变频调速技术及应用 王瑾,孙艳萍 9787122130853 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王瑾，孙艳萍 著

图书标签:

• 变频调速
• 电机控制
• 电力电子
• 工业自动化
• 驱动技术
• 电能转换
• 控制工程
• 王瑾
• 孙艳萍
• 9787122130853

店铺： 书逸天下图书专营店

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122130853

商品编码：29380481013

包装：平装

出版时间：2012-02-01

基本信息

书名：变频调速技术及应用

定价：22.00元

作者：王瑾,孙艳萍

出版社：化学工业出版社

出版日期：2012-02-01

ISBN：9787122130853

字数：254000

页码：158

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.259kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书从变频器的结构入手，首先介绍组成变频器的电力电子器件的结构、工作原理以及各种应用。对没有学过电知识的人，也能从元器件开始，深入浅出学习变频器的工作原理。在此基础上，以电动机为被控对象，介绍变频调速原理及变频调速工作方式。以西门子MM430系列变频器为例，介绍了变频器的选择、安装、接线、参数调整、抗干扰措施和运行检修。《变频调速技术及应用》拓展介绍了多套工业设备或系统，使得变频器的参数设置和调试更注重培养学生的工程应用能力和解决现场实际问题的能力。将变流技术与交流调速有机结合起来。用较少的课时完成两门课程的学习。同时，《变频调速技术及应用》精选了四个实训环节，力求在简单的实训硬件配置情况下，完成实用性较强、较先进的变频器应用，如PID控制、触摸屏控制系统等。
　　本书适合于高职学院电气自动化专业和机电设备维修与管理专业的学生，也适用于生产过程自动化专业、机电一体化专业和自动控制技术专业的学生。也可作为企业相关技术人员的参考资料。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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变频调速技术的核心原理与关键应用领域深度解析 引言 变频调速技术，作为现代电力电子与自动控制领域的一项重要创新，其核心在于通过改变交流电动机的供电频率，从而实现电动机转速的平稳、精确控制。这种技术的出现，极大地突破了传统固定频率供电方式下的转速限制，为工业生产、能源效率提升以及设备运行的柔性化提供了前所未有的可能性。它不仅仅是简单的“变速”，更是一种对电机运行状态进行优化管理的系统性解决方案。本篇内容旨在深入探讨变频调速技术的原理基础，剖析其关键技术要素，并重点阐述其在众多工业领域的广泛而深入的应用，勾勒出这项技术如何深刻地改变着现代工业的面貌。 一、变频调速技术的基本原理 变频调速的核心在于对交流电动机的转速进行有效控制。对于笼型感应电动机而言，其同步转速（ns）与电源频率（f）以及电机极对数（p）之间存在着一个基本的数学关系：ns = 60f / p（转/分钟）。在这个公式中，电源频率（f）是直接影响电机转速的最主要因素。变频器正是通过改变供给电动机的电源频率，来实现对电机转速的调节。 从技术实现的角度来看，变频调速器（VFD，Variable Frequency Drive），也称为变频器或变频驱动器，是实现这一过程的关键设备。其基本工作原理可以分解为以下几个核心环节： 1. 整流（Rectification）： 变频器首先将输入的交流电（通常为市电）转换为直流电。这个过程通过整流桥完成，整流桥由多个二极管组成，将交流电的正负半周分别转换为脉动的直流电。 2. 滤波（Filtering）： 整流后的直流电是脉动的，为了获得平滑的直流电压，需要通过滤波电路进行处理。滤波电路通常由电容器和电感组成，其作用是滤除直流电中的纹波，使其趋于平滑。 3. 逆变（Inversion）： 这是变频器最核心的部分，即将平滑的直流电重新转换为频率和电压可变的交流电，供给电动机。逆变部分通常由大功率的半导体开关器件（如IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor）组成。通过精确控制这些开关器件的通断时间，变频器能够生成不同频率、不同幅值的脉冲宽度调制（PWM）信号，从而模拟出所需的交流电波形。PWM技术是实现精确频率和电压控制的关键。 4. 控制系统（Control System）： 变频器的“大脑”是其控制系统。它负责接收外部的控制信号（如速度指令、启停信号等），并根据预设的算法，对逆变部分的开关器件进行调制，最终输出满足要求的变频电源。现代变频器通常采用微处理器进行数字控制，具备强大的计算能力和灵活的控制策略。 二、变频调速的主要控制方式 为了实现不同应用场景下的精确控制需求，变频器发展出了多种控制方式： 1. V/f（Voltage/Frequency）恒压频比控制： 这是最基础、最简单的变频控制方式。其核心思想是在改变频率的同时，也按比例地改变输出电压，以保持恒定的V/f比值。这样做是为了维持电动机的电磁转矩基本不变。V/f控制结构简单，成本较低，适用于对转矩精度要求不高的场合，如风机、水泵等。然而，在低频运行时，由于磁通饱和效应，电机的转矩会下降，同时高频运行时，电压可能会达到额定值，无法进一步提升速度。 2. 矢量控制（Vector Control）/转子磁场定向控制（Field-Oriented Control, FOC）： 矢量控制是变频调速技术的一项重大突破。它通过数学变换，将电动机的定子电流分解为与转子磁场相关的励磁分量（d轴分量）和与转矩相关的转矩分量（q轴分量）。通过独立地控制这两个分量，可以实现对电机转矩的精确控制，就像直流电动机一样。矢量控制分为有感矢量控制（需要安装速度传感器）和无感矢量控制（通过算法估算速度和转子位置）。矢量控制的优点在于： 宽范围的调速性能： 可以在更宽的频率范围内保持较高的转矩输出。 动态响应速度快： 对速度和转矩指令的变化反应迅速。 高精度控制： 能够实现精确的速度和转矩控制。 矢量控制广泛应用于对转速和转矩精度要求极高的场合，如卷绕机、拉丝机、电梯、数控机床等。 3. 直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）： DTC是一种不依赖于速度传感器，也不需要进行坐标变换的控制方法。它通过直接检测电动机的磁链和转矩，并根据预设的算法，选择最优的电压矢量来快速、直接地控制电机的转矩和磁链。DTC的优点是具有极快的动态响应速度，尤其在低速大转矩和零速运行状态下表现出色。它通常用于对动态性能要求非常高的应用，如冶金设备、机器人等。 三、变频调速技术的优势与特点 变频调速技术的应用带来了诸多显著的优势： 1. 节能效果显著： 对于风机、水泵等负载，其风量或流量与转速近似呈线性关系，而功率则与转速的立方呈近似关系（P ∝ n³）。当负载需求降低时，通过降低转速，可以实现巨大的节能。例如，将风机转速降低20%，其功耗可降低近50%。这种节能效果是变频调速技术最直接、最重要的经济效益之一。 2. 提高生产效率与产品质量： 精确的速度控制使得生产过程更加稳定，可以根据工艺要求进行柔性调整，优化生产参数，从而提高产品合格率，降低废品率。例如，在纺织、造纸等行业，精确的速度控制是保证产品质量的关键。 3. 改善工艺过程： 变频调速能够实现平稳的加减速，避免了传统的机械传动方式可能造成的冲击和振动，对设备寿命有益，同时也能改善产品的加工表面质量。 4. 降低机械损耗： 变频调速取代了传统的齿轮、皮带等机械变速装置，减少了机械传动环节，从而降低了机械损耗，提高了整个系统的效率。 5. 实现柔性制造： 变频调速与自动化控制系统的结合，使得设备能够快速响应生产指令的变化，适应多品种、小批量的生产模式，提高了生产线的柔性化水平。 6. 减少噪音与污染： 在某些应用中，降低电机转速可以显著降低设备运行产生的噪音。同时，减少能源消耗也间接减少了污染物排放。 四、变频调速技术的关键应用领域 变频调速技术的应用范围极其广泛，几乎覆盖了所有需要电机驱动的工业领域： 1. 通用工业领域： 风机和水泵（HVAC）： 这是变频器最广泛的应用领域。在空调系统、供水系统、污水处理系统等中，通过调节风机和水泵的转速来匹配实际负载需求，实现节能。 传送带和输送系统： 在仓储、物流、食品加工等行业，用于精确控制物料的输送速度，提高效率。 搅拌和混合设备： 在化工、食品、制药等行业，用于精确控制搅拌速度，保证物料的混合效果。 2. 能源与电力行业： 发电厂： 用于调节锅炉给水泵、送风机、引风机等的转速，优化运行效率。 油田与天然气： 用于驱动钻井泵、抽油泵等，实现精确控制和节能。 电网： 用于电力设备的调速控制。 3. 冶金行业： 轧钢机： 实现对轧辊转速的精确控制，保证轧制精度和产品质量。 起重机和卷扬机： 用于实现重物的平稳起升和下降，提高操作安全性。 风机和泵： 应用于高炉风机、水循环泵等。 4. 造纸与纺织行业： 造纸机： 调节各辊筒的转速，实现纸张生产过程的精确同步和质量控制。 纺织机械： 如络筒机、织布机等，需要精确的速度控制来保证纱线的均匀性和织物的质量。 5. 石油化工行业： 压缩机： 用于驱动各种工艺压缩机，根据生产负荷调节转速，实现节能降耗。 泵类设备： 如输送泵、循环泵等，实现精确流量控制。 6. 矿山与建材行业： 提升机： 用于矿井提升设备，保证安全高效的矿石和人员运输。 破碎机和研磨机： 调节转速以适应不同物料的加工需求。 水泥生产线： 用于驱动各种泵、风机、输送带等。 7. 轨道交通： 电力机车和地铁列车： 变频牵引技术是现代电动列车的核心，能够实现平稳的加速和制动，并实现能量回馈。 8. 航空航天与国防工业： 在模拟试验设备、精密机械驱动等方面，对速度和转矩的精度要求极高。 五、结论 变频调速技术以其强大的功能和显著的优势，已经成为现代工业自动化和节能减排不可或缺的关键技术。从最初简单的V/f控制到如今复杂的矢量控制和直接转矩控制，技术的不断进步推动着变频器在性能、效率和智能化水平上不断提升。它不仅优化了电机运行，更驱动着整个工业生产模式的革新，为实现更高效、更环保、更智能的工业未来奠定了坚实的基础。随着人工智能、物联网等新技术的融合，变频调速技术必将在未来的工业应用中展现出更广阔的前景。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计，说实话，有点让人提不起精神。封面那种老套的教科书风格，色彩搭配也比较沉闷，看起来就像是那种年代久远的工程技术手册。我本来是抱着学习新技术的期望打开它的，结果光是翻阅前几页，那种厚重的纸张质感和略显模糊的印刷字体，就让人感觉自己好像穿越回了上个世纪末的图书馆。不过，抛开这些外在的不说，当我真正开始阅读内容时，发现里面的理论推导部分确实是下足了功夫的。尤其是关于异步电机等效电路的分析那一块，作者似乎非常坚持用最严谨的数学工具来阐述原理，大量的公式和推导过程，详细到连一些看似微不足道的参数变化都给标注了出来。对于那些追求底层原理、喜欢刨根问底的工程师来说，这可能是一个宝藏，因为你可以清晰地看到每一个结论是怎么一步步得出来的。但对于我这种更偏向应用、希望快速上手实践的读者来说，这种深度有时候反而成了一种负担，读起来需要极大的耐心和时间去消化那些复杂的数学符号，感觉像是做了一场艰苦的学术马拉松，而不是一次愉快的知识汲取之旅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排逻辑性很强，它没有急于跳到最新的技术热点，而是非常扎实地从基础原理讲起，这一点我非常欣赏。它花了大篇幅去回顾了传统电机控制的基本概念，这对于我这种跨界学习者来说，是至关重要的铺垫。我记得有一章专门讲解了采样和量化对控制精度的影响，作者用了一个非常生动的例子，通过对比不同频率的采样率下输出波形的畸变程度，直观地展示了数字控制中“时间”这个维度的重要性。书中对各种经典调速方法，比如V/f控制、转差率控制，都进行了详尽的剖析，而且不仅讲了“怎么做”，还深入探讨了“为什么这样做效果最好”。这种宏观到微观的叙事结构，使得读者在构建知识体系时，能够有一个非常稳固的框架。遗憾的是，在谈到当前工业界非常关注的磁场定向控制（FOC）时，内容略显保守和理论化，缺乏足够多的、贴近现代DSP或MCU平台的具体实现代码片段或硬件选型建议，让我感觉这本书更像是一本高质量的“理论教材”，而非一本“工程实践手册”。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是跟一位经验极其丰富但性格略显严肃的老师在对话。老师知识渊博，但语速较快，不容许你有丝毫的走神。书中对各种保护电路和故障诊断机制的描述，可以说是极其详尽。我尤其对其中关于过电流保护的响应速度和限流算法的对比分析印象深刻。作者不仅列出了标准的保护阈值设定，还讨论了在不同负载突变情况下，如何调整这些阈值的最优策略，这在实际生产线上解决突发问题时，无疑是极为宝贵的经验总结。然而，书中在图表的呈现上略显不足，很多复杂的波形和拓扑结构，如果能配合清晰的彩色图示或者仿真截图，理解起来会事半功倍。现在的很多插图，虽然标注清晰，但由于是单色印刷，辨识度不高，我常常需要对照文字反复琢磨才能确定哪个元器件连接到哪里，这无疑拖慢了我的阅读节奏。这让人不禁感叹，在如今这个视觉化时代，技术书籍在提升信息传递效率方面，还有很大的优化空间。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的语言风格感到非常独特，它保持了一种高度的客观和中立，几乎没有使用任何带有主观色彩的形容词来评价某项技术的优劣。所有的论述都基于性能指标和实验数据。例如，在比较PWM调制策略时，书中没有直接说A方法比B方法“好”，而是通过列举载波比、谐波含量、开关损耗等多个维度的数据表格，让读者自己去判断在特定应用场景下哪种方法更具优势。这种“让数据说话”的处理方式，极大地增强了书中的说服力。不过，这种严谨性也带来了一个小小的负面效果：它使得全书读起来有一种“冷硬感”。我希望能偶尔看到一些作者基于多年经验的“过来人”的提醒，比如“在实际安装时，要特别注意散热片与环境空气流动的关系，否则理论计算的温度会严重偏低”，这类带有温度的实践经验在书中相对稀缺，这使得本书在“从实验室到工厂”的桥梁搭建上，稍显单薄。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容广度其实相当惊人，它不仅仅聚焦于电机驱动器本身，还穿插了大量关于电源输入侧的和谐波治理技术。有一章专门讨论了如何设计前端PFC电路来满足电网的谐波标准，这对于那些需要将设备出口到对电能质量要求严格的国家或地区的工程师来说，简直是雪中送炭。作者对电磁兼容性（EMC）的章节也写得非常到位，从PCB布局的布线技巧到屏蔽层的选择，都有详细的规范和建议。我尝试着根据书中的EMC章节指导我们实验室的一个小型变频器项目进行了改进，确实在抗干扰测试中获得了显著提升。总的来说，这本书更像是一部详尽的“工具大全”，涵盖了从基础理论到实际工程中可能遇到的各种技术挑战的解决方案。它要求读者投入大量的时间和精力进行系统学习，但一旦学完，你手中握着的将是一套非常全面的、经得起考验的专业知识体系，足以应对绝大多数中低压变频调速领域的实际问题。