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付兰芳，张宪 著

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• 开关电源
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• 控制工程
• 电子技术
• 高频电路

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122116000

商品编码：29677509831

包装：平装

出版时间：2011-10-01

基本信息

书名：变频技术

定价：29.00元

作者：付兰芳,张宪

出版社：化学工业出版社

出版日期：2011-10-01

ISBN：9787122116000

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.295kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《变频技术》内容包括变频调速技术基础、变频技术基础电路、脉宽调制（PnH）技术、变频器的构成与选定、变频器的控制方式、通用变频器、专用变频器、变频器的应用、变频器与电磁干扰等。通过《变频技术》的学习，读者可较全面地掌握变频技术的基本理论和基本分析方法，并了解变频器的特性和应用。

　　《变频技术》可供广大工程技术人员、电气技师和维修电工使用，也可作为大、院校相关专业的教材使用。

目录

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章 变频调速技术基础
　1.1 电动机的调速
　　1.1.1 三相异步电动机
　　1.1.2 异步电动机的调速
　1.2 常用电力电子器件
　　1.2.1 晶闸管
　　1.2.2 门极可关断晶闸管
　　1.2.3 双极型功率晶体管（GTR）
　　1.2.4 电力场效应晶体管
　　1.2.5 绝缘门极双极型晶体管
　　1.2.6 新型电力电子器件
第2章 变频技术基础电路
　2.1 整流电路
　　2.1.1 单相整流电路
　　2.1.2 单相桥式整流电路
　　2.1.3 三相整流电路
　2.2 斩波电路
　　2.2.1 基本斩波电路
　　2.2.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路
　2.3 逆变电路
　　2.3.1 逆变电路的工作原理和分类
　　2.3.2 电压型逆变电路
　　2.3.3 电流型逆变电路
　　2.3.4 复合型逆变电路
第3章 脉宽调制（PWM）技术
　3.1 PWM技术的基本原理
　　3.1.1 PWM技术的基本原理
　　3.1.2 正弦波脉宽调制（SPWM）
　3.2 SPWM的实现
　　3.2.1 调制法
　　3.2.2 规则采样法
　3.3 SPWM逆变器及其控制
　　3.3.1 SPWM逆变器及其控制模式
　　3.3.2 PWM跟踪控制法
　　3.3.3 PWM专用芯片与微处理器
　3.4 空间电压矢量SVPWM
第4章 变频器的构成与选定
　4.1 变频器的分类
　4.2 变频器的主电路
　　4.2.1 交-直-交变频器
　　4.2.2 交-交变频器
　4.3 变频器控制电路
　　4.3.1 变频器的主控电路
　　4.3.2 变频器的驱动、检测和保护电路
　　4.3.3 操作面板、电源及外部端子
　4.4 变频器的选定
　　4.4.1 变频器型号的选择
　　4.4.2 变频器容量的选择
　4.5 变频器的外围设备的选用
第5章 变频器的控制方式
　5.1 压频V/F控制
　　5.1.1 V/F控制的基本原理
　　5.1.2 恒转矩调速和恒功率调速
　　5.1.3 变压变频实现方式
　　5.1.4 数字控制V/F变压变频调速系统
　5.2 转差频率SF控制
　　5.2.1 转差频率控制的基本原理
　　5.2.2 转差频率控制的变压变频调速系统
　5.3 矢量（VC）控制
　　5.3.1 矢量控制的原理和应用范围
　　5.3.2 基于转差频率控制的矢量控制方式
　　5.3.3 无速度传感器的矢量控制方式
　　5.3.4 矢量控制的特点
　5.4 直接转矩控制
　　5.4.1 直接转矩控制系统的原理和特点
　　5.4.2 直接转矩控制变频调速系统
　　5.4.3 控制方式的比较
第6章 通用变频器
　6.1 通用变频器的标准规格指标
　　6.1.1 通用变频器的型号及公共技术规范
　　6.1.2 额定输入、输出参数
　　6.1.3 通用变频器控制特性
　　6.1.4 通用变频器转矩控制参数
　　6.1.5 运行参数
　　6.1.6 显示功能参数
　　6.1.7 通用变频器的制动转矩、防护及保护
　6.2 通用变频器端子功能及接线
　　6.2.1 总接线图
　　6.2.2 变频器主电路端子
　　6.2.3 变频器控制电路的端子
　6.3 常见通用变频器简介
　　6.3.1 西门子通用变频器
　　6.3.2 ABB通用变频器
　　6.3.3 台安通用变频器
　　6.3.4 富士通用变频器
第7章 专用变频器
　7.1 电梯专用变频器
　　7.1.1 电梯拖动系统的基本构成和工作过程
　　7.1.2 电梯变频调速电路
　　7.1.3 富士FRENICLIFT电梯专用变频器
　7.2 变频空调专用变频器
　　7.2.1 变频空调的特点
　　7.2.2 家用变频空调结构与控制原理
　　7.2.3 变频空调专用功率模块
　7.3 水泵专用变频器
　　7.3.1 泵类负载的特性
　　7.3.2 泵类专用变频器选择要点
　　7.3.3 泵专用（二次方递减转矩负载用）变频器富士FRENICVP系列
　　7.3.4 变频恒压供水
　7.4 注塑机专用变频器
　　7.4.1 注塑机工作原理
　　7.4.2 注塑机变频器控制应用特点及效果
　　7.4.3 注塑机专用变频器SB61Z
第8章 变频器的应用
　8.1 变频器在起重机械中的应用
　　8.1.1 桥式起重机械
　　8.1.2 变频器在起重设备中的应用
　　8.1.3 变频器在起重机中的应用实例分析
　8.2 变频器在风机控制中的应用
　　8.2.1 风机负载的机械特性
　　8.2.2 变频器的设置
　　8.2.3 风机变频调速系统电路组成
第9章 变频器与电磁干扰
　9.1 电磁干扰源
　　9.1.1 变频器主要电磁干扰的类型
　　9.1.2 谐波和电磁辐射的主要危害
　9.2 电磁干扰的途径与传导干扰的机理
　　9.2.1 电磁干扰的途径
　　9.2.2 PWM变频器的传导干扰机理
　9.3 变频器的抗干扰措施
　　9.3.1 抑制干扰源
　　9.3.2 切断干扰途径
　　9.3.3 保护敏感电路
主要参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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变频技术：驱动工业革新的脉搏 在现代工业生产的宏大图景中，电动机无疑是最为核心的动力源泉。然而，传统的固定转速供电方式，往往在效率、精度和成本控制方面显得力不从心。变频技术，作为一种革命性的电力电子控制手段，犹如一股强劲的脉搏，为工业生产注入了新的活力，深刻地改变了机械设备的运行方式，引领着制造业向着更高效、更智能、更节能的方向迈进。 变频技术的诞生与发展：从理论到实践的飞跃 变频技术并非横空出世，而是技术不断积累与融合的必然产物。早期的电动机，只能在固定的频率下工作，其转速由电源频率决定，这在很大程度上限制了设备的灵活性和能耗控制。随着电力电子技术，特别是半导体器件（如晶闸管、IGBT等）的飞速发展，工程师们开始探索如何精确地控制电动机的转速。 其核心思想在于，通过改变供给电动机的电源的频率和电压，从而改变电动机的转速。最早的变频器，结构复杂，成本高昂，性能也相对有限。然而，随着集成电路、微处理器以及电力电子器件性能的不断提升，变频器的体积越来越小，功能越来越强大，价格也逐渐亲民。这使得变频技术得以从实验室走向大规模的工业应用，成为现代工业不可或缺的一部分。 变频技术的核心原理：让能量流动更加智能 要理解变频技术，首先需要了解其基本工作原理。目前主流的变频器，多采用“AC-DC-AC”的变频方式，也就是我们常说的电压型脉宽调制（PWM）变频器。其基本结构可以分为三个主要部分： 1. 整流环节 (Rectifier): 将来自电网的三相交流电（AC）转换为脉动的直流电（DC）。这一环节通常采用二极管或晶闸管组成的桥式整流电路。为了减小脉动，通常会加入直流滤波电感和电容。 2. 直流中间环节 (DC Bus): 将整流得到的脉动直流电进一步滤波，形成一个相对稳定的直流电压。这个环节是整个变频器的核心储能部分，它将电网的能量暂时储存起来，为后续的逆变环节提供平稳的直流电源。 3. 逆变环节 (Inverter): 这是变频器中实现变频功能的核心。它利用高速开关器件（如IGBT），通过复杂的控制算法，将稳定的直流电（DC）重新组合成具有可变频率和可变电压的交流电（AC），以驱动电动机。最常用的PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）技术，通过改变脉冲的宽度来模拟不同幅值的交流电压，同时通过改变脉冲的周期来改变输出频率。 通过精确控制逆变环节输出的电压和频率，变频器就可以实现对电动机转速的平滑、精确控制。例如，当需要降低电动机转速时，变频器就降低输出的频率；当需要提高转速时，则提高输出频率。同时，为了保证电动机在不同转速下都能获得足够的扭矩，变频器还会根据频率的变化，相应地调整输出电压，这便是“恒压频比”控制的基础。 变频技术的关键技术：智慧的“大脑”与强健的“心脏” 变频技术的进步，离不开关键技术的不断突破。 电力电子器件的革新: 从早期的Thyristor（晶闸管）到GTO（门极关断晶闸管），再到如今广泛应用的IGBT（绝缘栅双极晶体管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），电力电子器件的开关速度、耐压能力、导通压降和散热性能不断提升，使得变频器能够处理更高的功率，实现更高的效率，并做得更小巧。 控制算法的演进: 变频器的“大脑”——控制系统，决定了其性能的上限。从最初的开环V/f控制，到更先进的矢量控制（SVC，Sensorless Vector Control）和直接转矩控制（DTC，Direct Torque Control），控制算法的复杂度和精度不断提高。 V/f控制 (Voltage/Frequency Control): 这是最简单的一种控制方式，它将输出电压与输出频率按照一定的比例关系进行调节（恒压频比）。适用于对转速精度要求不高的场合，如风机、水泵等。 矢量控制 (Vector Control): 这种控制方式将电动机的定子电流分解为磁场电流和转矩电流两个向量，分别进行独立控制。它能够模拟直流电动机的控制方式，实现对电动机转矩的精确控制，即使在低速情况下也能提供较大的转矩，并且具有更好的动态响应和过载能力。矢量控制又可以分为有感矢量控制（需要编码器等传感器）和无感矢量控制（无需传感器）。 直接转矩控制 (DTC): DTC直接根据电动机的电压和电流信息，通过查找表的方式，直接控制逆变器开关器件的导通，从而直接控制电动机的磁链和转矩。DTC具有非常快的动态响应速度，甚至优于矢量控制，但控制系统的实现也更为复杂。 先进的驱动和保护技术: 确保电力电子器件安全可靠工作，需要高效的驱动电路和完善的保护机制。这包括对过压、过流、过温、短路等各种异常情况的实时监测和快速响应。 变频技术带来的巨大效益：工业升级的助推器 变频技术之所以能够在工业界得到如此广泛的应用，与其带来的显著效益密不可分。 节能降耗: 这是变频技术最直接、最显著的优势。在风机、水泵等恒转矩负载的应用中，转速的降低能带来平方级的功率节约。例如，将风机转速从100%降低到80%，其消耗的功率可能仅为原来的（0.8）³ ≈ 51%。这意味着大幅度的电费节省，对企业降低运营成本至关重要。 提高生产精度和产品质量: 精确的速度控制意味着更稳定的工艺参数，从而提高产品的一致性和合格率。例如，在纺织、造纸、印刷等行业，变频器可以实现对卷绕速度、张力、送料速度的精确控制，有效避免了产品的次品率。 改善工艺流程和设备性能: 变频器能够实现设备的平缓启停，避免了传统直接启动或软启动带来的机械冲击和对电网的冲击，延长了设备的使用寿命。同时，它还能实现更宽范围的速度调节，适应不同的生产需求，优化了生产流程。 降低噪音和振动: 降低电动机转速，可以直接减少设备运行时的噪音和振动，改善工作环境，提高操作人员的舒适度。 自动化和智能化水平提升: 变频器可以方便地与PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）等自动化控制系统集成，实现生产过程的自动化监控和智能调节，是实现工业4.0和智能制造的重要基础。 变频技术在各行各业的应用：无处不在的能量调节者 变频技术的应用范围极为广泛，几乎涵盖了所有需要电力驱动的工业领域： 通用机械: 风机、水泵、压缩机是变频器最常见的应用对象。在暖通空调（HVAC）系统、供水系统、排风系统中，通过变频控制，可以根据实际需求调节风量和水量，实现节能和恒压控制。 起重运输: 起重机、输送带、电梯等设备的起升、下降、运行速度的平滑控制，离不开变频技术。这不仅保证了操作的安全性和平稳性，也提高了工作效率。 金属加工: 机床（如车床、铣床、磨床）、卷板机、压力机等，都需要精确的速度和扭矩控制，变频器能够实现对切削速度、进给速度的精确调节，提高加工精度，降低刀具损耗。 纺织印染: 纺织机械（如织布机、络筒机）、印染设备（如染色机、烘干机）对速度和张力的控制要求极高，变频器能够实现精确的同步运行和张力控制，保证产品质量。 造纸与印刷: 造纸机的抄纸速度、卷纸机的卷取速度，印刷机的印刷速度，都需要变频器进行精确调节，以保证产品质量和生产效率。 化工与制药: 搅拌器、泵、离心机等设备在化工和制药过程中，需要精确的转速控制，以满足不同的工艺要求。 新能源领域: 风力发电机组的桨叶角度控制、太阳能发电系统的跟踪系统，都可能涉及到变频技术。 轨道交通: 高铁、地铁等动车组的牵引系统，是变频技术应用最为集中的领域之一，其核心就是先进的交流电机变频调速技术。 变频技术的未来展望：迈向更高效、更智能、更绿色的时代 随着科技的不断发展，变频技术正朝着更集成化、智能化、高效化的方向迈进。 更高性能的电力电子器件: SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）等第三代半导体材料的应用，将带来更高的耐压、更低的损耗、更高的开关频率，使得变频器体积更小，效率更高，可靠性更强。 更先进的控制算法: 随着人工智能和机器学习技术的发展，变频器的控制算法将更加智能，能够更好地适应复杂多变的工况，实现更精密的控制和更优化的节能策略。 物联网（IoT）与工业互联网的融合: 变频器将更多地接入物联网平台，实现远程监控、故障诊断、预测性维护，进一步提升工业生产的智能化水平。 绿色能源的驱动: 变频技术在可再生能源的开发利用、电动汽车的动力系统中扮演着越来越重要的角色，为构建绿色低碳的能源体系贡献力量。 变频技术，这一改变工业运行模式的革命性力量，正以其强大的生命力，持续驱动着现代工业的进步。从最初的粗放式控制到如今的精细化、智能化管理，它深刻地体现了人类智慧在能源利用和生产效率提升方面的不断追求。理解和掌握变频技术，就是把握工业发展的脉搏，洞察未来制造的趋势。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用价值远超乎我的预期，尤其是在故障诊断和系统保护这一章。在实际工业现场，设备出故障的概率远高于实验室环境，而如何快速准确地定位问题，往往决定了停机损失的大小。作者非常接地气地分析了常见的过压、过流保护失效案例，并特别指出了一些硬件设计层面的“陷阱”，比如采样电阻的频率响应问题，或者光耦隔离带来的延迟偏差。这些都是教科书里通常不会提及的“江湖经验”。书中提供了一套基于残差分析的电机绕组故障早期预警方法，并结合示波器上的波形特征给出了详细的图例说明。我记得有一次我们的一台伺服驱动器出现了间歇性的转矩脉冲，用常规手段查不出问题，我翻阅这本书后，尝试按照书中提到的低频谐波注入法进行测试，结果精准定位到了编码器信号的微小抖动，这种解决实际问题的能力，是单纯靠阅读标准协议就能获得的吗？绝对不是，这需要作者深厚的现场积累和无私的分享精神。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书是冲着它对高级控制策略的介绍去的，毕竟目前很多教科书在讲完基本的电压源逆变器（VSI）控制后，就戛然而止了。这本书则不然，它用了相当大的篇幅深入探讨了磁链观测器在无速度传感器控制中的应用，并且详细对比了滑模观测器（SMO）和基于模型的预测控制（MPC）在动态响应和鲁棒性上的差异。我最佩服的是作者对“参数辨识”这一“老大难”问题的处理。他没有简单地推荐一个现成的算法，而是系统地梳理了不同工况下（启动、低速、高速）参数漂移的物理根源，并提供了一套实用的在线自整定流程。书中附带的那些MATLAB/Simulink仿真案例，代码结构清晰，注释详尽，我直接下载下来运行，稍加修改就能代入我自己的电机模型进行验证，这对于快速构建和测试新控制方案简直是神助攻。以前我总觉得理论和仿真之间有一道看不见的鸿沟，读完这部分内容后，我才明白，真正的高手是能将理论的优雅性与仿真的严谨性完美结合起来的，这本书就是这种结合的典范。

评分☆☆☆☆☆

我刚开始接触这个领域的时候，市面上很多资料都存在一个致命的缺点：理论推导冗长晦涩，而实操指导又流于表面化，搞得人不上不下。然而，这本书在处理这些矛盾时展现出了惊人的平衡感。它没有回避那些需要微积分和傅里叶分析的复杂数学模型，但它总能在推导的节点处插入清晰的工程解释，告诉我“为什么要这么算”比“怎么算出来”更重要。比如，在讲解开关损耗优化时，作者引入了一个非常巧妙的类比，将IGBT的导通与关断过程比作高速公路上的并线与超车，瞬间就把抽象的物理过程可视化了。更让我惊喜的是，它对不同拓扑结构（如三电平、NPC逆变器）的优缺点分析，不是简单地罗列参数，而是结合了电磁兼容性（EMC）和散热设计的实际制约因素进行深度剖析，这对于设计高可靠性系统的人来说，是无价的经验之谈。阅读过程中，我感觉作者就像一位经验丰富的老工程师，一边在黑板上演算着深奥的公式，一边时不时地抬起头，用一句充满生活智慧的“记住，实际工程中别忘了加散热片”来提醒你，这种亦师亦友的叙事风格，极大地降低了学习的挫败感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在太吸引人了，封面那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，一下子就让人觉得这不是一本枯燥的技术手册，而是一部关于未来电能控制的艺术品。我拿到手的时候，首先被它的纸张质感震撼了，那种略带哑光的触感，拿在手里沉甸甸的，显然是用了上乘的印刷材料，这对于长期阅读和翻阅的学习者来说，简直是种享受。内页的排版也极为考究，图文之间的留白处理得恰到好处，复杂的电路图和参数表格都清晰锐利，即便是初次接触变频器原理的新手，也不会因为信息过载而感到焦虑。特别是章节的划分，逻辑性极强，从最基础的电力电子器件讲起，逐步深入到电机控制算法和实际应用案例，过渡自然得像是潺潺流水，让人在不知不觉中就完成了知识的阶梯攀爬。我个人尤其欣赏作者在引言部分对“能源效率革命”的宏大叙事，它成功地将枯燥的技术细节置于一个更广阔的时代背景下，极大地激发了我钻研下去的兴趣，感觉自己不是在学习一个技术，而是在参与一场关乎全球能耗未来的深刻变革。这本书在细节上的用心程度，完全配得上它在行业内的声誉，值得所有电力电子爱好者和工程师珍藏。

评分☆☆☆☆☆

从编辑和校对的角度来看，这本书的水准堪称国内技术书籍的标杆。我发现全书几乎没有出现印刷错误或者公式标号对不上的情况，这在动辄包含数百个希腊字母和上下标的电力电子类书籍中，是极其罕见的。更值得称赞的是，它成功地在保持学术严谨性的同时，维持了极强的可读性。作者的叙事节奏非常稳定，既没有为了炫耀知识而堆砌生僻术语，也没有因为追求通俗而牺牲专业精度。它就像是一部精心制作的纪录片，用流畅的镜头语言将一个复杂的系统（变频器）从芯片级一直拉伸到工厂级应用的全貌展现给你。它不是那种读完一遍就束之高阁的参考书，我更倾向于把它放在手边，作为解决具体问题的工具书和定期回顾基础知识的良师益友。这本书的价值在于，它提供了一个全面、可靠且经过实战检验的知识框架，让你能够自信地站在前人的肩膀上，去探索电力电子技术的下一个前沿领域。