SPWM变频调速应用技术（第4版）

第4版 前言
第3版 前言
第2版 前言
第1版 前言
常用物理量符号
缩写符号
绪论
第1章 预备知识
1.1 电力拖动系统的工作要点
1.1.1 电力拖动系统的构成
1.1.2 电力拖动系统的稳定运行状态
1.1.3 电动机和负载的机械特性
1.1.4 电力拖动系统的瞬态过程
1.1.5 电力拖动系统的功率计算和传递
1.1.6 电力拖动系统的折算
1.2 调速问题综述
1.2.1 调速的概念
1.2.2 调速的意义
1.2.3 调速的主要指标
1.3 他励直流电动机概述
1.3.1 基本结构和电路
1.3.2 他励直流电动机的机械特性
1.3.3 他励直流电动机的调速
1.4 笼型异步电动机概述
1.4.1 基本结构
1.4.2 异步电动机的旋转原理
1.4.3 异步电动机的调速问题
1.5 异步电动机的转子电动势、电流和电磁转矩
1.5.1 转子电动势的波形和频率
1.5.2 转子电动势的空间分布
1.5.3 转子的电流、磁场和电磁转矩
1.6 异步电动机的等效变换
1.6.1 动／静变换
1.6.2 磁／电变换
1.6.3 电动机的平衡方程和能量传递过程的关系
1.7 异步电动机的机械特性
1.7.1 电磁转矩公式
1.7.2 自然机械特性
1.7.3 能量图及其与机械特性的对应关系
1.8 异步电动机工作状况的基本分析方法
1.8.1 概述
1.8.2 电压变化时电动机工作状态的变化（以电压升高为例）
1.8.3 负载变化时电动机工作状态的变化（以负载增加为例）
1.9 异步电动机的制动
1.9.1 再生制动
1.9.2 直流制动（能耗制动）
1.9.3 反接制动
1.1 0异步电动机的基本关系小结
1.1 0.1 功率关系
1.1 0.2 电压关系
1.1 0.3 电流关系
第2章 变频调速的基础知识
2.1 概述
2.1.1 变频调速原理
2.1.2 变频器的类别
2.1.3 变频器的额定值和频率指标
2.2 交直交变频器的主电路
2.2.1 交直部分
2.2.2 直交部分
2.2.3 制动电阻和制动单元
2.3 逆变桥的工作原理
2.3.1 单相逆变桥
2.3.2 三相逆变桥
2.4 变频变压（VVVF）
2.4.1 变频调速时出现的新问题
2.4.2 变频也变压
2.5 VVVF的实施
2.5.1 两种基本的调制方法
2.5.2 正弦波脉宽调制（SPWM）
2.5.3 SPWM的电流波形
2.6 变频后的机械特性
2.6.1 变频后的转矩公式
2.6.2 ku＝kf＜1时的机械特性
2.6.3 kf＞1时的机械特性
2.7 V／F控制
2.7.1 V／F控制的概念
2.7.2 V／F控制功能
2.7.3 V／F控制时的电流曲线
2.8 矢量控制概述
2.8.1 由直流电动机引发的思考
2.8.2 产生旋转磁场的几种方法
2.8.3 磁场的等效变换
2.8.4 矢量控制的基本构思
2.9 直接转矩控制
2.9.1 预备知识
2.9.2 直接转矩控制的工作原理
2.9.3 直接转矩控制的优缺点及应用
2.1 0变频器各部分的功率和电流
2.1 0.1 各部分的功率
2.1 0.2 变频器的输出电流
2.1 0.3 变频器的直流电流
2.1 0.4 变频器的输入电流
2.1 0.5 小结
2.1 1逆变器件简介
2.1 1.1 SCR和GTO晶闸管
2.1 1.2 电力晶体管（GTR）
2.1 1.3 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
2.1 1.4 智能功率模块（IPM）
2.1 2IGBT的相关电路
2.1 2.1 IGBT的主要技术参数
2.1 2.2 IGBT的栅极电阻RG
2.1 2.3 IGBT的缓冲电路
2.1 2.4 IGBT的集成驱动模块
2.1 3变频器内的开关电源
2.1 3.1 开关电源的工作原理与优点
2.1 3.2 开关电源基本工况
2.1 3.3 变频器开关电源的主要特点
2.1 3.4 开关电源的稳压
2.1 3.5 开关电源的振荡芯片
2.1 3.6 振荡芯片开关电源的稳压
第3章 变频器的运行功能
3.1 工作频率的给定
3.1.1 频率的给定方法
3.1.2 变频器的外接给定配置
3.1.3 外接电位器的选择
3.2 外接给定时的频率给定线
3.2.1 频率给定线
3.2.2 频率给定线的预置
3.2.3 几个实例
3.3 与工作频率有关的功能
3.3.1 基本频率和最高频率
3.3.2 上限频率和下限频率
3.3.3 回避频率
3.3.4 点动频率
3.3.5 载波频率设定
ⅩⅦ3.4 变频调速的升速和起动
3.4.1 升速时间
3.4.2 升速方式
3.4.3 与起动有关的其他功能
3.5 变频调速的降速和制动
3.5.1 变频调速系统的降速特点
3.5.2 降速时间和降速方式
3.5.3 直流制动
3.5.4 电源再生单元
3.5.5 停机方式的选择功能
3.6 V／F控制的设定功能
3.6.1 基本U／f设定
3.6.2 转矩补偿的U／f设定
3.7 转差补偿、矢量控制、自动电压调整等功能的设定
3.7.1 转差补偿功能
3.7.2 矢量控制的设定
3.7.3 自动电压调整（AVR）功能
3.8 低频轻载时的节能运行
3.8.1 "大马拉小车"现象
3.8.2 变频引起的"大马拉小车"
3.8.3 节能运行功能要点
3.8.4 节能运行的设定
3.9 额定频率轻载时的节能运行
3.9.1 额定频率轻载实例
3.9.2 额定频率运行时的降压方法
3.1 0低频重载时的节能运行
3.1 0.1 低频重载的实例与分析
3.1 0.2 节能途径
3.1 1变频器的外接控制功能
3.1 1.1 外接控制的电路结构
3.1 1.2 外接控制端的配置和工作特点
3.1 1.3 多挡转速控制
3.1 1.4 程序控制
3.1 1.5 其他功能控制端
3.1 2外接输出信号端
3.1 2.1 外接输出信号的项目
3.1 2.2 外接输出信号端的配置
ⅩⅧ第4章 变频器的保护、显示和预置
4.1 过电流保护功能
4.1.1 过电流的原因
4.1.2 变频器对过电流的处理
4.2 过载保护功能
4.2.1 电动机的允许持续电流和工作频率的关系
4.2.2 电子热保护器的反时限特性
4.2.3 电子热保护功能和热继电器的比较
4.3 变频器的电流检测
4.3.1 从直流电路采样
4.3.2 从输出电路采样
4.3.3 霍尔元件采样
4.4 过电压和欠电压保护功能
4.4.1 过电压保护
4.4.2 欠电压保护
4.5 变频器的电压检测
4.5.1 直接采样
4.5.2 间接采样
4.6 其他保护功能
4.6.1 过热和接地保护
4.6.2 变频器的过热检测
4.6.3 变频器的接地检测
4.6.4 变频器内部的工作错误保护
4.6.5 外接保护信号的输入
4.7 故障的处理
4.7.1 故障的处理过程
4.7.2 重合闸功能
4.7.3 突然停电对变频器的影响和对策
4.7.4 对变频器瞬时停电的处理
4.8 变频器的显示功能
4.8.1 发光二极管显示
4.8.2 数据显示屏
4.8.3 液晶显示屏
4.8.4 外接仪表显示
4.9 变频器的功能预置
4.9.1 功能预置的概念
4.9.2 变频器的键盘配置
4.1 0变频器的键盘配置和预置流程举例
4.1 0.1 键盘配置
4.1 0.2 功能预置流程
ⅩⅨ第5章 变频调速系统的设计
5.1 概述
5.1.1 设计任务和已知条件
5.1.2 电动机的主要类别
5.1.3 变频器的主要类别
5.2 负载的机械特性
5.2.1 恒转矩负载
5.2.2 恒功率负载
5.2.3 二次方律负载
5.2.4 其他类型的负载
5.3 负载的飞轮力矩
5.3.1 描述惯性大小的物理量
5.3.2 飞轮力矩的简易测定法
5.4 负载的工作方式
5.4.1 连续负载
5.4.2 间断负载
5.5 异步电动机在变频调速时的带负载能力
5.5.1 电动机在变频时的有效转矩和有效功率
5.5.2 fX≤fN时的带负载能力
5.5.3 fX＞fN时的带负载能力
5.6 恒转矩负载的变频调速
5.6.1 恒转矩负载实现变频调速的主要问题
5.6.2 调速范围和传动比
5.6.3 传动比选择的举例
5.7 恒功率负载的变频调速
5.7.1 恒功率负载实现变频调速的主要问题
5.7.2 减小功率的对策
5.8 二次方律负载的变频调速
5.8.1 二次方律负载实现变频调速的主要问题
5.8.2 二次方律负载采用变频调速的其他要点
5.9 特殊电动机的变频调速
5.9.1 双速电动机的变频调速
5.9.2 齿轮减速电动机的变频调速
5.9.3 绕线转子异步电动机的变频调速
5.9.4 电磁制动电动机的变频调速
5.9.5 电磁调速电动机的变频调速
5.9.6 一台变频器带多台电动机
ⅩⅩ5.1 0调速系统中的基本关系
5.1 0.1 功率之间的关系
5.1 0.2 转矩之间的关系
5.1 0.3 容易出现的误区
5.1 1变频器容量的选择
5.1 1.1 电动机与变频器的额定电流
5.1 1.2 必须加大变频器容量的场合
5.1 1.3 轻载电动机的变频器容量
第6章 变频器的安装和使用
6.1 变频器的安装
6.1.1 变频器对安装环境的要求
6.1.2 变频器的散热问题概述
6.1.3 变频器的发热与散热
6.1.4 安装变频器的具体方法和要求
6.2 变频器的接线
6.2.1 主电路的接线
6.2.2 控制电路的接线
6.2.3 变频器的接地
6.3 变频器的功率因数及其改善
6.3.1 变频器的输入电流
6.3.2 变频器输入电路的功率因数
6.3.3 改善功率因数的方法
6.4 变频器的抗干扰
6.4.1 外界对变频器的干扰
6.4.2 变频器的干扰和传播
6.4.3 变频器的抗干扰措施
6.5 变频器的外围选配件
6.5.1 电抗器
6.5.2 线路抗干扰滤波器
6.6 变频器的测量
6.6.1 常规测量的适用范围
6.6.2 输出电压的测量
6.6.3 绝缘电阻的测量
6.7 变频调速系统的调试
6.7.1 变频器的通电和预置
6.7.2 电动机的空载试验
6.7.3 电力拖动系统的起动和停机
6.7.4 电力拖动系统的负载试验
6.8 故障原因分析
6.8.1 过电流跳闸的原因分析
6.8.2 过电压和欠电压跳闸的原因分析
6.8.3 电动机不转的原因分析
ⅩⅪ第7章 变频调速的实用电路基础
7.1 变频调速的主电路
7.1.1 变频调速主电路的构成
7.1.2 主要电器的功用和选择
7.2 制动电阻和制动单元
7.2.1 制动转矩的计算
7.2.2 制动过程对泵升电压的影响
7.2.3 制动电阻值的确定
7.2.4 制动电阻功率的确定
7.2.5 制动电阻的保护
7.2.6 制动单元的构成和设计
7.3 变频调速的基本控制电路
7.3.1 正转运行的控制电路
7.3.2 正、反转运行的控制电路
7.4 升、降速输入端子及其常用控制电路
7.4.1 升、降速输入端子
7.4.2 应用举例
7.5 变频器的故障切换控制
7.5.1 切换控制的主电路
7.5.2 切换控制电路举例
7.6 变频调速的PID控制
7.6.1 概述
7.6.2 PID调节功能
7.6.3 PID控制的实施
7.6.4 PID功能的调试
7.6.5 外部PID控制存在的问题
7.7 可编程序控制器（PLC）应用简介
7.7.1 PLC控制电路的基本构成
7.7.2 PLC内的常用"软继电器"和器件
7.7.3 PLC的梯形图和编程语言
7.8 由PLC控制的各种电路
7.8.1 正转控制电路
7.8.2 正、反转控制电路
7.8.3 与工频的切换电路
7.8.4 多挡转速控制
ⅩⅫ第8章 风机和水泵的变频调速
8.1 风机的变频调速
8.1.1 风机调速的开环控制
8.1.2 风机调速用于恒温控制
8.1.3 冷却塔风机的控制
8.1.4 风机的切换电路
8.2 水泵的变频调速
8.2.1 水泵装置的基本模型和参数
8.2.2 水泵装置的主要特性
8.2.3 水锤效应
8.2.4 水泵变频调速的功能预置
8.3 水泵的取水装置
8.3.1 取水泵站的作用和特点
8.3.2 控制要点
8.3.3 控制框图
8.4 水泵的供水装置
8.4.1 恒压供水的目的
8.4.2 恒压供水的简单控制
8.4.3 恒压供水的PID控制
8.5 供水系统的专用功能
8.5.1 暂停功能
8.5.2 多台水泵的切换功能
8.5.3 供水定时控制功能
8.6 中央空调的循环水控制系统
8.6.1 中央空调系统的构成
8.6.2 冷却水系统的变频调速
8.6.3 冷冻水系统的变频调速
第9章 起重机械和电梯的变频调速
9.1 概述
9.1.1 起重机械的负载特点
9.1.2 起重机械的调速方法和节能比较
9.1.3 起重机械变频调速系统要点
ⅩⅩⅢ9.2 电动机的工作状态
9.2.1 起升机构的主要特点
9.2.2 起升过程中的电动机工作状态
9.2.3 与原电力拖动系统的比较
9.3 再生电能的处理
9.3.1 能耗电路及其计算
9.3.2 电能的反馈
9.4 溜钩的防止
9.4.1 产生溜钩的原因和危害
9.4.2 变频调速系统中的防溜钩措施
9.5 桥式起重机的变频调速
9.5.1 桥式起重机电力拖动系统的构成
9.5.2 采用变频调速的基本考虑
9.6 电梯的变频调速
9.6.1 电梯电力拖动系统的基本构成和工作过程
9.6.2 电梯的运行特点
第10章 金属切削机床的变频调速
10.1 机床电力拖动系统的主要特点
10.1.1 概述
10.1.2 主运动的负载性质
10.2 卧式车床的实例和基本数据
10.2.1 卧式车床的大致构造和电力拖动系统
10.2.2 实例和基本数据
10.3 变频调速系统的计算
10.3.1 决定频率范围
10.3.2 确定传动比
10.3.3 电动机功率不变的可行性核算
10.4 龙门刨床的构造和工作特点
10.4.1 龙门刨床的基本构造
10.4.2 龙门刨床的主运动
10.4.3 刨台运动的机械特性
10.5 刨台运动的变频调速
10.5.1 变频调速的机械特性
10.5.2 变频调速方案的设计要点
10.5.3 采用变频调速的主要优点
10.6 刨台往复运动的控制
10.6.1 往复指令和电路
10.6.2 刨台控制的梯形图
ⅩⅩⅣ第11章 其他机械的变频调速
11.1 带式输送机的变频调速
11.1.1 带式输送机的负载性质和主要类别
11.1.2 带式输送机的变频调速要点
11.1.3 向下输送时的电力拖动系统特点
11.1.4 间歇输送时的电力拖动系统要点
11.2 印染机械的同步控制（以轧染机为例）
11.2.1 轧染机对调速控制的要求
11.2.2 变频器的同步控制方案
11.2.3 同步控制的实施
11.3 薄膜的卷绕控制
11.3.1 薄膜卷绕的工作特点和要求
11.3.2 恒张力控制方法
11.4 家用电器的变频调速
11.4.1 变频调速系统的特点
11.4.2 各种家用电器采用变频调速后的主要特点
第12章 变频调速若干问题的探讨
12.1 变频调速的再生制动解析
12.1.1 异步发电机的特殊性
12.1.2 异步电动机的发电状态的特点
12.1.3 变频调速系统中的异步电动机发电状态
12.2 变频调速系统的功率因数
12.2.1 关于功率因数的概念
12.2.2 同频率正弦电流的功率因数
12.2.3 非正弦电流的功率因数
12.2.4 变频器功率因数的测量误区
12.2.5 用12脉波整流改善变频器的功率因数
12.3 变频器的转矩控制功能及其应用
12.3.1 转速控制与转矩控制
12.3.2 转矩控制的工作特点
12.3.3 转矩控制和转速控制的切换
12.3.4 转矩控制在牵引装置中的应用
12.3.5 转矩控制在恒张力控制中的应用
12.4 水泵装置的节能分析
12.4.1 节能效果的考察部位
12.4.2 水泵装置的流体功率
12.4.3 水泵装置流体功率的节能分析
12.4.4 不同管路流体功率的节能特点
12.4.5 水泵轴功率的节能分析
12.4.6 电动机输入侧节能效果的分析
ⅩⅩⅤ12.5 电压与频率不符时的处理
12.5.1 电压不符时的处理
12.5.2 频率不符时的处理
12.6 变频调速的经济效益
12.6.1 减少故障率的经济效益
12.6.2 延长设备寿命的经济效益
12.6.3 提高产品质量的经济效益
12.6.4 其他方面的经济效益
参考文献333ⅩⅩⅥ常用物理量符号
B旋转磁场的磁感应强度
E感应电动势的有效值或直流值（泛指）
E1定子绕组的感应电动势
E2、E2′转子绕组的感应电动势及其折算值
e感应电动势的瞬时值（泛指）
f频率（泛指）
fN额定频率
fX给定频率
fOX输出频率
fBA基本频率
fmax最大频率
fXM最大给定频率
fBI偏置频率
fH上限频率
fL下限频率
fJ回避频率
fJOG点动频率
G重物的重力
GN起重机械的额定负载
GD2飞轮力矩
H扬程（泛指）
H0全扬程
HA静扬程
HL损失扬程
HG供水扬程
I电流的有效值或直流值（泛指）
IM电动机的电流
IMN电动机的额定电流
I1定子电流
I2、I2′转子电流及其折算值
I0励磁电流
IN变频器的额定电流
IC晶体管的集电极电流
IB晶体管的基极电流
IE晶体管的发射极电流
i电流的瞬时值（泛指）
kf频率调节比
ku电压调节比
KP比例增益
m1、m2定、转子绕组的相数
N1、N2定、转子每相绕组的匝数
N输送带上的正压力
n每分钟转速（泛指）
nM电动机的转速
nMN电动机的额定转速
n0电动机的理想空载转速或同步转速
nK电动机的临界转速
nL、nL′负载转速及其折算值
nD机床的计算转速（分界转速）
P有功功率（泛指）
PN变频器配用电动机的功率
ⅩⅩⅦPM电动机的功率
PMN电动机的额定功率
PS变频器输入的电源功率
PS′变频器的输出功率
PL负载功率（电动机的轴功率）
PG流体功率
PA流体功率中的空载功率
PC晶体管的耗散功率
p电动机的磁极对数，功率的瞬时值，损耗功率（泛指），压力
pCu１、pCu2定、转子的铜损
pFe１、pFe2定、转子的铁损
Q流量
QN额定流量
R电阻（泛指）
RL、RL′机械负载的等效电阻及其折算值
r1定子绕组的电阻
r2、r２′转子绕组及其折算值
rm励磁支路中铁损的等效电阻
S视在功率（泛指）
SＮ变频器的额定容量
s转差率（泛指）
sN额定转差率
sK临界转差率
T转矩（泛指）、周期（泛指）
TM电动机的转矩
TＭＮ电动机的额定转矩
TMK电动机的临界转矩
TMS电动机的起动转矩
TB电动机的制动转矩
TB0电动机自身的制动转矩
TBA需要附加的制动转矩
TL、TL′负载转矩及其折算值
TJ拖动系统的动态转矩
t时间（泛指）
tR升速时间
tB降速时间
tON晶体管的开通时间
tOFF晶体管的关断时间
U电压的有效值或直流值（泛指）
ⅩⅩⅧU1电源的相电压
UL电源的线电压
UN变频器的额定电压
UD变频器直流电路的电压
UX与fX对应的变频器输出电压
u电压的瞬时值、给定电压或信号电压
v线速度
vF、vR刨床的切削速度和返回速度
W电动机消耗的电能
X、Xmax变频器的给定信号及其最大值
XT目标信号
XF反馈信号
x１定子绕组的漏磁电抗
x2、x2′转子绕组的漏磁电抗及其折算值
xm励磁支路中的等效电抗
αn转速调节范围
αf频率调节范围
αL负载的调速范围
αG齿轮箱的速比
β晶体管的电流放大倍数、电动机的过载能力
γ脉冲的占空比
γB制动电阻的容量修正系数
Δn转速降落
δn转速变化
ε自动调整后的静差
εn每相邻两挡的转速差
η效率
θ电动机的温升
λ传动比
μ1、μ2动摩擦系数和静摩擦系数
σ负载率
τ发热时间常数
Φ磁通量
φ功率因数角
ψ定、转子磁场轴线间的夹角
ρ物体的回转半径ⅩⅩⅨⅩⅩⅩ缩写符号
UF变频器
PAM脉幅调制
PWM脉宽调制
SPWM正弦脉宽调制
VVVF变压变频（常用作变频器的代号）
SCR晶闸管
GTR大功率晶体管
BJT双极型晶体管
IGBT绝缘栅双极型晶体管
MOSFET场效应晶体管
IPM智能功率模块
PID比例积分微分调节器
PLC可编程序控制器
AVR自动电压调节