全国高等职业教育工业生产自动化技术系列规划教材：工业变频器原理及应用（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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魏召刚 编

图书标签:

• 工业变频器
• 变频技术
• 自动化
• 工业控制
• 电气工程
• 高等职业教育
• 教材
• 第二版
• PLC
• 电机控制

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121119484

版次：1

商品编码：10440014

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-01-01

用纸：胶版纸

页数：190

字数：320000

正文语种：中文

内容简介

工业变频器基本知识，工业变频器结构，工业变频器控制方式，富士变频器介绍，变频控制系统设计，变频器运行与维护，变频控制系统应用实例。全书分7章，对以上内容做了软详细的分析和介绍。《工业变频器原理及应用（第2版）》在内容编排上以应用为重点。考虑到读者对变频器维修的要求和知识连贯性，对变频器的工作原理做了适度的介绍。在选型上，以目前国内市场占有率最大和市场定位较高的富士产品为例进行介绍，目的是满足大多数变频器用户的知识需求。变频器维护和应用实例等到方面的内容取材于众多变频器生产企业的培训教材，具有专业的指导作用。
《工业变频器原理及应用（第2版）》可作为高职高专院校电气工程及自动化专业、机电一体化专业、自动控制专业及相关专业的教材，也可作为工业企业相关技术人员的实用的参考资料。

目录

第1章 变频技术概述
1.1 交流电动机调速方式
1.2 工业变频器的类型及发展
1.3 工业变频器的应用领域及意义
思考题与习题

第2章 工业变频器的基本结构
2.1 交-直-交工业变频器的基本结构
2.2 整流电路
2.3 中间电路
2.4 逆变电路
2.5 工业变频器的其他功能部件
2.6 交-交变频器介绍
思考题与习题

第3章 变频器的控制方式
3.1 u/f控制方法
3.2 转差频率控制
3.3 矢量控制
3.4 直接转矩控制
思考题与习题

第4章 富士frenic 5000系列变频器应用详解
4.1 富士frenic 5000系列变频器概述
4.2 任务1 由操作面板控制的变频器运行
4.3 任务2 远程控制电动机的启停
4.4 任务3 外部开关完成电动机的加减速控制
4.5 任务4 用变频器完成电动机的点动控制
4.6 任务5 外部控制多段速运行
4.7 任务6 按程序自动运行
4.8 任务7 一控二运行
4.9 任务8 pid控制
4.10 任务9 直流制动
4.11 任务10 通信控制

第5章 变频控制系统的实现
5.1 变频控制系统结构设计
5.2 变频控制系统的主电路设计
5.3 变频控制系统控制方式设计
5.4 变频控制系统设计示例
思考题与习题

第6章 工业变频器的安装与维护
6.1 工业变频器的环境要求
6.2 工业变频器的安装与运行
6.3 工业变频器常见故障及处理
6.4 工业变频器的干扰及对策
思考题与习题

第7章 工业变频器的应用实例
7.1 工业变频器在民用方面的应用
7.2 工业变频器在工业方面的应用
思考题与习题
参考文献

精彩书摘

能没有很严格要求的场合，以其相对经济的产品和相对简单的控制方式来满足最基本的应用。但随着变频技术的进一步发展和市场需求的变化，通用变频器也更进一步地发展为两个方向，分别为针对以节能运行为主要目的的风机、泵类等平方转矩负载使用的平方转矩变频器和以普通恒转矩机械为主要控制对象的恒转矩变频器。
①平方转矩变频器。该类变频器的主要控制对象是以风机、水泵为典型代表的平方转矩负载。我们对这类负载特点的基本理解是：启动转矩不大，对转速控制的精确性要求不高，低速运行可大幅度节能。从应用目的出发，该类变频器基本上以采用渺控制方式为主，具有较低的过载能力，低频转矩相对较小，最高输出频率较低。但随着其功能的增强，其实际控制功能已非常全面，具有了比如：简易PLC、闭环控制、多泵自动切换控制等多项针对该类负载实际应用的功能，从而使其系统的构成更简单、更经济。
在实际应用中，由于该类变频器与恒转矩变频器具有较大的价格差，在许多恒转矩负载的控制中，如果设备的启动转矩不大或者工作过载倍数较小时，从经济性考虑，也经常选择该类变频器。
②恒转矩变频器。恒转矩通用型变频器的主要应用对象是启动转矩大、调速精度要求不是非常高的恒转矩机械设备。与平方转矩变频器比较，它具有以下特点：过载能力强、调速范围宽、启动转矩大等。为了满足不同控制目的，该类变频器也内置了大量的应用软件，如：简易PLC、闭环控制、多段速控制等非常实用的控制功能。
就控制方式而言，该类变频器仍然以具有多种可选择曲线的U／f控制为主，但随着其应用范围的不断扩大，目前基本上所有的恒转矩变频器均具有带自整定功能的无传感器矢量控制。对通用的机械设备，即使其调速精度和过渡过程要求较高，基本上也可以使用恒转矩通用型变频器实现。
（2）专用变频器。专用变频器是指应用于某些特殊场合的具有某种特殊性能的变频器，其特点是某个方面的性能指标极高，因而可以实现高控制要求，但价格相对也较高。
①高性能专用变频器。随着控制理论、交流调速理论以及电力电子技术的发展，采用vc变频器和专用变频电机构成的控制系统其性能指标已经达到甚至超过了直流调速系统。由于交流调速系统具有环境适应性强、维护简单等直流系统所无法比拟的优势，越来越多的直流调速系统正逐渐被交流变频调速系统取代。如：冶金行业的可逆轧机控制；数控机床的主轴驱动变频器等。
②高频变频器。在超精密机械加工中常要用到高速电机。为了满足其驱动的需要，出现了输出频率可达3kHz的高频变频器，从而使异步电动机的转速达到要求。

前言/序言

　　工业变频器经过几十年的发展，目前已处于普及应用阶段。但在我国许多企业的工程技术人员对工业变频器的了解还处于非常初级的阶段。作为高职高专的毕业生，毕业后即将面对的是具有相对高端技术的企业环境，所以对变频器技术及应用的掌握是必需的。鉴于此，本书的第一版邀请了多位具有丰富教学经验和实践经验的“双师型”作者，从教学应用的角度出发，以让学生掌握必要的知识和技能为出发点，对变频器的知识做了精选和整合，完成了《工业变频器原理及应用》第一版教材的编写工作。该书自2006年出版以来，受到了广大读者的欢迎，被很多高职院校作为教材使用。
　　随着近几年教学改革的不断深入，很多课程都发生了不同程度的调整，变频器课程也不断发展变化。
　　基于变频器在工业生产中已经逐渐成为一个控制元件，变频器的使用范围在扩大，使用者的知识层次也有越来越大的差别。作为使用者来讲，重点是要掌握如何更好地使用它，而对其细节的结构及工作原理可能需要得少一些。作为变频器入门的参考读物，本教材在修订中充分考虑了以上的变化。在内容处理上有几点变化：第一，更注重变频器的使用参数的介绍，对其内部电路的介绍作了较大幅度的简化。第二，为了更好地让读者理解参数的意义，以任务的方式针对性地讲解参数的作用，希望对读者的理解有所帮助。改编工作中，由魏召刚完成了对1～3章的缩编，苏挺老师完成了第4章的重新编写，刘卓鸿老师完成了5、7章的重新整理，并请山东工业职业学院李文森老师完成了审稿工作。
　　希望改编工作为读者理解本书内容提供帮助，同时对原作者刘林山老师、冯丽平老师和原主审刘刚老师表示深深的敬意。感谢他们付出的辛勤劳动，并对他们深厚的专业知识表示崇高的敬意。
　　我们努力奉献给读者一本优秀、适用的教材和参考书，但限于水平，加之时间紧迫，难免会有不如意之处，敬请广大读者批评指正。

工业变频器原理及应用（第2版） 一本面向全国高等职业教育的工业生产自动化技术系列规划教材，深入浅出地解析工业变频器核心理论，全面阐述其在现代工业生产中的实际应用。 本书作为“全国高等职业教育工业生产自动化技术系列规划教材”的重要组成部分，旨在为高等职业院校的机电一体化技术、自动化生产设备应用技术、工业机器人技术等相关专业的学生提供一套系统、实用、前沿的教学和学习资源。本书在第一版的基础上，根据行业发展和教学改革的最新需求，进行了全面更新和修订，内容更加丰富，实践性更强，旨在培养具备扎实变频器理论知识和丰富实践操作能力的高素质技术技能人才。 内容详尽，体系完整： 全书共分为十章，结构清晰，逻辑严谨，循序渐进地引导读者掌握变频器的奥秘。 第一章 变频调速技术概述： 本章将从宏观角度出发，首先介绍变频调速技术的概念、发展历程及其在现代工业生产中的重要地位。我们将探讨变频调速技术与传统调速方式（如电阻调压、滑差调速等）的优劣对比，分析变频调速技术在提高生产效率、降低能耗、改善工艺、减少机械磨损等方面的显著优势。同时，本章还将介绍变频器在不同工业领域（如冶金、石化、电力、纺织、造纸、汽车制造等）的典型应用场景，为读者建立变频器技术的整体认知框架。 第二章 脉宽调制（PWM）技术原理： PWM技术是现代变频器实现平滑调速的核心，本章将对其进行深入剖析。我们将详细介绍PWM的基本原理，包括载波信号、调制信号的生成，以及如何通过脉冲宽度来模拟不同幅值的电压。本章将重点讲解几种主流的PWM调制策略，如单极性PWM、双极性PWM、三相PWM等，并分析不同调制方式的优缺点及其对输出波形的影响。我们将通过丰富的图示和数学公式，帮助读者理解PWM波形是如何产生和变换的，以及其在降低谐波、提高输出电源质量方面的作用。 第三章 变频器的工作原理： 本章是本书的核心章节之一，将详细阐述变频器内部各功能模块的工作原理。我们将从变频器的基本组成结构出发，介绍其主要的电路单元，包括： 整流单元： 讲解如何将输入的交流电转换为直流电，包括单相桥式整流、三相桥式整流等电路，并分析其滤波和储能作用。 直流环节： 阐述直流环节在变频器中的作用，包括电容滤波、电感滤波的原理，以及电容和电感的参数选择对变频器性能的影响。 逆变单元： 这是变频器的核心输出部分，我们将详细介绍IGBT、MOSFET等功率器件在逆变电路中的开关工作原理，以及如何通过控制这些器件的开关来实现PWM电压输出。 控制单元： 介绍控制单元的作用，包括接收外部控制信号、执行PWM生成算法、实现过压、过流、过温等保护功能。 通过本章的学习，读者将能够清晰地理解变频器是如何将固定频率、固定电压的交流电转换为频率、电压可调的交流电的。 第四章 变频器的基本控制方式： 本章将聚焦于变频器实现电机调速的几种基本控制方法。 V/f（电压/频率）控制： 这是最简单也是最常用的控制方式。我们将详细讲解V/f比恒定的原理，分析其在不同负载下的工作特性，以及其适用的场合和局限性。 转矩补偿（Slip Compensation）： 针对V/f控制在低速时转矩下降的问题，本章将介绍转矩补偿的方法，以及如何通过调整输出电压来提高低速运行时的转矩输出能力。 向量控制（Vector Control）： 作为一种更高级的控制方式，向量控制能够实现对电机转矩和磁链的独立控制，从而获得更精确的转矩响应和更好的动态性能。本章将介绍两种主要的向量控制策略： 磁场定向控制（FOC）： 详细讲解FOC的基本原理，包括对电机电流进行坐标变换，将电流分解为磁场分量和转矩分量，并分别进行控制。 直接转矩控制（DTC）： 介绍DTC的工作原理，其优点在于无需对电机进行精确建模，控制响应速度快。 本章将通过对比分析，帮助读者理解不同控制方式的性能差异，并根据实际应用需求选择合适的控制策略。 第五章 变频器的分类与选型： 为了让读者更好地理解市场上的变频器产品，本章将介绍变频器的分类方法以及如何根据实际需求进行选型。 按功率等级分类： 小功率、中功率、大功率变频器的划分及其特点。 按控制方式分类： V/f控制变频器、矢量控制变频器等。 按应用场合分类： 通用变频器、专用变频器（如注塑机专用、起重机专用等）。 选型原则： 详细讲解变频器选型的关键考虑因素，包括： 电机功率匹配： 如何根据电机额定功率选择合适的变频器额定功率。 过载能力： 变频器的启动转矩、持续过载能力、峰值过载能力等指标的含义及选型要点。 额定电压与频率： 变频器与电机铭牌参数的匹配。 电源容量： 变频器对供电电源的要求。 环境条件： 温度、湿度、海拔、安装场所等对变频器选型和安装的影响。 控制功能需求： PID控制、多段速、外部端子控制、通信控制等。 保护功能： 过压、欠压、过流、过载、过温、短路等保护功能的设置。 第六章 变频器的安装与调试： 本章将提供详细的实践指导，帮助读者掌握变频器的正确安装和调试步骤。 安装注意事项： 包括安装位置的选择（通风散热、防尘防潮）、安装方式（壁挂式、落地式）、电缆敷设、接地要求等。 接线规范： 详细介绍主电路接线、控制电路接线、外部端子接线、通信接口接线等，强调安全接线的重要性。 参数设置： 讲解变频器常用参数的含义及其设置方法，如电机参数设置、启动/停止方式设置、调速方式设置、保护参数设置、通信参数设置等。 调试步骤： 介绍变频器空载调试、带载调试的步骤和注意事项，以及如何通过运行状态指示灯、显示屏信息来判断变频器运行状态。 故障诊断与排除： 总结变频器常见的故障现象及可能的原因，并提供相应的排除方法，帮助读者快速解决运行中遇到的问题。 第七章 变频器在常用机电设备中的应用： 本章将结合具体设备，深入探讨变频器在实际工业生产中的应用案例。 风机、水泵的应用： 讲解变频器在风机、水泵节能改造中的优势，如节能原理、流量调节、压力恒定控制等。 输送带的应用： 变频器在输送带速度调节、平稳启停、负载均衡等方面的应用。 机床主轴的应用： 变频器如何实现机床主轴的无级调速，提高加工精度和效率。 卷扬机、起重机的应用： 变频器在起重设备中实现平稳起升、下降，提高运行安全性。 注塑机、挤出机的应用： 变频器在注塑、挤出工艺中的节能和性能提升。 第八章 变频器常见故障与维护： 本章旨在提升读者的故障排除和日常维护能力。 常见故障分析： 详细列举变频器运行中可能出现的各种故障代码和现象，如过压、欠压、过流、过载、接地故障、通信故障等，并深入分析其产生的原因。 故障诊断方法： 介绍使用变频器自带的故障记录功能、万用表测量、示波器检测等辅助手段进行故障诊断。 维修与更换： 讲解变频器常见损坏部件的识别和更换（如风扇、电容、功率模块等），强调安全操作规程。 预防性维护： 提出变频器日常检查、清洁、绝缘电阻测量、散热系统检查等维护保养建议，以延长变频器使用寿命，保证设备稳定运行。 第九章 变频器与PLC的接口及应用： 随着自动化程度的提高，变频器与PLC（可编程逻辑控制器）的集成应用日益广泛。本章将重点介绍二者的接口方式和联合控制。 通信接口： 详细介绍RS-485、Ethernet/IP、PROFIBUS等工业通信接口的原理和应用，以及如何通过通信协议实现变频器与PLC之间的数据交换（如频率设定、启停控制、状态监测、故障报警等）。 端子控制： 讲解如何利用PLC的数字量输出控制变频器的启停、多段速选择、正反转控制等。 模拟量控制： 介绍如何通过PLC输出的模拟量信号（如0-10V、4-20mA）来控制变频器的给定频率，实现闭环控制。 综合应用案例： 通过一个或多个具体的PLC与变频器联动控制的工程实例，例如自动生产线、物料搬运系统等，展示二者协同工作的强大能力。 第十章 变频器的新技术与发展趋势： 本章将放眼未来，介绍变频器领域的新技术和发展方向。 高性能矢量控制技术： 介绍更高精度的磁场定向控制算法，以及对电机参数辨识和自适应能力的研究。 永磁同步电机（PMSM）变频器： 阐述PMSM的特点及其与变频器的匹配技术，以及PMSM在节能和性能方面的优势。 伺服驱动器与变频器的融合： 探讨伺服驱动器和变频器在功能上的互补与发展趋势。 智能化与网络化： 介绍变频器在物联网（IoT）时代的应用，如远程监控、故障预测、数据分析等，以及变频器与其他工业自动化设备的互联互通。 新能源汽车驱动系统： 简要介绍变频技术在新能源汽车动力驱动系统中的应用。 特色与优势： 理论与实践紧密结合： 全书在讲解理论知识的同时，穿插了大量的实际应用案例、操作步骤和注意事项，帮助学生将书本知识转化为实际操作能力。 图文并茂，清晰易懂： 大量采用示意图、电路图、实物图和表格，直观地展示变频器的工作原理和结构，降低了学习难度。 紧跟行业前沿： 及时反映了变频器技术在软件算法、硬件结构、通信协议等方面的最新发展。 面向高等职业教育： 内容设置充分考虑了高职学生的特点，注重培养学生的动手能力、解决实际问题的能力和创新能力。 配套资源丰富： 建议配合使用本书的实验指导书、教学PPT、教学视频等辅助资源，实现教学效果的最大化。 本书的出版，旨在为我国高等职业教育领域的工业生产自动化技术教学提供有力支持，为培养更多优秀的自动化技术人才贡献力量。无论您是初学者，还是希望深入了解变频器技术的在职工程师，本书都将是您宝贵的学习伙伴。

评分☆☆☆☆☆

评价三： 作为一名在自动化生产一线摸爬滚打多年的技术人员，我对变频器的了解已经有一定的基础，但我总觉得在某些深层次的原理理解上还存在模糊之处。这本书的出现，恰好填补了我的知识空白。它在原理讲解上，并没有回避一些稍微复杂的数学模型和物理过程，比如傅里叶级数在PWM生成中的应用，以及磁场定向控制的数学推导。虽然这些内容对非电气专业出身的人来说可能有些挑战，但作者的讲解方式非常耐心，并且辅以大量的示意图和对比分析，使得原本抽象的概念变得具体可感。我尤其欣赏书中对变频器电磁兼容性（EMC）问题的探讨，这在实际工程中是经常被忽略但又至关重要的一环。书中提出的抑制干扰的措施和防护方法，对于避免设备之间相互影响，保证生产线稳定运行有着实际的价值。总的来说，这本书的内容深度和广度都达到了相当高的水平，既能满足职业院校学生的学习需求，也能为一线工程师提供深入的理论指导。

评分☆☆☆☆☆

评价二： 坦白说，我拿到这本书的时候，对“原理及应用”这部分内容抱有一些期待，但也有点担心它会过于理论化，脱离实际操作。然而，这本书的“应用”部分着实给了我惊喜。它不仅仅是罗列一些变频器的基本操作，而是深入到工业生产的各个环节，详细介绍了变频器在起重、输送、风机、水泵等典型应用场景下的具体配置和参数设置。我尤其喜欢其中关于“变频器节能优化”的章节，它通过实际的计算和图表，展示了如何通过合理的变频器选型和参数调整，实现显著的能源节约，这对于我们企业降低运营成本具有直接的指导意义。书中的配图清晰，操作步骤讲解详细，即使是初学者，也能按照书中的指引一步步完成变频器的接线、调试和参数设定。我还注意到，书中提供了一些非常实用的故障代码解析和排除指南，这在实际生产中能够极大地缩短故障排除时间，提高设备利用率。这本书无疑是工业生产自动化领域技术人员的一本得力助手。

评分☆☆☆☆☆

评价一： 这本书的封面设计相当朴实，一眼望去就能感受到一股严谨务实的学术气息，这对于一本面向高等职业教育的教材来说，无疑是一个很好的起点。我当初选择它，主要是因为“工业生产自动化技术”这个大方向正是我目前在技术领域深耕的重点，而“工业变频器”又是自动化生产中不可或缺的核心部件。翻开第一页，我就被其中详尽的原理阐述所吸引。作者并没有止步于简单的概念介绍，而是深入剖析了变频器内部的电气原理，从电力电子器件的工作特性到PWM（脉冲宽度调制）技术的演变，都做了细致入微的讲解。那些看似复杂的电路图和波形图，在作者的引导下，逐渐变得清晰明了。尤其令我印象深刻的是，书中对不同类型变频器的比较分析，比如V/f控制、矢量控制，以及它们各自的优缺点和适用场景，这为我理解不同型号变频器在实际生产中的选型提供了非常重要的参考依据。此外，书中穿插的案例分析也十分贴合实际，让我能够将理论知识与生产实践联系起来，从而更好地掌握变频器的调试和故障排除方法。

评分☆☆☆☆☆

评价四： 在选择教材时，我通常会关注其内容的实用性和前瞻性。这本书在“应用”部分的呈现方式，非常贴合当前工业生产的实际需求。书中不仅涵盖了当下主流变频器品牌的基本操作和编程方法，还对一些新兴的变频器技术，例如内置安全转矩关断（STO）功能、网络通信接口（如Profinet, EtherNet/IP）的应用等进行了介绍。这让我能够跟上行业发展的步伐，了解最新的技术趋势。我特别赞赏书中关于“变频器与PLC的集成”的章节，详细讲解了如何通过不同的通信协议，实现变频器与PLC之间的数据交换和协同控制，这对于构建复杂的自动化控制系统至关重要。书中还提供了一些关于变频器维护保养的建议，例如定期检查散热风扇、清洁散热片、检查连接线路等，这些细节对于延长设备使用寿命，减少非计划停机具有非常重要的意义。这本书的内容更新及时，紧跟技术发展的步伐，是一本值得推荐的优质教材。

评分☆☆☆☆☆

评价五： 我个人认为，一本好的教材不仅要有扎实的理论基础，更要有引人入胜的讲解方式，以及能够激发读者学习兴趣的设计。《工业变频器原理及应用（第2版）》在这方面做得相当不错。书中的语言风格流畅易懂，避免了过于晦涩的专业术语，使得即使是对变频器了解不多的读者，也能快速上手。章节的编排逻辑清晰，从基础原理到实际应用，层层递进，循序渐进。我尤其喜欢书中设计的“动手实践”环节，鼓励读者通过模拟软件或者实际操作来验证所学的知识。书中提供的练习题也很有代表性，涵盖了从基本操作到复杂控制策略的各个方面，有助于巩固和深化学生的理解。此外，书中还提供了一些拓展阅读的建议和相关资源的链接，这对于有志于深入研究变频器技术的读者来说，提供了宝贵的进一步学习的途径。总的来说，这是一本集理论性、实用性、趣味性于一体的优秀教材，能够有效地帮助读者掌握工业变频器的核心知识和技能。

评分☆☆☆☆☆

比其他地方便宜，还好

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还可以

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内容由浅入深，偏辟入理，想在变频技术上有所发展的朋友值得一看~

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评分☆☆☆☆☆

很专业，慢慢学习中。

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