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前言1

第1章　变频器的主电路1

1.1 三相交流异步电动机简介1

1.1.1　三相交流异步电动机的结构和原理1

1.1.2　变频调速原理3

1.2　电动机在能量转换中的平衡关系4

1.2.1 电动机从电网取用电能时的平衡关系5

1.2.2　转子从定子侧吸收能量的平衡关系8

1.2.3　负载得到机械能的平衡关系12

1.3　交-直-交变频器的主电路及其演变13

1.3.1　交-直-交变频器的结构与原理13

1.3.2　逆变器件的工作条件与发展15

1.4　变频器的输出电压与频率22

1.4.1　变频调速出现的新问题22

1.4.2　变频与变压25

1.4.3　变频变压的具体方法27

1.4.4　正弦脉宽调制的实现29

1.5　交-直-交变频器的主电路31

1.5.1　整流与滤波31

1.5.2　逆变电路35

1.5.3　进一步认识主电路42

1.6　变频器的功率因数47

1.6.1　变频器的输入电流47

1.6.2　功率因数的定义47

1.6.3　提高功率因数的方法49

1.7　主电路的干扰问题52

1.7.1　变频器的干扰源52

1.7.2　电路耦合引起的干扰52

1.7.3　感应耦合引起的干扰54

1.7.4　电磁幅射引起的干扰56

1.8.1　输出电压的测量58

1.8　主电路的测量58

1.8.2　输入电流的测量61

1.8.3　输入功率的测量62

1.9　小结63

1.10　复习思考题65

第2章　电动机变频后的带负载特性67

2.1　异步电动机的机械特性67

2.1.1　异步电动机的自然机械特性68

2.1.2　异步电动机的人工机械特性70

2.2　V/F控制方式72

2.2.1　低频时带负载能力下降的原因72

2.2.2　保持带负载能力不变的方法74

2.2.3　负载变化对电动机磁路的影响76

2.3.1　基本频率及其调整79

2.3　U/f线的选择与调整79

2.3.2　转矩补偿后的电流变化规律81

2.3.3　准确预置U/f比举例82

2.3.4　补偿不当举例84

2.4　矢量控制方式86

2.4.1　矢量控制的基本思想86

2.4.2　应用矢量控制方式的基本要领88

2.4.3　矢量控制的特点与应用89

2.5　变频调速的有效转矩线92

2.5.1　有效转矩线的概念92

2.5.2　fX≤fN的有效转矩线95

2.5.3 fX>fN的有效转矩线96

2.6　拖动系统的传动机构98

2.6.1　常见的传动机构98

2.6.2　传动系统的折算99

2.6.3　调整传动比在实际工作中的应用102

2.7　变频拖动系统的基本规律105

2.7.1　变频拖动系统必须满足的条件105

2.7.2　电动机调速时的功率变化106

2.7.3　负载调速时的功率变化108

2.7.4　电动机的额定转矩与额定转速的关系111

2.7.5　传动比在拖动系统中的作用113

2.8　变频器的选型116

2.8.1 变频器容量的选择116

2.8.2　负载工况与变频器容量的关系118

2.8.3　一台变频器带多台电动机系统122

2.8.4　变频器的类别与选择123

2.9　小结125

2.10　复习思考题126

3.1.1　变频器的控制框图128

3.1　变频器的控制通道128

第3章　变频器的常用功能128

3.1.2　变频器的面板130

3.1.3　外接控制端子131

3.2　模拟量频率给定134

3.2.1　频率给定线134

3.2.2　任意频率给定线的预置134

3.2.3　正、反转的频率给定线137

3.2.4　频率给定的限制功能138

3.3　频率的外接数字量给定142

3.3.1　升速、降速端子的功能及使用142

3.3.2　升速、降速端子的其他活用144

3.3.3　多挡转速控制146

3.4　电动机的起动与加速148

3.4.1　异步电动机的起动148

3.4.2　加速时间与起动电流153

3.4.3　变频器的其他加速功能155

3.4.4　起动的相关功能156

3.5　变频减速和制动158

3.5.1　电动机的自由停机158

3.5.2　电动机的变频停机159

3.5.3　减速时间与直流电压160

3.5.4　变频器的其他减速功能162

3.5.5　直流制动163

3.5.6　停机的相关功能164

3.6　制动电阻和制动单元166

3.6.1　能耗电路的作用与工况166

3.6.2　制动电阻的选择168

3.6.3　制动单元的基本原理172

3.7.1　过载保护174

3.7　变频器的主要保护功能174

3.7.2　过电流保护177

3.7.3　过电压和欠电压保护179

3.7.4　自动电压调整功能181

3.7.5　其他保护功能182

3.7.6　自动重合闸功能183

3.8　小结184

3.9　复习思考题185

第4章　变频调速系统的控制187

4.1　变频器的外接主电路187

4.1.1　外接主电路的配置187

4.1.2　主要电器的选择189

4.2　电动机的正、反转控制电路192

4.2.1　电动机的起动192

4.2.2　电动机的反转195

4.3.1　多挡转速控制196

4.3　外接控制端子的应用196

4.3.2　专用输出端子的应用199

4.3.3　综合应用举例201

4.4　多单元拖动系统的同步控制203

4.4.1　同步控制的概念203

4.4.2　生产机械实例204

4.4.3　同步控制电路205

4.5　变频与工频的切换控制209

4.5.1　切换控制的要点209

4.5.2　切换的控制电路举例211

4.5.3　水泵的切换控制213

4.6　变频器的闭环控制217

4.6.1 闭环控制的目的217

4.6.2　PID调节的概念220

4.6.3　变频器的PID功能225

4.6.4　闭环控制的实施227

4.6.5　闭环控制的起动问题230

4.6.6　多台变频泵的PID控制233

4.7　PID控制的应用举例234

4.7.1 中央空调及其冷却水系统234

4.7.2　冷却水系统的变频调速236

4.8　小结238

4.9　复习思考题240

第5章　变频器在各类负载中的应用242

5.1　应用变频器的基础知识242

5.1.1　变频器的额定数据242

5.1.2　变频器的功能设置243

5.1.3　变频器的功能预置246

5.2　恒转矩负载的变频调速247

5.2.1　恒转矩负载的特点247

5.2.2　恒转矩负载的低速运行与起动249

5.2.3　恒转矩负载的调速范围251

5.2.4　恒转矩负载的功能预置要点254

5.3　重力负载的变频调速256

5.3.1　重力负载及其特点256

5.3.2　变频调速系统的四象限运行257

5.3.3　溜钩的防止260

5.3.4　发生故障时的应急措施264

5.3.5　桥式起重机大车的控制特点265

5.4　恒功率负载的变频调速267

5.4.1　恒功率负载的特点267

5.4.2　变频调速系统的主要问题268

5.4.3　电动机功率与传动比的确定269

5.4.4　卷绕机械变频调速要点271

5.5.1　机床的机械特性273

5.5　机床的变频调速273

5.5.2　卧式车床及拖动系统275

5.5.3　变频调速的改造实例276

5.5.4　龙门刨床的刨台运动281

5.5.5　刨台运动的变频调速284

5.6　二次方律负载的变频调速286

5.6.1 二次方律负载的特点286

5.6.2　风机变频调速要点288

5.6.3　水泵变频调速的功能预置290

5.7　恒压供水系统291

5.7.1　恒压供水的目的291

5.7.2　恒压供水的实例292

5.7.3　暂停功能294

5.7.4　变频器的功能预置实例296

5.8　小结297

5.9　复习思考题299

6.1 拖动系统的节能空间300

6.1.1　工频运行的浪费300

第6章　变频调速的经济效益300

6.1.2　大马拉小车的节能空间302

6.2　调速方法与节能效果304

6.2.1　变速运行的节能空间304

6.2.2　调速方法与节能潜力306

6.2.3　异步电动机的调速方法与功耗308

6.2.4　变频调速最节能312

6.3　变频调速的节能措施313

6.3.1 异步电动机的电流-电压曲线313

6.3.2　大马拉小车的节能措施318

6.3.3　电能的回馈321

6.4.1　水泵管路的基本模型和节能的考察部位324

6.4　从水泵管路的流体功率看节能324

6.4.2　管路的基本特性与工作点327

6.4.3　流体功率的节能分析330

6.5　从电动机的轴功率看节能334

6.5.1 电动机的负载功率334

6.5.2　水泵效率引出的差异336

6.6　从电功率看水泵管路的节能337

6.6.1　水泵低速运行的核心问题337

6.6.2　功能预置与节能效果338

6.7　风机的变频节能339

6.7.1　风机的特性和工作点339

6.7.2　风量的调节方法与比较340

6.7.3　风机变频调速系统要点342

6.8.1　故障率减少的效益343

6.8.2　设备寿命延长的效益343

6.8　全面评价变频调速的经济效益343

6.8.3　产品质量提高的效益345

6.8.4　意外惊喜带来的效益347

6.9　家电的变频调速347

6.9.1 变频调速系统的特点347

6.9.2　家用电器变频调速的其他优点349

6.10　小结350

6.11　复习思考题351

附录352

附录A　部分故障的判断流程352

A.1　过载跳闸的判断流程352

A.2　过电流跳闸的判断流程354

A.3　过电压跳闸的判断流程356

A.4　欠电压跳闸的判断流程356

A.5　低压断路器跳闸的判断流程357

A.6　过热跳闸的判断流程358

A.7　机械振动的判断流程358

附录B　变频器与PLC的配合360

B.1　PLC的基本电路360

B.1.1 电源电路360

B.1.2　信号输入电路361

B.1.3　信号输出电路362

B.1.4　PLC的“软继电器”363

B.2　PLC的梯形图365

B.2.1　梯形图365

B.2.2　编程语言365

B.3　变频器的PLC控制电路举例366

B.3.1　正转控制电路366

B.3.2　正、反转控制电路369

B.3.3　与工频的切换控制370