高压大功率变频器技术原理与应用PDF电子书下载

第1章　概述 1

1.1　高压变频器的发展 1

1.2　高压变频器的工作原理、电路构成及分类 4

1.2.1 工作原理 4

1.2.2　电路构成 5

1.2.3　分类 6

1.3　常见的高压变频器产品 14

1.3.1 两电平电流源型高压变频器 14

1.3.2　三电平电压源型高压变频器 19

1.3.3　单元串联多电平高压变频器 22

1.4　高压变频器的功用 28

第2章　应用于高压变频器的电力电子器件 35

2.1 功率二极管 35

2.1.1　功率二极管的结构和原理 35

2.1.2　动态特性 37

2.1.3　静态特性 37

2.1.4　参数指标 38

2.2　晶闸管（SCR） 39

2.2.1 晶闸管的结构和原理 39

2.2.2　静态特性 41

2.2.3 动态特性 42

2.2.4　参数指标 43

2.3　门极关断（GTO）晶闸管 44

2.3.1 门极关断晶闸管的结构和原理 44

2.3.2　静态特性 46

2.3.3　动态特性 46

2.3.4　参数指标 48

2.4　集成门极换流晶闸管（IGCT） 48

2.4.1 集成门极换流晶闸管结构和原理 49

2.4.2　静态特性 51

2.4.3　动态特性 52

2.4.4　参数指标 53

2.5　绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 53

2.5.1 绝缘栅双极型晶体管的结构和原理 53

2.5.2　静态特性 54

2.5.3　动态特性 55

2.5.4　参数指标 57

2.6 电子注入增强栅晶体管（IEGT） 59

2.6.1 电子注入增强栅晶体管的结构和原理 59

2.6.2　静态特性 61

2.6.3　参数指标 61

第3章 变频器对交流电动机的控制方式 63

3.1 概述 63

3.2　异步电动机的V/F恒定控制（恒压频比控制） 64

3.2.1　异步电动机稳态模型 64

3.2.2　转速开环的异步电动机V/F控制调速 66

3.2.3 电压-频率协调控制时的机械特性 68

3.3　异步电动机转差频率控制 69

3.3.1　转差频率控制的基本概念 69

3.3.2　转差频率控制的变压变频调速系统 70

3.4　异步电动机矢量控制基本原理 72

3.4.1　异步电动机数学模型与坐标变换 72

3.4.2　按转子磁链定向的动态数学模型 73

3.5　异步电动机直接转矩控制基本原理 74

3.5.1 空间电压矢量 74

3.5.2　按定子磁链定向的动态数学模型 75

3.5.3　按定子磁链定向的直接转矩控制 76

3.5.4　直接转矩控制与矢量控制的比较 78

3.6　无速度传感器控制 79

3.6.1　转子磁场定向矢量控制异步电动机磁链观测方法 79

3.6.2　滑差计算法计算转子转速 80

3.7 同步电动机的控制 81

3.7.1 同步电动机的变频启动、停机与故障保护 81

3.7.2 同步电动机的VVVF控制 82

3.7.3 同步电动机的转子位置自动控制 82

3.7.4 同步电动机的负载换相控制 82

3.7.5 同步电动机的励磁电流自动调节 83

第4章　高压变频器的运行方式 84

4.1　频率给定开环运行 84

4.2　转速给定闭环运行 85

4.2.1　转速闭环VVVF控制 85

4.2.2 矢量控制与直接转矩控制 86

4.3 同轴多机转矩协调运行 86

4.4　物理量闭环运行 88

4.5　变频软启动运行 88

第5章 高压变频器的运行象限和能量回馈控制 90

5.1　高压变频器的运行象限 90

5.2　能量回馈产生的原理 91

5.2.1 能量回馈的基本原理 91

5.2.2 能量回馈变频器的圆图 92

5.3　两电平变频器的能量回馈方式 93

5.3.1　拓扑结构 93

5.3.2　控制算法 93

5.4　三电平变频器的能量回馈方式 95

5.4.1　拓扑结构 95

5.4.2　控制算法 95

5.5　单元串联多电平变频器的能量回馈方式 96

5.5.1　拓扑结构 96

5.5.2　控制算法 97

5.6 电流源型变频器的能量回馈方式 98

5.6.1 多脉冲整流控制算法 98

5.6.2　PWM整流控制算法 99

第6章　高压变频器应用中的常见问题 100

6.1　PWM技术 100

6.2　电网侧的谐波污染及其处理方式 101

6.3　高压变频器对电动机的要求 103

6.4　输出滤波器的设计 104

6.5　旁路设计 104

6.6　一拖二设计 105

6.7　共模电压的产生和防治 107

6.8　轴电流的产生和防治 107

6.9　应用于高压变频器的特殊变频电动机 108

6.10　高压变频器容量的选择方法 109

6.11 整流变压器的保护 110

6.12　高压变频器的元器件数目与可靠性的关系 112

6.13　旋转再启动功能的介绍 113

6.14　高压变频器与现场控制系统的连接方式 114

6.15　实现快速启动和减速制动的方法 115

6.16　功率单元故障时的处理方法 116

6.16.1 同级旁路技术 116

6.16.2　中性点漂移技术 117

6.17　高压变频器损耗的构成及散热方式 119

6.17.1 高压变频器损耗的构成 119

6.17.2　高压变频器的散热方式 120

第7章　高压变频器的典型应用领域 124

7.1　发电厂锅炉辅机的控制 124

7.1.1　送风机变频应用分析 124

7.1.2 引风机变频应用分析 127

7.1.3　一次风机变频应用分析 130

7.1.4　排粉风机变频应用分析 131

7.1.5　灰浆泵变频应用分析 132

7.2　冶金行业的典型应用 133

7.2.1 焦化厂煤气鼓风机的变频应用 134

7.2.2 高炉出铁口除尘风机变频应用 136

7.2.3　转炉除尘风机变频应用 138

7.2.4　电弧炉除尘风机变频应用 141

7.2.5　轧钢厂轧机变频应用 143

7.3　市政行业的水泵控制 146

7.3.1　水泵的变频调速 147

7.3.2　取水泵的变频控制 149

7.3.3　供水泵的变频控制 151

7.4　石油石化行业的典型应用 155

7.4.1　在油田采矿行业中的应用 155

7.4.2　在石油化工行业中的应用 165

7.5　水泥行业的典型应用 168

7.6　煤矿行业的典型应用 171

7.6.1　在带式输送机上的应用 171

7.6.2　在矿井提升机上的应用 173

7.6.3　在高压排风机上的应用 174

7.6.4　在矿用排水泵上的应用 176

7.7　其他行业的典型应用 178

7.7.1　化工行业的典型应用 178

7.7.2　选煤行业的典型应用 181

7.8　高压大功率变频器应用领域的拓展——无功补偿、机车、船舶等的应用 182

第8章　高压变频器常见故障发生的原因和处理方法 183

8.1 光纤故障 183

8.2　过电压故障 184

8.2.1　过电压故障的危害 184

8.2.2　引起过电压故障的原因 185

8.2.3　避免过电压故障的方法 187

8.3　欠电压故障 188

8.3.1 欠电压故障的危害 189

8.3.2 引起欠电压故障的原因 189

8.3.3　欠电压故障的处理方法 189

8.4　缺相故障 191

8.5　过热故障 191

8.6　IGBT驱动故障——功率器件的保护和故障分析 193

8.7　变压器故障 194

8.8　控制器故障 195

8.9　风机故障 196

8.10　其他故障 197

8.10.1　过电流故障 197

8.10.2　过载故障 199

8.10.3　参数设置不正确的故障 200

第9章 高压变频器的日常检查及维护 202

9.1 高压变频器稳定运行对环境方面的要求 202

9.1.1 电气环境要求 202

9.1.2　温度要求 204

9.1.3　湿度要求 204

9.1.4　防尘要求 205

9.1.5 防止鼠害及异物进入变频器 205

9.2　维护与检查需要注意的事项 205

9.3 日常检查的项目 206

9.4　定期检验的项目 207

9.5　高压变频器预防性维护与更换 209

第10章　高压变频器相关标准的介绍 212

10.1　谐波控制标准介绍 212

10.2　IEC标准介绍 214

10.3　国家标准简介 215

第11章　高压电动机调速方式的种类及其特点 217

11.1　变极调速方式 218

11.2　交-交变频方式 219

11.3 串级调速方式 221

11.4　内反馈调速方式 224

11.5　斩波内馈调速方式 225

11.6　双馈调速方式 226

11.7　低压交-直-交变频方式 228

11.8　高-低方式 228

11.9　高-低-高方式 230

11.10　高-高电流源方式 230

11.11　IGBT直接串联方式 232

11.12　三电平方式 233

11.13　三电平应用中的高-中-高方式和高-中方式 234

11.14　单元串联多电平方式 236

11.15　高压变频技术的变种 237

11.16　液力耦合器调速 238

参考文献 240