大功率變頻器及交流傳動（原書第2版）

譯者序
原書第2版前言
原書第1版前言

第1部分緒論
第1章概述3
1.1簡介3
1.2技術(shù)難點4
1.2.1網(wǎng)側(cè)的技術(shù)要求4
1.2.2電動機側(cè)的技術(shù)要求5
1.2.3開關(guān)器件的限制5
1.2.4對傳動系統(tǒng)的整體要求6
1.3變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)6
1.4中壓傳動工業(yè)產(chǎn)品7
1.5小結(jié)10
附錄1A中壓傳動系統(tǒng)的應(yīng)用概況10
參考文獻10
第2章大功率半導(dǎo)體器件11
2.1簡介11
2.2大功率開關(guān)器件12
2.2.1二極管12
2.2.2普通晶閘管12
2.2.3門極關(guān)斷晶閘管13
2.2.4門極換流晶閘管14
2.2.5絕緣柵雙極型晶體管16
2.2.6其他開關(guān)器件17
2.3功率器件的串聯(lián)17
2.3.1電壓不均衡的主要原因17
2.3.2GCT的電壓均衡17
2.3.3IGBT的電壓均衡18
2.4小結(jié)19
參考文獻19
第2部分多脈波二極管和晶閘管整流器
第3章多脈波二極管整流器23
3.1簡介23
3.26脈波二極管整流器23
3.2.1簡介23
3.2.2容性負(fù)載24
3.2.3THD和PF的定義27
3.2.4標(biāo)幺值系統(tǒng)27
3.2.56脈波二極管整流器的THD和PF28
3.3串聯(lián)型多脈波二極管整流器29
3.3.112脈波串聯(lián)型二極管整流器29
3.3.218脈波串聯(lián)型二極管整流器32
3.3.324脈波串聯(lián)型二極管整流器33
3.4分離型多脈波二極管整流器34
3.4.112脈波分離型二極管整流器34
3.4.218和24脈波分離型二極管整流器36
3.5小結(jié)38
參考文獻38
第4章多脈波晶閘管整流器39
4.1簡介39
4.26脈波晶閘管整流器39
4.2.1理想6脈波晶閘管整流器39
4.2.2網(wǎng)側(cè)電感的影響41
4.2.3THD和PF43
4.312脈波晶閘管整流器43
4.3.1理想12脈波晶閘管整流器44
4.3.2線路電感和變壓器漏電感的影響45
4.3.3THD和PF46
4.418和24脈波晶閘管整流器46
4.5小結(jié)48
參考文獻48
第5章移相變壓器49
5.1簡介49
5.2Y/Z移相變壓器49
5.2.1Y/Z1型移相變壓器49
5.2.2Y/Z2型移相變壓器50
5.3△/Z移相變壓器51
5.4諧波電流的消除52
5.4.1諧波電流的相移52
5.4.2諧波的消除53
5.5小結(jié)54
第3部分多電平電壓源型逆變器
第6章兩電平電壓源型逆變器57
6.1簡介57
6.2正弦波脈寬調(diào)制57
6.2.1調(diào)制方法57
6.2.2諧波成分58
6.2.3過調(diào)制59
6.2.4三次諧波注入PWM59
6.3空間矢量調(diào)制60
6.3.1開關(guān)狀態(tài)60
6.3.2空間矢量61
6.3.3作用時間計算62
6.3.4調(diào)制因數(shù)63
6.3.5開關(guān)順序63
6.3.6頻譜分析65
6.3.7偶次諧波的消除66
6.3.8不連續(xù)空間矢量調(diào)制68
6.4小結(jié)70
參考文獻70
第7章串聯(lián)H橋多電平逆變器71
7.1簡介71
7.2H橋逆變器71
7.2.1雙極性調(diào)制法71
7.2.2單極性調(diào)制法73
7.3多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)74
7.3.1采用相同電壓直流電源的串聯(lián)H橋逆變器74
7.3.2采用不同電壓直流電源的串聯(lián)H橋逆變器75
7.4基于載波的PWM76
7.4.1移相載波調(diào)制法76
7.4.2移幅載波調(diào)制法78
7.4.3移相和移幅載波PWM方法的比較81
7.5階梯波調(diào)制方法82
7.6小結(jié)83
參考文獻84
第8章二極管箝位式多電平逆變器85
8.1簡介85
8.2三電平NPC逆變器85
8.2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)85
8.2.2開關(guān)狀態(tài)85
8.2.3換流86
8.3空間矢量調(diào)制88
8.3.1靜止空間矢量88
8.3.2作用時間計算89
8.3.3Vref位置與保持時間之間的關(guān)系91
8.3.4開關(guān)順序設(shè)計91
8.3.5逆變器輸出波形和諧波含量94
8.3.6消除偶次諧波96
8.4中點電壓控制97
8.4.1中點電壓偏移的原因98
8.4.2電動和再生運行模式的影響98
8.4.3中點電壓的反饋控制98
8.5基于載波的PWM方法99
8.6其他空間矢量調(diào)制算法100
8.6.1非連續(xù)空間矢量調(diào)制101
8.6.2基于兩電平算法的SVM101
8.7多電平二極管箝位式逆變器101
8.7.1四、五電平二極管箝位式逆變器101
8.7.2基于載波的PWM103
8.8NPC/H橋逆變器105
8.8.1逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)105
8.8.2調(diào)制方法105
8.8.3波形及諧波含量107
8.9小結(jié)108
附錄8A采用偶次諧波消除方法的三電平NPC
逆變器7段式開關(guān)順序108
參考文獻110

第9章其他多電平電壓源型逆變器111
9.1簡介111
9.2FC多電平逆變器111
9.2.1逆變器結(jié)構(gòu)111
9.2.2調(diào)制方法112
9.3ANPC逆變器113
9.3.1逆變器結(jié)構(gòu)113
9.3.2開關(guān)狀態(tài)113
9.3.3開關(guān)功率損耗分配的原理114
9.3.4調(diào)制方法和器件功耗分布115
9.3.5五電平ANPC逆變器116
9.4NPP逆變器117
9.4.1逆變器結(jié)構(gòu)117
9.4.2開關(guān)狀態(tài)117
9.4.3調(diào)制方法和中點電壓控制118
9.5NNPC逆變器119
9.5.1逆變器結(jié)構(gòu)119
9.5.2開關(guān)狀態(tài)119
9.5.3懸浮電容電壓控制的原理120
9.5.4帶電容電壓均壓控制的調(diào)制方法121
9.5.5更高電平NNPC逆變器123
9.6MMC逆變器124
9.6.1逆變器結(jié)構(gòu)124
9.6.2開關(guān)狀態(tài)和橋臂電壓125
9.6.3調(diào)制方法126
9.6.4MMC的懸浮電容電壓均壓控制127
9.6.5電容電壓紋波和環(huán)流電流130
9.7小結(jié)130
參考文獻131
第4部分PWM電流源型變頻器

第10章PWM電流源型逆變器135
10.1簡介135
10.2PWM電流源型逆變器135
10.2.1梯形波脈寬調(diào)制136
10.2.2特定諧波消除法138
10.3空間矢量調(diào)制141
10.3.1開關(guān)狀態(tài)141
10.3.2空間矢量141
10.3.3作用時間計算142
10.3.4開關(guān)順序143
10.3.5電流諧波分量146
10.3.6SVM、TPWM和SHE的比較146
10.4并聯(lián)電流源型逆變器146
10.4.1逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)146
10.4.2并聯(lián)逆變器空間矢量調(diào)制147
10.4.3中矢量對直流電流的影響148
10.4.4直流電流的平衡控制149
10.4.5試驗驗證150
10.5負(fù)載換相逆變器151
10.6小結(jié)152
附錄10A圖101中的逆變器采用SHE方法時
計算的開關(guān)角152
參考文獻153
第11章PWM電流源型整流器154
11.1簡介154
11.2單橋電流源型整流器154
11.2.1簡介154
11.2.2特定諧波消除法155
11.2.3整流器直流輸出電壓157
11.2.4空間矢量調(diào)制法158
11.3雙橋電流源型整流器158
11.3.1簡介158
11.3.2PWM方法159
11.3.3諧波成分160
11.4功率因數(shù)控制160
11.4.1簡介160
11.4.2α和ma的同時控制161
11.4.3功率因數(shù)曲線162
11.5有源阻尼控制163
11.5.1簡介163
11.5.2串聯(lián)和并聯(lián)諧振模式163
11.5.3有源阻尼原理164
11.5.4LC諧振抑制165
11.5.5諧波抑制166
11.5.6有源阻尼電阻的選擇168
11.6小結(jié)168
附錄11A電流源型整流器的開關(guān)角169
參考文獻170
第5部分大功率交流傳動系統(tǒng)

第12章電壓源型逆變器傳動系統(tǒng)173
12.1簡介173
12.2基于兩電平VSI的中壓傳動系統(tǒng)173
12.2.1功率變換模塊173
12.2.2帶無源前端的兩電平VSI傳動系統(tǒng)174
12.3二極管箝位式逆變器傳動系統(tǒng)175
12.3.1基于GCT的NPC逆變器傳動系統(tǒng)175
12.3.2基于IGBT的NPC逆變器傳動系統(tǒng)177
12.4多電平串聯(lián)H橋逆變器傳動系統(tǒng)178
12.4.1適用于2300V/4160V電動機的CHB逆變器傳動系統(tǒng)178
12.4.2適用于6.6kV/11.8kV電動機的CHB逆變器傳動系統(tǒng)180
12.5NPC/H橋逆變器傳動系統(tǒng)180
12.6基于ANPC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳動系統(tǒng)181
12.6.1三電平ANPC逆變器傳動系統(tǒng)181
12.6.2五電平ANPC逆變器傳動系統(tǒng)182
12.7基于MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳動系統(tǒng)182
12.810kV電壓等級的傳動系統(tǒng)183
12.9小結(jié)184
參考文獻184
第13章電流源型變頻器傳動系統(tǒng)185
13.1簡介185
13.2采用PWM整流器的電流源型變頻器傳動系統(tǒng)185
13.2.1采用單橋PWM整流器的電流源型變頻器傳動系統(tǒng)185
13.2.2專用電動機的電流源型逆變器傳動系統(tǒng)188
13.2.3采用雙橋PWM整流器的電流源型逆變器傳動系統(tǒng)188
13.3適用于常規(guī)變流電動機的無變壓器電流源型逆變器傳動系統(tǒng)189
13.4采用多脈波SCR整流器的電流源型逆變器傳動系統(tǒng)189
13.4.1采用18脈波SCR整流器的電流源型逆變器傳動系統(tǒng)189
13.4.2采用6脈波SCR整流器的低成本電流源型逆變器傳動系統(tǒng)190
13.5同步電動機的負(fù)載換相逆變器傳動系統(tǒng)190
13.5.112脈波輸入和6脈波輸出的LCI傳動系統(tǒng)190
13.5.212脈波輸入和12脈波輸出的LCI傳動系統(tǒng)191
13.6小結(jié)192
參考文獻192
第14章高性能傳動控制方法193
14.1簡介193
14.2坐標(biāo)變換193
14.2.1abc/dq坐標(biāo)變換193
14.2.2abc/αβ變換195
14.3異步電動機數(shù)學(xué)模型195
14.3.1空間矢量電動機模型195
14.3.2dq電動機模型196
14.3.3異步電動機暫態(tài)特性197
14.4磁場定向控制原理199
14.4.1磁場定向199
14.4.2FOC的控制框圖200
14.5直接磁場定向控制201
14.5.1系統(tǒng)框圖201
14.5.2轉(zhuǎn)子磁鏈計算202
14.6間接磁場定向控制204
14.7電流源型逆變器傳動系統(tǒng)的磁場定向控制205
14.8直接轉(zhuǎn)矩控制207
14.8.1直接轉(zhuǎn)矩控制的原理207
14.8.2開關(guān)邏輯208
14.8.3定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩計算211
14.8.4DTC傳動系統(tǒng)仿真211
14.8.5DTC和FOC方法之間的比較212
14.9小結(jié)213
參考文獻213
第15章同步電動機傳動系統(tǒng)控制214
15.1簡介214
15.2同步電動機的建模214
15.2.1電動機結(jié)構(gòu)214
15.2.2同步電動機的動態(tài)模型215
15.2.3穩(wěn)態(tài)等效電路217
15.3基于VSC驅(qū)動的同步電動機傳動系統(tǒng)ZDC控制218
15.3.1簡介218
15.3.2ZDC控制原理218
15.3.3VSC同步電動機傳動系統(tǒng)ZDC控制方法的實現(xiàn)219
15.3.4暫態(tài)過程分析220
15.4VSC同步電動機傳動系統(tǒng)的MTPA控制222
15.4.1簡介222
15.4.2MTPA控制原理222
15.4.3VSC同步電動機傳動系統(tǒng)MTPA控制方法的實現(xiàn)224
15.4.4暫態(tài)分析224
15.5VSC同步電動機傳動系統(tǒng)的DTC225
15.5.1簡介225
15.5.2DTC原理225
15.5.3VSC同步電動機傳動系統(tǒng)DTC的實現(xiàn)228
15.5.4暫態(tài)分析229
15.6CSC同步電動機傳動系統(tǒng)的控制230
15.6.1簡介230
15.6.2CSC同步電動機傳動系統(tǒng)的ZDC控制231
15.6.3CSC同步電動機傳動系統(tǒng)的ZDC控制暫態(tài)過程分析233
15.6.4CSC同步電動機傳動系統(tǒng)的MTPA控制234
15.7小結(jié)235
附錄15A附件236
參考文獻236
第6部分中壓傳動系統(tǒng)專題
第16章用于中壓傳動的矩陣變換器239
16.1簡介239
16.2經(jīng)典矩陣變換器239
16.2.1經(jīng)典矩陣變換器結(jié)構(gòu)239
16.2.2開關(guān)約束條件與波形合成240
16.3三模塊矩陣變換器242
16.3.1三相轉(zhuǎn)單相（3×1）MC模塊242
16.3.2三模塊MC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)243
16.3.3輸入和輸出波形244
16.4多模塊級聯(lián)矩陣變換器245
16.4.1九模塊CMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)246
16.4.2輸入輸出波形246
16.5用于中壓傳動的多模塊CMC248
16.6小結(jié)250
參考文獻250
第17章無變壓器的中壓傳動系統(tǒng)251
17.1簡介251
17.2共模電壓及常規(guī)解決方案251
17.2.1共模電壓的定義251
17.2.2共模電壓波形252
17.2.3傳統(tǒng)解決方案253
17.3多電平電壓源型變頻器的共模電壓抑制254
17.3.1降低共模電壓的空間矢量調(diào)制方法254
17.3.2共模電壓抑制方案1255
17.3.3共模電壓抑制方案2