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第1部分 绪论 3

第1章 概述 3

1.1 简介 3

1.2 技术难点 5

1.2.1 网侧的技术要求 5

1.2.2 电动机侧的技术要求 6

1.2.3 开关器件的限制 7

1.2.4 对传动系统的整体要求 7

1.3 变频器拓扑结构 7

1.4 中压传动工业产品 9

1.5 小结 12

附录1A 12

参考文献 12

第2章 大功率半导体器件 14

2.1 简介 14

2.2 大功率开关器件 15

2.2.1 二极管 15

2.2.2 普通晶闸管 15

2.2.3 门极关断晶闸管 17

2.2.4 门极换向晶闸管 18

2.2.5 绝缘栅双极型晶体管 21

2.2.6 其他开关器件 22

2.3 器件的串联运行 22

2.3.1 电压不均衡的主要原因 23

2.3.2 GCT的电压均衡 23

2.3.3 IGBT的电压均衡 25

2.4 小结 25

参考文献 26

第2部分 多脉波二极管和SCR整流器 29

第3章 多脉波二极管整流器 29

3.1 简介 29

3.2 6脉波二极管整流器 30

3.2.1 简介 30

3.2.2 容性负载 31

3.2.3 THD和PF的定义 34

3.2.4 标幺值系统 35

3.2.5 6脉波二极管整流器的THD和PF 35

3.3 串联型多脉波二极管整流器 37

3.3.1 12脉波串联型二极管整流器 37

3.3.2 18脉波串联型二极管整流器 41

3.3.3 24脉波串联型二极管整流器 43

3.4 分离型多脉波二极管整流器 44

3.4.1 12脉波分离型二极管整流器 44

3.4.2 18和24脉波分离型二极管整流器 47

3.5 小结 49

参考文献 50

第4章 多脉波晶闸管整流器 51

4.1 简介 51

4.2 6脉波晶闸管整流器 51

4.2.1 理想6脉波晶闸管整流器 52

4.2.2 网侧电感的影响 54

4.2.3 THD和PF 57

4.3 12脉波晶闸管整流器 58

4.3.1 理想12脉波晶闸管整流器 59

4.3.2 线路电感和变压器漏电感的影响 61

4.3.3 THD和PF 62

4.4 18和24脉波晶闸管整流器 62

4.5 小结 64

参考文献 64

第5章 移相变压器 65

5.1 简介 65

5.2 一次侧绕组为Y接二次侧绕组为延边三角形的移相变压器 65

5.2.1 Y/？型移相变压器 65

5.2.2 Y/？型移相变压器 66

5.3 一次侧绕组为三角形二次侧绕组为延边三角形的移相变压器 68

5.4 谐波电流的消除 69

5.4.1 谐波电流的相移 69

5.4.2 谐波的消除 71

5.5 小结 72

第3部分 多电平电压源型逆变器 75

第6章 两电平电压源型逆变器 75

6.1 简介 75

6.2 正弦波脉宽调制 75

6.2.1 调制方法 75

6.2.2 谐波成分 77

6.2.3 过调制 78

6.2.4 三次谐波注入PWM 78

6.3 空间矢量调制 79

6.3.1 开关状态 80

6.3.2 空间矢量 80

6.3.3 作用时间计算 82

6.3.4 调制因数 84

6.3.5 开关顺序 84

6.3.6 频谱分析 86

6.3.7 偶次谐波的消除 88

6.3.8 不连续空间矢量调制 91

6.4 小结 93

参考文献 93

第7章 串联H桥多电平逆变器 95

7.1 简介 95

7.2 H桥逆变器 95

7.2.1 双极性调制法 95

7.2.2 单极性调制法 97

7.3 多电平逆变器拓扑结构 99

7.3.1 采用相同电压直流电源的串联H桥逆变器 99

7.3.2 采用不同电压直流电源的串联H桥逆变器 101

7.4 基于载波的PWM控制法 102

7.4.1 移相载波调制法 102

7.4.2 移幅载波调制法 106

7.4.3 移相和移幅载波PWM方法的比较 110

7.5 阶梯波调制方法 112

7.6 小结 114

参考文献 114

第8章 二极管箝位式多电平逆变器 116

8.1 简介 116

8.2 三电平逆变器 116

8.2.1 拓扑结构 116

8.2.2 开关状态 117

8.2.3 换相 118

8.3 空间矢量调制 120

8.3.1 静止空间矢量 121

8.3.2 作用时间计算 122

8.3.3 ？ref位置与保持时间之间的关系 124

8.3.4 开关顺序设计 125

8.3.5 逆变器输出波形和谐波含量 128

8.3.6 消除偶次谐波 130

8.4 中点电压控制 133

8.4.1 中点电压偏移的原因 133

8.4.2 电动和再生运行模式的影响 134

8.4.3 中点电压的反馈控制 134

8.5 其他空间矢量调制算法 135

8.5.1 非连续空间矢量调制 136

8.5.2 基于两电平算法的SVM 136

8.6 多电平二极管箝位式逆变器 136

8.6.1 四、五电平二极管箝位式逆变器 136

8.6.2 基于载波的PWM 138

8.7 小结 141

附录8A 141

参考文献 143

第9章 其他多电平电压源型逆变器 145

9.1 简介 145

9.2 NPC/H桥逆变器 145

9.2.1 拓扑结构 145

9.2.2 调制方法 146

9.2.3 波形和谐波分量 147

9.3 多电平电容悬浮式逆变器 148

9.3.1 拓扑结构 148

9.3.2 调制方法 149

9.4 小结 150

参考文献 151

第4部分 PWM电流源型变频器 155

第10章 PWM电流源型逆变器 155

10.1 简介 155

10.2 PWM电流源型逆变器 155

10.2.1 梯形波脉宽调制 157

10.2.2 特定谐波消除法 160

10.3 空间矢量调制 163

10.3.1 开关状态 163

10.3.2 空间矢量 164

10.3.3 作用时间计算 166

10.3.4 开关顺序 167

10.3.5 电流谐波分量 170

10.3.6 SVM、TPWM和SHE的比较 171

10.4 并联电流源型逆变器 171

10.4.1 逆变器拓扑结构 171

10.4.2 并联逆变器空间矢量调制 172

10.4.3 中矢量对直流电流的影响 173

10.4.4 直流电流的平衡控制 175

10.4.5 试验验证 175

10.5 负载换相逆变器 177

10.6 小结 177

附录10A 178

参考文献 179

第11章 PWM电流源型整流器 180

11.1 简介 180

11.2 单桥电流源型整流器 180

11.2.1 简介 180

11.2.2 特定谐波消除法 181

11.2.3 整流器直流输出电压 185

11.2.4 空间矢量调制法 186

11.3 双桥电流源型整流器 186

11.3.1 简介 186

11.3.2 PWM方法 187

11.3.3 谐波成分 189

11.4 功率因数控制 189

11.4.1 简介 189

11.4.2 α和ma的同时控制 190

11.4.3 功率因数曲线 192

11.5 有源阻尼控制 194

11.5.1 简介 194

11.5.2 串联和并联谐振模式 194

11.5.3 有源阻尼原理 195

11.5.4 LC谐振抑制 196

11.5.5 谐波抑制 198

11.5.6 有源阻尼电阻的选择 200

11.6 小结 201

附录11A 202

参考文献 203

第5部分 大功率交流传动系统 207

第12章 电压源型逆变器传动系统 207

12.1 简介 207

12.2 基于两电平VSI的中压传动系统 207

12.2.1 功率变换模块 207

12.2.2 带不控前端的两电平VSI传动系统 208

12.3 中点箝位式逆变器传动系统 210

12.3.1 基于GCT的NPC逆变器传动系统 210

12.3.2 基于IGBT的NPC逆变器传动系统 213

12.4 多电平串联H桥逆变器传动系统 214

12.4.1 适用于2300V/4160V电动机的CHB逆变器传动系统 214

12.4.2 适用于6.6kV/11.8kV电动机的CHB逆变器传动系统 216

12.5 NPC/H桥逆变器传动系统 217

12.6 小结 218

参考文献 218

第13章 电流源型变频器传动系统 220

13.1 简介 220

13.2 采用PWM整流器的电流源型变频器传动系统 220

13.2.1 采用单桥PWM整流器的电流源型变频器传动系统 220

13.2.2 专用电动机的电流源型变频器传动系统 224

13.2.3 采用双桥PWM整流器的电流源型变频器传动系统 225

13.3 适用于常规变流电动机的无变压器电流源型逆变器传动系统 225

13.3.1 新型电流源型变频器的拓扑结构 226

13.3.2 用于抑制共模电压的一体化直流电抗器 226

13.4 采用多脉波SCR整流器的电流源型变频器传动系统 229

13.4.1 采用18脉波SCR整流器的电流源型变频器传动系统 229

13.4.2 采用6脉波SCR整流器的低成本电流源型变频器传动系统 229

13.5 同步电动机的负载换相逆变器传动系统 230

13.5.1 12脉波输入和6脉波输出的LCI传动系统 230

13.5.2 12脉波输入和12脉波输出的LCI传动系统 231

13.6 小结 231

参考文献 232

第14章 高性能传动控制方法 233

14.1 简介 233

14.2 坐标变换 233

14.2.1 abc/dq坐标变换 233

14.2.2 3/2静止变换 235

14.3 异步电动机数学模型 236

14.3.1 空间矢量电动机模型 236

14.3.2 dq电动机模型 238

14.3.3 异步电动机暂态特性 238

14.4 磁场定向控制原理 242

14.4.1 磁场定向 242

14.4.2 FOC的控制框图 243

14.5 直接磁场定向控制 244

14.5.1 系统框图 244

14.5.2 转子磁链计算 245

14.5.3 电流控制VSI变频器的直接FOC 247

14.6 间接磁场定向控制 250

14.7 电流源型逆变器传动系统的磁场定向控制 252

14.8 直接转矩控制 254

14.8.1 直接转矩控制的原理 255

14.8.2 开关逻辑 255

14.8.3 定子磁链和转矩计算 259

14.8.4 DTC传动系统仿真 259

14.8.5 DTC和FOC方法之间的比较 261

14.9 小结 261

参考文献 262

附录 263

附录A 缩略语中英文对照表 263

附录B 教学作业 265

B.1 简介 265

B.2 教学作业示例——教学作业3：两电平VSI的空间矢量调制方法 265

B.3 教学作业答案 267