變頻調速技術及應用（簡體書）

《變頻調速技術及應用》從變頻器的結構入手，首先介紹組成變頻器的電力電子器件的結構、工作原理以及各種應用。對沒有學過電知識的人，也能從元器件開始，深入淺出學習變頻器的工作原理。在此基礎上，以電動機為被控對象，介紹變頻調速原理及變頻調速工作方式。以西門子MM430系列變頻器為例，介紹了變頻器的選擇、安裝、接線、參數調整、抗干擾措施和運行檢修。本教材拓展介紹了多套工業設備或系統，使得變頻器的參數設置和調試更注重培養學生的工程應用能力和解決現場實際問題的能力。將變流技術與交流調速有機結合起來。用較少的課時完成兩門課程的學習。同時，本教材精選了四個實訓環節，力求在最簡單的實訓硬件配置情況下，完成實用性較強、較先進的變頻器應用，如PID控制、觸摸屏控制系統等。
《變頻調速技術及應用》適合于高職學院電氣自動化專業和機電設備維修與管理專業的學生，也適用于生產過程自動化專業、機電一體化專業和自動控制技術專業的學生。也可作為企業相關技術人員的參考資料。

《變頻調速技術及應用》是高職高專自動化類“十二五”規劃教材之一。

高職高專教材建設是高職院校教學改革的重要組成部分，2009年全國化工高職儀電類專業委員會組織會員學校對近百家自動化類企業進行了為期一年的廣泛調研。2010年5月在杭州召開了全國化工高職自動化類規劃教材研討會。參會的高職院校一線教師和企業技術專家緊密圍繞生產過程自動化技術、機電一體化技術、應用電子技術及電氣自動化技術等自動化類專業人才培養方案展開研討，并計劃通過三年時間完成自動化類專業特色教材的編寫工作。主編采用競聘方式，由教育專家和行業專家組成的教材評審委員會于2011年1月在廣西南寧確定出教材的主編及參編，眾多企業技術人員參加了教材的編審工作。
本套教材以《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》及2006年教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》為編寫依據。確定以“培養技能，重在應用”的編寫原則，以實際項目為引領，突出教材的應用性、針對性和專業性，力求內容新穎，緊跟國內外工業自動化技術的最新發展，緊密跟蹤國內外高職院校相關專業的教學改革。
本書以變頻調速技術及其應用為核心，首先安排了與變頻器相關的電力電子器件基礎知識的講授，以及一些電力電子器件的實際應用與開發，對于沒有學過電力電子技術課程的學生，也能較好理解和掌握變頻器的結構和工作原理。
本書以西門子MM430系列變頻器為例，深入淺出地介紹了變頻器的選擇、安裝、接線、參數調整、抗干擾措施和運行檢修，使學生不但了解了變頻器的相關知識，同時加強了應用變頻技術的能力。由于變頻器的應用領域十分廣泛，它所帶的負荷特性千差萬別，其應用也必然涉及各種各樣現場設備。為此，本書拓展介紹了多套工業設備和系統，使得變頻器的參數設置和調試更注重培養學生的工程應用能力和解決現場實際問題的能力。同時，本書精選了四個實訓環節，力求在最簡單的實訓硬件配置情況下，完成實用性較強、較先進的變頻器應用，如PID控制、觸摸屏控制系統等。

第1章 概述
1.1 變頻系統技術
1.2 變頻調速技術的發展過程
1.3 中國變頻調速技術的發展狀況
1.4 變頻技術的發展方向
1.5 高壓變頻調速技術應用現狀與發展趨勢
思考題與習題

第2章 電力電子器件
2.1 電力電子器件概述
2.2 不可控器件——二極管及其應用
2.3 半控型器件——晶閘管及其應用
2.4 全控型器件
2.5 新型電力電子器件
思考題與習題

第3章 電力電子器件的應用與開發
3.1 小功率電力電子器件的應用
3.2 電力電子器件的綜合應用
3.3 新型電力電子器件的開發
思考題與習題

第4章 變頻調速原理
4.1 變頻調速的基本原理
4.2 變頻器的分類
4.3 交直交變頻器主電路及其變頻調速系統
4.4 正弦脈寬調制變頻器及其調速系統
4.5 西門子變頻器簡介
4.6 通用變頻器的控制電路原理
4.7 高壓變頻器主電路結構及其控制特點
思考題與習題

第5章 變頻器的選用
5.1 變頻器的選擇
5.2 變頻器的安裝
5.3 變頻器的接線
5.4 變頻器的功能及參數
5.5 變頻器的抗干擾技術
思考題與習題

第6章 變頻技術的綜合應用
6.1 變頻技術在空調設備上的應用
6.2 變頻技術在機床設備上的應用
6.3 變頻技術在電梯設備上的應用
6.4 變頻技術在電線生產線上的應用
6.5 變頻技術在風機上的應用
6.6 變頻技術在起重機上的應用
6.7 變頻技術在恒壓供水上的應用
思考題與習題

第7章 變頻技術實訓
7.1 基礎實訓西門子MM440變頻器的參數設置及調試
7.2 基礎實訓西門子MM440變頻器的操作與控制
7.3 綜合實訓變頻實現水箱水位控制的實訓
7.4 綜合實訓PLC、變頻器和觸摸屏綜合實訓
思考題與習題
參考文獻

1.5 高壓變頻調速技術應用現狀與發展趨勢
1.5.1 高壓變頻的發展
中國高壓變頻器市場“十一五”期間保持著爆發性增長的態勢，該行業經過起步階段，目前正逐步趨于成熟。
通常，我們把用來驅動1kV以上交流電動機的中、大容量變頻器稱為高壓變頻器。按照國際慣例和中國國家標準，當供電電壓大于或等于10kV時稱高壓，小于10kV時稱中壓。因此，相應額定電壓1～10kV的變頻器應分別稱為中壓變頻器和高壓變頻器。這一電壓范圍內的變頻器有著共同的特征，且通常習慣上也把額定電壓為3kV或6kV的電動機稱為“高壓電動機”，因此，對應電壓范圍的變頻器也稱之為“高壓變頻器”。
變頻器技術存在一個從低壓向高壓、從小功率向大功率轉變的技術發展過程，體現在產品發展趨勢上就是變頻器產品的功率越來越大，適用于更大規模電動機的節能調速需求。大功率變頻器制造技術早先基本掌握在國外廠商手中，隨著國內企業技術水平提高，國產變頻器產品的功率也隨之逐步提高，因此國內品牌對國外品牌實現替代的過程是一個先替代小功率變頻器產品，後替代大功率變頻器產品的過程，使得卞頻器市場上的大功率產品逐漸增多，市場向大功率產品發展的趨勢明顯。
高端高壓變頻技術的成熟，將不斷刺激工藝控制對于變頻調速的需求。隨著高壓變頻技術中矢量控制和能量回饋等高級功能的開發和成熟運用，高壓變頻器正被快速應用于軋鋼機、礦井提升機、電氣機車牽引系統等，進一步拓展了高壓變頻調速技術的適用方向和市場領域。1.5.2 高壓變頻器的特點
目前世界上的高壓變頻器不像低壓變頻器那樣具有成熟的，一致性的主電路拓撲結構，而是限制于功率器件的電壓耐受量和高壓使用條件的矛盾。國內外各變頻器生產廠家采用不同的功率器件和不同的主電路拓撲結構，以適應不同的電壓等級和各種拖動設備的要求，因而在各項性能指標和適用范圍上也各有差異。
一般來講，在高壓供電而功率器件耐壓能力有限的情況下，可采用將功率器件串聯的方法來解決。但是功率器件在串聯使用時，因為各器件的動態電阻和極間電容不同，而存在靜態均壓和動態均壓問題。如果采用與器件并聯電阻和電容的均壓措施，會使電路復雜，損耗增加；同時，器件的串聯對驅動電路的要求也大大提高，要盡量做到串聯器件同時導通和關斷，否則由于各器件開斷時間不一致，承受電壓不均，會導致器件損壞甚至整個裝置崩潰。
諧波問題是所有變頻器的共同問題，尤其在高壓大功率變頻調速中更為突出。諧波會污染電網，殃及同一電網上的其他用電設備，甚至影響電力系統的正常運行；諧波也會干擾通信和控制系統，嚴重時會使通信中斷、系統癱瘓；諧波電流還會使電動機損耗增加，因而發熱增加，效率及功率因數下降，以至不得不“降額”使用。
還有效率問題。變頻調速裝置的容量愈大，調速系統的效率問題也就愈加重要。采用不同的主電路拓撲結構，使用的功率器件的種類和數量的多少，以及變壓器、濾波器等的使用，都會影響系統的效率。為了提高系統效率，必須設法盡量減少功率開關器件和變頻調速裝置的損耗。