本书介绍了中、高压交-直-交变频器的工作原理，对异步电动机的控制方式和选择；PLC按照工艺要求，操控系统中多台设备的起动、制动顺序，调节频率控制电动机的转速，对“工频运行”与“变频运行”的切换；现场总线和光纤网络实现双向、串行、多节点的数字通信，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统；变频调速系统在中、高压风机、水泵和平运、上运、下运、长距离以及港口胶带输送机系统的应用。本书图文并茂，辅以大量的工程应用实例，反映了目前国内中、高压变频调速系统与节能的*新应用水平。

本书可供从事中、高压风机、水泵和各种胶带输送机的变频调速系统设计人员、节能改造的技术人员、施工维修人员和能源管理岗位人员以及大专院校相关专业师生阅读。

前言

第1章中、高压变频调速系统中的变频器1

1 1中、高压变频器技术的发展1

1 2中、高压变频器的工作原理和电路组成4

1 3直接变换方式（交-交变频）6

1 4间接变换方式（交-直-交变频）8

1 5单元串联型变频器采用的移相变压器14

1 6多脉冲变压二极管桥式整流器18

1 7多脉冲变压晶闸管桥式整流器26

1 8高压变频器的多电平逆变器31

1 9中、高压变频器的多重化单元串联型逆变器40

1 10多脉冲整流、多重化逆变器高压变频器的结构实例49

1 11交-直-交变频器对异步电动机的控制方式52

1 12中、高压变频器的选择58

1 13中、高压变频器外围设备的选择70

1 14变频器的安装环境、电缆布线及选择、接地与使用82

1 15中、高压变频调速系统的节能95

第2章中、高压变频调速系统中的PLC97

2 1PLC简介97

2 2PLC的梯形图及其绘制106

2 3PLC的基本程序指令和功能指令109

2 4PLC的选择118

2 5PLC的安装及接线要求122

2 6PLC要求的工作环境及使用要点125

2 7PLC与变频器的连接126

2 8PLC控制的工频与变频切换电路131

2 9工程实例：PLC控制4台胶带输送机的典型流程和梯形图138

第3章变频调速系统中的现场总线和光纤网络146

3 1变频调速中常用的现场总线146

3 2支持常用现场总线通信的变频器和伺服系统148

3 3RS-232C和RS-485的串行通信基础149

3 4RS-232C串行通信接口技术150

3 5RS-485串行通信接口技术154

3 6PROFIBUS现场总线161

3 7PROFIBUS的传输技术171

3 8变频器和PLC用现场总线进行通信与控制175

3 9通过总线桥与PROFIBUS通信的变频调速系统180

3 10通过OLM转换为光缆通信的变频调速系统195

3 11变频器、PLC和现场总线组成的变频调速系统208

3 12PROFIBUS-DP和OLM在长距离胶带输送机监控系统中的应用210

第4章风机泵类变频调速系统与节能213

4 1风机的基本参数和特性曲线213

4 2水泵的基本参数和特性曲线216

4 3风机泵类电动机变频调速的节能运行 221

4 4离心风机及泵类对变频器选择的要求226

4 5风机泵类变频器的PID运行228

4 6风机泵类专用变频器介绍231

4 7工程实例1：峨胜水泥循环风机、排风机采用高压变频软起动和变频调速节能233

4 8工程实例2：某电厂高压鼔风机组的变频调速节能升级改造236

4 9工程实例3：阿舍勒铜矿主通风机的高压变频调速改造239

4 10工程实例4：太钢电炉除尘风机的变频调速节能改造241

4 11工程实例5：金隅水泥熟料生产线风机的变频调速改造243

4 12工程实例6：遂宁市自来水二厂变频恒压供水系统247

4 13工程实例7：高压变频器在电厂循环水泵上的节能应用250

4 14工程实例8：引滦入津工程水泵高压变频调速的改造254

第5章平运胶带输送机的变频调速系统与节能258

5 1胶带输送机及其特性258

5 2胶带输送机对驱动的要求和典型布置261

5 3胶带输送机配变频器驱动是发展趋势263

5 4胶带输送机的综合保护269

5 5运送物料重量变化时胶带输送机的节能控制271

5 6胶带输送机速度的模糊算法控制282

5 7工程实例1：兖矿集团扬村煤矿胶带输送机模糊控制变频调速节能改造287

5 8工程实例2：平煤五矿采用模糊控制和PLC控制变频调速节能改造290

第6章上运胶带输送机的变频调速系统与节能293

6 1上运胶带输送机的特性及发展293

6 2上运钢绳芯胶带输送机电力拖动的典型布置294

6 3工程实例1：新疆焦煤集团上运胶带高压变频调速节能改造294

6 4工程实例2：曹跃煤矿上运胶带输送机中压变频调速系统296

6 5工程实例3：马道头煤矿上运胶带输送机高压变频调速系统298

6 6工程实例4：海州煤矿上运胶带输送机变频调速节能改造300

6 7工程实例5：金凤煤矿上运胶带输送机高压变频调速系统303

6 8工程实例6：淮南矿业集团某矿上运输送机变频调速节能的实测计算307

6 9工程实例7：乌海某煤矿多台高压变频器上运长距离胶带输送机调速节能改造308

6 10工程实例8：同忻煤矿上运胶带输送机高压变频调速系统311

第7章下运胶带输送机变频调速系统与节能318

7 1下运胶带输送机及其驱动技术318

7 2下运胶带输送机的特殊制动技术321

7 3工程实例1：下运长距离胶带输送机的软起动与电气制动323

7 4下运胶带输送机的节能计算325

7 5四象限变频器在下运胶带输送机中的应用325

7 6工程实例2：某石灰石下运胶带输送机采用四象限变频调速装置344

7 7工程实例3：陕西某水泥厂下运胶带输送机四象限变频调速装置348

第8章长距离胶带输送机的变频调速系统与节能353

8 1长距离胶带输送机的特性及发展353

8 2长距离胶带输送机对电力驱动的技术要求354

8 3工程实例1：大唐锡林浩特矿业公司平运长距离多驱动胶带输送机变频调速系统360

8 4工程实例2：昌江华盛天涯水泥公司平运超长距离多驱动胶带输送机变频调速系统362

8 5工程实例3：梅花井矿井上运长距离胶带输送机变频调速系统365

8 6工程实例4： 哈密某矿用多台高压变频器上运长距离胶带输送机变频调速系统367

8 7工程实例5：冀东海德堡下运长距离胶带输送机多点驱动控制系统370

第9章港口胶带输送机的变频调速系统与节能373

9 1港口胶带输送机系统的设备和装卸工艺373

9 2港口胶带输送机系统的控制和管理378

9 3港口胶带输送机运行负载特性和控制的发展趋势381

9 4港口胶带输送机运行时运量变化造成节能空间大382

9 5工程实例1：罗泾矿石码头42台胶带输送机变频调速系统384

9 6工程实例2：曹妃甸港煤码头15台胶带输送机变频调速系统391

9 7工程实例3：黄骅港三期20台胶带输送机应用能量回馈型变频器节能的工程实例 412

参考文献422

近年来，随着中、高压大功率电力电子技术的快速发展，变频器的性价比越来越高，体积也越来越小。中、高压变频调速系统，以其优异的调速、起（制）动性能和高效节电效果，被很多行业的使用者认为是最有发展前途的调速方式。

风机和泵类在许多行业被称为流体机械，传统的操作方式是利用挡板或阀门开度的大小或放空的方法来调节风量或流量，其耗能大、经济效益差。目前，根据企业的工艺要求，通过调节频率降低电动机转速以减少风量或流量，由于风机和泵类在一定的条件下，功率与转速的三次方成正比，故低速时耗能大大降低，只要选择符合GB/T 21056—2007《风机、泵类负载变频调速节电传动系统及其应用技术条件》中规定的风机和泵类，合理地安装变频调速设备后，就能得到显著的节能效果。

胶带输送机因其运量大、运输效率高，广泛用于工业、农业、港口的煤炭、焦炭、铁矿石、石灰石、散化肥、粮食、散装水泥等的输送。虽然胶带输送机属于恒转矩负载，其变频节能效果不如二次方转矩负载的风机、泵类好，但由于上述散料运输生产的特殊性，胶带输送机满载的时间较短，采用大功率变频调速系统，在轻载或空载时，根据运量的变化动态地调频控制带速，其节能效果也是非常明显的。

随着节能减排的需要，我国早期使用的风机、泵类设备及胶带输送机都面临着设备变频调速节能的升级改造，市场潜力很大，应大力推广；对能调速和需要调速的风机泵类及胶带输送机的新建项目，建议直接采用变频调速系统，早投入，早回报。

以变频器、PLC、现场总线和现代控制技术为核心的中、高压大功率变频调速系统涉及的理论和技术，不但新且深而广。一些电气技术人员、管理人员对二次侧有延边三角形多绕组移相变压器的图样看不懂；对本身消耗电能的中、高压变频器用于调速并且还能节能不理解……因此，为他们在设计或选用电气线路提供必要的基础知识，为他们在节能改造时选择方法、参数和节能分析计算提供依据，也为普通电气施工人员、维修人员学习新技术，编写了本书。书中没有过多的数学公式推导、理论综述，而是结合实际的图表，讲述工作原理，给出选择方法和注意事项。在本书的写作中，总结并写出了我们积累多年的工作经验，查阅了许多文献资料，引用了大量的工程实例，在此对原作者表示敬意和感谢！

参加本书编写的还有陈丙祥、刘曾敏、王存龄、曾永捷、常青，在本书的编写中还得到机械工业出版社林春泉老师的大力支持和帮助，在此对她表示诚挚的感谢！

虽然愿望良好，但由于水平有限，书中难免有错误和不足，希望读者给与批评指正。

常瑞增

2020年8月中