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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

5.2.1Y/？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？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

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