变频器技术应用（第2版）.pdf

职业教育精品规划教材 变频器技术应用（第 2 版）主 编 姚锡禄 副主编 庞党锋 张文辉 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 变频器技术应用是电气运行与控制专业的一门主干课程，本书共有 9 个项目，采用“项目引领、任务推动”方式教学，主要介绍电力电子器件和微处理器的基本知识；“交-直-交”型变频器的电路结构及工作原理；变频器各种基本运行方式；变频器选择条件及方法；变频器可靠性的探讨及提高方法；变频器安装及使用知识；由变频器为核心构成的调速系统及其功能；本书继承了第 1 版的风格，以西门子 MM4 系列变频器为典型，而在项目八中介绍了属“劳动系统”中的中职学校非常广泛使用的“松下变频器”；最后在项目九中介绍几个变频器实际应用的典型事例。在一些项目中，本书采用“案例分析”的方法，介绍变频器在实际应用中遇到的问题及解决方法，帮助读者总结经验，提高解决问题的能力。本书适合作为职业教育电气工程类专业的教学用书，也可作为电气工程从业人员的参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 变频器技术应用/姚锡禄主编.2 版.北京：电子工业出版社，2018.6 职业教育精品规划教材 ISBN 978-7-121-32150-4.变.姚.变频器职业教育教材.TN773 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2017）第 165503 号 策划编辑：白 楠 责任编辑：白 楠 特约编辑：王 纲 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：17.25 字数：441.6 千字 版 次：2009 年 1 月第 1 版 2018 年 6 月第 2 版 印 次：2018 年 6 月第 1 次印刷 定 价：35.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：（010）88254592，。在现代工业生产自动化中，各类交流变频器充当了极为重要的角色。它是电力电子技术、计算机技术、现代控制技术和网络技术的有机结合，具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便、成本低、节能显著等一系列优点，已成为当今改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量、推动技术进步的主要手段之一。变频器控制技术的重要技术特征是可以充分地与现代网络技术相结合，发挥智能控制的优势，实现分布式现场总线控制系统，是工业企业自动化的重要发展方向。变频器应用所产生的显著节能效果，是当前工业领域最需要解决的“节能减排”问题的最有力措施之一。变频控制技术广泛、迅速地普及，给我国的工业自动化事业带来了深刻的变革，产生了巨大的社会和经济效益。“改革、开放”30 多年来，我国在自动化技术发展和应用上，与世界最先进水平的差距已经越来越小了。30 年前，一台普通品牌小容量的进口变频器，其价格令人咋舌，而现如今变频器的价格已大幅降低，且应用业已普及到工业生产各个基层环节，“变频器驱动异步电动机”几乎成为一般“拖动系统”的“标配”。因此，了解变频器的基础知识，掌握变频器基本操作，是每一位电气工程从业人员必须掌握的基本职业技能。变频器控制系统终究是一个知识密集、技术复杂的系统，本版书在保留第一版的内容和特点之外，采用了“项目引领、任务推动”的结构形式，尽力做到深入浅出，淡化理论，注重实际应用。在第 8 项目中，重点介绍了“松下 VFO 变频器”，此种变频器广泛使用在“中级技工学校”。书中打“*”号的章节为选修章节。在重点章节中选择了一些生产实践中的实际事件作为典型“案例”，进行细致分析，帮助读者积累实践经验（积累包括他人的实践经验），增长分析问题、解决问题的能力。全书共有 9 个项目，姚锡禄任主编，并编写了项目一、项目五，庞党锋任副主编，编写了项目三、项目八，张文辉也任副主编且编写了项目四、项目七，姚昕彤编写了项目二、项目六，李明生编写了项目九，并完成电子照相和插图工作。最后由姚锡禄统稿。在本书编写过程中，得到天津海鸥手表集团的陈琪高级工程师、津酒集团的赵景田高级工程师、西门子公司驻津办事处汪林经理的大力帮助；在此一并表示衷心的感谢。由于时间匆忙及编者的水平有限，书中难免有一些错误或不足，恳请大家批评、指正。为了方便教师教学，本书还配有电子教学参考资料包。请有此需要的教师登录华信教育资源网（）免费注册后再进行下载，有问题时请在网站留言板留言或与电子工业出版社联系（E-mail:）。编 者 V 目 录 项目一 认识变频器 （1）1.1 变频器发展概况 （1）1.1.1 交流变频技术的发展 （1）1.1.2 变频器新技术及其发展方向 （3）1.2 电力电子器件在变频器中的应用 （5）1.2.1 电力电子器件发展概况 （5）1.2.2 电力电子器件的简单分类 （6）1.2.3 变频器中常用的电力电子器件 （7）1.2.4 其他电力电子器件 （11）1.2.5 各种电力电子器件的比较 （13）1.3 全数字微机控制的应用 （15）思考题与习题 （20）项目二 掌握变频器的电路结构及工作原理 （21）2.1 变频调速的基本控制方式 （21）2.2 变频器的基本构成 （23）2.3 变频器的分类 （25）2.3.1 按直流电源的性质分类 （25）2.3.2 按输出电压调节方式分类 （27）2.3.3 按控制方式分类 （28）2.3.4 按电压等级分类 （29）2.3.5 按用途分类 （30）2.4 正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器 （31）2.4.1 正弦脉宽调制原理 （32）2.4.2 同步调制与异步调制 （33）*2.4.3 谐波分析与输出电压调节 （35）*2.4.4 脉宽调制的控制方法 （36）*2.5 变频器的控制方式与性能 （41）2.5.1 变频器的 U/f 控制 （41）2.5.2 转差频率控制 （44）2.5.3 矢量控制 （45）2.5.4 直接转矩控制 （50）*2.6 高性能通用变频器 （52）2.6.1 高性能通用变频器的类型 （52）2.6.2 使用高性能变频器时的注意事项 （56）VI*2.7 高压变频器 （58）2.7.1 功率开关器件 （59）2.7.2 主电路拓扑结构 （59）2.7.3 控制方式 （64）2.7.4 高压变频器对电网与电动机的影响 （65）思考题与习题 （66）项目三 变频器的运行 （68）3.1 MM440 变频器的面板操作 （68）3.1.1 MM440 变频器的面板介绍 （68）3.1.2 操作面板的基本操作方法及功能 （69）3.2 运行参数 （72）3.2.1 常用频率参数 （72）3.2.2 频率的给定 （76）3.3 启动 （80）3.3.1 升速特性 （80）3.3.2 启动方式 （81）3.4 制动 （83）3.4.1 降速特性 （83）3.4.2 制动方式 （84）3.5 变频器的运行方式 （86）3.5.1 点动运行 （86）3.5.2 正/反转运行 （88）3.5.3 瞬停再启动运行 （89）3.5.4 MM440 变频器多段速频率控制 （91）3.5.5 同步运行 （93）3.5.6 工频与变频运行 （94）3.6 节能运行 （96）3.6.1 节能运行分析 （96）3.6.2 节能运行的具体应用 （98）思考题与习题 （99）项目四 变频器的选择 （101）4.1 常用变频器的品牌及主要参数 （101）4.1.1 变频器常见品牌的介绍 （101）4.1.2 变频器参数应用知识 （102）4.2 变频器类型的选择 （105）4.2.1 根据不同的负载类型选择变频器 （105）4.2.2 根据系统的控制方式选择变频器 （106）4.2.3 选择变频器应满足的条件 （107）4.2.4 变频器的选型依据和方法 （107）VII 4.2.5 案例精选 （108）4.3 变频器容量的计算 （110）4.4 变频器选择注意事项 （112）4.5 变频器外围设备及其选择 （113）思考题与习题 （118）项目五 认识变频器的保护特性 （120）5.1 变频器常见的保护功能 （120）5.1.1 过电流保护 （120）5.1.2 过载保护 （120）5.1.3 电压保护 （122）5.1.4 其他保护 （123）5.2 高次谐波及其抑制 （124）5.2.1 高次谐波产生的机理 （124）5.2.2 高次谐波对其他设备的影响 （124）5.2.3 减小和防止高次谐波的方法 （125）5.3 变频器抗干扰措施 （127）5.3.1 变频器外部的干扰 （127）5.3.2 变频器产生的干扰及抑制 （133）思考题与习题 （135）项目六 变频器的安装与使用 （137）6.1 变频器的安装 （137）6.1.1 安装使用环境要求 （137）6.1.2 安装空间 （138）6.1.3 安装柜的设计及选择 （140）6.1.4 变频器的防尘 （143）6.1.5 变频器与电动机的距离 （144）6.2 变频器的接线 （145）6.2.1 主电路接线 （145）6.2.2 控制电路的接线 （148）6.3 变频器的测量 （150）6.3.1 目前常见的测量仪表 （150）6.3.2 变频器的测量与仪表的选择 （151）6.3.3 输入侧的测量 （152）6.3.4 输出侧的测量 （153）6.4 变频器的调试与维修 （154）6.4.1 通电前检查 （154）6.4.2 通电与预置 （154）6.4.3 带电动机空载试验 （155）6.4.4 带负载调试 （155）VIII 6.4.5 维护与检查 （156）6.4.6 变频器的故障检修 （158）6.4.7 故障排除案例 （160）6.5 变频器的通信组网 （163）6.5.1 变频器与 PLC 的连接 （163）6.5.2 使用注意事项 （167）6.5.3 变频器在现场总线控制系统中的应用 （169）思考题与习题 （171）项目七 变频器构成的调速系统 （173）7.1 应用变频器的目的与效益 （173）7.1.1 节能应用 （174）7.1.2 提高生产率 （177）7.1.3 提高产品质量 （179）7.1.4 设备的合理化 （179）7.1.5 适应或改善环境 （181）7.2 应用变频器的技术优势 （181）7.3 通用变频器的主要功能 （183）7.3.1 系统所具有的功能 （183）7.3.2 频率设定功能 （186）7.3.3 与运行方式有关的功能 （188）7.3.4 与状态监测有关的功能 （190）7.3.5 其他功能 （191）*7.3.6 多控制方式 （192）7.4 生产机械的驱动 （194）7.4.1 机械负载与电动机转矩 （194）7.4.2 转速-转矩特性 （194）7.4.3 变频器驱动不同负载时需要注意的问题 （196）7.5 异步电动机的选择 （201）7.5.1 异步电动机形式与容量的选择 （201）7.5.2 负载功率的计算 （204）7.5.3 选用异步电动机时的注意事项 （207）7.5.4 变频器专用电动机的选择 （208）7.6 西门子公司新型变频器介绍（SINAMICS 系列变频器介绍）（211）7.6.1 SINAMICS 系列变频器介绍 （212）7.6.2 G120 变频器 （213）7.6.3 S120 变频器 （216）7.6.4 SINAMICS 系列变频器的软件工具 （219）思考题与习题 （219）IX 项目八 松下变频器(VFO)的运行与操控 （222）8.1 松下 VFO 变频器的基本操作（222）8.1.1 VFO 变频器的介绍 （222）8.1.2 基本接线 （223）8.1.3