变频控制技术及应用

　　本书深入浅出地讲述了变频控制讲述的基础理论，以西门子MM4系列变频器为例讲述了变频器应用。首先介绍了变频器的发展过程，我国变频器应用的范围与市场前景，然后讲述了变频控制的基本工作原理、变频器的基本构成、变频器中逆变器所采用的典型PWM控制技术、良好性能的变频拖动系统和高动态性能的变频拖动系统。以西门子MM4系列变频器为例讲述了通用变频器的常用功能、变频器的参数、参数的设定及调试方法与步骤，还介绍了变频器及外围设备的选择、安装以及变频器柜的设计与配线、变频器常见故障。最后讲述了变频调速系统在三种典型负载中的应用主要要解决的问题，给出了西门子MM4变频器的应用实例。本书内容从理论到实际应用，内容完整、全面，系统性强。以西门子MM4变频器为例，讲述了通用变频器的应用，具有一定的代表性，便于读者掌握应用知识。本书变频控制理论内容深度适度，变频器应用内容与一些大专院校的实验设备配套，每章安排有适当的习题或思考题，非常适合作为大专院校自动化、机电、电力电子应用等相关专业的理论教学和实践教学用书，以及参考书，也可供工程技术人员开发和应用变频器的参考用书。

　　付丽君 30多年教学经验，出版两本教材：《现代企业供用电设计》辽宁科学技术出版社，1993年10月；《节能技术》兵器工业出版社，1991年8月。

目 录
第1章 交流电动机变频调速原理及发展 1
1.1 交流电动机的调速方式 1
1.2 交流电动机变频调速原理 2
1.3 变频器的发展 6
1.3.1 变频器的发展历程 6
1.3.2 变频器的主要发展方向 10
1.4 交流异步电动机变频调速时的机械特性 11
1.4.1 基频以下变频调速时的机械特性 12
1.4.2 基频以上变频调速时的机械特性 14
1.5 变频调速系统中生产机械的负载特性 15
1.5.1 恒转矩负载特性 15
1.5.2 平方降转矩负载 16
1.5.3 恒功率负载 18
1.6 我国变频器应用范围及市场分析 19
1.6.1 应用范围 19
1.6.2 市场前景 20
小结 22
思考题 23
第2章 变频器的电路结构 24
2.1 变频器的基本电路结构 24
2.2 变频器主电路结构 26
2.2.1 交—交变频器主电路结构及工作原理 27
2.2.2 交—直—交变频器主电路结构 29
2.3 变频器的分类 32
小结 33
思考题 33
第3章 变频器中的PWM控制技术 34
3.1 正弦脉宽调制（SPWM）控制技术 34
3.1.1 SPWM调制原理 34
3.1.2 SPWM波的产生 36
3.1.3 SPWM调制方法 38
3.2 电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术 39
3.3 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术 40
3.3.1 空间矢量的定义 41
3.3.2 电压与磁链空间矢量的关系 43
3.3.3 电压空间矢量线性组合法 45
小结 48
思考题 49
第4章 基于数学模型的变频调速系统 50
4.1 转速开环恒压频比控制的变频调速系统 51
4.2 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 53
4.2.1 转差频率控制的基本概念 53
4.2.2 转差频率控制规律 55
4.2.3 转差频率控制的闭环变频调速系统 56
4.3 三相异步电动机动态数学模型 57
4.3.1 三相异步电动机动态数学模型的性质 58
4.3.2 三相异步电动机的动态数学模型 58
4.3.3 矢量控制理论中的坐标变换和坐标变换阵 63
4.3.4 三相异步电动机在两相同步旋转坐标系下的动态数学模型 71
4.3.5 三相异步电动机在两相静止坐标系下的动态数学模型 73
4.3.6 三相异步电动机按转子磁链定向旋转坐标系下的动态数学模型 73
4.4 按转子磁场定向的异步电动机矢量控制系统 77
4.4.1 转速和磁链闭环控制的直接矢量控制系统 77
4.4.2 转子磁链观测器 79
4.4.3 磁链开环与转速闭环转差型间接矢量控制系统 81
4.5无速度传感器矢量控制系统 83
4.6直接转矩控制系统 85
4.6.1 直接转矩控制的基本思路 85
4.6.2 直接转矩控制系统的构成 86
小结 88
思考题 88
第5章 通用变频器的常用功能 90
5.1 频率给定功能 90
5.1.1频率给定方式 90
5.1.2 变频器中常用的频率术语 93
5.1.3 运行频率的设置 95
5.2 启动与加速功能 99
5.2.1变频器的加速曲线 99
5.2.2变频器的启动方式 100
5.2.3加速时间及自处理功能 101
5.3 制动与减速功能 102
5.3.1变频器制动方式 103
5.3.2制动时间及自处理功能 103
5.4 其它常用控制功能 105
小结 108
思考题 108
第6章 西门子MM4系列变频器简介 109
6.1 MM4系列变频器类型 109
6.2 MM4系列变频器的基本构成 110
6.3 MM4系列变频器的控制方法 112
6.4 MM4系列变频器参数介绍 114
6.4.1 MM4系列变频器的参数类型 114
6.4.2 MM4系列变频器参数说明 117
6.4.3 MM4系列变频器的参数组 119
6.4.4用BOP修改MM4系列变频器参数的操作方法 120
6.5 MM4系列变频器参数的调试方法 121
小结 124
思考题 124
第7章 MM4系列变频器的功能调试 126
7.1 MM4系列变频器的基本功能参数 126
7.2 MM4系列变频器基本功能调试 133
小结 146
习题与思考题 146
第8章 设备的选择与安装及故障处理 149
8.1变频器的选择 149
8.1.1根据负载的特性选择变频器 149
8.1.2 变频器容量的选择 150
8.1.3 变频器箱体结构的选用 153
8.2电动机的选择 155
8.2.1 异步电动机类型与容量的选择 155
8.2.2 使用变频器驱动时电动机出现的新问题 156
8.2.3 电动机容量的计算 156
8.3变频器外围设备及其选择 159
8.4变频器的安装 166
8.4.1 变频器的安装环境要求 166
8.4.2 变频器的安装方式 168
8.5变频器的接线 169
8.5.1 主回路端子的接线 169
8.5.2 控制回路端子的接线 171
8.6变频器电气柜的设计 174
8.6.1 变频电气柜设计前的要求 174
8.6.2 电气柜的设计 175
8.6.3 柜体的布局设计 176
8.6.4 变频器柜的配线 177
8.7变频器故障及处理 178
8.7.1 变频器的故障分类 178
8.7.2变频器常见故障及原因 179
8.7.3 西门子变频器的常见故障类型及排除方法 181
8.7.4 变频器维修常用的检测方法 182
小结 184
思考题 184
第9章 变频拖动系统的设计 186
9.1生产机械对变频拖动系统的基本要求 186
9.1.1 在机械特性方面的要求 186
9.1.2 在运行可靠性方面的要求 187
9.1.3 变频供电对异步电动机的影响 188
9.2 变频调速时异步电动机的有效转矩线 190
9.3 恒转矩负载的变频拖动 192
9.3.1 控制方式的选择 192
9.3.2 改变低频性能与提高电动机输出转矩 192
9.3.3 提高恒转矩负载的变频调速范围 193
9.3.4 恒转矩负载的功能预置要点 195
9.4恒功率负载的变频拖动 200
9.4.1 恒功率负载下的电动机容量选择问题 200
9.4.2 降低电动机容量的方法 201
9.4.3 金属切削机床的降容方法 204
9.5平方降转矩负载的变频拖动 208
9.5.1 V/f控制线的选择与节能效果 209
9.5.2 风机的变频控制 210
9.5.3 水泵的变频调速系统 214
小结 216
习题与思考题 217
第10章 MM4系列变频器的应用实例 218
10.1 MM440变频器在电梯上的应用 218
10.1.1 系统概述 218
10.1.2 系统的组成和基本原理 219
10.1.3 变频器参数的设定 221
10.2 MM440变频器在恒压供水中的应用 222
10.2.1恒压供水变频调速系统的节能原理 223
10.2.2 恒压供水变频调速系统 225
10.3 MM440变频器在离心机中的应用 231
10.3.1 常规电器实现的电杆变频调速离心机控制系统 232
10.3.2 利用BICO功能实现的电杆变频调速离心机控制系统 234
10.4 MM440变频器在拉丝机中的应用 238
10.4.1 拉丝机设备的构成 238
10.4.2 拉丝机控制功能要求 239
10.4.3 拉丝机变频调速系统的参数设定 241
10.5 MM440变频器在钢包车运行中的应用 242
10.5.1 工艺简述 242
10.5.2 电气控制系统的组成 243
10.5.3 变频器参数设定 244
小结 245
习题与思考题 246
参考文献 247