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第1章 电力电子器件及其应用1

1.1概述1

1.2双极型晶体管（BJT）3

1.2.1 BJT的发展3

1.2.2 BJT的主要参数4

1.2.3 BJT的安全工作区6

1.2.4 BJT的驱动7

1.3电力场效应晶体管（MOSFET）9

1.3.1基本结构及原理10

1.3.2特性及参数11

1.3.3使用注意事项12

1.3.4 MOSFET的派生器件12

1.4绝缘栅双极型晶体管（IGBT）13

1.4.1 IGBT产品介绍13

1.4.2 IGBT的结构14

1.4.3 IGBT的主要参数15

1.4.4 IGBT的基本特性16

1.4.5 IGBT的选择与保护18

1.4.6使用IGBT时注意事项22

1.4.7 IGBT安全工作区（SOA）23

1.4.8 IGBT的驱动23

1.4.9 IGBT的并联运行29

1.4.10高压IGBT33

1.5其他电力电子器件34

1.5.1门极关断（GTO）晶闸管34

1.5.2场控晶闸管（MCT）36

1.5.3集成门极换向闸管（IGCT）37

1.5.4电子注入增强栅晶体管（IEGT）40

1.6模块化器件41

1.6.1智能电力模块（IPM）42

1.6.2 P1M50

1.7基于宽禁带半导体材料的电力电子器件51

1.7.1碳化硅（SiC）电力电子器件51

1.7.2氮化镓（GaN）电力电子器件52

1.7.3金刚石电力电子器件52

参考文献53

第2章 通用变频器的原理55

2.1概述55

2.1.1变频调速概况55

2.1.2通用变频器概况59

2.2变频器的简单原理63

2.2.1变频调速的基本控制方式63

2.2.2变频器的基本构成65

2.3变频器的分类67

2.3.1按直流电源的性质分类67

2.3.2按输出电压调节方式分类68

2.3.3按控制方式分类70

2.3.4按主开关器件分类72

2.4通用变频器中的逆变器及其PWM控制74

2.4.1 6脉波方波逆变器74

2.4.2 PWM逆变器74

2.4.3 SPWM控制76

2.4.4同步调制与异步调制79

2.4.5谐波分析与输出电压调节80

2.4.6谐波消去法84

2.4.7瞬时电流跟踪控制85

2.5通用变频器中的整流器86

2.5.1二极管整流器86

2.5.2斩控式整流器89

2.6变频器传动中的制动状态96

2.6.1动力制动97

2.6.2回馈制动98

2.6.3采用共用直流母线的多逆变器传动101

2.6.4直流制动101

2.7异步电动机变频调速时的转矩特性104

2.7.1以气隙磁链为参变量的转矩特性104

2.7.2以转子全磁链为参变量的转矩特性108

2.8通用变频器的U/f控制108

2.8.1普通功能U/f控制通用变频器109

2.8.2高功能型U/f控制通用变频器110

2.9高动态性能型矢量控制通用变频器117

2.9.1矢量控制的概念117

2.9.2采用PWM变频器的矢量控制框图120

2.9.3矢量控制通用变频器实际装置例122

2.10电压空间矢量PWM控制126

2.10.1电压空间矢量126

2.10.2 SVPWM控制的概念129

2.11直接转矩控制高动态性能变频器133

参考文献138

第3章 通用变频器构成的调速系统139

3.1使用通用变频器的目的与效益139

3.1.1节能应用140

3.1.2提高生产率144

3.1.3提高产品质量147

3.1.4设备的合理化147

3.1.5适应或改善环境149

3.2使用通用变频器的技术优势149

3.3通用变频器的功能152

3.3.1概述152

3.3.2变频器功能的类型163

3.3.3功能设定概述167

3.3.4主要功能的说明173

3.4生产机械的驱动188

3.4.1生产机械的转矩特性189

3.4.2生产机械的起动与制动192

3.5异步电动机的选择195

3.5.1异步电动机形式与容量的选择195

3.5.2负载功率的计算199

3.5.3选用异步电动机时的注意事项201

3.6变频器及其外围设备的选择204

3.6.1通用变频器的标准规格204

3.6.2变频器类型的选择222

3.6.3变频器容量的计算222

3.6.4变频器的外围设备及其选择229

参考文献234

第4章 通用变频器的使用与维护235

4.1通用变频器使用的般知识235

4.1.1通用变频器的铭牌235

4.1.2变频器的结构236

4.1.3电磁兼容性237

4.1.4通用变频器的认证239

4.2通用变频器的安装242

4.2.1变频器的防护等级242

4.2.2变频器的安装环境244

4.2.3安装空间245

4.3通用变频器标准接线与端子功能247

4.3.1基本原理接线图247

4.3.2主电路接线247

4.3.3控制电路接线248

4.3.4控制电源和辅助电源的连接249

4.3.5制动单元和制动电阻的连接251

4.4变频器功能单元操作251

4.4.1功能单元251

4.4.2变频器的功能设定和运行显示252

4.4.3变频器的参数（功能码）253

4.5变频器的运行265

4.5.1通电前的检查265

4.5.2系统功能的设定266

4.5.3试运行267

4.5.4负载运行267

4.6变频器的某些特殊功能268

4.6.1电动机转矩提升的设定268

4.6.2跳跃频率269

4.6.3瞬时停电再起动269

4.6.4第二电动机功能269

4.6.5燃火模式269

4.7变频器的维护与故障处理270

4.7.1日常维护与检查270

4.7.2变频器本身的保护功能271

4.7.3常见故障检查与处理273

4.7.4变频器的故障代码273

4.8使用变频器时的注意事项275

4.8.1接线与防止噪声时的注意事项275

4.8.2关于输入与输出的注意事项276

4.8.3用于特殊电动机时的注意事项277

4.8.4通用变频器的可靠性278

4.9变频器的测量与实验方法279

4.9.1目前常见的测量仪表279

4.9.2变频器的测量与仪表的选择280

4.9.3输入侧的测量280

4.9.4输出侧的测量282

参考文献282

第5章 高性能通用变频器的运行283

5.1高性能通用变频器的类型283

5.1.1高性能通用变频器结构283

5.1.2有速度传感器的矢量控制变频器285

5.1.3无速度传感器的矢量控制变频器285

5.1.4直接转矩控制变频器286

5.2高性能通用变频器的接线287

5.2.1主电路接线287

5.2.2控制电路接线288

5.2.3辅助控制端子接线290

5.3高性能通用变频器的系统组态290

5.3.1编程单元290

5.3.2输入输出端子功能的设定292

5.3.3变频器运行功能设定297

5.3.4变频器的功能数据组、功能单块与控制系统结构303

5.3.5具有U/f控制模式的系统组态304

5.3.6矢量控制的系统组态307

5.3.7矢量控制模式变频器的运行309

5.4高性能通用变频器的功能模板311

5.4.1通信模板311

5.4.2输入输出接口模板315

5.4.3工艺模板317

5.5使用高性能变频器时的注意事项318

5.5.1变频器选型时的注意事项318

5.5.2变频器系统组态时的注意事项320

5.5.3使用变频器功能模板时的注意事项321

5.6 ABB公司ACS800系列变频器321

5.7三菱系列变频器326

参考文献328

第6章 高压变频器329

6.1高压变频器的结构329

6.1.1高-低-高方式变频器329

6.1.2高-高方式变频器330

6.2电流源型高压变频器331

6.2.1晶闸管电流源型变频器332

6.2.2 PWM式电流源型变频器333

6.3三电平电压源型高压变频器335

6.3.1三电平高压变频调速系统主电路337

6.3.2三电平高压变频器基本原理339

6.3.3三电平空间电压矢量控制算法344

6.3.4二极管箝位三电平电路的软开关技术350

6.3.5三电平变频器的派生方案351

6.3.6 PWM整流器352

6.4单元串联多电平电压源型高压变频器355

6.4.1单元串联多电平变频器原理355

6.4.2多重化整流电路358

6.4.3多电平移相式PWM控制361

6.4.4其他派生的单元串联式多电平技术方案364

6.5高压变频器的节能应用366

6.5.1泵与风机的主要特性及工作点367

6.5.2泵与风机的变频调速节能原理368

6.5.3泵与风机的变频节能计算370

6.5.4高压变频器调速的意义374

参考文献374

第7章 通用变频器的应用376

7.1通用变频器在泵类负载与风机中的应用376

7.1.1泵的特性分析与节能原理377

7.1.2变频器恒压供水系统377

7.1.3工业锅炉燃烧过程的变频调速系统379

7.2通用变频器在电梯中的应用382

7.2.1安川H1000通用变频器电梯调速系统383

7.2.2安川H1000通用变频器电梯调速系统电路原理384

7.2.3电梯变频调速系统现场调试中的几个问题388

7.3变频器在辊道传动中的应用389

7.3.1辊道传输389

7.3.2交流辊道变频传动389

7.3.3辊道变频器的选用390

7.3.4应用实例一：无缝钢管热处理线变频调速传动控制系统392

7.3.5应用实例二：宽厚板热处理生产线变频器调速传动控制系统394

7.4变频调速技术在炼钢厂20t转炉倾动和氧枪升降中的应用396

7.4.1原转炉直流拖动系统简介396

7.4.2转炉倾动负载与氧枪升降负载特性及电动机运转状态分析396

7.4.3变频调速的原理与用于转炉倾动和氧枪升降负载的可行性分析398

7.4.4 20t转炉倾动与氧枪升降应用变频调速技术情况介绍401

7.5 PWM交流开环反串匹配变频系统在拉丝机中的应用402

7.5.1活塞式拉丝机采用开环调速的条件403

7.5.2富士PWM变频调速系统405

7.5.3同步设计405

7.5.4运行效果406

7.5.5经济效益计算408

7.6位置控制器与通用变频器构成的APC系统408

7.6.1概述408

7.6.2系统的构成409

7.6.3位置控制环节410

7.6.4变频调速环节412

7.7高炉上料系统的变频调速改造414

7.7.1概述414

7.7.2改造的必要性414

7.7.3改造方案415

7.7.4主要技术参数417

7.7.5运行效果417

7.8采用通用型PWM变频器改造螺杆挤压机调速系统417

7.8.1概述417

7.8.2原系统情况418

7.8.3新系统方案4

7.8.4系统调试420

7.8.5运行结果分析423

7.9焦化桥式起重机变频调速控制系统424

7.9.1原桥式抓斗起重机传动系统存在的问题424

7.9.2变频调速控制系统工作原理425

7.9.3变频调速传动系统的优点431

7.10变频器在抽油机上的应用432

7.10.1变频器在螺杆泵抽油机上的应用432

7.10.2变频器在游梁式抽油机上的应用437

参考文献441

第8章 变频器的通信与网络442

8.1概述442

8.2变频器调速系统通信网络基础442

8.2.1通信网络模型与通信方式442

8.2.2串行通信接口445

8.2.3变频调速系统通信抗干扰技术449

8.3现场总线技术451

8.3.1现场总线的标准451

8.3.2现场总线控制系统的特点459

8.4总线控制变频系统460

8.4.1总线控制变频系统的构成460

8.4.2由变频器与Profibus组成的总线控制系统462

8.4.3由变频器与CC-Link组成的总线控制系统464

8.4.4由变频器与DeviceNet组成的总线控制系统468

8.4.5由变频器与总线桥组成的总线控制系统470

8.5 PLC控制变频系统471

8.5.1由变频器与西门子PLC组成的控制系统472

8.5.2由变频器与施耐德PLC组成的控制系统477

8.5.3由变频器与台达PLC组成的控制系统481

8.5.4由变频器与欧姆龙PLC组成的控制系统485

8.6变频器的通信与网络方案举例490

8.6.1三菱变频器、PLC和CC-Link总线控制系统举例490

8.6.2西门子S7-300 PLC和变频器的液位控制系统举例494

8.6.3西门子PLC与变频器间的Profibus现场总线通信举例495

参考文献498