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第1章 电气调速传动概论1

概述1

引言1

电气传动发展史1

调速传动系统的优点3

调速传动系统的缺点4

传动系统的要求和规范7

市场要求7

传动规范10

传动系统的分类和特性11

按应用分类12

按电力电子器件类型分类13

按变频器类型分类14

第2章 异步电动机变频调速原理及特性19

异步电动机的原理与构造19

异步电动机的旋转磁场20

变频器与异步电动机22

定子电压与气隙磁通22

异步电动机的特性23

用工频电源传动时电动机的特性25

用变频器传动时电动机的特性26

异步电动机在变频与工频运行下特性比较27

等效电路27

空载特性27

负载特性28

转矩特性29

电动机温升及使用限制范围30

负载的转矩特性32

电动机的起动与起动电流33

噪声与振动34

抑制噪声、振动的对策37

第3章 变频器的电路方式及变频原理39

交-交变频电路方式39

传统式交-交变频工作原理39

传统式交-交变频运行方式41

传动式交-交变频主电路型式43

新式交-交矩阵变换器46

交-直-交变频电路方式47

电压型与电流型49

电压控制与电流控制51

PAM与PWM52

PWM的种类及原理53

多重化变频器56

正转与反转57

电动与再生57

第4章 变频器的构成、质量与可靠性59

变频器的构成59

主回路59

控制回路62

变频器的散热与通风64

风冷装置64

水冷装置64

变频器质量的性能指标65

变频器质量性能指标的内容65

变频器质量性能指标的简易评定方法68

变频器质量的可靠性指标71

变频器可靠性指标的分配72

元器件的选用75

元器件及模块的测试76

功率器件电路可靠性热设计技术77

变频器整机可靠性试验77

第5章 变频器对异步电动机的控制方式80

U／f恒定控制80

控制原理80

电压型变频器对异步电动机的U／f比恒定控制的构成83

转差频率控制85

控制原理86

转差频率控制的系统构成87

系统性能分析87

矢量控制91

矢量控制简介91

异步电动机的动态数学模型92

矢量控制理论97

转子磁场定向矢量控制系统的构成98

变频器的电压空间矢量和磁通轨迹控制101

PWM变频器输出电压的矢量表示101

磁通轨迹控制103

第6章 变频器用晶闸管106

普通晶闸管的特性和主要参数107

可关断晶闸管GTO109

可关断晶闸管导通与关断条件109

可关断晶闸管特性及主要参数110

GTO发展方向112

晶闸管触发器113

晶闸管智能模块114

模块的保护和控制118

MOS控制晶闸管MCT120

等效电路和开关特性121

MCT与其他电力电子器件的比较122

MCT的门极驱动123

集成门极换流晶闸管IGCT123

IGCT规格及应用范围124

IGCT的优越性125

IGCT技术参数127

IGCT的串联129

逆阻断型晶闸管GCT131

GCT的特点132

GCT的特性132

GCT的型号规格及外形尺寸133

GCT的应用134

第7章 变频器用晶体管136

开关二极管136

PN结的特性137

通用二极管的类型138

二极管及整流模块型号规格参数139

电力双极型晶体管BJT140

基本结构和工作原理142

静态特性144

动态特性147

晶体管基极驱动电路149

电力场效应晶体管MOSFECT153

电力场效应晶体管的结构153

通态电阻155

内部体二极管155

内部电容156

工作区157

开关特性160

安全工作区161

绝缘栅双极型晶体管IGBT162

基本结构和工作原理164

静态特性166

开通特性168

关断特性169

性能参数170

栅极驱动要求173

高压IGBT176

电子加强注入型绝缘栅极晶体管IEGT185

IEGT的基本原理186

产品和特性187

第8章 变频器用智能功率模块IPM188

智能功率模块的结构188

多层环氧树脂粘合结构188

铜箔直接键合结构190

额定值和特性190

最大额定值190

热阻191

电气特性192

推荐工作条件193

测试电路和测试条件193

安全工作区195

开关安全工作区196

短路安全工作区196

自保护功能197

自保护特点197

控制电源欠电压锁定（Uv）197

过热保护198

过电流保护（Oc）199

短路保护（Sc）200

IPM的选用202

控制电路电源204

控制功率消耗204

布线指南206

电路结构206

接口电路207

接口电路的要求207

布线指南208

IPM输入／输出电路210

接口电路的连接210

死区时间211

Fo输出信号使用212

HVIPM高压功率集成块212

电力电子器件的比较213

电力电子器件的未来发展方向214

第9章 高压大功率变频器的种类及特点215

矩形电压波交-交变频器215

工作原理215

换相过程和换组过程216

正弦电压波交-交变频器218

正弦电流波交-交变频器220

交-直-交电流源型变频器225

串联二极管式电流源型变频器226

输出滤波器换相式电流源型变频器226

负载换相式电流源型变频器228

GTO-PWM式电流源型变频器229

多电平交-直-交电压源型中（高）压变频器231

五种多电平结构的构成及比较231

多电平电压型变频器的基本原理及实例241

多脉波、多电平交-直-交电压源型中（高）压变频器248

多脉波电路对谐波的影响248

多脉波的构成249

多脉波变频器实例251

多重化功率单元变频器253

功率单元串联多电平变频器原理253

特点及构成实例256

具有再生能力多重化的中（高）压变频器263

直接串联IGBT、IGCT变频器264

直接串联IGBT变频器264

直接串联IGCT变频器268

直接串联组件变频器与其他变频电路方式的比较269

直接串联与交-交变频器的比较269

直接串联与电流源型变频器的比较270

直接串联与多电平、多重化电路方式的比较270

第10章 中小容量变频器的主电路及特点276

中小容量通用变频器276

通用变频器的主电路276

控制技术277

功能特点278

通用变频器的规格282

智能型变频器的主电路及特点284

系统的组成284

神经网络的结构284

硬件实现及结果286

高功率因数变频器的主电路及特点287

风机、水泵用节能型变频器的主电路及特点289

能量回馈式变频器的主电路及特点291

变频空调用变频器的主电路及特点293

变频压缩机293

变频控制系统293

一拖三变频空调模糊变频控制器295

单相电容分相式电动机变频器主电路及其特点297

单相电容电动机的工作原理298

单相电容电动机变频调速控制系统299

单相电容式电动机变频调速系统的实现300

输出电流波形301

第11章 变频器电磁兼容措施及配套设备选用指南302

对电源电网干扰的防止302

变频器接入配电电网302

防止不同电源网络电磁干扰的对策305

变频器输入侧产生高次谐波的机理309

变频器输入侧高次谐波对电网及其他设备的干扰311

防止变频器输入侧高次谐波干扰的配套设备318

输入侧进线电感小时，6脉冲变频器可加输入电抗器318

输入侧进线电感大时，可采用三相双开关两电平功率因数校正电路（PFC）321

有能量回馈要求时，可采用三相六开关功率因数校正电路（PFC）322

变频器输出侧PWM控制产生高次谐波的机理323

变频器输出侧高次谐波干扰的途径及对电动机的危害325

变频器输出侧高次谐波干扰途径325

输出侧高次谐波对电动机的危害325

防止变频器输出侧高次谐波的配套设备329

主电路采用多脉波、多电平、多重化330

防止干扰的配套设备330

数字电路干扰的产生及对策332

干扰的产生332

对策333

电磁兼容标准333

电压畸变率规定334

变频器抗干扰国际标准336

IEEE—519简介336

国外部分品牌变频器采标情况338

配套设备339

变频器主接线配套设备339

电源协调用交流电抗器（AC电抗器）341

改善功率因数直流电抗器（DC电抗器）342

电源滤波器342

第12章 按传动负载的类型和特性选用变频器及配套设备349

负载的类型和特性349

负载特性349

电动机传动工作制349

负载的起动转矩352

puGD2352

过负载353

齿轮的作用353

前馈控制与反馈控制354

速度控制355

电动机速度的确定条件355

加减速时间356

速度控制系统360

位置控制364

位置控制特点364

开环位置控制方式364

开环位置控制的设计要点365

手动决定位置的控制方式366

闭环位置控制方式366

张力控制369

采用转矩电流控制张力369

采用拉延控制张力370

采用调节辊控制张力371

采用张力检测器控制张力372

流量控制373

流量控制方法373

流量控制的特点374

采用变频器的流量控制系统374

配套设备375

系统设计要点377

温度控制378

温度控制的特点379

配套设备379

温度控制系统设计要点381

压力控制382

压力控制的特点382

给水泵压力控制382

出口恒压控制382

预测末端压恒定控制383

出口压阶段控制384

实际末端压恒定控制385

送风机的静压控制386

压力系统设计要点387

负载特性要求响应快388

要求响应快的原因388

快速响应的表达388

不同响应时间变频器的选择390

快速响应系统选择变频器的要点391

负载特性要求调节精度高392

要求高精度的系统392

高精度控制的实现393

负负载396

负负载的种类396

变频器的负负载控制功能397

再生过电压失速防止控制397

制动电阻与制动单元398

负负载系统变频器及配套设备选用指南404

冲击负载406

产生冲击负载的系统406

冲击负载产生的问题406

冲击负载系统的变频器及配套设备选用指南407

转矩波动大负载408

罗茨鼓风机409

第13章 按不同电动机的种类选择变频器及配套设备410

标准笼型电动机410

根据电动机电流选择变频器容量412

输出电压417

额定电压、额定频率时的转矩特性417

低速运转时的转矩特性418

短时最大转矩419

容许最高频率范围419

噪声420

振动420

绕线转子异步电动机420

同步电动机422

无刷直流电动机423

开关磁阻电动机424

直线电动机425

步进电动机425

集成电动机426

变频电动机427

低噪声、低振动变频电动机427

增高转矩特性变频电动机430

高速变频电动机431

带测速发电机的变频电动机432

矢量控制用变频电动机433

齿轮电动机433

频率范围433

容许最低频率433

连续运行转矩特性434

齿轮电动机的最佳用法435

其他注意事项435

带制动器的电动机435

变极电动机437

防爆电动机438

单相电动机438

参考文献440