本书主要介绍了异步电动机的能量传递、交-直-交变频器、变频拖动系统、变频器的内部控制电路、变频器的应用技术以及应用实例。本书突出了各部分的核心内容，语言表述清晰、通俗易懂。本书适合工矿企业中的工程师和技术工人阅读，也可以作为中专和高职的教材。

当编辑要我撰写 《变频器应用教程》第 ３版时，我的头脑里一片空白。因为再版是需要有相当数量的新内容的，我还能补充些什么呢？

无意间，计算机里 “跳”出了一封读者的邮件。这给了我启发，我干脆将近年来读者的问题和意见全部翻了出来，认认真真地阅读起来。读着读着，脑海里竟浮现出了一个词：纲举目张。于是脑海里就

翻腾起来了：在每一章每一节，能否都找出 “纲”呢？

当我努力为各章找到 “纲”时，感觉对许多问题的理解理顺了。再反过来审视原来的书稿时，就觉得有点散，于是决定对全书彻底改写。改写的目的是努力在每一章里找出 “纲”来，以帮助读者抓住

要点，理出头绪。当然，这种努力只能顺势而为，避免牵强。

我一遍又一遍地梳理着读者的意见，决定在下面两个方面努力改进：

一是修枝强干。

“修枝”是删去在实际工作中很少用到的功能，以及作为使用者不必过于深入了解的内容。

“强干”就是将每章的核心内容梳理得更加清楚。

二是语言力求更加通俗。有位读者建议在说明一些问题时，希望“多说几句”。我在 １９６５年曾主讲过 “样板课”，一位老教师评论说：“整堂课没有半句废话”。我一直以此为荣，写起文章来力求简练。细细想来，如果站在初学者的角度去思考，对于太过简练的语言，的确也很难有所体会。所以决定接受读者的意见，尽量用通俗的语言“多说几句”。但积习难改，能否满足读者的要求，还不敢说。

最后，还要对两篇附录说几句。第 ２版后面的附录 Ａ是应一些中专老师的要求，提供一些实验项目的参考资料。在读者来信中未有反馈意见，这次就保留了下来。附录 Ｂ原来是介绍几种自制小产品，现在看来似已过时，代之以我的一个小 “发明”。

几年前，在为某厂进行龙门刨床的变频改造。在已经调试完毕快要收工时，厂里突然停电，由于刨台的惯性很大，竟滑出了床身。厂里调来了起重机，才把它重新归位。厂领导问，能否在停电时把刨台停住？人们议论纷纷，都停电了，哪里能产生使刨台停住的力量？除非安装电磁制动器。但安装电磁制动器不仅费钱，而且工程十分繁杂。

我经过几天的苦苦思索，终于设计出了一个无触点快速制动电路，十分圆满地解决了问题，后来就制作成了无触点快速制动器。上海的智达公司 （美资企业）在万能铣床上试验取得了成功，后又用来控制桥式起重机的精准定位，也取得了成功。曾打算生产，遗憾的是该公司老板不幸因病去世，生产之事未能实现。后来有一位读者用到炼胶机上，也取得了满意的结果。

我深信，这个项目具有十分广泛的用途，值得推广。但我已年迈，无力也无意靠此获利。今公之于众，贡献给有兴趣的读者，希望它能发挥一点作用。

我是一头八旬的老黄牛，能够在有生之年对普及变频调速技术再做一点事情，是我的荣耀，如能及格，则心满意足矣。

作者于 ２０１９年

前言

第 １章 异步电动机的能量传递 ................. １

１１ 后来居上的异步电动机 .................. １

１１１ 无与伦比的转子结构................... １

１１２ 诞生就知变频好..................... ３

１２ 能量传递的平衡关系 ................... ５

１２１ 定子建立磁场的平衡关系................. ５

１２２ 磁场传递能量的平衡关系................. ９

１２３ 负载得到机械能的平衡关系 ............... １２

１２４ 电动机的等效电路 ................... １４

１３ 机械特性看能力 ..................... １６

１３１ 用户关心 ４件事 .................... １６

１３２ 机械特性说明的问题 .................. １８

１４ 异步电动机的发电状态 ................. １９

１４１ 异步发电机的特殊性 .................. １９

１４２ 发电机状态的特点 ................... ２１

１５ 拖动系统的传动机构 .................. ２３

１５１ 常见的传动机构 .................... ２３

１５２ 传动机构的折算 .................... ２４

１６ 异步电动机的铭牌.................... ２６

１６１ 铭牌上的运行数据 ................... ２６

１６２ 异步电动机的型号与接法 ................ ２８

Ⅵ 变频器应用教程 第 ３版

１６３ 异步电动机的定额 ................... ２９

１６４ 电动机的运行定额 ................... ３１

小结............................. ３３

复习思考题.......................... ３４

第 ２章 交 －直 －交变频器 ................... ３６

２１ 交 －直 －交变频器的结构与原理............. ３６

２１１ 自生交流好变频 .................... ３６

２１２ “怀胎”百年说因由 .................. ３８

２１３ 单进三出变频器 .................... ４１

２２ 磁通传递是核心 ..................... ４３

２２１ 稳住磁通不能忘 .................... ４３

２２２ 电压要随频率变 .................... ４５

２２３ 调制脉宽随正弦 .................... ４６

２２４ ＳＰＷＭ的实施 ..................... ４９

２３ 交 －直 －交变频器的主电路 ............... ５１

２３１ 整流滤波有特点 .................... ５１

２３２ 逆变输出能交换 .................... ５４

２４ 输入电流变异多 ..................... ５５

２４１ 输入输出不相同 .................... ５５

２４２ 三相电流不平衡 .................... ５８

２４３ 功率因数变了味 .................... ６０

２５ 载波频率有影响 ..................... ６３

２５１ 对输出电压的影响 ................... ６４

２５２ 对输出电流的影响 ................... ６５

２５３ 对电磁噪声的影响 ................... ６６

２６ 对抗干扰有措施 ..................... ６７

２６１ 变频器的干扰源 .................... ６７

２６２ 干扰信号的传播途径 .................. ６７

目 录 Ⅶ

２６３ 抗干扰的措施 ..................... ６８

２７ 交 －直 －交变频的改进 ................. ７１

２７１ 整流脉波翻了倍 .................... ７１

２７２ 逆变采用三电平 .................... ７２

２７３ 变频电动机 ...................... ７５

小结............................. ７６

复习思考题.......................... ７８

第 ３章 变频拖动系统 ..................... ８０

３１ 低频运行的新问题.................... ８０

３１１ 低频试验看结果 .................... ８０

３１２ 能力下降问磁通 .................... ８１

３２ Ｖ／Ｆ方式补磁通 ..................... ８２

３２１ 增磁途径唯电压 .................... ８２

３２２ 转矩提升的预置 .................... ８６

３３ 矢量控制定磁通 ..................... ８６

３３１ 矢量控制仿直流 .................... ８７

３３２ 矢量控制的实施 .................... ８９

３３３ 矢量控制的转速反馈 .................. ９１

３４ 直接转矩控制用 “棒 －棒” ............... ９２

３４１ 浅说 “棒 －棒” .................... ９２

３４２ 直接转矩控制简介 ................... ９３

３４３ 直接转矩控制的优缺点 ................. ９５

３５ 变频调速的有效转矩线 ................. ９５

３５１ 有效转矩线的定义 ................... ９６

３５２ ｆＸ≤ｆＮ 的有效转矩线 .................. ９７

３５３ ｆＸ ＞ｆＮ 的有效转矩线 .................. ９７

３６ 变频调速的起动与加速 ................. ９９

３６１ 异步电动机的起动 ................... ９９

Ⅷ 变频器应用教程 第 ３版

３６２ 加速时间与起动电流 .................. １０２

３６３ 加速方式 ....................... １０４

３６４ 起动功能 ....................... １０５

３７ 变频调速的减速与制动 ................. １０６

３７１ 电动机的自由停机 ................... １０７

３７２ 电动机的变频停机 ................... １０８

３７３ 降频时电动机的状态 .................. １０８

３７４ 减速时间与泵升电压 .................. １１０

３７５ 直流制动 ....................... １１１

３８ 制动电阻和制动单元 .................. １１２

３８１ 制动电阻和制动单元的作用 ............... １１３

３８２ 制动单元的工况 .................... １１４

３９ 频率的限制功能 .................... １１６

３９１ 上限频率和下限频率 .................. １１６

３９２ 回避频率 ....................... １１７

３１０ 转矩、转速和功率的关系 ............... １１８

３１０１ 拖动系统的基本规律 ................. １１８

３１０２ 误区 １———甩掉笨重的减速器 ............. １１９

３１０３ 误区 ２———增大频率提高生产率 ............ １２１

３１０４ 误区 ３———减少磁极对数以减小体积 .......... １２３

小结 ............................ １２４

复习思考题 ......................... １２５

第 ４章 变频器的内部控制电路 ................ １２６

４１ 变频器的内部控制框图 ................. １２６

４１１ 主控电路的运算功能 .................. １２６

４１２ 主控电路与外电路的联系 ................ １２７

４２ 变频器的开关电源 ................... １２８

４２１ 开关电源的电源进线 .................. １２８

目 录 Ⅸ

４２２ 脉冲变压器 ...................... １２９

４２３ 脉冲变压器的一次电路 ................. １３０

４２４ 脉冲变压器的二次电路 ................. １３２

４３ ＩＧＢＴ的驱动电路 .................... １３４

４３１ ＩＧＢＴ的主要参数 ................... １３４

４３２ ＩＧＢＴ的开通与关断 .................. １３５

４３３ ＩＧＢＴ的结电容 .................... １３６

４３４ ＩＧＢＴ对驱动电路的要求 ................ １３７

４３５ ＩＧＢＴ的分立元件驱动电路 ............... １４０

４３６ 集成驱动模块示例 ................... １４２

４３７ ＩＧＢＴ智能模块 .................... １４４

４４ 变频器的采样与保护电路................ １４５

４４１ 电流的采样 ...................... １４５

４４２ 电流的保护 ...................... １４９

４４３ 电压的检测与保护 ................... １５１

４５ 断相与接地的保护 ................... １５３

４５１ 断相保护 ....................... １５３

４５２ 接地的判断与保护 ................... １５４

４６ 过热保护 ........................ １５６

４６１ 温度的检测 ...................... １５６

４６２ 热敏电阻的过热保护 .................. １５６

４６３ 风扇的控制 ...................... １５７

小结 ............................ １５９

复习思考题 ......................... １６１

第 ５章 变频器的应用技术 .................. １６２

５１ 变频器的面板和功能预置................ １６２

５１１ 数据显示屏 ...................... １６２

５１２ 液晶显示屏 ...................... １６３

Ⅹ 变频器应用教程 第 ３版

５１３ 变频器的键盘配置 ................... １６３

５１４ 变频器的功能预置 ................... １６６

５２ 变频器的外接主电路 .................. １６７

５２１ 主电路的接线端子 ................... １６７

５２２ 外接主电路 ...................... １６８

５３ 变频器的外部控制电路 ................. １７０

５３１ 外部控制端子的配置 .................. １７０

５３２ 模拟量输入信号 .................... １７１

５３３ 模拟量输入电路 .................... １７１

５３４ 模拟量输入的扩展 ................... １７３

５４ 开关量输入电路 .................... １７４

５４１ 开关量输入端的接收电路 ................ １７４

５４２ 电动机的起动控制 ................... １７５

５４３ 升、降速端子的应用示例 ................ １７７

５４４ 多档转速的控制 .................... １８０

５５ 外接模拟量输出电路 .................. １８３

５５１ 模拟量输出电路 .................... １８３

５５２ 模拟量输出的应用示例 ................. １８４

５６ 变频器的报警输出 ................... １８５

５６１ 报警输出电路 ..................... １８５

５６２ 报警输出的外部控制 .................. １８５

５７ 外接开关量输出电路 .................. １８６

５７１ 开关量输出电路 .................... １８６

５７２ 应用举例 ....................... １８７

５８ 变频器的面板电路 ................... １８８

５８１ 键盘输入电路 ..................... １８８

５８２ ＬＥＤ显示电路..................... １８９

５８３ ＬＥＤ显示屏...................... １９１

５９ 变频器的闭环控制 ................... １９２

目 录 Ⅺ

５９１ 闭环控制的概念 .................... １９２

５９２ 闭环控制的实施 .................... １９４

５９３ ＰＩＤ的概念 ...................... １９６

５９４ 控制逻辑 ....................... ２００

５９５ 压力传感器的接线 ................... ２０１

５９６ 闭环控制的起动问题 .................. ２０１

５９７ ＰＩＤ功能的调试 .................... ２０３

小结 ............................ ２０４

复习思考题 ......................... ２０６

第 ６章 因机施变用变频.................... ２０７

６１ 风机变频调速 ..................... ２０７

６１１ 离心式风机的机械特性 ................. ２０７

６１２ 离心式风机的运行特点 ................. ２０９

６１３ 风机变频要点 ..................... ２１０

６２ 水泵变频调速 ..................... ２１３

６２１ 水泵与风机的异同 ................... ２１４

６２２ 供水系统概况 ..................... ２１４

６２３ 恒压供水的闭环控制 .................. ２１６

６３ 带式输煤机的变频改造 ................. ２１８

６３１ 带式输煤机的特点 ................... ２１８

６３２ 变频调速示例 ..................... ２１９

６４ 饮料灌装输送带的变频改造 .............. ２２１

６４１ 运行特点 ....................... ２２１

６４２ 电动机特点 ...................... ２２１

６４３ 变频改造要点 ..................... ２２２

６５ 卷绕机的变频改造 ................... ２２３

６５１ 卷绕机的机械特性 ................... ２２３

６５２ 变频改造的主要问题 .................. ２２５

Ⅻ 变频器应用教程 第 ３版

６５３ 减小电动机容量的思考 ................. ２２５

６５４ 卷绕机的转矩控制 ................... ２２７

６６ 车床的变频改造 .................... ２２８

６６１ 车床的大致构造 .................... ２２８

６６２ 主拖动的机械特性 ................... ２３０

６６３ 变频调速的改造实例 .................. ２３２

６６４ 变频改造的试探 .................... ２３４

６６５ 两档传动比方案 .................... ２３５

６７ 重力负载的变频调速 .................. ２３７

６７１ 重力负载及其特点 ................... ２３７

６７２ 变频调速的四象限运行 ................. ２３８

６７３ 溜钩的防止 ...................... ２４０

６７４ 重力负载变频改造示例 ................. ２４１

小结 ............................ ２４３

复习思考题 ......................... ２４４

附录 .............................. ２４５

附录 Ａ 变频调速系统实验 ................. ２４５

实验 １ 变频器通电 ..................... ２４５

实验 ２ 外接端子的基本控制 ................. ２４８

实验 ３ 变频器各环节的电压和电流 .............. ２５０

实验 ４ 加、减速实验 .................... ２５３

实验 ５ Ｕ／ｆ线的实验..................... ２５４

实验 ６ 多档转速控制 .................... ２５７

实验 ７ 机械特性实验 .................... ２５８

实验 ８ 低频负载电流实验 .................. ２６０

实验 ９ Ｕ形曲线实验 .................... ２６１

实验 １０ 恒压供水实验 .................... ２６３

附录 Ｂ 几种自制器件 .................... ２６５

目 录 

Ｂ１ 整流电压表 ...................... ２６５

Ｂ２ 外接频率表 ...................... ２６６

Ｂ３ 自制制动电阻 ..................... ２６７

Ｂ４ 自制制动单元 ..................... ２６８

附录 Ｃ 无触点快速制动器 ................. ２７０

Ｃ１ 快速制动器简介 .................... ２７０

Ｃ２ 变频调速系统的停机控制 ................ ２７５

Ｃ３ 快速制动器的外部接线 ................. ２７７

Ｃ４ 和其他制动方式的比较 ................. ２７８