《变频器原理及应用》

第1章 绪论 1

1.1 通用变频器的发展过程 1

1.1.1 通用变频器的应用范围不断

扩大 2

1.1.2 通用变频器使用的功率器件

不断更新换代 2

1.1.3 控制方式不断发展 3

1.1.4 PWM控制技术进一步

发展 3

1.2 变频器的发展趋势 4

1.2.1 高水平的控制 5

1.2.2 主电路逐步向集成化、高频化

和高效率发展 5

1.2.3 控制量由模拟量向数字量

发展 5

1.2.4 向多功能化和高性能化

发展 6

1.2.5 向大容量和高压化发展 7

1.3 变频器的应用 7

1.3.1 变频器在节能方面的应用 7

1.3.2 变频器在自动化系统中的

应用 7

1.3.3 变频器在提高工艺水平和

产品质量方面的应用 8

本章小结 8

思考与练习 8

第2章 电力电子器件 10

2.1 电力二极管 10

2.1.1 结构与伏安特性 10

2.1.2 主要参数 11

2.1.3 电力二极管的参数选择及

使用注意事项 12

2.2 晶闸管 13

2.2.1 晶闸管的外形和图形符号 13

2.2.2 晶闸管的工作原理 13

2.2.3 晶闸管的阳极伏安特性 14

2.2.4 晶闸管的参数 15

2.2.5 晶闸管的门极伏安特性

及主要参数 16

2.3 门极可关断晶闸管 17

2.3.1 GTO晶闸管的结构 17

2.3.2 GTO晶闸管的工作原理 17

2.3.3 GTO晶闸管的特性 18

2.3.4 GTO晶闸管的主要参数 19

2.4 电力晶体管 20

2.4.1 GTR的结构 20

2.4.2 GTR的主要参数 21

2.4.3 二次击穿现象 21

2.4.4 GTR的驱动电路模块 22

2.5 电力场效应晶体管 22

2.5.1 电力场效应管的结构与工作

原理 23

2.5.2 电力MOSFET的特性 24

2.5.3 电力MOSFET的主要

参数 25

2.6 绝缘栅双极型晶体管 26

2.6.1 IGBT的结构与基本工作

原理 26

2.6.2 IGBT的基本特性 27

2.6.3 IGBT的主要参数 29

2.6.4 IGBT的驱动电路 30

2.7 集成门极换流晶闸管 30

2.7.1 IGCT的结构 30

2.7.2 IGCT的特点 31

2.8 MOS控制晶闸管 32

2.8.1 MCT的结构与工作原理 32

2.8.2 MCT的主要参数 33

2.9 静电感应晶体管 33

2.9.1 SIT的基本结构和工作

原理 33

2.9.2 SIT的特性 34

2.9.3 SIT的极限参数 34

2.10 智能功率模块 35

本章小结 36

思考与练习 36

第3章 变频技术 37

3.1 整流电路 37

3.1.1 不可控整流电路 38

3.1.2 可控整流电路 39

3.2 中间电路 46

3.3 逆变电路 48

3.3.1 逆变电路的工作原理 48

3.3.2 电压型和电流型逆变

电路 49

3.3.3 单相半桥逆变电路 50

3.3.4 单相全桥逆变电路 51

3.3.5 三相桥式逆变电路 52

3.4 SPWM控制技术 55

3.4.1 SPWM控制的基本原理 55

3.4.2 PWM逆变电路的控制

方式 57

本章小结 61

思考与练习 61

第4章 电机与电力拖动 62

4.1 异步电动机 62

4.1.1 异步电动机的工作原理 62

4.1.2 异步电动机的铭牌参数 63

4.1.3 电动机的工作制 65

4.1.4 变频有效输出值 65

4.1.5 电动机容量的选择 66

4.1.6 异步电动机的等效电路及

其平衡方程式 66

4.1.7 异步电动机的功率及

转矩 68

4.2 异步电动机的机械特性与运行 69

4.2.1 异步电动机的机械特性 69

4.2.2 异步电动机的运行 70

4.2.3 异步电动机的调速 72

4.3 负载的机械特性 73

4.3.1 恒转矩负载 74

4.3.2 恒功率负载 75

4.3.3 二次方律负载 76

4.4 拖动系统与传动机构 77

4.4.1 拖动系统 77

4.4.2 传动机构的作用及系统

参数 78

本章小结 79

思考与练习 79

第5章 变频器的控制方式 81

5.1 变频器的基本类型 81

5.1.1 按主电路工作方式分类 81

5.1.2 按开关方式分类 82

5.1.3 按工作原理分类 84

5.1.4 按用途分类 85

5.2 变频器的控制方式 87

5.2.1 U/f控制 87

5.2.2 转差频率控制 89

5.2.3 矢量控制通用变频器 90

5.2.4 直接转矩控制 98

5.3 高压变频器 104

5.3.1 主电路的拓扑结构 105

5.3.2 控制方式 109

5.3.3 高压变频器对电网与电动机

的影响 110

本章小结 111

思考与练习 111

第6章 变频器参数与选择 112

6.1 变频器的原理框图与接线端子 112

6.1.1 变频器的外形与结构 112

6.1.2 变频器的原理框图 113

6.1.3 变频器与外部连接的端子 114

6.2 变频器的操作与运行 115

6.2.1 面板配置(FR-PZ02-02)及

键盘简介 115

6.2.2 功能结构及预置流程 116

6.2.3 运行操作 121

6.3 功能及参数 125

6.3.1 频率的给定功能 125

6.3.2 频率控制功能 128

6.3.3 启动、升速、降速、制动

功能 129

6.3.4 PID调节功能 132

6.3.5 保护功能 136

6.3.6 变频器控制方式 137

6.4 负载和操作模式、电机选择 138

6.4.1 适用负载选择 138

6.4.2 操作模式选择 138

6.4.3 使用电机选择 139

6.5 变频器的选择 139

6.5.1 风机、泵类负载变频器的

选择 139

6.5.2 机械传动系统变频器的

选择 141

6.5.3 变频器容量计算 143

6.6 变频调速系统的主电路及电器

选择 144

6.6.1 变频调速系统主电路的

结构 144

6.6.2 断路器 145

6.6.3 接触器 145

6.6.4 输入交流电抗器 146

6.6.5 无线电噪声滤波器 147

6.6.6 制动电阻及制动单元 148

6.6.7 直流电抗器 149

6.6.8 输出交流电抗器 149

6.7 变频器系统的控制电路 149

6.7.1 变频器控制电路的主要

组成 149

6.7.2 正转控制电路 150

6.7.3 正、反转控制 151

6.7.4 升速与降速控制 152

6.7.5 变频与工频切换的

控制电路 154

6.8 变频器与PLC的链接 155

6.9 变频器与PC的通信 157

本章小结 160

思考与练习 160

第7章 变频器的安装与维护 161

7.1 变频器的安装 161

7.1.1 主电路控制开关及导线线径

选择 161

7.1.2 变频器的安装环境 162

7.1.3 安装方向和空间 163

7.1.4 变频器在多粉尘现场的

安装 163

7.1.5 安装布线 164

7.2 变频器的抗干扰及抑制 166

7.2.1 对变频器的干扰 166

7.2.2 变频器产生的干扰 167

7.2.3 抑制变频器干扰的措施 167

7.3 变频调速系统的调试 170

7.3.1 通电前的检查 170

7.3.2 通电检查 171

7.3.3 空载试验 171

7.3.4 带负载测试 172

7.4 变频器的维护、保养与故障处理 173

7.4.1 维护和检查时的注意事项 173

7.4.2 变频器的日常巡视 173

7.4.3 变频器的定期维护与保养 174

7.4.4 变频器的常见故障及处理 175

本章小结 177

思考与练习 178

第8章 变频器综合应用 179

8.1 变频器在恒压供水中的应用 179

8.1.1 恒压供水技术 179

8.1.2 节能原理 179

8.1.3 系统结构 181

8.1.4 工作原理 182

8.1.5 PLC控制系统 182

8.1.6 注意事项 183

8.2 变频器在家用空调中的应用 184

8.2.1 家用空调概述 184

8.2.2 变频器解决方案 184

8.3 中央空调的变频调速 185

8.3.1 中央空调的构成 185

8.3.2 循环水系统的特点 187

8.3.3 冷却水系统的变频调速 188

8.3.4 冷冻水系统的变频调速 190

8.4 变频器在电梯中的应用 192

8.4.1 电梯概述 192

8.4.2 616G5变频器调速系统 192

8.4.3 变频器功率及制动电阻

的选择 193

8.4.4 电梯用变频器的主要功能 194

8.4.5 变频器的噪声抑制 194

8.4.6 常见问题 194

8.5 变频器在叠压供水中的应用 195

8.5.1 国内、外供水现状 195

8.5.2 叠压供水系统组成及

原理 196

8.5.3 系统的软件设计 197

8.5.4 节能分析 198

8.6 PLC与变频器连接实现多挡

转速控制 198

8.6.1 用旋转开关控制 198

8.6.2 用PLC控制多段速运行 199

8.7 刨台运动的变频调速改造 203

8.7.1 变频调速系统及设计

要点 203

8.7.2 刨台往复运动的控制 204

8.8 空气压缩机的变频调速及应用 208

8.8.1 空气压缩机变频调速机理 208

8.8.2 空气压缩机加、卸载供气控制

方式存在的问题 208

8.8.3 空气压缩机变频调速的

设计 209

8.8.4 空气压缩机变频调速的安装

调试 213

8.8.5 空气压缩机变频调速后的

效益 214

本章小结 215

思考与练习 215

第9章 项目实训 216

项目1 正转连续控制电路 216

项目2 正、反转控制电路 225

项目3 外接两地控制电路 230

项目4 变频与工频切换的控制电路 237

项目5 PID控制电路 240

项目6 多段速控制电路 247

项目7 1控X切换电路 254

项目8 输入端子操作控制 261

项目9 模拟信号操作控制 265

项目10 多段速频率控制 269

项目11 PLC联机延时控制操作 275

项目12 PLC联机多段速频率控制 281

附录A 286

附录B 290

附录C 301

参考文献 310

《变频器原理及应用》从变频器使用者的角度出发，从理论到实践，由浅入深地阐述了变频调速的基础知识、常用电力电子器件介绍和选用、变频器的基本组成原理、电动机变频调速机械特性、变频器的控制方式、变频调速系统主要电器的选用；重点阐述了变频器的操作、运行、安装、调试、维护及抗干扰，变频器在风机、水泵、中央空调、空气压缩机、提升机等方面的应用实例等。

《变频器原理及应用》注重实际、强调应用、结构合理、通俗易懂、取材新颖、叙述清晰，可作为高职高专院校工业自动化、电气工程及自动化、机电一体化、自动控制及其他相关专业的教材，同时也可供相关专业工程技术人员参考。

《变频器原理及应用(第2版)》内容通俗易懂、注重实用，没有高深的理论分析及数学运算，从实用的角度列举了多种应用实例，具有很高的参考价值。《变频器原理及应用(第2版)》可作为高职高专院校自动化类、机电类及相关专业的教材，也可供从事机电技术和电气技术的人员参考。

第1章绪论1

1.1通用变频器的发展过程1

1.1.1通用变频器的应用范围

不断扩大2

1.1.2通用变频器使用的功率器件

不断更新换代2

1.1.3控制方式不断发展3

1.1.4PWM控制技术的

进一步发展3

1.2变频器的发展趋势4

1.2.1高水平的控制5

1.2.2主电路逐步向集成化、

高频化和高效率发展5

1.2.3控制量由模拟量向数字量

发展5

1.2.4向多功能化和高性能化发展6

1.2.5向大容量和高压化发展7

1.3变频器的应用7

1.3.1变频器在节能方面的应用7

1.3.2变频器在自动化系统中的

应用8

1.3.3变频器在提高工艺水平和

产品质量方面的应用8

本章小结8

思考与练习9

第2章电力电子器件10

2.1电力二极管10

2.1.1结构与伏安特性10

2.1.2主要参数11

2.1.3电力二极管的参数选择及

使用注意事项12

2.2晶闸管13

2.2.1晶闸管的外形和图形符号13

2.2.2晶闸管的工作原理13

2.2.3晶闸管的阳极伏安特性14

2.2.4晶闸管的参数15

2.2.5晶闸管的门极伏安特性及

主要参数16

2.3门极可关断晶闸管17

2.3.1GTO晶闸管的结构17

2.3.2GTO晶闸管的工作原理17

2.3.3GTO晶闸管的特性18

2.3.4GTO晶闸管的主要参数19

2.4电力晶体管20

2.4.1GTR的结构20

2.4.2GTR的主要参数21

2.4.3二次击穿现象21

2.4.4GTR的驱动电路模块22

2.5电力场效应晶体管23

2.5.1电力MOSFET的结构与

工作原理23

2.5.2电力MOSFET的特性24

2.5.3电力MOSFET的主要参数25

2.6绝缘栅双极型晶体管26

2.6.1IGBT的结构与

基本工作原理27

2.6.2IGBT的基本特性27

2.6.3IGBT的主要参数29

2.6.4IGBT的驱动电路30

2.7集成门极换流晶闸管30

2.7.1IGCT的结构30

2.7.2IGCT的特点32

2.8MOS控制晶闸管32

2.8.1MCT的结构与工作原理32

2.8.2MCT的主要参数33

2.9静电感应晶体管33

2.9.1SIT的基本结构和工作原理33

2.9.2SIT的伏安特性34

2.9.3SIT的极限参数35

2.10智能功率模块35

本章小结36

思考与练习36

第3章变频技术38

3.1整流电路38

3.1.1不可控整流电路39

3.1.2可控整流电路40

3.2中间电路47

3.3逆变电路49

3.3.1逆变电路的工作原理49

3.3.2电压型和电流型逆变电路50

3.3.3单相半桥逆变电路51

3.3.4单相全桥逆变电路52

3.3.5三相桥式逆变电路53

3.4SPWM控制技术56

3.4.1SPWM控制的基本原理56

3.4.2PWM逆变电路的控制方式58

本章小结62

思考与练习62

第4章电动机与电力拖动63

4.1异步电动机63

4.1.1异步电动机的工作原理63

4.1.2异步电动机的铭牌参数64

4.1.3电动机的工作制66

4.1.4变频有效输出值66

4.1.5电动机容量的选择67

4.1.6异步电动机的等效电路

及其平衡方程式67

4.1.7异步电动机的功率及转矩69

4.2异步电动机的机械特性与运行70

4.2.1异步电动机的机械特性70

4.2.2异步电动机的运行71

4.2.3异步电动机的调速73

4.3负载的机械特性75

4.3.1恒转矩负载75

4.3.2恒功率负载76

4.3.3二次方律负载77

4.4拖动系统与传动机构78

4.4.1拖动系统78

4.4.2传动机构的作用及系统参数79

本章小结80

思考与练习80

第5章变频器的控制方式82

5.1变频器的基本类型82

5.1.1按主电路的工作方式分类82

5.1.2按开关方式分类83

5.1.3按工作原理分类85

5.1.4按用途分类86

5.2变频器的控制方式88

5.2.1U/f控制88

5.2.2转差频率控制90

5.2.3矢量控制通用变频器91

5.2.4直接转矩控制99

5.3高压变频器105

5.3.1主电路的拓扑结构106

5.3.2控制方式110

5.3.3高压变频器对电网与

电动机的影响111

本章小结112

思考与练习112

第6章变频器的参数与选择113

6.1变频器的原理框图与接线端子113

6.1.1变频器的外形与结构113

6.1.2变频器的原理框图114

6.1.3变频器与外部连接的端子115

6.2变频器的操作与运行116

6.2.1面板配置(FR-PZ02-02)及

键盘简介116

6.2.2功能结构及预置流程117

6.2.3运行操作122

6.3功能及参数126

6.3.1频率的给定功能126

6.3.2频率控制功能129

6.3.3启动、升速、降速、制动

功能130

6.3.4PID调节功能133

6.3.5保护功能137

6.3.6变频器的控制方式138

6.4负载和操作模式、电动机的选择139

6.4.1适用负载选择139

6.4.2操作模式选择139

6.4.3适用电动机的选择140

6.5变频器的选择140

6.5.1风机、泵类负载变频器的

选择140

6.5.2机械传动系统变频器的

选择142

6.5.3变频器容量计算144

6.6变频调速系统的主电路及

电器选择145

6.6.1变频调速系统主电路的

结构145

6.6.2断路器146

6.6.3接触器146

6.6.4输入交流电抗器147

6.6.5无线电噪声滤波器148

6.6.6制动电阻及制动单元149

6.6.7直流电抗器150

6.6.8输出交流电抗器150

6.7变频器系统的控制电路150

6.7.1变频器控制电路的

主要组成150

6.7.2正转控制电路151

6.7.3正、反转控制152

6.7.4升速与降速控制153

6.7.5变频与工频切换的

控制电路155

6.8变频器与PLC的连接156

6.9变频器与PC的通信158

本章小结161

思考与练习161

第7章变频器的安装与维护162

7.1变频器的安装162

7.1.1主电路控制开关及导线

线径的选择162

7.1.2变频器的安装环境163

7.1.3安装的方向和空间164

7.1.4变频器在多粉尘现场的

安装164

7.1.5安装布线165

7.2变频器的抗干扰及抑制167

7.2.1对变频器的干扰167

7.2.2变频器产生的干扰168

7.2.3抑制变频器干扰的措施168

7.3变频调速系统的调试171

7.3.1通电前的检查171

7.3.2通电检查172

7.3.3空载试验173

7.3.4带负载测试173

7.4变频器的维护、保养与故障处理174

7.4.1维护和检查时的注意事项174

7.4.2变频器的日常巡视175

7.4.3变频器的定期维护与保养175

7.4.4变频器的常见故障及处理176

本章小结178

思考与练习179

第8章变频器的综合应用180

8.1变频器在恒压供水中的应用180

8.1.1恒压供水技术180

8.1.2节能原理180

8.1.3系统结构182

8.1.4工作原理183

8.1.5PLC控制系统183

8.1.6注意事项184

8.2变频器在家用空调中的应用185

8.2.1家用空调概述185

8.2.2变频器解决方案185

8.3中央空调的变频调速186

8.3.1中央空调的构成186

8.3.2循环水系统的特点188

8.3.3冷却水系统的变频调速189

8.3.4冷冻水系统的变频调速191

8.4变频器在电梯中的应用193

8.4.1电梯概述193

8.4.2616G5变频器调速系统193

8.4.3变频器功率及制动电阻的

选择194

8.4.4电梯用变频器的主要功能195

8.4.5变频器的噪声抑制195

8.4.6常见问题195

8.5变频器在叠压供水中的应用196

8.5.1国内、外供水现状196

8.5.2叠压供水系统的组成及

原理197

8.5.3系统的软件设计198

8.5.4节能分析199

8.6PLC与变频器连接实现多挡转速

控制199

8.6.1用旋转开关控制200

8.6.2用PLC控制多段速运行200

8.7刨台运动的变频调速改造204

8.7.1变频调速系统及设计要点204

8.7.2刨台往复运动的控制205

8.8空气压缩机的变频调速及应用209

8.8.1空气压缩机变频调速的

机理209

8.8.2空气压缩机加、卸载供气

控制方式存在的问题210

8.8.3空气压缩机变频调速的

设计211

8.8.4空气压缩机变频调速的

安装调试215

8.8.5空气压缩机变频调速后的

效益216

本章小结216

思考与练习216

第9章项目实训218

项目1正转连续控制电路218

一、项目目的218

二、项目内容218

三、相关知识点分析218

四、设备、工具和材料准备222

五、操作方法223

六、训练内容226

七、评分标准226

项目2正、反转控制电路227

一、项目目的227

二、项目内容227

三、相关知识点分析227

四、设备、工具和材料准备229

五、操作方法229

六、训练内容232

七、评分标准232

项目3外接两地控制电路232

一、项目目的232

二、项目内容232

三、相关知识点分析233

四、设备、工具和材料准备235

五、操作方法236

六、训练内容238

七、评分标准238

项目4变频与工频切换的控制电路239

一、项目目的239

二、项目内容239

三、相关知识点分析239

四、设备、工具和材料准备239

五、操作方法240

六、训练内容241

七、评分标准241

项目5PID控制电路242

一、项目目的242

二、项目内容242

三、相关知识点分析242

四、设备、工具和材料准备244

五、操作方法245

六、训练内容248

七、评分标准248

项目6多段速控制电路249

一、项目目的249

二、项目内容249

三、相关知识点分析249

四、设备、工具和材料准备252

五、操作方法253

六、训练内容255

七、评分标准256

项目71控X切换电路256

一、项目目的256

二、项目内容256

三、相关知识点分析256

四、设备、工具和材料准备260

五、操作方法261

六、训练内容262

七、评分标准262

项目8输入端子操作控制263

一、项目目的263

二、项目内容263

三、相关知识点分析263

四、设备、工具和材料准备264

五、操作方法264

六、训练内容267

七、评分标准267

项目9模拟信号操作控制267

一、项目目的267

二、项目内容268

三、相关知识点分析268

四、设备、工具和材料准备268

五、操作方法269

六、训练内容270

七、评分标准271

项目10多段速频率控制271

一、项目目的271

二、项目内容271

三、相关知识点分析272

四、设备、工具和材料准备273

五、操作方法274

六、训练内容276

七、评分标准276

项目11PLC联机延时控制操作277

一、项目目的277

二、项目内容277

三、相关知识点分析277

四、设备、工具和材料准备279

五、操作方法280

六、训练内容283

七、评分标准283

项目12PLC联机多段速频率控制283

一、项目目的283

二、项目内容284

三、设备、工具和材料准备284

四、操作方法285

五、训练内容287

六、评分标准287

附录A288

附录B293

附录C304

参考文献314