变频器应用教程（第3版）

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。

本书第2版自2008年问世至今已经走过6个年头，承蒙很多高校材料力学教学第一线的老师和同学以及业余读者的关爱和支持，已经连续印刷了10次。 2012年获得清华大学优秀教材特等奖；同年，相应的教学成果获得北京市高等学校优秀教学成果一等奖。2012年本书第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；2013年被批准为清华大学“985”三期名优教材建设项目立项。

最近的6年里，著者秉承不断提高课程重量、着力培养学生创新思维能力的教育与教学理念，先后在清华大学、南京航空航天大学、北京工业大学以及北京邮电大学从事“材料力学”研究型教学的研究与实践，坚持全过程讲授这门课程，授课对象每年约200名。在同事和同学们的支持与帮助下，对于教育和教学改革又有了一些新的体会和收获。材料力学（第3版）将着重反映6年来我们在研究型教学方面所取得的成果。主要有: 怎样在基于普遍提高教学质量的基础上，培养学生的创新思维能力；怎样提高课程的吸引力，增强课程教学的学术性；怎样挖掘基本教学内容的深度；怎样对传统内容中的某些概念、理论和方法加以改革和更新，突出挑战性。基于此，本书第3版修订的主要内容有以下几方面。

第一，调整了部分章节，将材料的力学性能从“第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题”中独立出来，形成“第3章 常温静载下材料的力学性能”； 重写了“剪力图与弯矩图”作为第6章；将原来的第6章分为3章: “第7章 平面弯曲正应力分析与强度设计”和“第8章 弯曲剪应力分析与弯曲中心的概念”以及“第9章 斜弯曲、弯曲与拉伸或压缩同时作用时的应力计算与强度设计”；将原来的第8章分为: “ 应力状态与应变状态分析”和“一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用”，分别列为第11章和12章；将原来的12章也分为两章: “动载荷与动应力概述”和“疲劳强度与构件寿命估算概述”，分别列为第16章和第17章。

第二，增加了部分教学内容，主要有: 部分非金属材料的力学性能；梁的位移叠加法中的逐段刚化法；应变分析；细长压杆实验结果；线性累积损伤与疲劳寿命估算等。

第三，将力系简化的方法引入横截面的内力分析，改革传统剪力图与弯矩图的画法。

第四，正确处理变形与位移概念的联系与区别，将确定梁的转角和挠度的章节名改为“梁的位移分析与刚度设计”。

第五，在部分章节引入“反问题”: 相对于正问题，反问题的解答不是唯一的，通过对于反问题的思考，一方面可以加深对于正问题的理解；另一方面可以激励创新思维。

第六，在部分章节设计了“开放式思维案例”作为学生课外学习和研究的资源。最近几年的教学实践表明，这对于刺激思维鼓励创新是一种有效的措施。材料力学（第3版）第七，增加了若干工程案例以及灾难性工程事故的力学解析。

第八，增加和改变了部分例题和习题。

随着课程研究型教学在更多高校开展、深入和发展，材料力学的课程教学以及教材建设还会遇到一些新问题，我们将一如既往地坚持“在教学中研究，在研究中教学”，以不断提高人才培养质量为己任，在教学实践的基础上，不断提高材料力学教材的质量。

这一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在国内完成；2013年7—8月在加拿大多伦多定稿。定稿期间，得到旅加的赵渊先生和范心明女士的大力支持和协助，在本书出版之际，著者谨表诚挚谢意。

诚挚地感谢广大读者对本书的关爱，希望大家对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

范钦珊2014.1.11

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