變頻器從原理到完全應(yīng)用

前言

　　變頻器是20世紀(jì)70年代初隨電力電子技術(shù)、PWM控制技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種交流感應(yīng)電機(jī)調(diào)速裝置，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)代變頻器的功能已日臻完善?！　≡诠β势骷?，IGBT與IPM等第三代、第四代電力電子器件正在成為當(dāng)代變頻器的主流器件；12脈沖整流、雙PWM變頻、三電平逆變等技術(shù)已經(jīng)在變頻器上得到普及與應(yīng)用；矩陣控制的變頻器已經(jīng)被實(shí)用化。在控制理論上，變頻器已從最初的恒定電壓／頻率比控制（Uif控制）發(fā)展到了矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制。在控制技術(shù)上，已經(jīng)從模擬量控制發(fā)展到了全數(shù)字控制與網(wǎng)絡(luò)控制?！　∫陨霞夹g(shù)的進(jìn)步，不僅大大提高了變頻器的速度控制性能，而且使得感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制與位置控制成為了可能與現(xiàn)實(shí)，以至于在某些場(chǎng)合已可替代使用專用電機(jī)的主軸驅(qū)動(dòng)器與伺服驅(qū)動(dòng)器。因此，如何充分利用當(dāng)代變頻器的功能來解決工程實(shí)際中的各類問題，是變頻器應(yīng)用技術(shù)人員所必須了解與掌握的知識(shí)?！　”緯菑墓こ碳夹g(shù)人員的實(shí)際應(yīng)用要求出發(fā)，系統(tǒng)闡述交流調(diào)速原理與理論，全面介紹當(dāng)代變頻器應(yīng)用技術(shù)的綜合性書籍，內(nèi)容包括交流調(diào)速的基本理論、調(diào)速原理與系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、典型變頻器的應(yīng)用技術(shù)等方面?！　”緯诰帉憙?nèi)容選擇上力求做到理論闡述簡(jiǎn)潔明了，應(yīng)用技術(shù)介紹全面系統(tǒng)，功能說明深入細(xì)致，使讀者能夠通過本書的學(xué)習(xí)具備“完全應(yīng)用”變頻器的能力。全書分“交流調(diào)速基礎(chǔ)”、“三菱變頻器應(yīng)用”、“安川變頻器應(yīng)用”3篇共15章?！　〉?～4章為交流調(diào)速基礎(chǔ)篇，本篇系統(tǒng)介紹變頻器的調(diào)速理論、調(diào)速原理與系統(tǒng)組成、交流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)知識(shí)等，供讀者7解交流調(diào)速的理論知識(shí)，為工程選型與設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考?！　〉?～9章為三菱變頻器應(yīng)用篇，本篇對(duì)三菱FR-500系列以及最新的FR-700系列變頻器的電路設(shè)計(jì)、功能、參數(shù)、操作、維修等知識(shí)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)、深入、具體的介紹?！　〉?0～15章為安川變頻器應(yīng)用篇，本篇對(duì)安川的7系列與最新的1000系列變頻器的電路設(shè)計(jì)、功能、參數(shù)、操作、維修等知識(shí)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)、深入、具體的介紹?！　”緯酝悎D書市場(chǎng)中最為全面、系統(tǒng)、實(shí)用與先進(jìn)的變頻器參考書籍作為編寫宗旨，力求為廣大工程技術(shù)人員與高等學(xué)校師生、研究生等提供一本真正有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)參考資料與設(shè)計(jì)手冊(cè)。由于全書所涉及的參考資料與內(nèi)容眾多，編寫工作量較大，書中的缺點(diǎn)錯(cuò)誤在所難免，殷切期望得到廣大讀者與同行專家的幫助指正。　　本書編寫參考了三菱FR-500／700系列與安川CIMR-7／1000系列變頻器的技術(shù)資料；在編寫過程中得到了三菱、安川公司技術(shù)人員以及黃佩玲、王健、陸寒香、丁迪、經(jīng)飛等同志的大力支持與幫助，在此一并表示感謝。

內(nèi)容概要

　　《變頻器從原理到完全應(yīng)用》從變頻器設(shè)計(jì)、使用以及維修人員的實(shí)際需要出發(fā)，在廣泛吸收國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)思想、先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，全面介紹了變頻調(diào)速理論、調(diào)速原理與系統(tǒng)組成及變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，并對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)常用的三菱FR-500/700系列與安川CIMR-7/1000系列變頻器的規(guī)格、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能、參數(shù)、操作、維修等方面的內(nèi)容進(jìn)行了全面、系統(tǒng)、深入、具體的介紹。全書內(nèi)容選擇先進(jìn)實(shí)用，理論闡述簡(jiǎn)潔明了，應(yīng)用技術(shù)介紹全面系統(tǒng)，功能說明深入細(xì)致，編寫深入淺出，理論聯(lián)系實(shí)際，面向工程應(yīng)用。《變頻器從原理到完全應(yīng)用》是迄今變頻器應(yīng)用類書籍中最為完整、系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)參考資料與應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)，也是高等學(xué)校師生、研究生教學(xué)培訓(xùn)的優(yōu)秀參考書。

書籍目錄

第1篇　交流調(diào)速基礎(chǔ)第1章　交流電機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1　發(fā)展概況與分類1.2　變頻器與伺服驅(qū)動(dòng)器1.3　變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品1.3.1　變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.3.2　典型變頻器產(chǎn)品簡(jiǎn)介第2章　交流調(diào)速基礎(chǔ)2.1　電機(jī)控制的基本理論2.1.1　電磁感應(yīng)定律與電磁力2.1.2　電機(jī)運(yùn)行的力學(xué)基礎(chǔ)2.2　感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行原理2.3　交流電的逆變2.3.1　電力電子器件概述2.3.2　整流電路的工作原理2.3.3　逆變電路的基本形式與工作原理2.4　PWM逆變?cè)?.4.1　PWM逆變?cè)砼c特點(diǎn)2.4.2　SPWM波形的產(chǎn)生第3章　變頻調(diào)速原理與系統(tǒng)3.1　感應(yīng)電機(jī)的U/f變頻控制3.1.1　感應(yīng)電機(jī)的等效電路3.1.2　電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性3.1.3　U/f變頻控制原理3.1.4　U/f控制的轉(zhuǎn)矩提升3.1.5　U/f控制輸出特性3.1.6　U/f控制變頻調(diào)速系統(tǒng)3.2　感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制3.2.1　轉(zhuǎn)差頻率控制原理3.2.2　轉(zhuǎn)矩控制的其他條件3.2.3　轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)3.3　感應(yīng)電機(jī)的矢量控制3.3.1　感應(yīng)電機(jī)的矢量控制原理3.3.2　感應(yīng)電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)第4章　變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4.1　交流調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)與性能比較4.1.1　交流調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)4.1.2　交流調(diào)速系統(tǒng)的性能比較4.2　工作條件對(duì)性能的影響4.3　變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.3.1　變頻調(diào)速電機(jī)的選擇4.3.2　變頻器及其配套附件的選擇4.4　變頻調(diào)速系統(tǒng)的安裝與連接4.4.1　工作條件與安裝設(shè)計(jì)4.4.2　連接設(shè)計(jì)4.4.3　干擾及其預(yù)防4.4.4　接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.4.5　安裝與連接圖設(shè)計(jì)4.5　電氣柜的散熱設(shè)計(jì)4.5.1　發(fā)熱量與散熱能力的計(jì)算4.5.2　熱交換器與空調(diào)的選擇第2篇　三菱變頻器應(yīng)用篇第5章　技術(shù)性能與電路設(shè)計(jì)5.1　產(chǎn)品系列、規(guī)格與性能5.1.1　三菱FR-500系列變頻器5.1.2　三菱FR-700系列變頻器5.1.3　FR-500/700性能比較5.2　硬件組成與軟件功能5.2.1　外置選件及其選擇原則5.2.2　內(nèi)置選件及其選擇原則5.2.3　變頻器軟件功能5.3　電氣連接總圖5.3.1　FR-500系列連接總圖5.3.2　FR-700系列連接總圖5.4　變頻器主回路設(shè)計(jì)5.4.1　輸入電源與要求5.4.2　電源通/斷與制動(dòng)電路設(shè)計(jì)5.4.3　主回路其他選件電路設(shè)計(jì)5.5　開關(guān)量輸入回路設(shè)計(jì)5.5.1　開關(guān)量輸入信號(hào)的基本說明5.5.2　開關(guān)量輸入信號(hào)連接設(shè)計(jì)5.5.3　正/反轉(zhuǎn)與停止控制電路5.5.4　其他開關(guān)量輸入信號(hào)說明5.6　開關(guān)量輸出回路設(shè)計(jì)5.6.1　開關(guān)量輸出信號(hào)的基本說明5.6.2　常用輸出信號(hào)說明5.6.3　速度與轉(zhuǎn)矩檢測(cè)信號(hào)5.7　模擬量輸入/輸出與閉環(huán)控制回路設(shè)計(jì)5.7.1　模擬量輸入/輸出回路的設(shè)計(jì)5.7.2　閉環(huán)控制回路的設(shè)計(jì)第6章　變頻器的操作與控制第7章　變頻器的基本功能與參數(shù)第8章　變頻器的擴(kuò)展功能與參數(shù)第9章　變頻器的監(jiān)控、保護(hù)功能與維修第3篇　安川變頻器應(yīng)用篇第10章　技術(shù)性能與電路設(shè)計(jì)第11章　變頻器操作與快速調(diào)試第12章　變頻器參數(shù)與基本設(shè)定第13章　變頻器的基本功能與參數(shù)第14章　擴(kuò)展功能與參數(shù)第15章　變頻器調(diào)試與維修附錄1　安川變頻器根據(jù)電機(jī)容量、電壓變化的默認(rèn)參數(shù)附錄2　安川CIMR-V1000變頻器控制PM電機(jī)的默認(rèn)參數(shù)

章節(jié)摘錄

　　第1章　交流電機(jī)控制系統(tǒng)概述　　1.1　發(fā)展概況與分類　　1.交流電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況　　交流電機(jī)（本書中所述的電機(jī)均指電動(dòng)機(jī)）控制系統(tǒng)是以交流電機(jī)為執(zhí)行元件的速度、轉(zhuǎn)矩或位置控制系統(tǒng)的總稱。與直流電機(jī)相比，交流電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、價(jià)格低等一系列優(yōu)點(diǎn)，但從控制系統(tǒng)的角度，由于交流電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性對(duì)象，其控制遠(yuǎn)比直流電機(jī)復(fù)雜，因此，在一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，直流電機(jī)控制系統(tǒng)始終在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。　　交流電機(jī)控制系統(tǒng)是隨晶體管脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulated，簡(jiǎn)稱PWM）技術(shù)與矢量控制理論發(fā)展起來的一種新型控制系統(tǒng)。　　20世紀(jì)70年代末，隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，MOSFET（半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、BJT（雙結(jié)型晶體管）等電力電子器件被實(shí)用化，晶體管PWM開始取代傳統(tǒng)的晶閘管控制，使得高頻、低損耗的變頻控制成為了可能。這一技術(shù)的進(jìn)步使得基于傳統(tǒng)電機(jī)模型與經(jīng)典控制理論的方波永磁同步電機(jī)（BLDCM，Brush Less DC Motor，也稱為無刷直流電機(jī)）交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與U／f控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)被迅速實(shí)用化，并陸續(xù)出現(xiàn)了實(shí)用型的交流伺服與變頻器產(chǎn)品，如德國(guó)SIEMENS公司的6SC610系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器、日本FANUC公司的s系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器及日本YASKAWA（安川）、三菱等公司早期的交流伺服與變頻器產(chǎn)品等?！　∵@些早期的交流伺服與變頻器產(chǎn)品是基于傳統(tǒng)的電機(jī)模型與控制理論，從交流電機(jī)的靜態(tài)特性出發(fā)對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行的控制，它們較好地解決了交流電機(jī)的平滑調(diào)速問題，為交流控制系統(tǒng)的快速發(fā)展與普及奠定了基礎(chǔ)。以上產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、生產(chǎn)制造成本低，至今仍然有所應(yīng)用。

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