變頻驅動技術及應用

前言

　　變頻驅動技術是高新技術，涉及微電子技術、電力電子技術、電工學、電機學、自動控制理論、檢測技術、機械自動化等基礎理論和專業(yè)知識。其發(fā)展已有四十多年的歷史，但真正進入快速發(fā)展還是從二十世紀八十年代后半葉開始的。其原因是，從八十年代后半葉開始，微電子器件、電力電子器件、新型電機、自動控制理論、仿真技術等有了長足的發(fā)展。變頻器也從早期的VVVF控制發(fā)展到矢量控制、直接轉矩控制、多電平變頻器、矩陣式變頻器。早期的變頻器只是用于產業(yè)機械的無級調速，但如今已滲透到產業(yè)機械傳動的各個領域，以及交通、建筑、國防、民生、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保等領域，越來越貼近人們的生活。變頻器驅動的對象千差萬別，遇到的技術問題也各不相同，即便從事過變頻技術研究和應用的技術人員也不可能全部了解這些問題，對于初學者或剛涉足本領域：工作的技術人員來說，就更不言而喻了。本書凝結了產業(yè)機械自動化和變頻驅動技術及應用領域長年積累的豐富知識和經驗，許多內容都是第一次與讀者見面，內容新穎?！　”緯冉榻BIGBT、GTO、IGCT等當前最具優(yōu)勢的半導體功率器件及其應用，然后闡述感應電動機的工作原理與調速方法、永磁同步電動機的工作原理與調速方法、變頻器的控制原理及對變頻器的技術要求，并根據當前市場需求和技術發(fā)展趨勢，重點闡述了異步電動機的矢量控制和直接轉矩控制原理、永磁同步電動機無傳感器矢量控制、三電平電壓型變頻器及矩陣式變換器。然后以風扇、鼓風機、電梯和電動扶梯、機床主軸驅動、造紙機械、龍門刨床、壓縮機、裝卸機械、纖維機械為例，闡述變頻器在這些不同場合的控制方法和應用。本書對從事電力電子與電氣傳動、電氣及機械傳動自動化的工程師、教師、研究生及大學本科高年級學生等都是很好的參考書。　　本書3.4 節(jié)由吳春華博士撰寫，3.3.4 節(jié)和4.3－4.5 節(jié)由宋文祥博士撰寫，其余部分由陳國呈教授撰寫并負責全書統(tǒng)稿。本書得到浙江大學賀益康教授、上海大學王得利、馬棉煒、張翼、崔開涌、宋丹、肖鵬、吳國祥等同志的大力協(xié)助。本書撰寫時參考了許多國內外同行及前輩的論文和專著，參考文獻中將主要引文列出，由于涉及范圍較廣，沒能把所有文獻一一列出。筆者謹借此機會向以上各位表示誠摯的感謝。限于筆者自身的學術水平、時間和精力有限，書中難免存在疏漏和不足，懇請各位讀者批評指正。

內容概要

本書共14章，首先介紹IGBT、GTO、IGCT等半導體功率器件及其應用，闡述變頻驅動的發(fā)展過程、變頻器的基本原理及控制要求，重點闡述感應電動機的矢量控制與直接轉矩控制、永磁同步電動機的矢量控制、三電平電壓型變頻器及矩陣式變換器，講解變頻器的選擇與故障檢修，并以風扇、鼓風機、電梯和電動扶梯、主軸驅動、造紙機械、龍門刨床、壓縮機、裝卸機械和纖維機械為例，介紹了變頻器在不同場合的控制方法與應用。本書凝結了產業(yè)機械自動化和變頻驅動技術及應用中的豐富知識和經驗。    本書非常適合于從事電力電子與電氣傳動、電氣自動化、機電一體化等專業(yè)的工程技術人員和高校本專業(yè)領域的教師、研究生、高年級學生閱讀。

書籍目錄

第1章  半導體功率器件及其應用  1.1  IGBT模塊及其應用    1.1.1  IGBT模塊的結構特點    1.1.2  主回路元件的選擇    1.1.3  柵極驅動    1.1.4  驅動電流    1.1.5  死區(qū)時間設置    1.1.6  過電壓與保護    1.1.7  IGBT的并聯    1.1.8  智能功率模塊IPM  1.2  可關斷晶閘管GTO    1.2.1  GTO的結構    1.2.2  GTO元的開通機理    1.2.3  GTO的開通過程    1.2.4  多元集成結構對GTO開通的影響    1.2.5  GTO的關斷  1.3  集成門極換向晶閘管IGCT      1.3.1  IGCT的基本結構類型與特點    1.3.2  GCT的工作機理    1.3.3  IGCT驅動技術第2章  變頻器的基本原理  2.1  變頻器技術及其發(fā)展歷史  2.2  電動機的種類與工作原理    2.2.1  感應電動機的工作原理    2.2.2  感應電動機的速度控制法    2.2.3  永磁同步電動機的原理與控制    2.3  變頻器的控制原理    2.3.1  動作原理    2.3.2  變頻器控制方式分類    2.3.3  正轉與反轉    2.3.4  制動    2.3.5  輔助電路    2.3.6  雙調制波PWM調制及應用    2.4  對變頻器的要求及相應技術    2.4.1  環(huán)境友好技術    2.4.2  大容量化    2.4.3  低轉矩脈動化    2.4.4  低噪聲化    2.4.5  同步切換法    2.4.6  功率回饋型逆變器    2.4.7  矩陣式變換器的工作原理    2.4.8  節(jié)能控制第3章  高性能控制  3.1  感應電動機的高性能控制    3.1.1  矢量控制的原理    3.1.2  矢量控制的結構    3.1.3  矢量控制的問題及解決方法    3.1.4  矢量控制的應用    3.2  同步電動機的無傳感器驅動  3.3  異步電動機矢量控制與直接轉矩控制    3.3.1  三相異步電動機的數學模型    3.3.2  坐標變換與變換矩陣    3.3.3  三相異步電動機在兩相同步旋轉坐標系上的數學模型    3.3.4  異步電動機轉子磁通定向矢量控制    3.3.5  基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉矩控制系統(tǒng)  3.4  永磁同步電動機矢量控制    3.4.1  永磁同步電動機在兩相旋轉坐標系上的數學模型    3.4.2  基于轉子磁場定向的永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)    3.4.3  永磁同步電動機無速度傳感器矢量控制方法第4章  三電平電壓型變頻器  4.1  多電平逆變器原理  4.2  三電平逆變器的調制方式  4.3  三電平逆變器的PWM實現  4.4  中點電壓波動機理的分析  4.5  電容中點電壓平衡控制第5章    矩陣式變換器  5.1  矩陣式變換器的結構  5.2  矩陣式變換器的雙空間矢量調制原理  5.3  等效交－直－交結構的空間矢量調制  5.4  矩陣式變換器的PWM數字實現方法  5.5  矩陣式變換器雙向開關的實現與四步半軟換流  5.6  四步換流對輸出性能的影響及其補償  5.7  雙向開關的吸收與保護電路  5.8  矩陣式變換器的輸入濾波器設計第6章  變頻器的選擇及故障檢修  6.1  使用變頻器的優(yōu)勢  6.2  變頻器的種類及其用途  6.3  變頻器應用中的注意事項    6.3.1  基本規(guī)格    6.3.2  測量時的注意事項    6.3.3  應用中的注意事項    6.3.4  變頻器的對應規(guī)格  6.4  變頻器的選擇    6.4.1  機種的選擇    6.4.2  變頻器的容量選擇  6.5  變頻器的外設    6.5.1  主回路、控制回路用電線      6.5.2  配線用斷路器    6.5.3  輸入輸出濾波器    6.5.4  制動電阻    6.5.5  與順序控制器的連接  6.6  變頻器的安裝    6.6.1  安裝場地    6.6.2  變頻器的安裝與冷卻方式  6.7  檢查與維護  6.8  變頻器的故障原因及對策  6.9  變頻器本體的故障防止功能  6.10  變頻器對其他設備產生的影響及對策第7章  變頻器在風扇、鼓風機中的應用  7.1  風扇、鼓風機的運行特性  7.2  變頻驅動應用中的要點及變頻器的功能    7.2.1  運行的連續(xù)性    7.2.2  機械共振    7.2.3  潤滑  7.3  變頻器在吸塵風機上的應用  7.4  變頻器在樓宇空調中的應用第8章  變頻器在電梯、電動扶梯中的應用  8.1  電  梯    8.1.1  技術動向    8.1.2  功能及性能    8.1.3  變頻器驅動運行特性    8.1.4  MRL用控制裝置    8.1.5  電梯用電動機  8.2  電動扶梯    8.2.1  電動扶梯驅動的優(yōu)勢    8.2.2  使用變頻器的好處    8.2.3  對變頻器的質量要求    8.2.4  使用示例(1)    8.2.5  使用示例(2)  8.3  起重機中的定位控制第9章  變頻器在主軸驅動中的應用  9.1  機床概述  9.2  機床主軸用AC變速驅動  9.3  市場要求與技術動向  9.4  新功能及其優(yōu)點    9.4.1  定位控制    9.4.2  立式攻絲功能    9.4.3  利用切換繞組連接方式擴大恒功率控制范圍    9.4.4  內嵌式電動機第10章  變頻器在造紙機械中的應用  10.1  造紙機中使用變頻器的目的  10.2  抄紙機用變頻器  10.3  涂敷機用變頻器第11章  變頻器在龍門刨床中的應用  11.1  龍門刨床的運行模式    11.1.1  龍門刨床工作臺的特性    11.1.2  工作循環(huán)  11.2  控制特性  11.3  工作臺驅動裝置第12章    變頻器在壓縮機中的應用  12.1  壓縮機的種類  12.2  壓縮機中使用變頻器的優(yōu)勢  12.3  壓縮機用變頻器的功能  12.4  變頻器在螺桿壓縮機中的應用    12.4.1  油冷式螺桿壓縮機系統(tǒng)用變頻器    12.4.2  無油式螺桿壓縮機系統(tǒng)用變頻器  12.5  變頻器在螺桿冷凍機中的應用第13章  變頻器在裝卸機械中的應用  13.1  裝卸機械的特征  13.2  變頻器的控制方式與特征  13.3  在裝卸機械上的使用要點  13.4  變頻器的容量選擇及注意事項    13.4.1  變頻器的容量選擇    13.4.2  變頻器使用中的注意事項    13.4.3  再生能量的處理    13.4.4  諧波及噪聲的對策  13.5  變頻器使用示例    13.5.1  在門式起重機上的應用      13.5.2  在大型起重機上的應用第14章  變頻器在纖維機械中的應用  14.1  纖維機械概述  14.2  變頻器的使用與功能  14.3  紡織工藝的系統(tǒng)化參考文獻附錄  附錄1  異步電動機疊頻法溫升試驗  附錄2  疊頻法溫升試驗時合成磁場的計算  附錄3  開關函數及逆變器輸出電壓

章節(jié)摘錄

　　第1章　半導體功率器件及其應用　　近年來，變頻器的應用領域日益廣泛，已從原來的產業(yè)機械領域逐步擴展到交通、建筑、國防等領域以及人們的日常生活中。變頻器所使用的主要半導體功率器件如表1.1所示。這些器件的功能和特性各異，使用方法也各不相同，所以變頻器的設計也不一樣。　　一般來說，半導體器件的壽命很長，但其過電壓、過電流的承受能力很弱，實際使用時要注意保護電路和基極驅動電路，如果器件不是工作在安全工作區(qū)內，將導致動作異?；蚱骷p壞。　　器件的開發(fā)與時俱進，在向高耐壓、大電流、高頻化發(fā)展的同時，還向小型化、復合化等生產技術方向進行。而且，低能耗的觸發(fā)驅動技術及絕緣技術也在發(fā)展，這些都對變頻裝置的小型化及提高功率密度有很大作用?！　∠旅嫣貏e就近年來在變頻器中扮演主要角色的IGBT、GTO及IGCT等半導體功率器件作介紹。

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