变频器应用技术

变频器应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

董慧敏 著
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  • 变频器
  • 电机控制
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  • 应用案例
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出版社: 清华大学出版社
ISBN:9787302440826
版次:1
商品编码:12121884
包装:平装
丛书名: 职业教育“十三五”改革创新规划教材
开本:16开
出版时间:2017-01-01
用纸:胶版纸
页数:140
字数:213000
正文语种:中文

具体描述

编辑推荐

  《变频器应用技术》汇总了高职院校专家教授、德国西门子公司及天海集团等企业高工和行业专家的意见和智慧,内容经过同行企业专家论证,核心技能满足机电类企业岗位能力需求,同时该本书又结合机电类专业发展需要,融合了近几年全国高职高专技能竞赛内容以及维修电工职业资格认证知识内容。

内容简介

  《变频器应用技术》依据高职高专装备制造大类专业的定位及变频器应用技术课程教学要求,综合考虑行业企业标准及用人单位需求编写而成。

  《变频器应用技术》主要内容包括变频器基础知识、变频器的工作原理、MM420变频器的参数设定与运行、操作面板(BOP)基本调速、变频器外部端子基本调速、PLC和变频器联机调试、变频器的安装与维修、恒压供水变频调速控制、PLC的变频器控制指令USS等。

  《变频器应用技术》可作为高职高专装备制造大类相关专业教材,也可用于岗位培训用书。

内页插图

目录

项目1变频器基础知识

1.1变频技术的发展

1.2变频器的发展

1.3变频器的应用

1.4变频器典型全控型器件

1.4.1可关断晶闸管

1.4.2电力晶体管GTR

1.4.3电力场效应晶体管

1.4.4绝缘栅双极型晶体管(IGBT)

实训任务1IGBT的测试

项目2变频器的工作原理

2.1逆变与变频

2.1.1逆变与变频的含义

2.1.2逆变和变频的两种类型

2.2变频器的分类

2.3变频器的组成及工作原理

2.3.1变频器主电路结构

2.3.2变频器的调速工作原理

实训任务2三相桥式有源逆变电路

项目3MM420变频器的参数设定与运行

3.1MM420变频器接线原理图

3.2MM420变频器的几种操作面板

3.3基本操作面板的认知与操作

3.3.1基本操作面板(BOP)

3.3.2操作面板更改参数的数值

3.3.3变频器常用的设定参数

3.3.4将变频器复位为出厂设置

3.3.5设置电动机参数

3.4MM420变频器运行参数

3.4.1常用频率参数

3.4.2变频器加速、减速时间

3.5运行电动机

实训任务3变频器功能参数设置与操作

项目4操作面板(BOP)基本调速

4.1主要功能

4.2参数简要介绍

4.3接线图

4.4变频器基本操作面板(BOP)运行状态参数设置

4.5操作控制

实训任务4变频器的面板操作与运行

项目5变频器外部端子基本调速

5.1MM420变频器外部端子

5.2外部端子控制可逆运转及电位器调速

5.2.1接线图

5.2.2变频器基本操作面板(BOP)运行状态参数设置

5.2.3操作控制

5.3数字端子控制电动机可逆运转

5.3.1数字端子控制电动机可逆运转接线图

5.3.2变频器基本操作面板(BOP)运行状态参数设置

5.3.3操作控制

5.4变频器三段速固定频率控制

5.4.1变频器三段速固定频率控制电路接线图

5.4.2变频器基本操作面板(BOP)运行状态参数设置

5.4.3操作控制

实训任务5变频器的模拟信号控制

实训任务6变频器数字信号控制

项目6PLC和变频器联机调试

6.1PLC与变频器的连接

6.2PLC和变频器实现电动机正反转控制

6.3PLC控制MM420变频器实现电动机多段转速控制

6.4变频器的PLC模拟量控制

实训任务7PLC和变频器联机控制多段速运行

项目7变频器的安装与维修

7.1变频器的设置环境

7.2变频器的安装

7.3变频器的布线

7.4变频器的维修

实训任务8变频器报警与故障排除

项目8恒压供水变频调速控制

8.1恒压供水的优点

8.2恒压供水的控制对象

8.3恒压供水的系统组成

8.4恒压供水系统的工作过程

8.5多台水泵的切换功能

8.6恒压供水实例

实训任务9变频器的PID控制操作

项目9PLC的变频器控制指令USS

9.1USS指令介绍

9.2USS控制变频器参数的设定

实训任务10基于PLC通信方式的变频器开环调速控制

本书内容归纳

基础知识练习题

拓展提高练习题

附录1希腊字母表

附录2MICROMASTER 420 变频器的故障报警信息

附录3维修电工高级工西门子变频器操作技能考试卷

附录4常用IGBT型号及参数表

参考文献


精彩书摘

  项目3MM420变频器的参数设定与运行

  MM4系列变频器是德国西门子公司生产的广泛应用于工业场合的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术,提供低速高转矩输出和良好的动态特性,同时具备超强的过载能力,以满足广泛的应用场合。使用变频器,首先要熟练对变频器面板的操作,以及根据实际应用,对变频器的各种功能参数进行设置。下面以基本型MM420为例作一介绍。

  西门子MM420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列有多种型号,从单相电源电压,额定功率120W到三相电源电压,额定功率11kW变频器可供用户选用。

  3.1MM420变频器接线原理图

  MM420变频器的电路主要分为两大部分: 一是主电路; 二是控制电路。MM420变频器接线原理图如图3��1所示。

  1. 主电路

  主电路是由电源输入单相或三相恒压恒频的正弦交流电压,经整流器整流成恒定的直流电压,供给逆变电路。

  2. 控制电路

  控制电路由中央处理单元、数字输出、输入继电器触点、模拟输入、模拟输出、操作面板等组成。外部端子功能见表3��1。

  图3��1MM420变频器接线原理图

  表3��1MM420外部端子功能

  端子号功能

  端子1、2变频器为用户提供的一个高精度的10V直流稳压电源

  端子3、4模拟电压给定输入端AIN+、AIN-作为频率给定信号

  端子5、6、73个完全可编程的数字输入端DIN1、DIN2、DIN3

  端子8、924V直流电源端,为变频器控制电路提供24V直流电源

  端子10、11输出继电器的一对触点

  端子12、13一对模拟输出端AOUT+、AOUT-

  端子14、15RS��485(USS协议)端

  3.2MM420 变频器的几种操作面板

  MM420变频器通常装有状态显示面板(SDP),如图3��2所示。对于很多用户来说,利用SDP和制造厂的默认设置值,就可以使变频器成功地投入运行。有时也可以利用基本操作面板(BOP)或高级操作面板(AOP)修改参数,使工厂的默认设置值与所用设备参数匹配起来。

  图3��2MM420变频器的操作面板

  3.3基本操作面板的认知与操作

  MM420变频器基本操作面板(BOP)按钮功能如图3��3所示。利用基本操作面板(BOP)可以对变频器的各个参数进行设置,为了用BOP设定参数,首先拆下SDP,并装上BOP。BOP具有7段显示的五位数字,可以显示参数的序号和数值,报警和故障信息,以及设定值和实际值。参数的信息不能用BOP存储。在默认设置时,用BOP控制电动机的功能是被禁止的。用BOP进行参数设置,参数P0700应设置为1,参数P1000也应设置为1。

  图3��3MM420变频器基本操作面板(BOP)按钮功能

  3.3.1基本操作面板(BOP)

  基本操作面板(BOP)上的按钮功能见表3��2。

  表3��2按钮功能表

  显示/按钮功能功 能 释 义

  状态显示LCD显示变频器当前的设定值

  启动按此键启动变频器。默认值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效,应设定P0700=1

  停止OFF1: 按此键,变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车,缺省值运行时此键被封锁。为了允许此键操作,应设定P0700=1。

  OFF2: 按此键两次(或一次,但时间较长)电动机将在惯性的作用下自由停车

  转动方向按此键可以改变电动机的转动方向,电动机反转时,用负号表示或用闪烁的小数点表示,默认值运行时,此键是被封锁的,为了使此键的操作有效,应设定 P0700=1

  点动在变频器无输出的情况下按此键,将使电动机启动,并按预设定的点动频率运行。释放此键时,变频器停车。如果变频器/电动机正在运行,按此键将不起作用

  功能此键用于浏览辅助信息。

  变频器运行过程中,在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2s,将显示以下参数值(在变频器运行中从任何一个参数开始):

  (1) 直流回路电压(用d表示,单位: V);

  (2) 输出电流(A);

  (3) 输出频率(Hz);

  (4) 输出电压(用o表示,单位V);

  (5) 由P0005选定的数值(如果P0005选择显示上述参数中的任何一个(3、4或5),这里将不再显示)。

  连续多次按下此键将轮流显示以上参数。

  跳转功能:在显示任何一个参数(r××××或P××××)时短时间按下此键,将立即跳转到r0000,如果需要的话,可以接着修改其他的参数。跳转到r0000后,按此键将返回原来的显示点

  访问参数按此键即可访问参数

  增加数值按此键即可增加面板上显示的参数数值

  减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值

  3.3.2操作面板更改参数的数值

  1. 设置参数P0003

  按表3��3 设置参数P0003。

  表3��3设置参数P0003操作参考表

  序号操 作 步 骤显示的结果

  1按键,访问参数

  2按键,直到显示出P0003

  3按键,进入参数数值访问级

  4按或键,达到所需要的数值

  5按键,确认并存储参数的数值

  6按键,直到显示出r000

  7按键,返回标准的变频器显示(有用户定义)

  2. 设置参数P0703

  按表3��4设置参数P0703。

  表3��4设置参数P0703操作参考表

  序号操 作 步 骤显示的结果

  1按键,访问参数

  2按键,直到显示出P0703

  3按键,进入参数数值访问级

  4按键,显示当前的设定值

  5按或键,选择运行所需要的数值

  6按键,确认并存储P0703的设定值

  7按键,直到显示出r000

  8按键,返回标准的变频器显示(有用户定义)

  3. 改变参数数值每个数字的步骤

  为了快速修改参数的数值,可以逐个地单独修改显示出的每个数字,操作步骤如下:

  (1) 按键,最右边的一个数字闪烁。

  (2) 按/键,修改这位数字的数值。

  (3) 再按键,相邻的下一个数字闪烁。

  (4) 执行(2)、(3)步,直到显示出所要求的数值。

  (5) 按键,退出参数数值的访问级。

  3.3.3变频器常用的设定参数

  (1) P0003: 用于定义用户访问级,P0003的设定值如下。

  P0003=1: 标准级,可以访问最经常使用的参数。

  P0003=2: 扩展级,允许扩展访问参数的范围。

  P0003=3: 专家级,只供专家使用。

  P0003=4: 维修级,只供授权的维修人员使用,具有密码保护。

  (2) P0004: 参数过滤器,用于过滤参数,按功能的要求筛选(过滤)出与该功能相关的参数,这样可以更方便地进行调试。P0004的访问级为1。参数过滤器P0004的设定值如下。

  P0004=0: 全部参数。

  P0004=2: 变频器参数。

  P0004=3: 电动机参数。

  P0004=7: 命令,二进制输入/输出。

  P0004=8: ADC(模数转换)和DAC(数模转换)。

  P0004=10: 设定值通道/RFG(斜坡函数发生器)。

  P0004=12: 驱动装置的特征。

  P0004=13: 电动机的控制。

  P0004=20: 通信。

  P0004=21: 报警/警告/监控。

  P0004=22: 工艺参量控制器(例如 PID)。

  (3) P0010: 变频器工作方式的选择,P0010的访问级为P0003=1。可能的设定值如下。

  P0010=0: 运行。

  P0010=1: 快速调试。

  P0010=30: 恢复工厂默认的设置值。

  在P0010=1时,变频器的调试可以非常快速和方便地完成。这时,只可以设置一些重要的参数(例如P0304、P0305 等)。这些参数设置完成时,当P3900设定为 1~3时,快速调试结束后立即开始变频器参数的内部计算,然后自动把参数P0010 复位为0。

  (4) P0100: 用于确定功率设定值的单位是“kW”还是“hp”以及电动机铭牌的额定频率。P0100只有在快速调试P0010=1时才能被修改,参数的访问级为P0003=1。可能的设定值。

  P0100=0: 功率设定值的单位为kW, 频率默认值为50Hz。

  P0100=1: 功率设定值的单位为hp, 频率默认值为60Hz。

  P0100=2: 功率设定值的单位为kW,频率默认值为60Hz。

  (5) P0300: 选择电动机的类型,P0100只有在快速调试P0010=1时才能被修改,参数的访问级为P0003=2。可能的设定值如下。

  P0300=1: 异步电动机。

  P0300=2: 同步电动机。

  P0304: 电动机的额定电压(V),应根据所选用电动机铭牌上的额定电压设定。本参数的访问级为1,只有在快速调试P0010=1时才能被修改。

  P0305: 电动机额定电流(A),根据电动机铭牌数据的额定电流设定,本参数只能在 P0010=1(快速调试)时进行修改,访问级为1。

  P0307: 电动机额定功率,应根据电动机铭牌数据的额定功率(kW/hp)设定。 P0100=0(功率的单位为kW,频率默认值为50Hz)时,本参数的单位为kW。本参数只能在P0010=1(快速调试)时才可以修改,访问级为1。

  P0308: 电动机的额定功率因数,根据电动机铭牌数据的额定功率因数设定, 本参数只能在P0010=1(快速调试)时进行修改,而且只能在P0100=0或2(输入的功率以kW为单位)时才能见到。但参数的设定值为0时,将由变频器内部计算功率因数。本参数的访问级为2。

  P0310: 电动机的额定频率,设定值为12~650Hz,默认值为50Hz, 根据电动机铭牌数据的额定频率设定。本参数只能在 P0010=1(快速调试)时进行修改,访问级为1。

  P0311: 电动机的额定速度(r/min),本参数只能在 P0010=1(快速调试)时进行修改。参数的设定值为 0 时,将由变频器内部计算电动机的额定速度。 对于带有速度控制器的矢量控制和 V/f 控制方式,必须有这一参数值。如果对这一参数进行了修改,变频器将自动重新计算电动机的极对数。本参数的访问级为1。

  (6) P0700: 选择命令源,即变频器运行控制指令的输入方式,访问级为1,可能的设定值如下。

  P0700=0: 工厂的默认设置。

  P0700=1: 由变频器的基本面板BOP设置。

  P0700=2: 由变频器的开关量输入端(DIN1~DIN4)进行控制,DIN1~DIN4的控制功能通过参数P0701~P0704定义。

  P0700=4: 通过BOP链路的USS设置。

  P0700=5: 通过COM链路的US设置。

  P0700=6: 通过COM链路的通信板(CB)设置。

  改变这一参数时,同时也使所选项目的全部设置值复位为工厂的默认的设置值。例如,把它的设定值由1改为2时,所有的数字输入都将复位为默认的设置值。

  P0701: 数字输入DIN1的功能。

  P0702: 数字输入DIN2的功能。

  P0703: 数字输入DIN3的功能。

  P0704: 数字输入DIN4的功能。

  P0701~P0704的访问级为2时,其设定值如下。

  0: 禁止数字输入即不使用该端子。

  1: ON/OFF1(接通正转/停车命令 1)。

  2: ON reverse/OFF1(接通反转/停车命令1)。

  3: OFF2(停车命令2),电动机按惯性自由停车。

  4: OFF3(停车命令3),电动机快速停车。

  9: 故障确认。

  10: 正向点动。

  11: 反向点动。

  12: 反转。

  13: MOP(电动电位计)升速(增加频率)。

  14: MOP 降速(减少频率)。

  15: 固定频率设定值(直接选择)。

  16: 固定频率设定值(直接选择+ON命令)。

  17: 固定频率设定值(二进制编码的十进制数(BCD 码)选择+ON 命令)。

  21: 机旁/远程控制。

  25: 直流注入制动。

  29: 由外部信号触发跳闸。

  33: 禁止附加频率设定值。

  99: 使能 BICO 参数化(仅用于特殊用途)。

  (7) P0970: 工厂复位。P0970=1 时所有的参数都复位到它们的默认值。工厂复位前,首先要设定 P0010=30(工厂设定值),且变频器停车。本参数的访问级为1,

  可能的设定值如下。

  P0970=0: 禁止复位。

  P0970=1: 参数复位。

  (8) P1000: 频率设定值的选择。本参数的访问级为1,常用的设定值如下。

  P1000=1: MOP设定值。

  P1000=2: 模拟设定值。

  P1000=3: 固定频率。

  P1000=4: 通过BOP控制面板,由连接总线以USS串行通信协议设定。

  P1000=5: 通过 COM链路的USS设定,即由RS��485接口通过连接总线以USS串行通信协议,由PLC设定。

  P1000=6: 通过COM链路的CB设定,即由通信接口模块通过连接总线进行设定。

  P1001~P1007: 定义固定频率1~7 的设定值。访问级为2。为了使用固定频率功能,需要用 P1000=3 选择固定频率的操作方式。

  有3种选择固定频率的方法。

  ① 直接选择(P0701~P0703=15)

  在这种操作方式下,一个数字输入选择一个固定频率,还需要一个ON命令才能使变频器投入运行。

  如果有几个固定频率输入同时被激活,即数字输入端接通,为1,选定的频率是它们的总和。

  例如,FF1+FF2+FF3。

  ② 直接选择+ON 命令(P0701~P0703=16)

  选择固定频率时,既有选定的固定频率,又带有 ON 命令,把它们组合在一起。

  在这种操作方式下,一个数字输入选择一个固定频率。如果有几个固定频率输入同时被激活,选定的频率是它们的总和。

  例如,FF1+FF2+FF3。

  ③ 二进制编码的十进制数(BCD码)选择+ON 命令(P0701~P0703=17)

  设定方法见表3��5,使用这种方法最多可以选择7个固定频率。

  表3��5二进制编码的十进制数(BCD码)选择+ON 命令的七段频率设定

  参数

  频率DIN3DIN2DIN1

  OFF000

  P1001

  FF1

  0

  0

  1

  P1002

  FF2

  0

  1

  0

  P1003

  FF3

  0

  1

  1

  P1004

  FF4

  1

  0

  0

  P1005

  FF5

  1

  0

  1

  P1006

  FF6

  1

  1

  0

  P1007

  FF7

  1

  1

  1

  (9) P1080: 变频器输出的最低频率(Hz)。其范围为0.00~650.00Hz,工厂默认值为0Hz。本参数访问级为1。

  P1082: 变频器输出的最高频率(Hz)。其范围为0.00~650.00Hz,工厂默认值为50Hz。本参数访问级为1。

  (10) P1120: 斜坡上升时间(即电动机从静止状态加速到最高频率P1082设定值所用的时间),其设定范围为0~650s,工厂默认值为10s,本参数的用户访问级为1。

  P1121: 斜坡下降时间(即电动机从最高频率P1082设定值减速到静止状态所用的时间),其设定范围为0~650s,工厂默认值为10s,如果设定的斜坡下降时间太短,就有可能导致变频器跳闸。本参数访问级为1。

  (11) P1300: 变频器的控制方式,控制电动机的速度和变频器的输出电压之间的相对关系,当P1300=0时为线性特性的V/f控制。本参数访问级为2。

  (12) P3900: 结束快速调试,本参数只在P0010=1(快速调试)时才能改变。本参数访问级为2。可能的设定值如下。

  P3900=0: 不用快速调试。

  P3900=1: 结束快速调试,并按工厂设置使参数复位。

  P3900=2: 结束快速调试。

  P3900=3: 结束快速调试,只进行电动机数据的计算。

  3.3.4将变频器复位为出厂设置

  变频器的参数设定错误,将影响变频器的正常运行,可以使用基本面板或高级面板操作,将变频器的所有参数恢复到工厂默认值,应按照下面的数值设定参数(用BOP、AOP或必要的通信选件)。

  (1) 设定P0010=30。

  (2) 设定P0970=1。

  3.3.5设置电动机参数

  将变频器调入快速调试状态,进行电动机参数的设置。与电动机有关的参数请参看电动机的铭牌(如果不预先进行参数设置的话,虽然变频器能驱动电动机,但是变频器会发出“A0922”报警,即变频器没有负载)。

  变频器快速调试的流程(仅适用于第1访问级)如下。

  (1) P0010开始快速调试(0 准备运行; 1快速调试; 30工厂的默认设置值)。

  说明: 在电动机投入运行前,P0010必须回到“0”。但是,如果调试结束后选定P3900=1,那么,P0010回零的操作是自动进行的。

  (2) P0100选择工作地区是欧洲/北美(0: 功率单位为kW; 频率的默认值为50Hz。1: 功率单位为hp; 频率的默认值为60Hz。2: 功率单位为kW; 频率的默认值为60Hz)。

  说明: P0100的设定值0和1应该用DIP关来更改,使其设定的值固定不变。

  (3) P0304: 电动机的额定电压(V)(根据铭牌键入的电动机额定电压)。

  (4) P0305: 电动机的额定电流(A)(根据铭牌键入的电动机额定电流)。

  (5) P0307: 电动机的额定功率(kW)(根据铭牌键入的电动机额定功率)。

  (6) P0310: 电动机的额定频率(Hz)(根据铭牌键入的电动机额定频率)。

  (7) P0311: 电动机的额定转速(r/min)(根据铭牌键入的电动机额定转速)。

  (8) P0700: 选择命令源接通/断开/反转(0: 工厂设置值; 1: 基本操作面板(BOP); 2: 输入端子/数字输入)。

  (9) P1000: 选择频率设定值(0: 无频率设定值; 1: 用BOP控制频率的升降; 2: 模拟设定值)。

  (10) P1080: 电动机最小频率。

  本参数设定电动机的最小频率(0~650Hz)。达到这一频率时电动机的运行速度将与频率的设定值无关。

  (11) P1082: 电动机最大频率。

  本参数设定电动机的最大频率(0~650Hz)。达到这一频率时电动机的运行速度将与频率的设定值无关。

  (12) P1120: 斜坡上升时间(0~650s电动机从静止加速到最大转速所需的时间)。

  (13) P1121: 斜坡下降时间(0~650s电动机从最大转速减到静止所需的时间)。

  (14) P3900: 结束快速调试(0: 结束快速调试,不进行电动机计算或复位为工厂默认设置值; 1: 结束快速调试,进行电动机计算和复位为工厂默认设置值(推荐的方式); 2: 结束快速调试,进行电动机计算和输入/输出复位; 3: 结束快速调试,进行电动机计算,但不进行输入/输出复位)。

  ……

前言/序言

  前言

  随着科学技术的发展,变频技术的应用越来越广泛,并已渗透到人们的日常生活中。高职高专教育是以培养应用型、高技术技能型人才为目标的一种教育形式; 高职高专教材的编写,应在保证一定的理论教学的基础上,注重学生的实际动手能力。本书在内容编排上以应用为重点,在变频器选型上,以目前国内自动化产品占有率比较高的西门子公司生产的MM420机型为对象进行介绍。本书共9个项目,每个项目都配套有相应的实训内容和实训检查与评价。

  本书汇总了高职院校专家、教授,德国西门子公司及天海集团等企业高工和行业专家的意见和智慧,内容经过同行企业专家论证,核心技能满足机电类企业岗位能力需求,同时本书又结合机电类专业发展需要,融合了近几年全国高职高专技能竞赛内容以及维修电工职业资格认证知识内容,具有以下特色。

  1. 紧扣大纲,定位准确

  按照高职高专装备制造大类专业定位及变频器技术课程教学大纲的要求,综合考虑行业企业标准及用人单位需求来选取理论知识及实训内容,重点突出,针对性强。在内容安排上注重知识的渐进性,兼顾知识的系统性,强化学生的实践动手能力培养,是学生参加各类技能竞赛及职业资格鉴定的良师益友。

  2. 采用“理论+实践”互动模式

  本书以大量的实例为载体,采用“理论+实践”编写思路,通过理论与实践项目的互动体验,突出重点,化解难点,更好地掌握所学知识。

  3. 本书内容设置与职业资格认证紧密结合

  本书除了基础知识练习题、拓展提高练习题外,还将维修电工职业资格考试历年真题中涉及本书的内容附于附录中,不仅有利于学生职业资格鉴定练习,还充分体现了课程的重难点,使学生学习目标更加明确。

  本书建议学时为44学时,具体学时分配见下表。

  项目建议学时项目建议学时项目建议学时

  项目16项目42项目74

  项目28项目56项目84

  项目36项目66项目92

  总计44

  本书由鹤壁汽车工程职业学院董慧敏担任主编,程贵生担任副主编,鹤壁无线电四厂王洪欣担任主审。

  本书在编写过程中参考了大量的文献资料,在此向文献资料的作者致以诚挚的谢意。由于编写时间及编者水平有限,书中难免有错误和不妥之处,恳请广大读者批评、指正。

  编者2016年3月



《变频器应用技术》是一本深入探讨现代工业自动化核心设备——变频器——在实际应用中的理论与实践的书籍。本书旨在为工程师、技术人员以及相关专业的学生提供一个全面、系统而又贴近实际需求的知识平台,帮助他们理解变频器的原理,掌握其选型、安装、调试、维护以及故障诊断等关键环节,从而在各种工业场景下高效、可靠地应用变频器,提升生产效率,优化能源利用,并降低运营成本。 第一部分:变频器基础理论与原理 本部分将从最基础的层面出发,为读者构建对变频器坚实的理论认知。 电力电子技术基础: 变频器是电力电子技术高度集成的产物。我们将回顾必要的电力电子器件,如二极管、晶闸管(SCR)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和功率 MOSFET 等,阐述它们在变频器中的作用,以及开关特性的重要性。讨论功率器件的驱动方式、保护措施以及散热设计的重要性。 交-直-交变频原理: 详细解析变频器的核心工作原理——交-直-交(AC-DC-AC)转换。首先,介绍整流电路(AC-DC),包括全波整流、桥式整流等,以及其滤波和平滑直流环节的作用。接着,深入讲解逆变电路(DC-AC),重点阐述脉宽调制(PWM)技术,包括各种调制策略(如正弦波PWM、空间矢量PWM等)如何生成可变频率和幅度的交流电压,从而实现对电机转速的精确控制。 电机工作原理与特性: 变频器最终的目的是控制电机。因此,本书将回顾交流异步电动机和同步电动机的基本结构、电磁原理和机械特性。重点分析不同电机类型(如笼型异步电机、绕线型异步电机、永磁同步电机等)在变频器驱动下的运行特点,以及它们与变频器控制方式之间的匹配关系。 变频器控制模式: 深入介绍变频器主流的控制模式,包括: V/f (电压/频率) 控制: 这是最简单、最基本的控制方式,适用于对动态响应要求不高的场合,如风机、水泵等。详细讲解其工作原理,并分析其优点和局限性。 矢量控制 (Vector Control): 也称为场定向控制 (FOC),是现代高性能变频器的核心技术。本书将详细解析矢量控制的理论基础,包括转子磁链定向、定子磁链定向等,以及如何通过解耦控制实现对电机转矩和磁通的独立控制,从而获得优异的动态性能和低速大转矩特性。 直接转矩控制 (Direct Torque Control, DTC): 介绍DTC的原理,它不依赖于复杂的坐标变换,通过直接控制电机的电压矢量,实现快速的转矩响应。 无感控制 (Sensorless Control): 探讨在不使用编码器等位置反馈传感器的情况下,如何通过检测电压和电流信息来估算电机转速和转矩,从而降低系统成本,提高可靠性。 变频器内部结构与组成: 剖析变频器的典型内部结构,包括输入滤波器、整流单元、直流母线、逆变单元、控制电路板、操作面板、散热系统以及通信接口等。理解各部分的协同工作机制。 第二部分:变频器的选型与设计 正确地选型是变频器应用成功的基石。本部分将提供一套系统性的选型指南。 负荷类型分析: 详细分析不同工业负荷的特性,如恒转矩负载(输送机、挤出机)、平方转矩负载(风机、水泵)、恒功率负载(卷绕机)等。理解不同负荷对变频器启动转矩、过载能力、运行平稳性等的要求。 电机参数匹配: 如何根据电机铭牌参数(功率、电压、电流、转速、功率因数、绝缘等级等)选择合适额定值的变频器。讲解额定功率、过载能力(短时过载、持续过载)的定义与选型依据。 供电电源条件: 考虑现场供电电网的电压波动、频率稳定性、三相不平衡度等因素,选择适合的变频器规格和配套设备(如变压器、电抗器)。 工作环境评估: 评估变频器安装环境的温度、湿度、灰尘、腐蚀性气体、电磁干扰(EMI)等,并据此选择防护等级(IP等级)、防爆等级合适的变频器,以及必要的附件。 特殊应用需求: 针对一些特殊应用场景,如多电机联动控制、高精度定位、短时频繁启停、极端恶劣环境等,介绍相应的选型考虑和特殊功能变频器的选择。 变频器配置选项: 介绍变频器常见的配置选项,如内置制动单元、外置制动电阻、通信模块(Modbus, Profibus, Ethernet/IP等)、编码器接口、多功能端子、用户程序等,并说明其在不同应用中的作用。 电磁兼容性 (EMC) 设计: 强调EMC的重要性,详细讲解变频器产生的电磁干扰源,以及如何通过合理的安装、布线、屏蔽、滤波等措施,保证变频器及其周围设备正常运行,符合EMC标准。 第三部分:变频器的安装、调试与维护 本部分将聚焦于变频器在实际工程中的安装、初始调试及日常维护。 安装规范: 安装位置: 强调通风良好、散热充分、远离热源和腐蚀性物质、避免阳光直射的安装原则。 电气连接: 详细阐述主电路和控制电路的接线规范,包括电缆的选择、线径计算、接地要求、屏蔽层处理等。重点强调安全接地的重要性。 安装支架与固定: 确保变频器稳固安装,避免因震动导致连接松动。 环境要求: 详细说明不同防护等级变频器的安装环境要求。 调试流程与参数设置: 首次上电检查: 在正式通电前,进行电源电压、接线是否正确的检查。 基本参数设置: 介绍必须设置的关键参数,如电机额定电压、频率、额定电流、额定转速、加减速时间、运行模式(V/f, 矢量等)等。 电机自学习(Autotuning): 讲解不同变频器型号的电机自学习功能,以及其在优化控制性能中的作用。 运行模式调试: 针对不同控制模式,进行详细的调试步骤和参数优化指导。 I/O端子配置: 如何根据实际需求配置数字量输入/输出、模拟量输入/输出端子,实现外部启停、调速、故障报警等功能。 通信参数设置: 如何配置变频器的通信接口,实现与PLC、HMI等上位机的通讯。 保护参数设置: 讲解过载、过压、欠压、过流、接地故障、欠速、过速等各种保护功能的参数设置,确保设备安全运行。 运行监控与参数调整: 显示信息解读: 如何理解变频器操作面板上的各种显示信息,如输出频率、电流、电压、转速、故障代码等。 动态性能调整: 根据实际运行情况,微调PID参数、加速/减速斜率、转矩提升等参数,以获得最佳的控制效果。 节能优化: 介绍如何通过调整参数(如低速补偿、睡眠模式)来提高能源效率。 故障诊断与排除: 常见故障类型: 总结变频器常见的故障现象,如无法启动、运行不稳定、过载跳闸、接地故障、通信中断等。 故障代码分析: 提供常见变频器品牌故障代码的查询与解析,帮助快速定位问题。 诊断方法: 介绍基于仪器测量(万用表、示波器)、观察、替换法等故障诊断技巧。 常见故障排除: 针对各种故障,提供详细的排除步骤和注意事项,如检查接线、测量电源、检查电机、清洁风扇、更换损坏元器件等。 日常维护与保养: 清洁: 定期清洁变频器外壳、散热器和风扇,防止灰尘积聚影响散热。 检查: 定期检查连接螺丝是否松动,电缆是否老化,风扇是否运转正常。 环境监测: 关注运行环境的温度、湿度等变化。 备件管理: 建议准备常用备件,以应对紧急维修需求。 第四部分:变频器高级应用与典型案例 本部分将深入探讨变频器在特定工业领域的进阶应用,并通过实际案例进行说明。 多电机同步/异步控制: 介绍如何通过变频器实现多台电机同步运行(如卷绕机、印刷机)或异步协调运行(如多台泵联动),分析其控制策略和通信方式。 PID闭环控制集成: 讲解变频器内置PID功能的应用,如何实现压力、流量、温度、液位等工业过程的自动调节,并详细介绍PID参数整定方法。 位置控制与伺服功能: 探讨变频器在某些情况下的位置控制能力,如配合编码器实现简单的定位功能,以及与伺服驱动器在概念和应用上的区别。 制动与再生能量回收: 详细介绍变频器在减速或负载能量回馈时的制动方式(如电阻制动、回馈单元),以及如何利用再生能量实现节能。 安全扭矩关断 (STO): 阐述STO功能的工作原理和安全等级,以及其在机械安全防护中的重要作用。 网络化控制与工业物联网: 介绍变频器通过各种通信协议接入工业自动化网络,实现远程监控、故障诊断和数据采集,为工业4.0和智能制造奠定基础。 典型行业应用案例: 化工与制药: 反应釜、泵、风机、搅拌器的变频控制,提高工艺精度和安全性。 冶金与矿山: 提升机、输送带、破碎机的变频应用,实现节能和提高生产效率。 纺织与印染: 染色机、烘干机的精确速度控制,保证产品质量。 包装与食品: 包装生产线、输送系统的自动化控制,提高生产效率和可靠性。 水处理: 水泵、风机的恒压/恒流控制,实现节能和稳定运行。 楼宇自动化: 恒压供水、空调系统的节能控制。 节能分析与效益评估: 结合实际运行数据,对变频器在不同应用场景下的节能效果进行量化分析,并提供经济效益评估方法。 《变频器应用技术》力求语言通俗易懂,理论讲解深入浅出,同时注重实际操作指导。本书的图表丰富,结合了大量的实际案例和经验总结,旨在帮助读者建立起从理论到实践的完整知识体系,成为一名合格的变频器应用工程师,为推动中国工业自动化水平的提升贡献力量。

用户评价

评分

最近,我一直在琢磨着家里那台老旧的空调,总觉得它耗电不说,运行起来也噪音不小,想着是不是可以给它“升级”一下。偶然间看到这本书《变频器应用技术》,虽然名字听起来挺专业,但我脑子里立刻联想到,是不是这种技术能让家电变得更智能、更省电?我想知道,书中会不会介绍一些变频器在小家电领域的应用,比如如何让空调的压缩机不再是简单的“开关”模式,而是能根据房间温度进行平滑的功率调节,从而达到恒温、静音的效果。如果书中能有一些DIY改造的思路,或者至少能够解释清楚变频器如何实现这种“软启动”和“精细调速”,那对我来说简直太有价值了。我特别期待能看到书中是否有关于变频器在日常生活中的具体实例,哪怕是简单易懂的科普,也足以点亮我对这项技术在家居应用方面的想象。毕竟,谁不想让自己的生活更舒适、更经济呢?

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作为一个对各种新奇电子产品总是充满探索欲的人,我时常会思考,那些看起来很普通的电器,背后究竟隐藏着怎样的技术秘密。最近,我在逛电子市场的时候,注意到许多大功率的设备,比如电梯、起重机、工业风扇等,它们似乎都有一个共同点,就是运行起来非常平稳,而且可以根据需要调节速度。我猜想,这背后一定有“变频器”的身影。我非常想知道,在《变频器应用技术》这本书中,是否会有关于这些“大家伙”的工作原理的介绍?比如,变频器是如何让电梯在启动和停止时如此平缓,避免了那种顿挫感?它又是如何让工业风扇在不同的负荷下保持稳定的输出功率,从而节省能源的?如果书中能有一些生动的插画或者通俗易懂的比喻,来解释变频器是如何“指挥”电机的,那对我来说将是极大的乐趣。我期待这本书能够满足我强烈的好奇心,让我对那些支撑着现代工业运转的“幕后英雄”有更深入的了解。

评分

我是一名初入职场的电气工程师,一直希望能夯实基础,尤其是在电力电子领域。当我看到《变频器应用技术》这本书时,我第一个想法就是,这会不会是我的“宝典”?我迫切地想知道,书中是否会详细讲解变频器的各种控制方式,比如V/f控制、矢量控制、直接转矩控制等等,以及它们各自的优缺点和适用场景。对于新手来说,理解这些抽象的概念往往需要大量的图示和实例。我希望能看到书中提供清晰的电路图、波形图,并配以详实的文字解释,帮助我理解变频器内部功率器件的工作原理,以及如何通过PWM技术来实现对电机转速和转矩的精确控制。此外,对于实际应用中可能遇到的各种问题,比如谐波干扰、电磁兼容性、电机过载保护等,书中是否会有深入的分析和解决方案?我希望这本书能成为我解决实际工程问题的有力助手,让我能够自信地应对工作中的各种挑战。

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翻开这本《变频器应用技术》,我原本期待的是能深入了解那些高科技设备如何在工业生产中大显身手,比如如何通过精妙的电子控制,将原本笨拙的电机变得如同精灵般灵活,实现能源的极致节约,甚至改变整个生产流程的效率。我尤其想知道,在那些繁忙的车间里,那些闪烁着指示灯、嗡嗡作响的变频器,究竟是如何被工程师们“驯服”的,它们在面对不同负载、不同环境条件时,又是如何做出精准而快速的响应。是不是有许多案例分析,能够生动地展示变频器在冶金、纺织、化工等不同行业中的具体应用,以及它们为企业带来的实际效益?我渴望看到那些复杂的电气原理图被巧妙地解读,让非专业人士也能领略其背后的科学魅力,了解它如何与PLC、传感器等其他自动化设备协同工作,构建起现代化的智能工厂。这本书的出现,让我对工业自动化产生了更浓厚的兴趣,期待它能为我揭示更多不为人知的技术细节和应用场景,让我对这个充满活力的领域有一个更全面、更深入的认识。

评分

我是一名对新能源技术充满好奇心的普通读者,平时关注的比较多的就是太阳能、风能等。最近听朋友提到“变频器”这个词,说它在这些新能源发电系统中扮演着很重要的角色,能够提高发电效率,甚至稳定电网。这让我很好奇,《变频器应用技术》这本书里会不会涉及到这方面的内容?我想了解,变频器是如何将太阳能电池板或风力发电机产生的原始直流电或脉动交流电,转化成符合电网要求的稳定交流电的?它在这些系统中又承担了哪些关键的功能,比如最大功率点跟踪(MPPT)?如果书中能通过一些案例,展示变频器在离网或并网的光伏/风力发电系统中的具体应用,那对我来说将是极大的启发。我希望能借此机会,对新能源发电的核心技术有一个更直观、更深入的理解,看看这项看似不起眼的“变频器”,是如何为绿色能源的普及贡献力量的。

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