變頻器應(yīng)用教程（第3版）

前言

第 1章 異步電動機(jī)的能量傳遞 ................. 1

11 后來居上的異步電動機(jī) .................. 1

111 無與倫比的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)................... 1

112 誕生就知變頻好..................... 3

12 能量傳遞的平衡關(guān)系 ................... 5

121 定子建立磁場的平衡關(guān)系................. 5

122 磁場傳遞能量的平衡關(guān)系................. 9

123 負(fù)載得到機(jī)械能的平衡關(guān)系 ............... 12

124 電動機(jī)的等效電路 ................... 14

13 機(jī)械特性看能力 ..................... 16

131 用戶關(guān)心 4件事 .................... 16

132 機(jī)械特性說明的問題 .................. 18

14 異步電動機(jī)的發(fā)電狀態(tài) ................. 19

141 異步發(fā)電機(jī)的特殊性 .................. 19

142 發(fā)電機(jī)狀態(tài)的特點(diǎn) ................... 21

15 拖動系統(tǒng)的傳動機(jī)構(gòu) .................. 23

151 常見的傳動機(jī)構(gòu) .................... 23

152 傳動機(jī)構(gòu)的折算 .................... 24

16 異步電動機(jī)的銘牌.................... 26

161 銘牌上的運(yùn)行數(shù)據(jù) ................... 26

162 異步電動機(jī)的型號與接法 ................ 28

Ⅵ 變頻器應(yīng)用教程 第 3版

163 異步電動機(jī)的定額 ................... 29

164 電動機(jī)的運(yùn)行定額 ................... 31

小結(jié)............................. 33

復(fù)習(xí)思考題.......................... 34

第 2章 交 －直 －交變頻器 ................... 36

21 交 －直 －交變頻器的結(jié)構(gòu)與原理............. 36

211 自生交流好變頻 .................... 36

212 “懷胎”百年說因由 .................. 38

213 單進(jìn)三出變頻器 .................... 41

22 磁通傳遞是核心 ..................... 43

221 穩(wěn)住磁通不能忘 .................... 43

222 電壓要隨頻率變 .................... 45

223 調(diào)制脈寬隨正弦 .................... 46

224 SPWM的實施 ..................... 49

23 交 －直 －交變頻器的主電路 ............... 51

231 整流濾波有特點(diǎn) .................... 51

232 逆變輸出能交換 .................... 54

24 輸入電流變異多 ..................... 55

241 輸入輸出不相同 .................... 55

242 三相電流不平衡 .................... 58

243 功率因數(shù)變了味 .................... 60

25 載波頻率有影響 ..................... 63

251 對輸出電壓的影響 ................... 64

252 對輸出電流的影響 ................... 65

253 對電磁噪聲的影響 ................... 66

26 對抗干擾有措施 ..................... 67

261 變頻器的干擾源 .................... 67

262 干擾信號的傳播途徑 .................. 67

目 錄 Ⅶ

263 抗干擾的措施 ..................... 68

27 交 －直 －交變頻的改進(jìn) ................. 71

271 整流脈波翻了倍 .................... 71

272 逆變采用三電平 .................... 72

273 變頻電動機(jī) ...................... 75

小結(jié)............................. 76

復(fù)習(xí)思考題.......................... 78

第 3章 變頻拖動系統(tǒng) ..................... 80

31 低頻運(yùn)行的新問題.................... 80

311 低頻試驗看結(jié)果 .................... 80

312 能力下降問磁通 .................... 81

32 V/F方式補(bǔ)磁通 ..................... 82

321 增磁途徑唯電壓 .................... 82

322 轉(zhuǎn)矩提升的預(yù)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 矢量控制的實施 .................... 89

333 矢量控制的轉(zhuǎn)速反饋 .................. 91

34 直接轉(zhuǎn)矩控制用 “棒 －棒” ............... 92

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

342 直接轉(zhuǎn)矩控制簡介 ................... 93

343 直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)缺點(diǎn) ................. 95

35 變頻調(diào)速的有效轉(zhuǎn)矩線 ................. 95

351 有效轉(zhuǎn)矩線的定義 ................... 96

352 fX≤fN 的有效轉(zhuǎn)矩線 .................. 97

353 fX >fN 的有效轉(zhuǎn)矩線 .................. 97

36 變頻調(diào)速的起動與加速 ................. 99

361 異步電動機(jī)的起動 ................... 99

Ⅷ 變頻器應(yīng)用教程 第 3版

362 加速時間與起動電流 .................. 102

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

364 起動功能 ....................... 105

37 變頻調(diào)速的減速與制動 ................. 106

371 電動機(jī)的自由停機(jī) ................... 107

372 電動機(jī)的變頻停機(jī) ................... 108

373 降頻時電動機(jī)的狀態(tài) .................. 108

374 減速時間與泵升電壓 .................. 110

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

38 制動電阻和制動單元 .................. 112

381 制動電阻和制動單元的作用 ............... 113

382 制動單元的工況 .................... 114

39 頻率的限制功能 .................... 116

391 上限頻率和下限頻率 .................. 116

392 回避頻率 ....................... 117

310 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和功率的關(guān)系 ............... 118

3101 拖動系統(tǒng)的基本規(guī)律 ................. 118

3102 誤區(qū) 1———甩掉笨重的減速器 ............. 119

3103 誤區(qū) 2———增大頻率提高生產(chǎn)率 ............ 121

3104 誤區(qū) 3———減少磁極對數(shù)以減小體積 .......... 123

小結(jié) ............................ 124

復(fù)習(xí)思考題 ......................... 125

第 4章 變頻器的內(nèi)部控制電路 ................ 126

41 變頻器的內(nèi)部控制框圖 ................. 126

411 主控電路的運(yùn)算功能 .................. 126

412 主控電路與外電路的聯(lián)系 ................ 127

42 變頻器的開關(guān)電源 ................... 128

421 開關(guān)電源的電源進(jìn)線 .................. 128

目 錄 Ⅸ

422 脈沖變壓器 ...................... 129

423 脈沖變壓器的一次電路 ................. 130

424 脈沖變壓器的二次電路 ................. 132

43 IGBT的驅(qū)動電路 .................... 134

431 IGBT的主要參數(shù) ................... 134

432 IGBT的開通與關(guān)斷 .................. 135

433 IGBT的結(jié)電容 .................... 136

434 IGBT對驅(qū)動電路的要求 ................ 137

435 IGBT的分立元件驅(qū)動電路 ............... 140

436 集成驅(qū)動模塊示例 ................... 142

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

44 變頻器的采樣與保護(hù)電路................ 145

441 電流的采樣 ...................... 145

442 電流的保護(hù) ...................... 149

443 電壓的檢測與保護(hù) ................... 151

45 斷相與接地的保護(hù) ................... 153

451 斷相保護(hù) ....................... 153

452 接地的判斷與保護(hù) ................... 154

46 過熱保護(hù) ........................ 156

461 溫度的檢測 ...................... 156

462 熱敏電阻的過熱保護(hù) .................. 156

463 風(fēng)扇的控制 ...................... 157

小結(jié) ............................ 159

復(fù)習(xí)思考題 ......................... 161

第 5章 變頻器的應(yīng)用技術(shù) .................. 162

51 變頻器的面板和功能預(yù)置................ 162

511 數(shù)據(jù)顯示屏 ...................... 162

512 液晶顯示屏 ...................... 163

Ⅹ 變頻器應(yīng)用教程 第 3版

513 變頻器的鍵盤配置 ................... 163

514 變頻器的功能預(yù)置 ................... 166

52 變頻器的外接主電路 .................. 167

521 主電路的接線端子 ................... 167

522 外接主電路 ...................... 168

53 變頻器的外部控制電路 ................. 170

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

532 模擬量輸入信號 .................... 171

533 模擬量輸入電路 .................... 171

534 模擬量輸入的擴(kuò)展 ................... 173

54 開關(guān)量輸入電路 .................... 174

541 開關(guān)量輸入端的接收電路 ................ 174

542 電動機(jī)的起動控制 ................... 175

543 升、降速端子的應(yīng)用示例 ................ 177

544 多檔轉(zhuǎn)速的控制 .................... 180

55 外接模擬量輸出電路 .................. 183

551 模擬量輸出電路 .................... 183

552 模擬量輸出的應(yīng)用示例 ................. 184

56 變頻器的報警輸出 ................... 185

561 報警輸出電路 ..................... 185

562 報警輸出的外部控制 .................. 185

57 外接開關(guān)量輸出電路 .................. 186

571 開關(guān)量輸出電路 .................... 186

572 應(yīng)用舉例 ....................... 187

58 變頻器的面板電路 ................... 188

581 鍵盤輸入電路 ..................... 188

582 LED顯示電路..................... 189

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

59 變頻器的閉環(huán)控制 ................... 192

目 錄 Ⅺ

591 閉環(huán)控制的概念 .................... 192

592 閉環(huán)控制的實施 .................... 194

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

594 控制邏輯 ....................... 200

595 壓力傳感器的接線 ................... 201

596 閉環(huán)控制的起動問題 .................. 201

597 PID功能的調(diào)試 .................... 203

小結(jié) ............................ 204

復(fù)習(xí)思考題 ......................... 206

第 6章 因機(jī)施變用變頻.................... 207

61 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速 ..................... 207

611 離心式風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性 ................. 207

612 離心式風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn) ................. 209

613 風(fēng)機(jī)變頻要點(diǎn) ..................... 210

62 水泵變頻調(diào)速 ..................... 213

621 水泵與風(fēng)機(jī)的異同 ................... 214

622 供水系統(tǒng)概況 ..................... 214

623 恒壓供水的閉環(huán)控制 .................. 216

63 帶式輸煤機(jī)的變頻改造 ................. 218

631 帶式輸煤機(jī)的特點(diǎn) ................... 218

632 變頻調(diào)速示例 ..................... 219

64 飲料灌裝輸送帶的變頻改造 .............. 221

641 運(yùn)行特點(diǎn) ....................... 221

642 電動機(jī)特點(diǎn) ...................... 221

643 變頻改造要點(diǎn) ..................... 222

65 卷繞機(jī)的變頻改造 ................... 223

651 卷繞機(jī)的機(jī)械特性 ................... 223

652 變頻改造的主要問題 .................. 225

Ⅻ 變頻器應(yīng)用教程 第 3版

653 減小電動機(jī)容量的思考 ................. 225

654 卷繞機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制 ................... 227

66 車床的變頻改造 .................... 228

661 車床的大致構(gòu)造 .................... 228

662 主拖動的機(jī)械特性 ................... 230

663 變頻調(diào)速的改造實例 .................. 232

664 變頻改造的試探 .................... 234

665 兩檔傳動比方案 .................... 235

67 重力負(fù)載的變頻調(diào)速 .................. 237

671 重力負(fù)載及其特點(diǎn) ................... 237

672 變頻調(diào)速的四象限運(yùn)行 ................. 238

673 溜鉤的防止 ...................... 240

674 重力負(fù)載變頻改造示例 ................. 241

小結(jié) ............................ 243

復(fù)習(xí)思考題 ......................... 244

附錄 .............................. 245

附錄 A 變頻調(diào)速系統(tǒng)實驗 ................. 245

實驗 1 變頻器通電 ..................... 245

實驗 2 外接端子的基本控制 ................. 248

實驗 3 變頻器各環(huán)節(jié)的電壓和電流 .............. 250

實驗 4 加、減速實驗 .................... 253

實驗 5 U/f線的實驗..................... 254

實驗 6 多檔轉(zhuǎn)速控制 .................... 257

實驗 7 機(jī)械特性實驗 .................... 258

實驗 8 低頻負(fù)載電流實驗 .................. 260

實驗 9 U形曲線實驗 .................... 261

實驗 10 恒壓供水實驗 .................... 263

附錄 B 幾種自制器件 .................... 265

目 錄 

B1 整流電壓表 ...................... 265

B2 外接頻率表 ...................... 266

B3 自制制動電阻 ..................... 267

B4 自制制動單元 ..................... 268

附錄 C 無觸點(diǎn)快速制動器 ................. 270

C1 快速制動器簡介 .................... 270

C2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的停機(jī)控制 ................ 275

C3 快速制動器的外部接線 ................. 277

C4 和其他制動方式的比較 ................. 2782100433B

本書主要介紹了異步電動機(jī)的能量傳遞、交-直-交變頻器、變頻拖動系統(tǒng)、變頻器的內(nèi)部控制電路、變頻器的應(yīng)用技術(shù)以及應(yīng)用實例。本書突出了各部分的核心內(nèi)容，語言表述清晰、通俗易懂。本書適合工礦企業(yè)中的工程師和技術(shù)工人閱讀，也可以作為中專和高職的教材。

本書第2版自2008年問世至今已經(jīng)走過6個年頭，承蒙很多高校材料力學(xué)教學(xué)第一線的老師和同學(xué)以及業(yè)余讀者的關(guān)愛和支持，已經(jīng)連續(xù)印刷了10次。 2012年獲得清華大學(xué)優(yōu)秀教材特等獎；同年，相應(yīng)的教學(xué)成果獲得北京市高等學(xué)校優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎。2012年本書第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材；2013年被批準(zhǔn)為清華大學(xué)“985”三期名優(yōu)教材建設(shè)項目立項。

最近的6年里，著者秉承不斷提高課程重量、著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的教育與教學(xué)理念，先后在清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)以及北京郵電大學(xué)從事“材料力學(xué)”研究型教學(xué)的研究與實踐，堅持全過程講授這門課程，授課對象每年約200名。在同事和同學(xué)們的支持與幫助下，對于教育和教學(xué)改革又有了一些新的體會和收獲。材料力學(xué)（第3版）將著重反映6年來我們在研究型教學(xué)方面所取得的成果。主要有: 怎樣在基于普遍提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；怎樣提高課程的吸引力，增強(qiáng)課程教學(xué)的學(xué)術(shù)性；怎樣挖掘基本教學(xué)內(nèi)容的深度；怎樣對傳統(tǒng)內(nèi)容中的某些概念、理論和方法加以改革和更新，突出挑戰(zhàn)性?；诖?，本書第3版修訂的主要內(nèi)容有以下幾方面。

第一，調(diào)整了部分章節(jié)，將材料的力學(xué)性能從“第2章 軸向載荷作用下桿件的材料力學(xué)問題”中獨(dú)立出來，形成“第3章 常溫靜載下材料的力學(xué)性能”； 重寫了“剪力圖與彎矩圖”作為第6章；將原來的第6章分為3章: “第7章 平面彎曲正應(yīng)力分析與強(qiáng)度設(shè)計”和“第8章 彎曲剪應(yīng)力分析與彎曲中心的概念”以及“第9章 斜彎曲、彎曲與拉伸或壓縮同時作用時的應(yīng)力計算與強(qiáng)度設(shè)計”；將原來的第8章分為: “ 應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變狀態(tài)分析”和“一般應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則及其工程應(yīng)用”，分別列為第11章和12章；將原來的12章也分為兩章: “動載荷與動應(yīng)力概述”和“疲勞強(qiáng)度與構(gòu)件壽命估算概述”，分別列為第16章和第17章。

第二，增加了部分教學(xué)內(nèi)容，主要有: 部分非金屬材料的力學(xué)性能；梁的位移疊加法中的逐段剛化法；應(yīng)變分析；細(xì)長壓桿實驗結(jié)果；線性累積損傷與疲勞壽命估算等。

第三，將力系簡化的方法引入橫截面的內(nèi)力分析，改革傳統(tǒng)剪力圖與彎矩圖的畫法。

第四，正確處理變形與位移概念的聯(lián)系與區(qū)別，將確定梁的轉(zhuǎn)角和撓度的章節(jié)名改為“梁的位移分析與剛度設(shè)計”。

第五，在部分章節(jié)引入“反問題”: 相對于正問題，反問題的解答不是唯一的，通過對于反問題的思考，一方面可以加深對于正問題的理解；另一方面可以激勵創(chuàng)新思維。

第六，在部分章節(jié)設(shè)計了“開放式思維案例”作為學(xué)生課外學(xué)習(xí)和研究的資源。最近幾年的教學(xué)實踐表明，這對于刺激思維鼓勵創(chuàng)新是一種有效的措施。材料力學(xué)（第3版）第七，增加了若干工程案例以及災(zāi)難性工程事故的力學(xué)解析。

第八，增加和改變了部分例題和習(xí)題。

隨著課程研究型教學(xué)在更多高校開展、深入和發(fā)展，材料力學(xué)的課程教學(xué)以及教材建設(shè)還會遇到一些新問題，我們將一如既往地堅持“在教學(xué)中研究，在研究中教學(xué)”，以不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為己任，在教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，不斷提高材料力學(xué)教材的質(zhì)量。

這一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在國內(nèi)完成；2013年7—8月在加拿大多倫多定稿。定稿期間，得到旅加的趙淵先生和范心明女士的大力支持和協(xié)助，在本書出版之際，著者謹(jǐn)表誠摯謝意。

誠摯地感謝廣大讀者對本書的關(guān)愛，希望大家對本書的缺點(diǎn)和不足提出寶貴意見。

范欽珊2014.1.11

• 課程資源

《建筑CAD（第3版）》數(shù)字課程的數(shù)字化資源為教材配套圖紙CAD文件、工程案例、拓展模塊等。

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