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中压传动系统的应用概况 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标么值系统 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
5.2.1Y/？型移相变压器 65
5.2.2Y/？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？Vref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采用偶次谐波消除方法的三电平NPC逆变器7段式开关顺序 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图10-1中的逆变器采用SHE方法时计算的开关角 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电流源型整流器的开关角 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2300 V/4160 V电动机的CHB逆变器传动系统 214
12.4.2适用于66kV/118kV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
B1 简介 265
B2 教学作业示例——教学作业3：两电平VS1的空间矢量调制方法 265
B3 教学作业答案 267