目錄
電氣自動(dòng)化新技術(shù)叢書序言
前言
第1章電力電子器件及其應(yīng)用1
1.1概述1
1.2雙極晶體管（BJT）2
1.2.1BJT的發(fā)展3
1.2.2BJT的主要參數(shù)3
1.2.3BJT的安全工作區(qū)5
1.3電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6
1.3.1特性及參數(shù)6
1.3.2使用注意事項(xiàng)7
1.3.3新材料碳化硅制成的MOSFET器件8
1.4絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）9
1.4.1IGBT產(chǎn)品簡(jiǎn)介9
1.4.2IGBT的原理與符號(hào)簡(jiǎn)介9
1.4.3IGBT的主要參數(shù)10
1.4.4IGBT的基本特性11
1.4.5IGBT的選擇與保護(hù)12
1.4.6使用IGBT的注意事項(xiàng)17
1.4.7IGBT安全工作區(qū)（SOA）18
1.4.8IGBT的驅(qū)動(dòng)19
1.4.9IGBT的并聯(lián)運(yùn)行20
1.4.10高壓IGBT24
1.5其他電力半導(dǎo)體器件25
1.5.1門極關(guān)斷（GTO）晶閘管26
1.5.2場(chǎng)控晶閘管（MCT）27
1.5.3集成門極換向晶閘管(IGCT)28
1.6模塊化器件30
1.6.1三墾公司的SCM127xMF系列30
1.6.2安森美半導(dǎo)體公司的SPM系列36
1.6.3PIM模塊和PFC功能41
1.7基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件42
1.7.1碳化硅（SiC）電力電子器件42
1.7.2氮化鎵（GaN）電力電子器件43
1.7.3金剛石電力電子器件44
參考文獻(xiàn)45
第2章通用變頻器的原理47
2.1概述47
2.1.1變頻調(diào)速概況47
2.1.2通用變頻器概況50
2.2變頻器的簡(jiǎn)單原理54
2.2.1變頻調(diào)速的基本控制方式54
2.2.2變頻器的基本構(gòu)成56
2.3變頻器的分類57
2.3.1按直流電源的性質(zhì)分類57
2.3.2按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類59
2.3.3按控制方式分類59
2.3.4按主開關(guān)器件分類61
2.4通用變頻器中的逆變器及其PWM控制62
2.4.1PWM逆變器62
2.4.2SPWM控制62
2.4.3同步調(diào)制與異步調(diào)制65
2.4.4諧波分析與輸出電壓調(diào)節(jié)66
2.4.5諧波消去法69
2.4.6瞬時(shí)電流跟蹤控制71
2.5通用變頻器中的整流器72
2.5.1二極管整流器72
2.5.2斬控式整流器75
2.6變頻器傳動(dòng)中的制動(dòng)狀態(tài)82
2.6.1動(dòng)力制動(dòng)83
2.6.2回饋制動(dòng)84
2.6.3采用共用直流母線的多逆變器傳動(dòng)86
2.6.4直流制動(dòng)88
2.7異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性89
2.7.1以氣隙磁鏈為參變量的轉(zhuǎn)矩特性90
2.7.2以轉(zhuǎn)子全磁鏈為參變量的轉(zhuǎn)矩特性93
2.8通用變頻器的U/f控制94
2.8.1普通功能型U/f控制通用變頻器94
2.8.2高功能型U/f控制通用變頻器96
參考文獻(xiàn)102
第3章通用變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)103
3.1使用通用變頻器的目的與效益103
3.1.1節(jié)能應(yīng)用104
3.1.2提高生產(chǎn)率109
3.1.3提高產(chǎn)品質(zhì)量111
3.1.4設(shè)備的合理化112
3.1.5適應(yīng)或改善環(huán)境113
3.2使用通用變頻器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)113
3.3通用變頻器的功能116
3.3.1概述116
3.3.2變頻器參數(shù)功能的類型119
3.3.3功能設(shè)定概述120
3.3.4主要功能的說明120
3.4生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)122
3.4.1生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩特性124
3.4.2生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng)與制動(dòng)126
3.5異步電動(dòng)機(jī)的選擇129
3.5.1異步電動(dòng)機(jī)形式與容量的選擇129
3.5.2負(fù)載功率的計(jì)算133
3.5.3選用異步電動(dòng)機(jī)時(shí)的注意事項(xiàng)135
3.6變頻器及其外圍設(shè)備的選擇138
3.6.1通用變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格138
3.6.2變頻器類型的選擇139
3.6.3變頻器容量的計(jì)算140
3.6.4變頻器的外圍設(shè)備及其選擇142
參考文獻(xiàn)148
第4章通用變頻器的使用與維護(hù)149
4.1通用變頻器使用的一般知識(shí)149
4.1.1通用變頻器的銘牌149
4.1.2變頻器的結(jié)構(gòu)150
4.1.3電磁兼容性150
4.1.4通用變頻器的認(rèn)證152
4.2通用變頻器的安裝156
4.2.1變頻器的防護(hù)等級(jí)156
4.2.2變頻器的安裝環(huán)境156
4.2.3安裝空間157
4.3通用變頻器標(biāo)準(zhǔn)接線與端子功能159
4.3.1基本原理接線圖159
4.3.2主電路接線159
4.3.3控制電路接線161
4.3.4制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的選擇163
4.4變頻器的運(yùn)行163
4.4.1通電前的檢查163
4.4.2系統(tǒng)功能的設(shè)定164
4.4.3試運(yùn)行165
4.4.4負(fù)載運(yùn)行165
4.5變頻器的某些特殊功能166
4.5.1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩提升的設(shè)定166
4.5.2跳躍頻率167
4.5.3瞬時(shí)停電再起動(dòng)168
4.5.4第二電動(dòng)機(jī)功能168
4.5.5火災(zāi)模式168
4.6變頻器的維護(hù)與故障處理168
4.6.1日常維護(hù)與檢查169
4.6.2變頻器本身的保護(hù)功能171
4.6.3常見故障檢查與處理172
4.7使用變頻器時(shí)的注意事項(xiàng)176
4.7.1接線與防止噪聲時(shí)的注意事項(xiàng)176
4.7.2關(guān)于輸入與輸出的注意事項(xiàng)177
4.7.3用于特殊電動(dòng)機(jī)時(shí)的注意事項(xiàng)178
4.7.4通用變頻器的可靠性179
4.8變頻器的測(cè)量與實(shí)驗(yàn)方法180
4.8.1目前常見的測(cè)量儀表181
4.8.2變頻器的測(cè)量與儀表的選擇181
4.8.3輸入側(cè)的測(cè)量182
4.8.4輸出側(cè)的測(cè)量183
參考文獻(xiàn)184
第5章高性能通用變頻器的運(yùn)行185
5.1高性能通用變頻器的結(jié)構(gòu)類型185
5.2高性能通用變頻器的控制方法188
5.2.1矢量控制基本原理188
5.2.2采用PWM變頻器的矢量控制框圖191
5.2.3矢量控制相關(guān)概念193
5.2.4電壓空間矢量PWM控制（SVPWM）196
5.2.5直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）202
5.3高性能通用變頻器的選型與接線208
5.3.1高性能通用變頻器選型208
5.3.2主電路接線 208
5.3.3控制電路接線209
5.4高性能通用變頻器的系統(tǒng)組態(tài)212
5.4.1編程單元212
5.4.2輸入輸出端子功能的設(shè)定213
5.4.3變頻器的功能數(shù)據(jù)組、功能單元塊與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)216
5.4.4矢量控制的系統(tǒng)組態(tài)218
5.5高性能通用變頻器的功能模塊222
5.5.1端子模塊TM222
5.5.2電壓監(jiān)控模塊VSM223
5.5.3編碼器模塊SMC/SME223
5.5.4DRIVE-CLiQ集線器模塊DMC/DME223
5.6使用高性能變頻器時(shí)的注意事項(xiàng)223
5.6.1變頻器選型時(shí)的注意事項(xiàng) 223
5.6.2變頻器系統(tǒng)組態(tài)時(shí)的注意事項(xiàng)224
5.7高性能變頻器舉例225
5.7.1ABB ACS880系列變頻器225
5.7.2三菱FR800變頻器 230
5.7.3英泰P2系列變頻器231
參考文獻(xiàn)232
第6章高壓變頻器233
6.1高壓變頻器的結(jié)構(gòu)233
6.1.1高低高方式變頻器233
6.1.2高高方式變頻器234
6.2電流源型高壓變頻器235
6.2.1晶閘管電流源型變頻器236
6.2.2PWM式電流源型變頻器237
6.3三電平電壓源型高壓變頻器239
6.3.1三電平高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路241
6.3.2三電平高壓變頻器基本原理242
6.3.3三電平空間電壓矢量控制算法248
6.3.4二極管箝位三電平電路的軟開關(guān)技術(shù)254
6.3.5三電平變頻器的派生方案255
6.3.6PWM整流器257
6.4單元串聯(lián)多電平電壓源型高壓變頻器259
6.4.1單元串聯(lián)多電平變頻器原理259
6.4.2多重化整流電路263
6.4.3多電平移相式PWM控制265
6.4.4其他派生的單元串聯(lián)式多電平技術(shù)方案269
6.5高壓變頻器的節(jié)能應(yīng)用272
6.5.1泵與風(fēng)機(jī)的主要特性及工作點(diǎn)273
6.5.2泵與風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能原理274
6.5.3泵與風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能計(jì)算276
6.5.4高壓變頻器調(diào)速的意義279
6.6高壓變頻器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用280
6.6.1TMEIC MVG2高壓變頻器在豐南高爐電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的應(yīng)用280
6.6.2TMEIC傳動(dòng)系統(tǒng)在選礦大型磨機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用286
6.6.3TMEIC傳動(dòng)在大型提升機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用291
6.6.4TMEIC公司XL系列五電平電壓源型變頻器的應(yīng)用295
參考文獻(xiàn)296
第7章通用變頻器的應(yīng)用297
7.1通用變頻器在風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載中的應(yīng)用297
7.1.1泵的特性分析與節(jié)能原理297
7.1.2變頻器恒壓供水系統(tǒng)298
7.1.3變頻器在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用302
7.2通用變頻器在起重設(shè)備上的應(yīng)用306
7.2.1通用變頻器在行吊上的應(yīng)用306
7.2.2通用變頻器在塔吊上的應(yīng)用309
7.2.3通用變頻器在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用314
7.2.4通用變頻器在建筑起重機(jī)上的應(yīng)用315
7.3通用變頻器在紡織行業(yè)的應(yīng)用323
7.3.1紡織行業(yè)的應(yīng)用背景323
7.3.2變頻器在整經(jīng)機(jī)上的應(yīng)用323
7.3.3變頻器在倍捻機(jī)上的應(yīng)用325
7.3.4變頻器在開清棉機(jī)上的應(yīng)用326
7.3.5變頻器在細(xì)紗機(jī)上的應(yīng)用327
7.3.6紡織專用變頻器327
7.4通用變頻器在拉絲機(jī)行業(yè)的應(yīng)用327
7.4.1拉絲機(jī)概述327
7.4.2變頻器在水箱式拉絲機(jī)上的應(yīng)用328
7.4.3直進(jìn)式拉絲機(jī)的介紹330
7.5通用變頻器在復(fù)合機(jī)設(shè)備上的應(yīng)用332
7.5.1變頻器在常規(guī)復(fù)合機(jī)上的應(yīng)用332
7.5.2變頻器在淋膜機(jī)上的應(yīng)用333
7.6通用變頻器在立體車庫中的應(yīng)用335
7.6.1立體車庫簡(jiǎn)介335
7.6.2立體車庫的控制系統(tǒng)337
7.6.3變頻器在平面移動(dòng)類車庫中的應(yīng)用337
7.6.4變頻器在垂直循環(huán)類車庫中的應(yīng)用341
7.6.5變頻器在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上的應(yīng)用342
7.7通用變頻器在抽油機(jī)上的應(yīng)用342
7.7.1變頻器在螺桿泵抽油機(jī)上的應(yīng)用343
7.7.2變頻器在游梁式抽油機(jī)上的應(yīng)用347
7.7.3變頻器在天平式抽油機(jī)上的應(yīng)用351
7.8通用變頻器在太陽能農(nóng)田灌溉中的應(yīng)用351
7.8.1太陽能供電系統(tǒng)351
7.8.2變頻器直流供電及應(yīng)用353
7.9通用變頻器的高頻應(yīng)用356
7.10通用變頻器的軸發(fā)及DC-DC電源應(yīng)用357
7.10.1軸帶發(fā)電機(jī)應(yīng)用357
7.10.2變頻器DC-DC電源應(yīng)用359
7.11通用變頻器的其他應(yīng)用363
7.11.1變頻器在棒線材生產(chǎn)線上的應(yīng)用363
7.11.2通用變頻器在葉輪給煤機(jī)中的應(yīng)用367
參考文獻(xiàn)371
第8章變頻器的通信與網(wǎng)絡(luò)372
8.1概述372
8.2變頻器調(diào)速系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)373
8.2.1通信網(wǎng)絡(luò)模型與通信方式373
8.2.2串行通信接口375
8.2.3變頻調(diào)速系統(tǒng)通信抗干擾技術(shù)380
8.3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)382
8.3.1常用的現(xiàn)場(chǎng)總線種類382
8.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)385
8.4總線控制變頻系統(tǒng)386
8.4.1總線控制變頻系統(tǒng)的構(gòu)成386
8.4.2Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在輸煤系統(tǒng)變頻控制中的應(yīng)用387
8.4.3CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在調(diào)和罐變頻控制中的應(yīng)用389
8.4.4DeviceNet總線技術(shù)在變頻恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用393
8.4.5Profibus/Modbus總線橋在變頻器組中的應(yīng)用395
8.5PLC控制變頻系統(tǒng)396
8.5.1由變頻器與西門子PLC組成的控制系統(tǒng)396
8.5.2由變頻器與施耐德PLC組成的控制系統(tǒng)401
8.5.3由變頻器與臺(tái)達(dá)PLC組成的銑邊機(jī)床系統(tǒng)405
8.5.4由變頻器與歐姆龍PLC組成的動(dòng)臂吊車控制系統(tǒng)409
8.6變頻器的通信與網(wǎng)絡(luò)方案舉例413
8.6.1三菱變頻器、PLC和CC-link總線控制系統(tǒng)舉例413
8.6.2 西門子S7-300 PLC和變頻器的液位控制系統(tǒng)舉例417
8.6.3西門子PLC與變頻器間的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線通信舉例419
8.6.4西門子變頻器G120與1513 PLC間的ProfiNet通信舉例422
參考文獻(xiàn)432
部分模塊生產(chǎn)廠家和變頻器生產(chǎn)廠家簡(jiǎn)介434