导体和电气设备选型指南丛书：变频器 9787512350533 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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中国工程建设标准化协会电气专委会，导体和 著

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出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512350533

商品编码：29622115161

包装：平装

出版时间：2013-10-01

图书基本信息
图书名称	导体和电气设备选型指南丛书：变频器	作者	中国工程建设标准化协会电气专委会, 导体和
定价	30.00元	出版社	中国电力出版社
ISBN	9787512350533	出版日期	2013-10-01
字数		页码
版次	5	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.4Kg

内容简介

《导体和电气设备选型指南丛书》是由中国丁程建设标准化协会电气专委会导体和电气设备选择分委员会组织编写的一套针对导体和电气设备选型的技术丛书共13分册，本分册为《变频器》。 　　本书是关于变频器选择和应用的一本实用下程技术书。全书共分lO章，分别为概述、变频器相关标准、变频器分类、负载分类、变频器容量的选择、控制方式选择、高压变频器主拓扑选择、谐波干扰处理、变频电动机及变频电缆、实例。主要内容包括变频器及负载分类与分析；变频器容量、控制方式以及拓扑分析与选择；并就应用过程中遇到的谐波干扰问题进行了详细分析并介绍了相关的抑制措施；同时还介绍了变频电动机及变频电缆的相关知识；后给出了详细的实例，实例内容主要涉及发电厂各种应用变频器的场合等。 　　本书可供从事变频器设计、制造、安装、运行和试验等相关专业的技术人员参考使用。

作者简介

主要作者周建，教授级高工，长期从事电力系统设计工作，现任山东电力咨询院电控室主任。曾担任过多家国有企业电力系统设计工作，同时还经常作为专家组成员为重要用电企业进行节能改造工作进行指导，尤其擅长变频器的设计、选择等项目。

目录

前言 章概述 　1．1　调速技术发展概述 　1．2　基本原理及特点 　1．3　应用领域 第2章　变频器相关标准 第3章　变频器分类 　3．1　按有无直流环节分类 　3．2　按调制方式分类 　3．3　按逆变器控制方式分类 　3。4　按有无中间低压回路分类 　3．5　按钳位方式分类 第4章　负载分类 　4．1　恒转矩负载及其特性 　4．2　恒功率负载及其特性 　4．3　二次方律负载(风机泵类负载)及其特性 　4．4　其他性质的负载 第5章　变频器容量的选择 　5．1　变频器容量的确定 　5．2　变频器起动加速能力的校验 第6章　控制方式选择 　6．1　一般性能要求 　6．2　控制方式及其适用场合 第7章　高压变频器主拓扑选择 　7．1　高低高变频器原理 　7．2　交一交变频器(CYC1O)　 　7．3　负载换向式(晶闸管)变频器(1．CI)　 　7．4　单元串联多电平变频器 　7．5　中性点钳位(NPC)三电子PWM电压源型变频器 　7．6　多相整流输入、功率单元输出H桥三电平电压源型变频器一 　7．7　二电平电流源型CSI变频器　 第8章　谐波干扰处理 　8．1　变频器谐波的产生 　8．2　基于供电电源的变频器谐波抑制措施 　8．3　基于变频器的谐波干扰抑制措施 　8．4　变频器控制电缆干扰抑制措施 　8．5　抑制干扰的实例 第9章　变频电动机及变频电缆 　9．1　变频电动机 　9．2　变频电缆 0章　实例 　1O．1　空冷风机变频 　11．2　凝结水泵变频 　10．3　引风机变频 　10．4　一次风机变频 　10．5　增压风机变频 　10．6　疏水泵变频 　10．7　给水泵变频 　10．8　其他需要说明的问题 参考文献

编辑推荐

文摘

序言

变频器技术深度解析与应用实践 一、 变频器概述与发展历程 变频器，又称变频调速器（Variable Frequency Drive, VFD），是一种用于控制交流电动机转速的电力电子装置。其核心功能是通过改变供给电动机的电源频率和电压，从而实现对电动机转速的平滑、连续调节。自上世纪中叶以来，变频器技术经历了从早期笨重的模拟控制到如今高度集成化、智能化数字控制的飞跃式发展。 早期的变频器主要采用脉冲宽度调制（PWM）技术，以简单的方波或梯形波来改变输出频率，但控制精度和效率相对较低。随着电力电子器件（如晶闸管、IGBT等）性能的不断提升，以及微处理器和数字信号处理器（DSP）技术的成熟，PWM调制技术得到了极大发展，能够生成更高质量的输出波形，显著提高了变频器的控制精度、效率和动态响应能力。 现代变频器不仅具备基础的调速功能，还集成了过载保护、过压欠压保护、过温保护、短路保护、相序保护等多种保护功能，大大增强了系统的安全性和可靠性。同时，随着物联网和工业4.0概念的兴起，变频器正朝着智能化、网络化方向发展，能够实现远程监控、故障诊断、能耗优化等高级功能，成为现代工业自动化系统中不可或缺的关键设备。 二、 变频器的工作原理 变频器的基本工作原理可以分解为三个主要环节： 1. 整流环节（Rectifier）： 将输入的交流电（AC）转换为直流电（DC）。通常采用二极管桥式整流电路，或者更先进的有源功率因数校正（APFC）电路。APFC电路能够显著提高变频器的输入功率因数，减少电网谐波污染，并可以在较宽的输入电压范围内稳定输出直流电压。 2. 直流环节（DC Bus）： 储存和滤波整流后的直流电。这一环节通常由大容量的电容器组成，用于平滑直流电压，并为逆变环节提供稳定的能量来源。在某些高性能变频器中，直流环节还会加入电感，以进一步减小纹波，提高输出波形的质量。 3. 逆变环节（Inverter）： 将直流电（DC）重新转换为可变频率、可变电压的交流电（AC），供给电动机。这是变频器最核心的环节，通常采用IGBT（绝缘栅双极晶体管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等功率开关器件。通过精确控制这些功率器件的开关时序，利用PWM技术生成所需的交流输出波形。PWM技术通过对载波信号（通常是高频的三角波或锯齿波）与调制信号（代表所需的输出电压和频率）进行比较，生成一系列不同宽度和间隔的脉冲，最终合成频率和幅值可调的输出电压。 三、 变频器的基本控制模式 变频器有多种控制模式，以适应不同负载和应用场景的需求。 1. V/f (Voltage/Frequency) 控制： 这是最基本、最简单的控制模式。它通过保持电压与频率成恒定比例（V/f=常数）来控制电动机的转速。这种控制方式适用于恒转矩负载（如皮带输送机、风机、水泵在部分工况下）或对动态响应要求不高的场合。V/f控制简单易实现，成本低，但对于负载变化较大或需要精确转速控制的场合，其性能受限。 2. 矢量控制（Vector Control）/磁场定向控制（Field Oriented Control, FOC）： 矢量控制是一种更高级的控制模式，它将电动机的定子电流分解为励磁分量（与磁场相关）和转矩分量（与转矩产生相关），并对这两个分量进行独立控制，就像直流电机那样。这使得变频器能够实现对电动机转矩的精确控制，从而获得优异的调速性能、动态响应和低速大转矩输出能力。矢量控制又可以分为无速度传感器矢量控制（Sensorless Vector Control）和有速度传感器矢量控制（Encoder Feedback Vector Control）。有速度传感器矢量控制精度最高，但需要额外的编码器；无速度传感器矢量控制在省略编码器的情况下，也能提供相当不错的性能，大大降低了系统成本和安装复杂度，已成为许多应用的首选。 3. 转矩控制（Torque Control）： 转矩控制模式允许直接设定电动机的输出转矩。在这种模式下，变频器会根据设定的转矩值自动调整输出电压和频率，以实现精确的转矩输出。这对于卷绕、放卷、挤出等需要精确张力或扭矩控制的应用至关重要。 四、 变频器的选型考量因素 在实际工程应用中，选择合适的变频器是确保系统稳定可靠运行的关键。以下是几个主要的选型考量因素： 1. 功率与额定电流： 这是最基本的参数。需要根据所驱动电动机的额定功率（kW或HP）和额定电流来选择。通常建议选择比电动机额定功率稍大一些的变频器，以应对启动电流和可能存在的过载情况。需要注意变频器的额定输出电流，并与电动机的额定电流进行匹配。 2. 供电电源： 变频器的输入电压和频率需要与现场供电电源相匹配。常见的有单相220V、三相220V、三相380V、三相660V等。同时，也要考虑输入电源的容量和质量。 3. 负载类型与特性： 恒转矩负载： 如提升机、挤出机、印刷机等，其负载转矩在整个速度范围内基本恒定。 风机水泵负载： 负载转矩与速度的平方成正比（T ∝ n²），风机水泵负载。在变频器调速时，转速降低，负载转矩和功率会大幅下降，节能效果显著。 变转矩负载： 如某些冶金设备、化工设备等，负载转矩随速度变化而变化，且变化规律不固定。 重载/轻载： 变频器通常有重载型（HD）和轻载型（LD）之分。重载型变频器允许更大的过载能力，适用于频繁启动、加减速或负载变化大的场合；轻载型变频器则适用于风机水泵等负载较轻的场合，功率密度更高，成本可能更低。 4. 控制精度与动态响应要求： 如果应用需要精确的转速控制、快速的加减速响应或精确的位置控制，则需要选择具备矢量控制或更高阶控制算法的变频器，并可能需要配合编码器等反馈设备。 5. 防护等级（IP等级）： 根据安装环境选择合适的防护等级。例如，在潮湿、多尘或腐蚀性环境下，需要选择IP20、IP44、IP54甚至IP65等级的变频器。 6. 安装方式与尺寸： 考虑变频器的安装位置、空间限制以及散热条件。常见的安装方式有壁挂式、柜式、机架式等。 7. 通信与扩展功能： 许多变频器支持多种通信协议，如Modbus RTU/TCP、Profibus、EtherNet/IP等，以便于与PLC、HMI等上位控制器进行集成和组网。此外，一些变频器还提供扩展I/O模块、安全转矩关断（STO）等选配功能，以满足更复杂的系统需求。 8. 环境条件： 变频器的运行环境温度、湿度、海拔高度等都会影响其性能和寿命。需要根据实际环境选择能够适应这些条件的变频器。 9. 品牌与可靠性： 选择知名品牌的产品，通常意味着更高的产品质量、更稳定的性能和更完善的售后服务。 五、 变频器的应用领域 变频器因其节能、高效、精确控制的特点，已广泛应用于国民经济的各个领域，成为现代工业自动化的重要组成部分： 1. 工业驱动： 风机与水泵： 这是变频器最常见的应用领域之一。通过调速运行，可以显著降低风机水泵的能耗，减少噪音，延长设备寿命。例如，在中央空调、供水系统、污水处理等场合。 通用机械： 如各类传送带、搅拌机、包装机、印刷机、纺织机械、木工机械等，实现不同速度的精确控制。 冶金、矿山： 如卷扬机、提升机、轧钢机、破碎机等，实现重载启动、精确调速和节能。 石油化工： 如泵、压缩机、风机等，在危险环境或需要精确流量控制的场合。 机床： 如主轴驱动、进给驱动，实现高精度加工。 2. 交通运输： 电动汽车： 变频器是电动汽车动力系统的核心，控制电机的工作状态。 轨道交通： 如电力机车、地铁列车，实现牵引电机的调速控制。 3. 楼宇自动化： 电梯： 实现平稳、舒适的起停和速度调节。 自动扶梯： 调节速度以适应人流高峰。 4. 新能源： 风力发电： 控制风力发电机的转速，以最大化能量捕获。 太阳能发电： 在某些跟踪式太阳能系统中，用于调节太阳能电池板的角度。 5. 能源与电力： 电厂： 如锅炉送风机、引风机、循环水泵等。 电网： 某些输配电设备的调速控制。 六、 变频器的安装、调试与维护 1. 安装： 安装位置： 应选择通风良好、远离高温、潮湿、腐蚀性气体和导电粉尘的环境。 散热： 变频器运行时会产生热量，需要保证足够的散热空间，避免堆叠安装，必要时可加装风扇或排风系统。 电磁兼容（EMC）： 变频器会产生电磁干扰，安装时应尽量远离敏感设备，并做好接地。动力线和控制线应分开布线。 接地： 必须按照规范对变频器外壳、电机外壳、控制柜进行可靠接地，以保证安全和减小干扰。 2. 调试： 通电检查： 在接通主电源之前，应仔细检查接线是否正确、牢固。 参数设置： 根据电动机的铭牌参数和负载特性，设置变频器的基本参数，如额定电压、额定频率、额定电流、电机极数、加速/减速时间、运行模式等。 空载运行： 在电动机不带负载的情况下，进行空载运行测试，检查变频器运行是否正常，输出频率和电压是否符合要求。 带载运行： 逐渐增加负载，观察变频器的运行状态，检查是否有过载、过压、欠压等现象，并根据需要调整参数。 动态测试： 测试变频器在不同负载和指令下的动态响应性能。 3. 维护： 定期检查： 定期检查变频器周围的清洁度，清理风扇滤网，检查接线端子是否松动。 电气参数监测： 监测变频器的输出电压、电流、频率等参数，以及电动机的温升。 故障诊断： 熟悉变频器提供的各种故障代码，及时查找和排除故障。 部件更换： 对于寿命有限的部件（如电容），应根据使用年限和运行情况进行预防性更换。 软件升级： 关注厂商发布的最新软件版本，必要时进行升级，以获得更好的性能和更多的功能。 七、 变频器技术发展趋势 未来变频器技术将朝着以下几个方向发展： 1. 更高集成度与小型化： 随着电力电子器件和微处理器技术的进步，变频器的体积将越来越小，集成度更高，能够实现更灵活的安装方式。 2. 智能化与网络化： 变频器将更加智能化，具备更强大的故障自诊断、自适应和预测性维护能力。同时，通过以太网、OPC UA等工业通信协议，实现与云平台、MES、ERP系统的深度集成，支持远程监控、数据分析和远程维护。 3. 高效率与低能耗： 采用更先进的功率器件（如SiC碳化硅、GaN氮化镓）和更优化的控制算法，进一步提高变频器的效率，降低能耗，符合绿色发展的要求。 4. 安全功能增强： 越来越多的变频器将集成安全转矩关断（STO）、安全限速（SLS）等安全功能，以满足日益严格的安全生产要求。 5. 多功能集成： 未来变频器可能会集成更多的功能，例如内置PLC、HMI接口、能量回馈单元等，形成一体化解决方案。 八、 结语 变频器作为现代工业自动化中不可或缺的关键驱动设备，其技术发展日新月异。深入理解变频器的工作原理、掌握科学的选型方法、熟悉安装调试与维护规程，对于提高生产效率、降低能耗、保障设备安全运行具有至关重要的意义。随着技术的不断进步，变频器将在未来的工业发展中扮演更加重要的角色。

评分☆☆☆☆☆

这套书的出版，对于我们这些长期在电气行业摸爬滚打的老工程师来说，简直是雪中送炭。尤其是它聚焦于“变频器”这一块，内容之详实、讲解之深入，让人读完之后有一种茅塞顿开的感觉。我记得上次去一个大型化工厂做项目选型时，面对那堆头疼的电机参数和复杂的工况要求，简直是无从下手。市面上零散的资料看了不少，但都停留在理论的层面，真正能落地指导实践的少之又少。这本书不同，它似乎把所有工程师在实际工作中可能遇到的陷阱和难题都提前预演了一遍，并且给出了详细的规避和解决方案。比如，关于高海拔、高湿度环境下的变频器降容选型，书中不仅列出了计算公式，还结合了多个实际案例的图表分析，让人清晰地看到不同环境参数对设备寿命和稳定性的影响是多么巨大。再比如，对于不同负载类型（如泵、风机、起重机）的矢量控制和V/f控制的适用性比较，讲解得细致入微，让我明白了为什么上次那个项目用了V/f控制后，电机总是有莫名其妙的过流跳闸现象。这本书简直就是一本浓缩了无数工程师血泪经验的实战手册，对于提高我们设计和调试的效率与准确性，有着不可替代的作用。

评分☆☆☆☆☆

这套丛书的选材和深度，显示了编撰者对当前电气行业发展趋势的深刻洞察。现在，绿色节能和设备智能化是行业的主旋律，变频器作为实现电机节能的关键技术，其选型自然需要适应这些新要求。这本书在“节能评估与投资回报分析”方面做得尤为出色。它没有停留在“变频器比传统电控更省电”这种老生常谈上，而是提供了一个详细的、基于实际运行数据（如负载率、运行小时数）的经济性分析模型。通过书中提供的表格和计算器模板，我们可以非常直观地向决策层论证引入变频器的必要性和投资回收期，这对于推动老旧设备的改造项目至关重要。此外，书中还涉及了最新的总线通信协议和智能诊断功能在变频器中的应用，这为我们规划未来工厂的数字化转型打下了坚实的技术基础。读完后，我感觉自己对“如何用电气设备实现商业价值最大化”这个问题，有了更全面的认识和更强有力的工具。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的项目经理，我在采购和合同谈判阶段对技术规范的理解深度直接影响到项目的成本控制和后期维护的便利性。这本书的价值在于，它让我能用更专业的视角去审视供应商提供的技术文件。例如，书中对变频器散热方式（自然风冷、强制风冷、液体冷却）的优缺点分析，以及不同IP防护等级在不同环境下的适用性，都极其详尽。这使得我在编写技术规格书时，能够精准地描述需求，避免了因描述模糊而导致的后期设备不匹配或超额采购。更关键的是，它对不同类型变频器（如再生制动型、中压变频器）的维护周期和备件策略也做了深入探讨，这直接关系到我们工厂的非计划停机时间。这本书的出现，极大地提升了我作为管理者在技术决策层面的话语权和准确性，它不仅仅是技术人员的工具书，更是工程管理者必备的战略性参考资料，确保我们选择的设备不仅性能可靠，而且全生命周期的管理成本都是最优的。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我原本对这种“选型指南”类的书籍抱持着一丝怀疑态度，总觉得它们难免会为了凑字数而堆砌一些通用信息。然而，这本专注于变频器的指南彻底颠覆了我的看法。它的内容编排逻辑非常清晰，从最基础的变频器内部结构和工作原理入手，逐步深入到不同行业特殊应用场景下的定制化需求。我重点研究了其中关于“高精度定位与力矩控制”那一章。在一些精密机械设备中，对动态响应速度和输出转矩的平稳性要求极高。书中详细对比了不同品牌变频器在这些特定模式下的性能曲线和参数设置技巧，甚至提到了如何通过优化PID环的比例、积分、微分系数，结合变频器的死区补偿功能，来达到最佳的控制效果。这些内容，你在一般的培训课程上是很难系统学到的。它提供的不仅仅是知识点，更是一种解决复杂控制问题的思维框架。对于我们致力于提升产品性能、追求极致控制效果的技术人员来说，这本书无疑是一本可以放在手边，随时查阅和参考的“武功秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本关于电气设备选型的专业书籍，最让我印象深刻的是它那种近乎苛刻的严谨性。它不是那种浮于表面的科普读物，而是直指核心的专业参考书。我尤其欣赏它在系统集成和电磁兼容性（EMC）方面所花费的笔墨。在如今越来越复杂的工业自动化现场，变频器作为高频开关设备，其产生的谐波和电磁干扰问题是导致整个系统不稳定的主要元凶之一。这本书对于如何科学地布置滤波器、屏蔽电缆的敷设规范，乃至变频器安装位置与敏感控制单元之间的距离要求，都给出了明确的国标或行业推荐标准，甚至还配有示意图。这对于我们进行新厂房的电气设计时，提供了一个坚实的规范依据，避免了后期因EMC问题而不得不进行昂贵整改的麻烦。那种对细节的把控能力，让人感到作者团队绝对是深度参与过一线工程实施的专家，而不是纸上谈兵的理论家。这本书的价值，绝不仅仅在于告诉你“怎么选”，更在于告诉你“为什么必须这么选”，这种深层的逻辑构建，才是专业书籍真正的灵魂所在。