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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1A12

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PF35

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PF57

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PF62

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PWM78

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SVM136

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PWM138

8.7 小结141

附录8A141

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10A178

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11A202

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FOC247

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