目錄
電氣自動化新技術(shù)叢書序言
前言
第1章電力電子器件及其應用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場效應晶體管（MOSFET）6
1.3.1特性及參數(shù)6
1.3.2使用注意事項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)品簡介9
1.4.2IGBT的原理與符號簡介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12
1.4.6使用IGBT的注意事項17
1.4.7IGBT安全工作區(qū)（SOA）18
1.4.8IGBT的驅(qū)動19
1.4.9IGBT的并聯(lián)運行20
1.4.10高壓IGBT24
1.5其他電力半導體器件25
1.5.1門極關(guān)斷（GTO）晶閘管26
1.5.2場控晶閘管（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變頻器傳動中的制動狀態(tài)82
2.6.1動力制動83
2.6.2回饋制動84
2.6.3采用共用直流母線的多逆變器傳動86
2.6.4直流制動88
2.7異步電動機變頻調(diào)速時的轉(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適應或改善環(huán)境113
3.2使用通用變頻器的技術(shù)優(yōu)勢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)機械的驅(qū)動122
3.4.1生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)矩特性124
3.4.2生產(chǎn)機械的起動與制動126
3.5異步電動機的選擇129
3.5.1異步電動機形式與容量的選擇129
3.5.2負載功率的計算133
3.5.3選用異步電動機時的注意事項135
3.6變頻器及其外圍設(shè)備的選擇138
3.6.1通用變頻器的標準規(guī)格138
3.6.2變頻器類型的選擇139
3.6.3變頻器容量的計算140
3.6.4變頻器的外圍設(shè)備及其選擇142
參考文獻148
第4章通用變頻器的使用與維護149
4.1通用變頻器使用的一般知識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通用變頻器的認證152
4.2通用變頻器的安裝156
4.2.1變頻器的防護等級156
4.2.2變頻器的安裝環(huán)境156
4.2.3安裝空間157
4.3通用變頻器標準接線與端子功能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制動單元和制動電阻的選擇163
4.4變頻器的運行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試運行165
4.4.4負載運行165
4.5變頻器的某些特殊功能166
4.5.1電動機轉(zhuǎn)矩提升的設(shè)定166
4.5.2跳躍頻率167
4.5.3瞬時停電再起動168
4.5.4第二電動機功能168
4.5.5火災模式168
4.6變頻器的維護與故障處理168
4.6.1日常維護與檢查169
4.6.2變頻器本身的保護功能171
4.6.3常見故障檢查與處理172
4.7使用變頻器時的注意事項176
4.7.1接線與防止噪聲時的注意事項176
4.7.2關(guān)于輸入與輸出的注意事項177
4.7.3用于特殊電動機時的注意事項178
4.7.4通用變頻器的可靠性179
4.8變頻器的測量與實驗方法180
4.8.1目前常見的測量儀表181
4.8.2變頻器的測量與儀表的選擇181
4.8.3輸入側(cè)的測量182
4.8.4輸出側(cè)的測量183
參考文獻184
第5章高性能通用變頻器的運行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的注意事項223
5.6.1變頻器選型時的注意事項 223
5.6.2變頻器系統(tǒng)組態(tài)時的注意事項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)能應用272
6.5.1泵與風機的主要特性及工作點273
6.5.2泵與風機的變頻調(diào)速節(jié)能原理274
6.5.3泵與風機的變頻節(jié)能計算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)場應用280
6.6.1TMEIC MVG2高壓變頻器在豐南高爐電動機起動的應用280
6.6.2TMEIC傳動系統(tǒng)在選礦大型磨機系統(tǒng)的應用286
6.6.3TMEIC傳動在大型提升機系統(tǒng)的應用291
6.6.4TMEIC公司XL系列五電平電壓源型變頻器的應用295
參考文獻296
第7章通用變頻器的應用297
7.1通用變頻器在風機水泵負載中的應用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變頻器在風機上的應用302
7.2通用變頻器在起重設(shè)備上的應用306
7.2.1通用變頻器在行吊上的應用306
7.2.2通用變頻器在塔吊上的應用309
7.2.3通用變頻器在橋式起重機上的應用314
7.2.4通用變頻器在建筑起重機上的應用315
7.3通用變頻器在紡織行業(yè)的應用323
7.3.1紡織行業(yè)的應用背景323
7.3.2變頻器在整經(jīng)機上的應用323
7.3.3變頻器在倍捻機上的應用325
7.3.4變頻器在開清棉機上的應用326
7.3.5變頻器在細紗機上的應用327
7.3.6紡織專用變頻器327
7.4通用變頻器在拉絲機行業(yè)的應用327
7.4.1拉絲機概述327
7.4.2變頻器在水箱式拉絲機上的應用328
7.4.3直進式拉絲機的介紹330
7.5通用變頻器在復合機設(shè)備上的應用332
7.5.1變頻器在常規(guī)復合機上的應用332
7.5.2變頻器在淋膜機上的應用333
7.6通用變頻器在立體車庫中的應用335
7.6.1立體車庫簡介335
7.6.2立體車庫的控制系統(tǒng)337
7.6.3變頻器在平面移動類車庫中的應用337
7.6.4變頻器在垂直循環(huán)類車庫中的應用341
7.6.5變頻器在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上的應用342
7.7通用變頻器在抽油機上的應用342
7.7.1變頻器在螺桿泵抽油機上的應用343
7.7.2變頻器在游梁式抽油機上的應用347
7.7.3變頻器在天平式抽油機上的應用351
7.8通用變頻器在太陽能農(nóng)田灌溉中的應用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用353
7.9通用變頻器的高頻應用356
7.10通用變頻器的軸發(fā)及DC-DC電源應用357
7.10.1軸帶發(fā)電機應用357
7.10.2變頻器DC-DC電源應用359
7.11通用變頻器的其他應用363
7.11.1變頻器在棒線材生產(chǎn)線上的應用363
7.11.2通用變頻器在葉輪給煤機中的應用367
參考文獻371
第8章變頻器的通信與網(wǎng)絡372
8.1概述372
8.2變頻器調(diào)速系統(tǒng)通信網(wǎng)絡基礎(chǔ)373
8.2.1通信網(wǎng)絡模型與通信方式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)場總線技術(shù)382
8.3.1常用的現(xiàn)場總線種類382
8.3.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點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)場總線技術(shù)在輸煤系統(tǒng)變頻控制中的應用387
8.4.3CC-Link現(xiàn)場總線技術(shù)在調(diào)和罐變頻控制中的應用389
8.4.4DeviceNet總線技術(shù)在變頻恒壓供水控制系統(tǒng)中的應用393
8.4.5Profibus/Modbus總線橋在變頻器組中的應用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由變頻器與臺達PLC組成的銑邊機床系統(tǒng)405
8.5.4由變頻器與歐姆龍PLC組成的動臂吊車控制系統(tǒng)409
8.6變頻器的通信與網(wǎng)絡方案舉例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432
部分模塊生產(chǎn)廠家和變頻器生產(chǎn)廠家簡介434