變頻器基礎及使用教程 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳山，硃莉，牛雪娟 著

圖書標籤:

• 變頻器
• 電力電子
• 電機控製
• 工業自動化
• 驅動技術
• 電氣工程
• 維修
• 教程
• 基礎知識
• 應用實踐

店鋪： 墨林閣圖書專營店

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122166968

商品編碼：29417796808

包裝：平裝

齣版時間：2013-05-01

基本信息

書名：變頻器基礎及使用教程

定價：32.00元

作者：陳山,硃莉,牛雪娟

齣版社：化學工業齣版社

齣版日期：2013-05-01

ISBN：9787122166968

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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　　本書對變頻器的相關知識進行介紹，並給齣瞭針對富士FRN2．2G11S—4CX為例的變頻器實訓參考。全書內容共分7章，包括電力電子器件、變頻9S工作原理、變頻外圍配置及電磁乾擾、變頻器的選型、變頻器維護與保養、通用變頻9S操作實訓及應用等。編寫中文字敘述盡量做到深入淺齣，循序漸進，便於讀者自學。
　　本書可作為工程技術人員的入門讀本，也可作為本科和高職院校電氣自動化專業、機電一體化等相關專業的教材。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《工業自動化係統核心——變頻器解析與應用實踐》 一、 變頻器在現代工業生産中的角色與重要性 在當今高度自動化和智能化的工業生産浪潮中，變頻器（Variable Frequency Drive, VFD）已成為不可或缺的核心技術之一。它以其獨特的電能轉換和控製能力，深刻地改變瞭傳統電機驅動方式，極大地提升瞭工業生産的效率、靈活性和節能水平。從精密製造到能源領域，從水泵、風機到起重設備，變頻器幾乎滲透到工業生産的每一個角落。 傳統的電機驅動方式，特彆是直接啓動或使用電阻、電抗器等簡單調速手段，往往存在啓動衝擊大、調速範圍窄、能耗高、控製精度差等諸多弊端。這些問題不僅縮短瞭設備的使用壽命，增加瞭運行維護成本，更製約瞭生産工藝的優化和産品質量的提升。變頻器的齣現，徹底解決瞭這些難題。它能夠精確控製電機輸齣的電壓和頻率，從而實現對電機轉速的平滑、無級調節。這意味著，在不同的生産需求下，我們可以根據實際負載情況，為電機提供最適宜的運行狀態，避免瞭“大馬拉小車”的現象，顯著降低瞭不必要的能源消耗。 更重要的是，變頻器並非僅僅是簡單的調速工具。它集成瞭一係列先進的控製算法和保護功能，使得電機運行更加穩定可靠。例如，它能夠有效抑製電機啓動時的浪湧電流，減少對電網和其他設備的衝擊；在運行過程中，它能實時監測電機的電流、電壓、溫度等參數，一旦齣現異常，能夠及時采取措施，防止設備損壞。這些強大的功能，為實現工業生産的智能化、柔性化奠定瞭堅實的基礎，使得生産過程更加安全、高效，並且易於維護。 變頻器在提高生産效率方麵也功不可沒。通過精確的速度控製，我們可以對生産流程進行精細化管理，實現生産節程的優化匹配，提高生産綫的整體throughput。例如，在包裝生産綫上，變頻器可以根據包裝物的大小和速度要求，動態調整傳送帶的速度，保證生産流程的順暢銜接。在數控機床上，變頻器對主軸電機的精確轉速控製，直接關係到加工精度和錶麵質量。 此外，變頻器在節能環保方麵的貢獻也日益凸顯。據統計，在一些依賴大量電機運行的行業，如水處理、電力、冶金等，應用變頻技術可實現15%至60%不等的節能效果。這不僅為企業節省瞭大量的運營成本，也為緩解日益嚴峻的能源危機、實現可持續發展目標做齣瞭重要貢獻。 因此，深入理解變頻器的原理、結構、工作方式以及掌握其在不同工業場景下的應用技巧，對於每一位從事工業自動化、電氣工程、機械製造等領域的專業人士而言，都具有極其重要的現實意義。這不僅是提升個人專業技能的必由之路，也是推動企業技術進步、提高市場競爭力的關鍵所在。 二、 變頻器的工作原理深度解析 要深刻理解變頻器如何實現對電機轉速的精準控製，就必須深入剖析其內部精妙的工作原理。變頻器本質上是一個能夠將固定頻率、固定電壓的交流電轉換為可變頻率、可變電壓的交流電的電力電子裝置。這一轉換過程通常包含三個主要環節：整流、直流環節（或稱為中間環節）和逆變。 1. 整流環節：將交流電轉換為脈動直流電。 變頻器的輸入端接入的是來自電網的工頻交流電，例如50Hz或60Hz。整流環節的主要任務就是將這種交流電轉換為直流電。最常用的方式是使用由二極管構成的不可控整流電路，或者由晶閘管（SCR）構成的可控整流電路。 不可控整流： 這種方式結構簡單，成本較低。它將交流電的正負半周分彆通過二極管橋式電路轉換為單嚮的脈動直流電。輸齣的直流電壓的平均值是固定的，但其脈動成分較大。 可控整流： 這種方式使用晶閘管作為換相元件。通過控製晶閘管的觸發脈衝，可以調節輸齣直流電壓的大小。這意味著，在整流環節，我們就可以對輸齣的直流電壓進行一定程度的控製，這在某些特定的變頻器設計中（例如，用於能量迴饋的變頻器）會顯得尤為重要。 不論是哪種整流方式，輸齣的都是非純淨的直流電，其中含有較高的紋波。 2. 直流環節：濾波與平滑，為逆變提供穩定的直流源。 整流環節輸齣的脈動直流電，其紋波成分過高，無法直接用於驅動電機。因此，在直流環節，通常會加入一個濾波電路，最常見的是使用大容量的電解電容器。 濾波電容器： 電容器的作用是儲存電荷，並在整流脈動直流電的低榖時期釋放電荷，從而起到平滑作用，濾除直流電中的高頻紋波，使其盡可能接近純淨的直流電。這樣，就為後續的逆變環節提供瞭一個相對穩定、平滑的直流電壓源。 儲能電抗器（可選）： 有些變頻器還會在直流環節串聯一個電感（電抗器），它與電容器協同作用，進一步提高直流電壓的平滑度，並有助於抑製電網側的諧波。 製動單元（可選）： 當電機需要減速或停止時，其動能會轉化為電能迴饋給變頻器。如果變頻器設計沒有能量迴饋功能，這些能量就會儲存在直流環節的電容器中，導緻直流電壓升高，可能損壞變頻器。這時就需要製動單元，它包含一個製動電阻，可以將多餘的能量以熱能的形式耗散掉，從而保護變頻器。 3. 逆變環節：將直流電轉換為變頻交流電。 逆變環節是變頻器實現頻率和電壓控製的核心。它將直流環節提供的相對穩定的直流電，通過一係列的半導體開關器件（如IGBT、MOSFET等），按照預設的規律“斬斷”成不同寬度、不同間隔的脈衝序列，然後再通過濾波或適當的控製策略，組閤成具有所需頻率和幅值的交流電輸齣給電機。 脈寬調製（PWM）： 這是目前最主流的逆變控製技術。通過改變脈衝的寬度來模擬不同幅值的交流電，通過改變脈衝的組閤方式和周期來控製輸齣交流電的頻率。PWM技術能夠有效地降低輸齣交流電的諧波含量，使得輸齣電壓波形更接近正弦波，從而實現對電機平滑、高效的驅動。 SPWM（正弦脈寬調製）： 是最常用的一種PWM調製方式，它通過將一個高頻率的載波信號與一個低頻率的正弦信號進行比較，産生控製脈衝。 輸齣濾波器（可選）： 有些變頻器為瞭進一步提高輸齣波形的質量，減少對電機絕緣的衝擊，會在逆變器輸齣端加裝濾波器（如LC濾波器）。 總結而言， 變頻器的工作原理就是一個“先變壓後變頻”的過程，即先將固定的交流電轉換為可變的直流電（雖然整流齣來的直流有紋波，但直流環節會進行平滑），然後再將這種可變的直流電轉換為所需頻率和電壓的交流電。通過精確控製逆變環節的開關器件的導通和關斷時序，變頻器就能實現對電機輸齣電壓和頻率的獨立控製，進而達到對電機轉速的精確調控。 三、 變頻器的主要類型與選型考量 變頻器在技術發展過程中，不斷湧現齣各種類型，以滿足不同應用場景的需求。瞭解這些類型及其特點，是正確選型和應用的基礎。 1. 按控製方式分類： V/f（電壓/頻率）控製變頻器： 這是最基礎、最簡單的控製方式。它通過保持電壓與頻率的比值恒定來實現對電機的軟啓動和調速。當頻率降低時，電壓也隨之降低；當頻率升高時，電壓也隨之升高。這種控製方式結構簡單，成本較低，適用於要求不高、負載變化不大的場閤，如普通風機、水泵等。然而，其動態性能較差，對負載變化反應不夠靈敏，在重載或動態要求高的場閤性能會受到限製。 矢量控製變頻器（嚮量控製）： 這是目前應用最廣泛、性能最先進的控製方式之一。矢量控製將電機三相定子電流分解為勵磁分量和轉矩分量，並對這兩個分量進行獨立控製。這種方式能夠精確地控製電機的轉矩，從而實現快速、平穩的調速，並能提供較高的啓動轉矩。矢量控製又可細分為： 無速度傳感器矢量控製（磁通估計式矢量控製）： 這種方式不依賴於外部的速度傳感器，而是通過檢測電機的定子電流和電壓，利用電機的數學模型估算齣電機的轉速和轉矩。它簡化瞭係統接綫，降低瞭成本，適用於大多數工業應用，特彆是對成本敏感的場閤。 有速度傳感器矢量控製（轉速反饋式矢量控製）： 這種方式需要額外安裝速度傳感器（如編碼器、測速發電機），將電機的實際轉速反饋給變頻器。由於有瞭實時的速度反饋，控製精度更高，動態響應更快，特彆適用於對轉速精度和動態響應要求極高的場閤，如伺服係統、精確的位置控製等。 直接轉矩控製（DTC）： DTC是另一種先進的控製技術，它直接控製電機的磁鏈和轉矩，無需進行電流的解耦和坐標變換。DTC具有響應速度快、穩態精度高、抗乾擾能力強等優點，但其控製算法相對復雜，對硬件要求較高。 2. 按功率器件分類： IGBT變頻器： 目前主流的變頻器普遍采用IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）作為功率開關器件。IGBT具有功率容量大、開關速度快、導通壓降小等優點，能夠滿足大多數工業應用的需求。 MOSFET變頻器： MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）適用於低功率、高頻的場閤，在一些小型變頻器或特殊應用中可能見到。 3. 按應用場閤分類： 通用型變頻器： 適用於各種通用型負載，如風機、水泵、輸送帶等。 專用型變頻器： 針對特定行業或負載設計的變頻器，例如： 注塑機專用變頻器： 針對注塑機液壓係統特點進行優化，實現節能和精確控製。 紡織機專用變頻器： 滿足紡織機械對多電機同步控製、張力控製等特殊需求。 電梯專用變頻器： 針對電梯運行特性，提供平穩、高效、安全的升降控製。 起重機專用變頻器： 具備重載、頻繁啓停、精確製動等功能。 變頻器選型時的關鍵考量因素： 電機功率與額定參數： 這是最基本的選型依據。變頻器的額定輸齣功率必須大於或等於被驅動電機的額定功率。同時，需要關注電機的額定電壓、額定電流、功率因數等參數。 負載特性： 負載的類型（恒轉矩、風機/水泵型、重載等）決定瞭變頻器的控製方式和性能要求。例如，風機和水泵負載的轉矩與轉速的平方成正比，適閤采用V/f控製；而捲取、擠齣等恒轉矩負載則更適閤采用矢量控製。 運行環境： 工作環境的溫度、濕度、海拔高度、塵埃汙染、電磁乾擾等都會影響變頻器的正常工作，需要根據實際情況選擇具有相應防護等級（IP防護等級）、寬溫設計或特殊散熱方式的變頻器。 控製精度與動態響應要求： 根據工藝流程對電機轉速、轉矩、位置等控製精度的要求，選擇閤適的控製方式（V/f、矢量控製、DTC等）和是否需要編碼器反饋。 電源條件： 輸入電源的電壓、頻率、穩定性以及電網容量都會影響變頻器的選型。例如，在電網容量不足或存在較多諧波的場閤，可能需要選擇具有諧波抑製功能或配備濾波器/電抗器的變頻器。 保護與擴展功能： 考慮變頻器是否集成瞭足夠的電機保護功能（過載、過壓、欠壓、過溫、短路、接地等），以及是否支持通信接口（如RS485、Modbus、Profibus等）以實現上位機監控和PLC集成，是否支持多功能端子、模擬量輸入/輸齣等擴展功能。 品牌與可靠性： 選擇知名品牌、質量可靠的變頻器，可以確保設備的長久穩定運行，並獲得良好的售後服務支持。 經濟性： 在滿足性能要求的前提下，綜閤考慮變頻器的購買成本、安裝成本、運行成本（能耗）以及維護成本，選擇性價比最高的方案。 四、 變頻器在工業生産中的典型應用場景 變頻器的通用性和高效性，使其在眾多工業領域發揮著不可替代的作用。深入瞭解其在不同場景下的應用，有助於我們更好地發掘其價值。 1. 通用機械驅動： 風機與水泵： 這是變頻器最廣泛的應用領域之一。在中央空調係統、供水係統、汙水處理廠、消防係統等，通過變頻器調節風機和水泵的轉速，可以根據實際需求精確控製風量和流量，實現大幅節能。例如，傳統的水泵往往采用“開停”或“閥門節流”方式，能耗巨大且控製精度不高。變頻器則可以通過改變轉速來直接調節流量，節能效果可達30%以上。 輸送帶與包裝機械： 在物流、食品、煙草等行業，輸送帶的速度往往需要根據生産節奏進行調整。變頻器能夠實現輸送帶的平滑啓停和無級調速，保證生産流程的順暢。在包裝機上，變頻器可以精確控製各部分的運動速度，協調完成包裝、封口、貼標等一係列動作。 壓縮機： 螺杆式、離心式壓縮機的運行負荷波動較大。應用變頻器後，可以根據實際氣體需求的壓力和流量，動態調節壓縮機的轉速，避免“大馬拉小車”，顯著降低能耗。 2. 起重與冶金行業： 起重機： 起重機的起升、運行、迴轉等機構的運動速度控製要求嚴格。變頻器能夠實現重載、高精度、平穩的起升和下降，避免瞭衝擊；對於運行機構，可以實現平滑的啓動和停止，提高裝卸效率和安全性。尤其在冶金行業，起重機頻繁起停，對變頻器的動態響應和過載能力要求極高。 軋機、捲取機： 在鋼鐵、造紙、塑料薄膜等行業，軋機和捲取機的速度、張力控製是關鍵。變頻器結閤矢量控製技術，能夠實現精確的張力控製和速度同步，保證産品質量。 3. 化工與製藥行業： 攪拌器、反應釜： 化工和製藥過程中，攪拌器的轉速直接影響混閤效果、反應速率和産品質量。變頻器可以根據工藝要求，精確調節攪拌速度，甚至實現程序控製的轉速變化。 離心機、泵： 在分離、輸送過程中，變頻器能夠實現對離心機和各種泵類設備的精確調速，提高分離效率，優化物料輸送。 4. 石油、天然氣及礦業： 鑽井設備： 鑽井過程需要復雜的速度和扭矩控製，變頻器能夠提供強大的動力輸齣和精準的控製，提高鑽井效率和安全性。 礦山提升機： 礦井的提升機需要強大的動力和精確的製動控製，變頻器能夠滿足這些嚴苛的要求。 泵站與管道輸送： 在石油、天然氣輸送係統中，變頻器用於調節泵的轉速，以滿足輸送壓力和流量的要求，並實現節能。 5. 新能源領域： 風力發電： 在風力發電機組中，變頻器扮演著關鍵角色，它將風力發電機産生的低頻交流電轉換成符閤電網要求的電能，並能根據風速變化優化發電效率。 太陽能發電： 在一些大型太陽能電站中，變頻器用於將太陽能電池闆産生的直流電轉換為交流電並入電網。 6. 其他特殊應用： 數控機床： 主軸電機的精確轉速控製是數控機床的核心之一，變頻器能夠提供高精度、寬範圍的轉速調節，保證加工精度。 印刷設備： 印刷過程涉及多組滾筒的同步、調速，變頻器能夠實現復雜的同步控製，保證印刷質量。 電梯： 高品質的電梯運行需要平穩、舒適的加速和減速，變頻器能夠提供這種優異的乘坐體驗。 總而言之， 變頻器作為工業自動化領域的“心髒”，其應用範圍之廣、重要性之高，是毋庸置疑的。在現代工業升級轉型的大背景下，深入理解和掌握變頻器的原理、選型和應用，對於提升設備性能、優化生産工藝、實現節能降耗、提高經濟效益，都具有極其重要的價值。

評分☆☆☆☆☆

作為一個有多年電氣維修經驗的老技師，我總覺得現有的變頻器知識體係中，總有那麼一些細節之處讓人捉摸不透。拿到這本書後，我花瞭幾天時間仔細研讀，發現它在一些關鍵技術點的闡述上，達到瞭前所未有的高度。比如，書中關於過載保護機製的詳解，它不僅僅停留在“設置一個參數”的層麵，而是深入到過載保護電路的設計原理、不同類型過載保護方式的優劣對比，以及如何在復雜工況下進行精細化設置，以避免誤觸發或保護失效。另外，對於變頻器與PLC等上位控製器的通信協議，這本書也給予瞭極大的關注，詳細介紹瞭RS485、Ethernet/IP等主流通信方式的配置步驟、數據幀結構以及常見通信故障的排查思路。書中的一些高級應用技巧，比如如何利用變頻器實現多電機同步控製、如何進行能量優化以降低能耗，這些內容對我來說非常具有啓發性，幫助我打開瞭新的技術視野，也為我解決一些棘手的工程問題提供瞭新的思路和方法。

評分☆☆☆☆☆

我一直對工業自動化設備的內部構造和工作原理感到非常好奇，尤其是那些能夠精確控製電機速度的神秘裝置。偶然間，我發現瞭這本書，然後就被它深深地吸引住瞭。它仿佛帶我進入瞭一個充滿邏輯和智慧的世界，讓我看到瞭變頻器是如何通過巧妙的電子綫路和精密的算法，將交流電轉化為可以靈活調控的能量。書中對功率器件（如IGBT）的工作特性、驅動電路的設計以及散熱對變頻器性能的影響，都進行瞭細緻的講解。我尤其對其中關於軟啓動和軟停止的章節印象深刻，它用通俗易懂的語言解釋瞭這兩個功能如何減少電機的啓動衝擊和停止時的機械應力，從而延長設備的使用壽命。這本書還展示瞭變頻器在各種工業設備中的實際應用，比如在起重機、傳送帶、數控機床等場閤，讓我感受到瞭科技的力量如何改變著我們的生産和生活。這本書不僅滿足瞭我的求知欲，更點燃瞭我對自動化技術的進一步探索熱情。

評分☆☆☆☆☆

這本書我本來是抱著試試看的心態入手的，畢竟變頻器這玩意兒聽起來就挺專業的，想著能不能稍微入門瞭解一下。翻開第一頁，就被裏麵細緻的圖文給吸引瞭。它不是那種枯燥的理論堆砌，而是通過一個個生動的案例，把變頻器的基本原理給講透瞭。我記得有一章講的是變頻器是如何控製電機轉速的，裏麵用瞭好多比喻，什麼“水龍頭”啊、“油門”啊，一下子就感覺沒那麼抽象瞭。而且，它還深入淺齣地介紹瞭不同類型的變頻器，比如V/f控製、矢量控製，還解釋瞭它們各自的優缺點以及適閤的應用場景。最讓我驚喜的是，這本書還附帶瞭很多實際操作的步驟，配有詳細的圖示，簡直就像有個老師在你旁邊手把手教你一樣。我按照書上的指導，在傢裏接綫、設置參數，雖然一開始有點磕磕絆絆，但最終成功地讓一個舊電機按照我設定的速度運轉起來，那種成就感無與倫比！這不僅僅是一本書，更像是一個得力的實踐助手，讓我這個初學者也能跨齣堅實的第一步。

評分☆☆☆☆☆

我是一名産品研發工程師，工作中經常需要與變頻器打交道，但之前主要依賴於供應商提供的技術文檔和一些零散的培訓資料。這本書的齣現，為我提供瞭一個係統而全麵的學習平颱。它不僅清晰地梳理瞭變頻器的發展曆程和技術演進，更重要的是，它深入探討瞭變頻器在不同應用場景下的設計考量和優化策略。書中關於變頻器電磁兼容性（EMC）設計的部分，讓我對如何減少變頻器産生的電磁乾擾，以及如何提高係統的抗乾擾能力有瞭更深刻的理解。此外，它還詳細介紹瞭變頻器的可靠性設計和壽命預測方法，這對於我在産品設計階段評估變頻器的選型和壽命具有指導意義。我特彆欣賞書中關於變頻器安全性防護的設計理念，包括過壓、欠壓、過溫、短路等各種保護功能的實現機製，以及如何通過閤理的係統設計來確保人身和設備安全。總而言之，這本書是一本兼具理論深度和工程實用性的佳作，為我提供瞭寶貴的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對自動化領域充滿好奇的在校學生，一直想深入瞭解工業控製的核心設備之一——變頻器。通過朋友的推薦，我找到瞭這本書，讀完之後，我隻能說，它的內容深度和廣度都遠超我的預期。它不僅覆蓋瞭變頻器的基本概念，還詳細闡述瞭各種控製模式的數學模型和算法原理，這對於我理解變頻器背後的“黑箱”運作至關重要。書中對電機的電磁特性、機械特性與變頻器控製之間的相互作用進行瞭深入的剖析，讓我對如何根據具體負載選擇閤適的變頻器和優化控製參數有瞭更清晰的認識。此外，它還涉及瞭變頻器在不同工業場景下的應用案例，從簡單的風機水泵控製，到復雜的伺服係統集成，都給齣瞭具體的解決方案和注意事項。書中提及的故障診斷和排除方法也非常實用，詳細列舉瞭各種常見的故障現象及其可能的原因和對應的處理步驟，這對於未來進入實際工作環境的我來說，無疑是一筆寶貴的財富。