1.3.3 异步电动机的调速方法11

1.3.4 异步电动机的调速特性12

1.4 三相笼型异步电动机的变频调速传动16

1.4.1 三相笼型异步电动机变频调速的工作原理16

1.4.2 三相笼型异步电动机变频调速时的转矩特性18

1.5 三相笼型异步电动机高动态性能矢量控制变频调速21

1.5.1 矢量控制的概念21

1.5.2 等效的异步电动机物理模型22

1.5.3 三相异步电动机矢量变换控制的构想22

1.5.4 坐标转换及空间矢量23

1.6 三相永磁同步电动机的变频调速传动25

1.6.1 三相永磁同步电动机的发展过程25

1.6.2 永磁同步电动机的结构和变频调速传动基本原理25

1.6.3 永磁同步电动机变频调速直接驱动伺服系统26

第2章 电力电子器件31

2.1 概述31

2.1.1 电力电子器件的发展31

2.1.2 电力电子器件的分类31

2.2 双极型晶体管（BJT）32

2.2.1 BJT的发展32

2.2.2 BJT的特点33

2.2.3 BJT的工作特性34

2.2.4 BJT的驱动35

2.2.5 BJT的主要参数35

2.2.6 BJT的二次击穿现象与安全工作区36

2.2.7 BJT的保护37

2.2.8 BJT的选择39

2.3 MOS场效应晶体管（MOSFET）41

2.3.1 MOSFET的特点41

2.3.2 MOSFET的结构与工作原理41

2.3.3 MOSFET工作特性41

2.3.4 主要参数与安全工作区42

2.4 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）43

2.4.1 IGBT的特点43

2.4.2 IGBT的结构与工作原理43

2.4.3 IGBT的工作特性44

2.4.4 IGBT的主要参数45

2.4.5 使用IGBT时的注意事项45

2.4.6 IGBT的驱动46

2.4.7 IGBT产品介绍48

2.5 门极关断（GTO）晶闸管49

2.5.1 GTO的关断机理49

2.5.2 GTO的电特性50

2.5.3 GTO的主要参数51

2.5.4 GTO的发展方向52

2.5.5 GTO的驱动53

2.6 MOS门场控晶闸管（MCT）55

2.7 智能电力集成电路（SPIC）57

第3章 变频器60

3.1 变频器的发展60

3.1.1 异步电动机调速过程60

3.1.2 变频器技术发展动向60

3.2 交流变频系统的基本形式63

3.2.1 交-交变频系统63

3.2.2 交-直-交变频系统形式65

3.3 变频器的构成65

3.3.1 主电路65

3.3.2 控制电路66

3.4 通用变频器的分类66

3.4.1 按直流电源的性质分类66

3.4.2 按输出电压调节方式分类67

3.4.3 按控制方式分类69

3.4.4 按主开关器件分类70

3.5 通用变频器中的整流器71

3.5.1 二极管整流器71

3.5.2 PWM整流器74

3.6 变频器中的逆变器75

3.6.1 逆变器的类型75

3.6.2 PWM逆变电路77

3.6.3 由SPWM逆变器组成的变频器80

3.7 变频器中的制动80

3.7.1 动力制动81

3.7.2 回馈制动81

3.7.3 直流制动82

3.7.4 采用共用直流母线的多逆变器传动83

3.8 通用变频器的U/f控制84

3.8.1 普通功能型U/f控制通用变频器84

3.8.2 高功能型U/f控制通用变频器85

3.9 通用变频器矢量控制90

3.9.1 无速度传感器矢量控制的速度调节91

3.9.2 有速度传感器的转速或转矩闭环矢量控制91

3.9.3 电动汽车矢量控制92

3.10 智能型变频器94

3.11 单相电容分相式电动机的变频调速96

3.11.1 单相电容电动机的工作原理96

3.11.2 单相电容电动机变频调速器控制系统97

3.11.3 单相电容电动机变频调速系统的实现98

3.11.4 输出电流波形98

3.12 采用数字控制芯片的变频器99

3.12.1 概述99

3.12.2 控制电动机专用芯片100

3.12.3 多CPU控制104

3.13 直接转矩控制的变频器106

3.13.1 PWM逆变器输出电压的矢量表示106

3.13.2 磁通轨迹控制108

3.13.3 直接转矩控制实际结构109

3.14 变频器控制方式综述110

3.14.1 非智能控制方式110

3.14.2 智能控制方式111

3.14.3 变频器控制的展望111

第4章 FR-A540变频器的操作113

4.1 变频器的接线113

4.1.1 主回路接线及注意事项114

4.1.2 控制回路接线及注意事项115

4.2 操作面板119

4.2.1 操作面板（FR-DU04）的名称和功能119

4.2.2 操作面板的使用120

4.3 运行操作方式125

4.3.1 运行操作方式的选择125

4.3.2 PU运行操作方式（Pr.79=0、1）126

4.3.3 外部运行操作方式（Pr.79=2）126

4.3.4 组合运行操作方式1（Pr.79=3）127

4.3.5 组合运行操作方式2（Pr.79=4）128

4.4 参数及参数功能128

4.4.1 参数表128

4.4.2 常用参数分类130

4.4.3 常用参数功能简述131

4.5 应用实例135

4.5.1 输出频率跳变135

4.5.2 多段速度136

4.5.3 程序运行138

4.5.4 PID控制141

4.5.5 工频电源切换146

4.6 故障处理150

4.6.1 常见故障代码150

4.6.2 故障处理对策153

第5章 变频器的应用技术156

5.1 前言156

5.2 变频器在恒压供水节能方面的应用技术157

5.3 交流永磁同步电动机变频调速应用技术162

5.3.1 电梯运行状态162

5.3.2 电梯双PWM变频节能运行162

5.3.3 交流永磁同步电动机变频调速优点165

5.4 省力化、自动化及提高生产率方面的应用技术166

5.5 提高质量方面168

5.6 其他方面171

第6章 变频器的选择、安装、调试与维护173

6.1 变频器的选择173

6.2 变频器的安装175

6.3 变频器的调试181

6.4 变频器的维护182

第2篇 可编程序控制器（PLC）第7章 PLC的工作原理与指令系统188

7.1 概述188

7.1.1 引言188

7.1.2 PLC的定义及特点189

7.1.3 PLC的分类190

7.1.4 PLC的性能190

7.1.5 PLC的应用领域191

7.1.6 PLC的发展趋势191

7.2 PLC的组成与工作原理192

7.2.1 PLC的硬件组成192

7.2.2 PLC的软件组成201

7.2.3 PLC的工作原理203

7.3 FX系列PLC的简介、基本指令与步进指令206

7.3.1 FX系列PLC简介206

7.3.2 FX2N系列PLC的软元件及地址分配210

7.3.3 FX2N系列PLC的基本指令219

7.3.4 FX2N系列PLC的步进控制指令226

7.4 FX2N系列PLC的功能指令229

7.4.1 功能指令通则229

7.4.2 程序流控指令（FNC00～FNC09）231

7.4.3 传送和比较（FNC10～FNC19）234

7.4.4 四则运算及逻辑运算（FNC20～FNC29）237

7.4.5 循环移位与移位（FNC30～FNC39）239

7.4.6 数据处理（FNC40～FNC49）240

7.4.7 方便指令（FNC60～FNC69）242

7.4.8 外部I/O设备（FNC70～FNC79）243

7.4.9 FX2N系列PLC外部设备（FNC80～FNC89）246

7.4.10 实时时钟处理（FNC160～FNC169）253

7.4.11 触点式比较指令（FNC220～FNC249）256

第8章 可编程序控制系统设计259

8.1 PLC系统的设计259

8.2 PLC的选型260

8.3 程序（软件）设计的步骤261

8.4 程序设计方法261

8.5 常用基本环节的编程263

8.5.1 延时电路263

8.5.2 闪光电路264

8.5.3 单按钮起停控制电路266

8.5.4 开机累计时间控制电路267

8.5.5 电梯轿厢位置显示控制电路267

8.5.6 比较电路273

8.5.7 采样电路275

8.5.8 选择性电路276

第9章 三菱FX系列PLC的特殊功能模块277

9.1 模拟量输入／输出模块277

9.1.1 概述277

9.1.2 普通A/D输入模块278

9.1.3 FX2N-4AD-PT温度输入模块283

9.1.4 FX2N-2DA输出模块286

9.2 通信接口模块291

9.2.1 概述291

9.2.2 FX2N-232BD通信接口模块简介291

9.2.3 FX2N-485BD通信接口模块简介295

9.2.4 FX2N-422BD通信接口模块简介298

9.2.5 FX2N-232IF通信接口模块简介298

第10章 组态软件控制技术299

10.1 工业组态软件的概述299

10.2 组态王软件的入门300

10.2.1 组态王软件的安装300

10.2.2 组态王软件结构300

10.2.3 组态工程制作一般的过程301

10.3 组态王软件系统软件一般设计303

10.3.1 工程建立304

10.3.2 配置硬件设备304

10.3.3 添加工程变量307

10.3.4 制作图形画面309

10.4 动画连接311

10.4.1 概述311

10.4.2 动画动作连接312

10.4.3 实例连接321

10.5 组态王的命令语言323

10.5.1 命令语言类型323

10.5.2 用户自定义函数325

10.5.3 命令语言语法328

10.5.4 命令语言及控制程序编写328

10.6 组态王的运行329

10.7 曲线330

10.7.1 实时趋势曲线330

10.7.2 历史趋势曲线333

10.7.3 在画面上放置温控曲线341

10.8 报警和事件系统343

10.8.1 报警系统343

10.8.2 事件类型及使用方法346

10.9 配方管理347

10.9.1 概述347

10.9.2 组态王中的配方管理347

10.9.3 使用配方350

10.10 组态网络功能353

10.10.1 概述353

10.10.2 网络配置355

10.10.3 远程变量的引用360

第3篇 触摸屏363

第11章 MELSEC-GOT触摸屏363

11.1 触摸屏概述363

11.1.1 触摸屏的工作原理363

11.1.2 触摸屏的主要类型363

11.2 触摸屏工程创作软件GT Designer2（中文版）的使用367

11.2.1 软件概述367

11.2.2 GT Designer2软件安装368

11.2.3 触摸屏工程创建368

11.2.4 工程设计软件的使用370

11.2.5 菜单工具的使用371

11.2.6 数据的传输375

第4篇 综合实际应用378

第12章 变频器、PLC及触摸屏间的网络数据通信378

12.1 数据通信基础378

12.1.1 数据通信方式378

12.1.2 数据传输方向382

12.1.3 传输介质382

12.1.4 串行通信接口标准383

12.2 工业局域网基础388

12.2.1 概述388

12.2.2 局域网的四大要素388

12.2.3 局域网的选型考虑390

12.3 三菱PLC的网络通信391

12.3.1 网络概要391

12.3.2 以太网392

12.3.3 ELSECNET/10局域令牌网393

12.3.4 ELSECNET/H局域令牌网393

12.3.5 CC-Link开放式现场总线394

12.4 FX系列PLC的链接及通信398

12.4.1 简易PLC间的链接398

12.4.2 并联链接402

12.4.3 计算机链接通信403

12.5 三菱系列变频器的RS-485通信409

12.5.1 三菱系列变频器RS-485串行通信协议409

12.5.2 变频器的通信相关参数（通过变频器PU接口和PLC通信）413

12.5.3 FX2N-485-BD与三菱FR-A540变频器的通信接线414

12.5.4 PLC与变频器通信的编程及调试例解415

12.6 触摸屏与变频器的通信418

12.6.1 F940GOT的通信接口418

12.6.2 FREQROL变频器的设置418

12.6.3 变频器接头规格及电缆图419

12.6.4 画面创建时的站号指定420

12.6.5 使用FREQROL系列变频器时的注意事项421

第13章 变频器、PLC及触摸屏的综合应用424

13.1 电工、电梯、制冷基本综合应用实例424

13.1.1 4层货梯控制424

13.1.2 刨床控制428

13.1.3 小推车自动控制433

13.1.4 冷却水泵节能循环运行控制436

13.1.5 PLC与变频器的RS-485通信控制441

13.1.6 带编码器的3层电梯控制445

13.1.7 工业洗衣机程序控制系统449

13.1.8 恒压供水（多段速度训练）控制451

13.1.9 中央空调冷冻泵节能运行控制452

13.1.10 触摸屏与变频器的通信控制456

13.2 电工、制冷、电梯专业综合应用实例458

13.2.1 PLC电镀生产线定位控制系统458

13.2.2 PLC零件数控加工控制系统459

13.2.3 Q系列PLC工业现场网络总线控制460

13.2.4 负压气动机械手控制465

13.2.5 负压恒值控制469

13.2.6 Q系列PLC自动化生产线定位控制实训471

13.2.7 三菱Q系列PLC通过CC-LINK网络控制伺服电动机实训478

参考文献484