变频器应用教程

本书介绍了低压变频器的基本原理及其主要功能，讲述了异步电动机的变频调速系统在使用过程中需要注意的问题，并具体分析了变频调速系统在不同类型负载中应用的要点，论述了变频调速的经济效益。除此以外，《变频器应用教程(第2版)》还介绍了变频器内部的控制电路，并且较详细地讲解了变频器维修方面的一些常见问题。

前言

第1章 变频器主电路

1.1 三相交流异步电动机简介

1.2 电动机在能量转换中的平衡关系

1.3 交一直一交变频器

1.4 变频器的输出电压与频率

1.5 交-直一交变频器的主电路

1.6 变频器各环节电流

1.7 变频器的功率因数

1.8 载波频率及其影响

第2章 变频器的常用功能

2.1 变频器的控制方式

2.2 V/F控制方式

2.3 U/F线的选择与调整

2.4 矢量控制和直接转矩控制方式

2.5 变频器频率给定功能

2.6 电动机加速和起动

2.7 变频减速和制动

2.8 制动电阻和制动单元

2.9 预置加、减速时间的依据

第3章 变频器的外部控制

3.1 变频器的外接主电路

3.2 电动机起动和停机控制

3.3 外接数字量加、减速的应用

3.4 多挡转速控制

3.5 输出控制端子及其应用

3.6 多单元拖动系统的同步控制

3.7 变频和工频切换控制

3.8 变频调速系统的闭环控制

3.9 PID功能的调试

第4章 变频器拖动系统及其应用

4.1 变频后的电动机

4.2 变频器应用的基础知识

4.3 变频拖动系统的基本规律

4.4 恒转矩负载的变频调速

4.5 重力负载的变频调速

4.6 恒功率负载的变频调速

4.7 二次方律负载的变频调速

第5章 变频调速的经济效益

5.1 拖动系统的节能空间

5.2 调速方法与节能效果

5.3 变频调速的节能措施

5.4 从水泵管路的流体功率看节能

5.5 从电动机的轴功率看节能

5.6 从电功率看水泵管路的节能

5.7 风机变频的节能

5.8 全面评价变频调速的经济效益

第6章 变频器的控制电路

6.1 变频器的控制框图

6.2 开关电源概述

6.3 变频器里的开关电源

6.4 CPU的外围电路

6.5 电流的检测与保护

6.6 电压和温度的检测

6.7 IGBT的驱动电路

第7章 变频器的故障、检测与调试

7.1 变频器的故障分析

7.2 主电路部件的检查与损坏原因

7.3 主要控制电路的故障分析

7.4 变频调速系统的试验与调试

7.5 变频器的整机测量

7.6 变频器的抗干扰

7.7 家用电器的变频调速

附录

附录A变频调速系统的实验

实验1变频器通电

实验2外接端子的基本控制

实验3变频器各环节的电压和电流

实验4加、减速实验

实验5U/F线的实验

实验6多挡转速控制

实验7机械特性实验

实验8低频负载电流实验

实验9u形曲线实验

实验10恒压供水实验

附录B几种自制器件

1.整流式电压表

2.外接频率表

3.自制制动电阻

4.自制制动单元2100433B

前言

第 1章 异步电动机的能量传递 ................. 1

11 后来居上的异步电动机 .................. 1

111 无与伦比的转子结构................... 1

112 诞生就知变频好..................... 3

12 能量传递的平衡关系 ................... 5

121 定子建立磁场的平衡关系................. 5

122 磁场传递能量的平衡关系................. 9

123 负载得到机械能的平衡关系 ............... 12

124 电动机的等效电路 ................... 14

13 机械特性看能力 ..................... 16

131 用户关心 4件事 .................... 16

132 机械特性说明的问题 .................. 18

14 异步电动机的发电状态 ................. 19

141 异步发电机的特殊性 .................. 19

142 发电机状态的特点 ................... 21

15 拖动系统的传动机构 .................. 23

151 常见的传动机构 .................... 23

152 传动机构的折算 .................... 24

16 异步电动机的铭牌.................... 26

161 铭牌上的运行数据 ................... 26

162 异步电动机的型号与接法 ................ 28

Ⅵ 变频器应用教程 第 3版

163 异步电动机的定额 ................... 29

164 电动机的运行定额 ................... 31

小结............................. 33

复习思考题.......................... 34

第 2章 交 －直 －交变频器 ................... 36

21 交 －直 －交变频器的结构与原理............. 36

211 自生交流好变频 .................... 36

212 “怀胎”百年说因由 .................. 38

213 单进三出变频器 .................... 41

22 磁通传递是核心 ..................... 43

221 稳住磁通不能忘 .................... 43

222 电压要随频率变 .................... 45

223 调制脉宽随正弦 .................... 46

224 SPWM的实施 ..................... 49

23 交 －直 －交变频器的主电路 ............... 51

231 整流滤波有特点 .................... 51

232 逆变输出能交换 .................... 54

24 输入电流变异多 ..................... 55

241 输入输出不相同 .................... 55

242 三相电流不平衡 .................... 58

243 功率因数变了味 .................... 60

25 载波频率有影响 ..................... 63

251 对输出电压的影响 ................... 64

252 对输出电流的影响 ................... 65

253 对电磁噪声的影响 ................... 66

26 对抗干扰有措施 ..................... 67

261 变频器的干扰源 .................... 67

262 干扰信号的传播途径 .................. 67

目 录 Ⅶ

263 抗干扰的措施 ..................... 68

27 交 －直 －交变频的改进 ................. 71

271 整流脉波翻了倍 .................... 71

272 逆变采用三电平 .................... 72

273 变频电动机 ...................... 75

小结............................. 76

复习思考题.......................... 78

第 3章 变频拖动系统 ..................... 80

31 低频运行的新问题.................... 80

311 低频试验看结果 .................... 80

312 能力下降问磁通 .................... 81

32 V/F方式补磁通 ..................... 82

321 增磁途径唯电压 .................... 82

322 转矩提升的预置 .................... 86

33 矢量控制定磁通 ..................... 86

331 矢量控制仿直流 .................... 87

332 矢量控制的实施 .................... 89

333 矢量控制的转速反馈 .................. 91

34 直接转矩控制用 “棒 －棒” ............... 92

341 浅说 “棒 －棒” .................... 92

342 直接转矩控制简介 ................... 93

343 直接转矩控制的优缺点 ................. 95

35 变频调速的有效转矩线 ................. 95

351 有效转矩线的定义 ................... 96

352 fX≤fN 的有效转矩线 .................. 97

353 fX >fN 的有效转矩线 .................. 97

36 变频调速的起动与加速 ................. 99

361 异步电动机的起动 ................... 99

Ⅷ 变频器应用教程 第 3版

362 加速时间与起动电流 .................. 102

363 加速方式 ....................... 104

364 起动功能 ....................... 105

37 变频调速的减速与制动 ................. 106

371 电动机的自由停机 ................... 107

372 电动机的变频停机 ................... 108

373 降频时电动机的状态 .................. 108

374 减速时间与泵升电压 .................. 110

375 直流制动 ....................... 111

38 制动电阻和制动单元 .................. 112

381 制动电阻和制动单元的作用 ............... 113

382 制动单元的工况 .................... 114

39 频率的限制功能 .................... 116

391 上限频率和下限频率 .................. 116

392 回避频率 ....................... 117

310 转矩、转速和功率的关系 ............... 118

3101 拖动系统的基本规律 ................. 118

3102 误区 1———甩掉笨重的减速器 ............. 119

3103 误区 2———增大频率提高生产率 ............ 121

3104 误区 3———减少磁极对数以减小体积 .......... 123

小结 ............................ 124

复习思考题 ......................... 125

第 4章 变频器的内部控制电路 ................ 126

41 变频器的内部控制框图 ................. 126

411 主控电路的运算功能 .................. 126

412 主控电路与外电路的联系 ................ 127

42 变频器的开关电源 ................... 128

421 开关电源的电源进线 .................. 128

目 录 Ⅸ

422 脉冲变压器 ...................... 129

423 脉冲变压器的一次电路 ................. 130

424 脉冲变压器的二次电路 ................. 132

43 IGBT的驱动电路 .................... 134

431 IGBT的主要参数 ................... 134

432 IGBT的开通与关断 .................. 135

433 IGBT的结电容 .................... 136

434 IGBT对驱动电路的要求 ................ 137

435 IGBT的分立元件驱动电路 ............... 140

436 集成驱动模块示例 ................... 142

437 IGBT智能模块 .................... 144

44 变频器的采样与保护电路................ 145

441 电流的采样 ...................... 145

442 电流的保护 ...................... 149

443 电压的检测与保护 ................... 151

45 断相与接地的保护 ................... 153

451 断相保护 ....................... 153

452 接地的判断与保护 ................... 154

46 过热保护 ........................ 156

461 温度的检测 ...................... 156

462 热敏电阻的过热保护 .................. 156

463 风扇的控制 ...................... 157

小结 ............................ 159

复习思考题 ......................... 161

第 5章 变频器的应用技术 .................. 162

51 变频器的面板和功能预置................ 162

511 数据显示屏 ...................... 162

512 液晶显示屏 ...................... 163

Ⅹ 变频器应用教程 第 3版

513 变频器的键盘配置 ................... 163

514 变频器的功能预置 ................... 166

52 变频器的外接主电路 .................. 167

521 主电路的接线端子 ................... 167

522 外接主电路 ...................... 168

53 变频器的外部控制电路 ................. 170

531 外部控制端子的配置 .................. 170

532 模拟量输入信号 .................... 171

533 模拟量输入电路 .................... 171

534 模拟量输入的扩展 ................... 173

54 开关量输入电路 .................... 174

541 开关量输入端的接收电路 ................ 174

542 电动机的起动控制 ................... 175

543 升、降速端子的应用示例 ................ 177

544 多档转速的控制 .................... 180

55 外接模拟量输出电路 .................. 183

551 模拟量输出电路 .................... 183

552 模拟量输出的应用示例 ................. 184

56 变频器的报警输出 ................... 185

561 报警输出电路 ..................... 185

562 报警输出的外部控制 .................. 185

57 外接开关量输出电路 .................. 186

571 开关量输出电路 .................... 186

572 应用举例 ....................... 187

58 变频器的面板电路 ................... 188

581 键盘输入电路 ..................... 188

582 LED显示电路..................... 189

583 LED显示屏...................... 191

59 变频器的闭环控制 ................... 192

目 录 Ⅺ

591 闭环控制的概念 .................... 192

592 闭环控制的实施 .................... 194

593 PID的概念 ...................... 196

594 控制逻辑 ....................... 200

595 压力传感器的接线 ................... 201

596 闭环控制的起动问题 .................. 201

597 PID功能的调试 .................... 203

小结 ............................ 204

复习思考题 ......................... 206

第 6章 因机施变用变频.................... 207

61 风机变频调速 ..................... 207

611 离心式风机的机械特性 ................. 207

612 离心式风机的运行特点 ................. 209

613 风机变频要点 ..................... 210

62 水泵变频调速 ..................... 213

621 水泵与风机的异同 ................... 214

622 供水系统概况 ..................... 214

623 恒压供水的闭环控制 .................. 216

63 带式输煤机的变频改造 ................. 218

631 带式输煤机的特点 ................... 218

632 变频调速示例 ..................... 219

64 饮料灌装输送带的变频改造 .............. 221

641 运行特点 ....................... 221

642 电动机特点 ...................... 221

643 变频改造要点 ..................... 222

65 卷绕机的变频改造 ................... 223

651 卷绕机的机械特性 ................... 223

652 变频改造的主要问题 .................. 225

Ⅻ 变频器应用教程 第 3版

653 减小电动机容量的思考 ................. 225

654 卷绕机的转矩控制 ................... 227

66 车床的变频改造 .................... 228

661 车床的大致构造 .................... 228

662 主拖动的机械特性 ................... 230

663 变频调速的改造实例 .................. 232

664 变频改造的试探 .................... 234

665 两档传动比方案 .................... 235

67 重力负载的变频调速 .................. 237

671 重力负载及其特点 ................... 237

672 变频调速的四象限运行 ................. 238

673 溜钩的防止 ...................... 240

674 重力负载变频改造示例 ................. 241

小结 ............................ 243

复习思考题 ......................... 244

附录 .............................. 245

附录 A 变频调速系统实验 ................. 245

实验 1 变频器通电 ..................... 245

实验 2 外接端子的基本控制 ................. 248

实验 3 变频器各环节的电压和电流 .............. 250

实验 4 加、减速实验 .................... 253

实验 5 U/f线的实验..................... 254

实验 6 多档转速控制 .................... 257

实验 7 机械特性实验 .................... 258

实验 8 低频负载电流实验 .................. 260

实验 9 U形曲线实验 .................... 261

实验 10 恒压供水实验 .................... 263

附录 B 几种自制器件 .................... 265

目 录 

B1 整流电压表 ...................... 265

B2 外接频率表 ...................... 266

B3 自制制动电阻 ..................... 267

B4 自制制动单元 ..................... 268

附录 C 无触点快速制动器 ................. 270

C1 快速制动器简介 .................... 270

C2 变频调速系统的停机控制 ................ 275

C3 快速制动器的外部接线 ................. 277

C4 和其他制动方式的比较 ................. 2782100433B

本书主要介绍了异步电动机的能量传递、交-直-交变频器、变频拖动系统、变频器的内部控制电路、变频器的应用技术以及应用实例。本书突出了各部分的核心内容，语言表述清晰、通俗易懂。本书适合工矿企业中的工程师和技术工人阅读，也可以作为中专和高职的教材。