大功率变频器及交流传动（原书第2版）

译者序
原书第2版前言
原书第1版前言

第1部分绪论
第1章概述3
1.1简介3
1.2技术难点4
1.2.1网侧的技术要求4
1.2.2电动机侧的技术要求5
1.2.3开关器件的限制5
1.2.4对传动系统的整体要求6
1.3变流器拓扑结构6
1.4中压传动工业产品7
1.5小结10
附录1A中压传动系统的应用概况10
参考文献10
第2章大功率半导体器件11
2.1简介11
2.2大功率开关器件12
2.2.1二极管12
2.2.2普通晶闸管12
2.2.3门极关断晶闸管13
2.2.4门极换流晶闸管14
2.2.5绝缘栅双极型晶体管16
2.2.6其他开关器件17
2.3功率器件的串联17
2.3.1电压不均衡的主要原因17
2.3.2GCT的电压均衡17
2.3.3IGBT的电压均衡18
2.4小结19
参考文献19
第2部分多脉波二极管和晶闸管整流器
第3章多脉波二极管整流器23
3.1简介23
3.26脉波二极管整流器23
3.2.1简介23
3.2.2容性负载24
3.2.3THD和PF的定义27
3.2.4标幺值系统27
3.2.56脉波二极管整流器的THD和PF28
3.3串联型多脉波二极管整流器29
3.3.112脉波串联型二极管整流器29
3.3.218脉波串联型二极管整流器32
3.3.324脉波串联型二极管整流器33
3.4分离型多脉波二极管整流器34
3.4.112脉波分离型二极管整流器34
3.4.218和24脉波分离型二极管整流器36
3.5小结38
参考文献38
第4章多脉波晶闸管整流器39
4.1简介39
4.26脉波晶闸管整流器39
4.2.1理想6脉波晶闸管整流器39
4.2.2网侧电感的影响41
4.2.3THD和PF43
4.312脉波晶闸管整流器43
4.3.1理想12脉波晶闸管整流器44
4.3.2线路电感和变压器漏电感的影响45
4.3.3THD和PF46
4.418和24脉波晶闸管整流器46
4.5小结48
参考文献48
第5章移相变压器49
5.1简介49
5.2Y/Z移相变压器49
5.2.1Y/Z1型移相变压器49
5.2.2Y/Z2型移相变压器50
5.3△/Z移相变压器51
5.4谐波电流的消除52
5.4.1谐波电流的相移52
5.4.2谐波的消除53
5.5小结54
第3部分多电平电压源型逆变器
第6章两电平电压源型逆变器57
6.1简介57
6.2正弦波脉宽调制57
6.2.1调制方法57
6.2.2谐波成分58
6.2.3过调制59
6.2.4三次谐波注入PWM59
6.3空间矢量调制60
6.3.1开关状态60
6.3.2空间矢量61
6.3.3作用时间计算62
6.3.4调制因数63
6.3.5开关顺序63
6.3.6频谱分析65
6.3.7偶次谐波的消除66
6.3.8不连续空间矢量调制68
6.4小结70
参考文献70
第7章串联H桥多电平逆变器71
7.1简介71
7.2H桥逆变器71
7.2.1双极性调制法71
7.2.2单极性调制法73
7.3多电平逆变器拓扑结构74
7.3.1采用相同电压直流电源的串联H桥逆变器74
7.3.2采用不同电压直流电源的串联H桥逆变器75
7.4基于载波的PWM76
7.4.1移相载波调制法76
7.4.2移幅载波调制法78
7.4.3移相和移幅载波PWM方法的比较81
7.5阶梯波调制方法82
7.6小结83
参考文献84
第8章二极管箝位式多电平逆变器85
8.1简介85
8.2三电平NPC逆变器85
8.2.1拓扑结构85
8.2.2开关状态85
8.2.3换流86
8.3空间矢量调制88
8.3.1静止空间矢量88
8.3.2作用时间计算89
8.3.3Vref位置与保持时间之间的关系91
8.3.4开关顺序设计91
8.3.5逆变器输出波形和谐波含量94
8.3.6消除偶次谐波96
8.4中点电压控制97
8.4.1中点电压偏移的原因98
8.4.2电动和再生运行模式的影响98
8.4.3中点电压的反馈控制98
8.5基于载波的PWM方法99
8.6其他空间矢量调制算法100
8.6.1非连续空间矢量调制101
8.6.2基于两电平算法的SVM101
8.7多电平二极管箝位式逆变器101
8.7.1四、五电平二极管箝位式逆变器101
8.7.2基于载波的PWM103
8.8NPC/H桥逆变器105
8.8.1逆变器拓扑结构105
8.8.2调制方法105
8.8.3波形及谐波含量107
8.9小结108
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108
参考文献110

第9章其他多电平电压源型逆变器111
9.1简介111
9.2FC多电平逆变器111
9.2.1逆变器结构111
9.2.2调制方法112
9.3ANPC逆变器113
9.3.1逆变器结构113
9.3.2开关状态113
9.3.3开关功率损耗分配的原理114
9.3.4调制方法和器件功耗分布115
9.3.5五电平ANPC逆变器116
9.4NPP逆变器117
9.4.1逆变器结构117
9.4.2开关状态117
9.4.3调制方法和中点电压控制118
9.5NNPC逆变器119
9.5.1逆变器结构119
9.5.2开关状态119
9.5.3悬浮电容电压控制的原理120
9.5.4带电容电压均压控制的调制方法121
9.5.5更高电平NNPC逆变器123
9.6MMC逆变器124
9.6.1逆变器结构124
9.6.2开关状态和桥臂电压125
9.6.3调制方法126
9.6.4MMC的悬浮电容电压均压控制127
9.6.5电容电压纹波和环流电流130
9.7小结130
参考文献131
第4部分PWM电流源型变频器

第10章PWM电流源型逆变器135
10.1简介135
10.2PWM电流源型逆变器135
10.2.1梯形波脉宽调制136
10.2.2特定谐波消除法138
10.3空间矢量调制141
10.3.1开关状态141
10.3.2空间矢量141
10.3.3作用时间计算142
10.3.4开关顺序143
10.3.5电流谐波分量146
10.3.6SVM、TPWM和SHE的比较146
10.4并联电流源型逆变器146
10.4.1逆变器拓扑结构146
10.4.2并联逆变器空间矢量调制147
10.4.3中矢量对直流电流的影响148
10.4.4直流电流的平衡控制149
10.4.5试验验证150
10.5负载换相逆变器151
10.6小结152
附录10A图101中的逆变器采用SHE方法时
计算的开关角152
参考文献153
第11章PWM电流源型整流器154
11.1简介154
11.2单桥电流源型整流器154
11.2.1简介154
11.2.2特定谐波消除法155
11.2.3整流器直流输出电压157
11.2.4空间矢量调制法158
11.3双桥电流源型整流器158
11.3.1简介158
11.3.2PWM方法159
11.3.3谐波成分160
11.4功率因数控制160
11.4.1简介160
11.4.2α和ma的同时控制161
11.4.3功率因数曲线162
11.5有源阻尼控制163
11.5.1简介163
11.5.2串联和并联谐振模式163
11.5.3有源阻尼原理164
11.5.4LC谐振抑制165
11.5.5谐波抑制166
11.5.6有源阻尼电阻的选择168
11.6小结168
附录11A电流源型整流器的开关角169
参考文献170
第5部分大功率交流传动系统

第12章电压源型逆变器传动系统173
12.1简介173
12.2基于两电平VSI的中压传动系统173
12.2.1功率变换模块173
12.2.2带无源前端的两电平VSI传动系统174
12.3二极管箝位式逆变器传动系统175
12.3.1基于GCT的NPC逆变器传动系统175
12.3.2基于IGBT的NPC逆变器传动系统177
12.4多电平串联H桥逆变器传动系统178
12.4.1适用于2300V/4160V电动机的CHB逆变器传动系统178
12.4.2适用于6.6kV/11.8kV电动机的CHB逆变器传动系统180
12.5NPC/H桥逆变器传动系统180
12.6基于ANPC 拓扑结构的传动系统181
12.6.1三电平ANPC逆变器传动系统181
12.6.2五电平ANPC逆变器传动系统182
12.7基于MMC拓扑结构的传动系统182
12.810kV电压等级的传动系统183
12.9小结184
参考文献184
第13章电流源型变频器传动系统185
13.1简介185
13.2采用PWM整流器的电流源型变频器传动系统185
13.2.1采用单桥PWM整流器的电流源型变频器传动系统185
13.2.2专用电动机的电流源型逆变器传动系统188
13.2.3采用双桥PWM整流器的电流源型逆变器传动系统188
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189
13.4采用多脉波SCR整流器的电流源型逆变器传动系统189
13.4.1采用18脉波SCR整流器的电流源型逆变器传动系统189
13.4.2采用6脉波SCR整流器的低成本电流源型逆变器传动系统190
13.5同步电动机的负载换相逆变器传动系统190
13.5.112脉波输入和6脉波输出的LCI传动系统190
13.5.212脉波输入和12脉波输出的LCI传动系统191
13.6小结192
参考文献192
第14章高性能传动控制方法193
14.1简介193
14.2坐标变换193
14.2.1abc/dq坐标变换193
14.2.2abc/αβ变换195
14.3异步电动机数学模型195
14.3.1空间矢量电动机模型195
14.3.2dq电动机模型196
14.3.3异步电动机暂态特性197
14.4磁场定向控制原理199
14.4.1磁场定向199
14.4.2FOC的控制框图200
14.5直接磁场定向控制201
14.5.1系统框图201
14.5.2转子磁链计算202
14.6间接磁场定向控制204
14.7电流源型逆变器传动系统的磁场定向控制205
14.8直接转矩控制207
14.8.1直接转矩控制的原理207
14.8.2开关逻辑208
14.8.3定子磁链和转矩计算211
14.8.4DTC传动系统仿真211
14.8.5DTC和FOC方法之间的比较212
14.9小结213
参考文献213
第15章同步电动机传动系统控制214
15.1简介214
15.2同步电动机的建模214
15.2.1电动机结构214
15.2.2同步电动机的动态模型215
15.2.3稳态等效电路217
15.3基于VSC驱动的同步电动机传动系统ZDC控制218
15.3.1简介218
15.3.2ZDC控制原理218
15.3.3VSC同步电动机传动系统ZDC控制方法的实现219
15.3.4暂态过程分析220
15.4VSC同步电动机传动系统的MTPA控制222
15.4.1简介222
15.4.2MTPA控制原理222
15.4.3VSC同步电动机传动系统MTPA控制方法的实现224
15.4.4暂态分析224
15.5VSC同步电动机传动系统的DTC225
15.5.1简介225
15.5.2DTC原理225
15.5.3VSC同步电动机传动系统DTC的实现228
15.5.4暂态分析229
15.6CSC同步电动机传动系统的控制230
15.6.1简介230
15.6.2CSC同步电动机传动系统的ZDC控制231
15.6.3CSC同步电动机传动系统的ZDC控制暂态过程分析233
15.6.4CSC同步电动机传动系统的MTPA控制234
15.7小结235
附录15A附件236
参考文献236
第6部分中压传动系统专题
第16章用于中压传动的矩阵变换器239
16.1简介239
16.2经典矩阵变换器239
16.2.1经典矩阵变换器结构239
16.2.2开关约束条件与波形合成240
16.3三模块矩阵变换器242
16.3.1三相转单相（3×1）MC模块242
16.3.2三模块MC拓扑结构243
16.3.3输入和输出波形244
16.4多模块级联矩阵变换器245
16.4.1九模块CMC拓扑结构246
16.4.2输入输出波形246
16.5用于中压传动的多模块CMC248
16.6小结250
参考文献250
第17章无变压器的中压传动系统251
17.1简介251
17.2共模电压及常规解决方案251
17.2.1共模电压的定义251
17.2.2共模电压波形252
17.2.3传统解决方案253
17.3多电平电压源型变频器的共模电压抑制254
17.3.1降低共模电压的空间矢量调制方法254
17.3.2共模电压抑制方案1255
17.3.3共模电压抑制方案2