譯者序

前言

第1部分緒論

第1章概述

1 1簡介

1 2技術難點

1 2 1網側的技術要求

1 2 2電動機側的技術要求

1 2 3開關器件的限制

1 2 4對傳動繫統的整體要求

1 3變頻器拓撲結構

1 4中壓傳動工業產品

1 5小結

附錄1A中壓傳動繫統的應用概況

參考文獻

第2章大功率半導體器件

2 1簡介

2 2大功率開關器件

2 2 1二極管

2 2 2普通晶閘管

2 2 3門極關斷晶閘管

2 2 4門極換向晶閘管

2 2 5絕緣柵雙極型晶體管

2 2 6其他開關器件

2 3器件的串聯運行

2 3 1電壓不均衡的主要原因

2 3 2GCT的電壓均衡

2 3 3IGBT的電壓均衡

2 4小結

參考文獻

第2部分多脈波二極管和SCR整流器

第3章多脈波二極管整流器

3 1簡介

3 26脈波二極管整流器

3 2 1簡介

3 2 2容性負載

3 2 3THD和PF的定義

3 2 4標幺值繫統

3 2 56脈波二極管整流器的THD和PF

3 3串聯型多脈波二極管整流器

3 3 112脈波串聯型二極管整流器

3 3 218脈波串聯型二極管整流器

3 3 324脈波串聯型二極管整流器

3 4分離型多脈波二極管整流器

3 4 112脈波分離型二極管整流器

3 4 218和24脈波分離型二極管整流器

3 5小結

參考文獻

第4章多脈波晶閘管整流器

4 1簡介

4 26脈波晶閘管整流器

4 2 1理想6脈波晶閘管整流器

4 2 2網側電感的影響

4 2 3THD和PF

4 312脈波晶閘管整流器

4 3 1理想12脈波晶閘管整流器

4 3 2線路電感和變壓器漏電感的影響

4 3 3THD和PF

4 418和24脈波晶閘管整流器

4 5小結

參考文獻

第5章移相變壓器

5 1簡介

5 2一次側繞組為接二次側繞組為延邊三角形的移相變壓器

5 2 1/型移相變壓器

5 2 2/型移相變壓器

5 3一次側繞組為三角形二次側繞組為延邊三角形的移相變壓器

5 4諧波電流的消除

5 4 1諧波電流的相移

5 4 2諧波的消除

5 5小結

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

6 1簡介

6 2正弦波脈寬調制

6 2 1調制方法

6 2 2諧波成分

6 2 3過調制

6 2 4三次諧波注入PWM

6 3空間矢量調制

6 3 1開關狀態

6 3 2空間矢量

6 3 3作用時間計算

6 3 4調制因數

6 3 5開關順序

6 3 6頻譜分析

6 3 7偶次諧波的消除

6 3 8不連續空間矢量調制

6 4小結

參考文獻

第7章串聯H橋多電平逆變器

7 1簡介

7 2H橋逆變器

7 2 1雙極性調制法

7 2 2單極性調制法

7 3多電平逆變器拓撲結構

7 3 1采用相同電壓直流電源的串聯H橋逆變器

7 3 2采用不同電壓直流電源的串聯H橋逆變器

7 4基於載波的PWM控制法

7 4 1移相載波調制法

7 4 2移幅載波調制法

7 4 3移相和移幅載波PWM方法的比較

7 5階梯波調制方法

7 6小結

參考文獻

第8章二極管箝位式多電平逆變器

8 1簡介

8 2三電平逆變器

8 2 1拓撲結構

8 2 2開關狀態

8 2 3換相

8 3空間矢量調制

8 3 1靜止空間矢量

8 3 2作用時間計算

8 3 3Vref位置與保持時間之間的關繫

8 3 4開關順序設計

8 3 5逆變器輸出波形和諧波含量

8 3 6消除偶次諧波

8 4中點電壓控制

8 4 1中點電壓偏移的原因

8 4 2電動和再生運行模式的影響

8 4 3中點電壓的反饋控制

8 5其他空間矢量調制算法

8 5 1非連續空間矢量調制

8 5 2基於兩電平算法的SVM

8 6多電平二極管箝位式逆變器

8 6 1四、五電平二極管箝位式逆變器

8 6 2基於載波的PWM

8 7小結

附錄8A采用偶次諧波消除方法的三電平NPC逆變器7段式開關順序

參考文獻

第9章其他多電平電壓源型逆變器

9 1簡介

9 2NPC/H橋逆變器

9 2 1拓撲結構

9 2 2調制方法

9 2 3波形和諧波分量

9 3多電平電容懸浮式逆變器

9 3 1拓撲結構

9 3 2調制方法

9 4小結

參考文獻

第4部分PWM電流源型變頻器

第10章PWM電流源型逆變器

10 1簡介

10 2PWM電流源型逆變器

10 2 1梯形波脈寬調制

10 2 2特定諧波消除法

10 3空間矢量調制

10 3 1開關狀態

10 3 2空間矢量

10 3 3作用時間計算

10 3 4開關順序

10 3 5電流諧波分量

10 3 6SVM、TPWM和SHE的比較

10 4並聯電流源型逆變器

10 4 1逆變器拓撲結構

10 4 2並聯逆變器空間矢量調制

10 4 3中矢量對直流電流的影響

10 4 4直流電流的平衡控制

10 4 5試驗驗證

10 5負載換相逆變器

10 6小結

附錄10A圖101中的逆變器采用SHE方法時計算的開關角

參考文獻

第11章PWM電流源型整流器

11 1簡介

11 2單橋電流源型整流器

11 2 1簡介

11 2 2特定諧波消除法

11 2 3整流器直流輸出電壓

11 2 4空間矢量調制法

11 3雙橋電流源型整流器

11 3 1簡介

11 3 2PWM方法

11 3 3諧波成分

11 4功率因數控制

11 4 1簡介

11 4 2α和ma的同時控制

11 4 3功率因數曲線

11 5有源阻尼控制

11 5 1簡介

11 5 2串聯和並聯諧振模式

11 5 3有源阻尼原理

11 5 4LC諧振抑制

11 5 5諧波抑制

11 5 6有源阻尼電阻的選擇

11 6小結

附錄11A電流源型整流器的開關角

參考文獻

第5部分大功率交流傳動繫統

第12章電壓源型逆變器傳動繫統

12 1簡介

12 2基於兩電平VSI的中壓傳動繫統

12 2 1功率變換模塊

12 2 2帶不控前端的兩電平VSI傳動繫統

12 3中點箝位式逆變器傳動繫統

12 3 1基於GCT的NPC逆變器傳動繫統

12 3 2基於IGBT的NPC逆變器傳動繫統

12 4多電平串聯H橋逆變器傳動繫統

12 4 1適用於2300V/4160V電動機的CHB逆變器傳動繫統

12 4 2適用於6 6kV/11 8kV電動機的CHB逆變器傳動繫統

12 5NPC/H橋逆變器傳動繫統

12 6小結

參考文獻

第13章電流源型變頻器傳動繫統

13 1簡介

13 2采用PWM整流器的電流源型變頻器傳動繫統

13 2 1采用單橋PWM整流器的電流源型變頻器傳動繫統

13 2 2專用電動機的電流源型變頻器傳動繫統

13 2 3采用雙橋PWM整流器的電流源型變頻器傳動繫統

13 3適用於常規變流電動機的無變壓器電流源型逆變器傳動繫統

13 3 1新型電流源型變頻器的拓撲結構

13 3 2用於抑制共模電壓的一體化直流電抗器

13 4采用多脈波SCR整流器的電流源型變頻器傳動繫統

13 4 1采用18脈波SCR整流器的電流源型變頻器傳動繫統

13 4 2采用6脈波SCR整流器的低成本電流源型變頻器傳動繫統

13 5同步電動機的負載換相逆變器傳動繫統

13 5 112脈波輸入和6脈波輸出的LCI傳動繫統

13 5 212脈波輸入和12脈波輸出的LCI傳動繫統

13 6小結

參考文獻

第14章高性能傳動控制方法

14 1簡介

14 2坐標變換

14 2 1abc/dq坐標變換

14 2 23/2靜止變換

14 3異步電動機數學模型

14 3 1空間矢量電動機模型

14 3 2dq電動機模型

14 3 3異步電動機暫態特性

14 4磁場定向控制原理

14 4 1磁場定向

14 4 2FOC的控制框圖

14 5直接磁場定向控制

14 5 1繫統框圖

14 5 2轉子磁鏈計算

14 5 3電流控制VSI變頻器的直接FOC

14 6間接磁場定向控制

14 7電流源型逆變器傳動繫統的磁場定向控制

14 8直接轉矩控制

14 8 1直接轉矩控制的原理

14 8 2開關邏輯

14 8 3定子磁鏈和轉矩計算

14 8 4DTC傳動繫統仿真

14 8 5DTC和FOC方法之間的比較

14 9小結

參考文獻

附錄

附錄A縮略語中英文對照表

附錄B教學作業

B 1簡介

B 2教學作業示例--教學作業 3：兩電平VSI的空間矢量調制方法

B 3教學作業答案

隨著電力半導體器件（尤其是IGBT和GCT）的迅速發展，中壓大功率傳動設備在石油化工、礦山開采、軋鋼和冶金、運輸等工業領域得到了越來越廣泛的應用，節約了電能、增加了產量並提高了產品質量。

雖然專家、學者和技術人員對於中壓（23-138kV）大功率（1-100MW）傳動繫統的研究工作一直在持續進行，但介紹相關前沿技術的書籍卻並不多見。本書則致力於此，完整而又詳盡地介紹了各種大功率變頻器的拓撲結構及原理、傳動繫統的組成，以及與此相關的各種先進控制策略。

本書包括了中壓大功率傳動領域發展的前沿技術，不但通過表格、框圖、波形圖等給出了繫統設計參考，而且還介紹了實際產品設計中的各種關鍵技術難點及其解決方法。對於所有重要的概念、控制原理和核心控制技術，書中都給出了計算機仿真結果和實際裝置的實驗波形。本書可作為學術研究、產品開發等專業技術人員或產品工程師的參考。書中同時詳細地給出了多個專題的相關技術背景，也非常適合於作為電力電子及交流傳動專業的研究生教材。

本書可分為5個部分，共14章。

第1部分為緒論，總體介紹了中壓大功率變頻器的市場分析、繫統結構、工業典型應用、變頻器拓撲結構以及各種電力半導體器件等。其中，重點介紹了中壓變頻器具有普遍意義的關鍵技術要求和難點（對於低壓傳動繫統來說，從不同角度分析時，關鍵技術和難點也往往不同）。

第2部分介紹多脈波二極管及晶閘管整流器，內容包括中壓變頻器中為降低網側線電流畸變常用到的12、18和24脈波整流器的拓撲結構；同時也介紹了多脈波整流器中經常用到的移相變壓器，並詳細討論了基於移相變壓器消除主要諧波的原理。

第3部分介紹了多電平電壓源型逆變器，詳細分析並比較了各種多電平電壓源型逆變器的拓撲結構，包括典型的中點箝位多電平結構和串聯H橋多電平結構；在此基礎上，介紹了基於載波和基於空間矢量的兩大類多電平脈寬調制方法。

第4部分討論了中壓逆變器中的PWM電流源型逆變器和整流器，分析了梯形波調制方法、特定諧波消除方法以及電流源型變頻器的空間矢量調制方法。在這部分中，同時分析了功率因數為1的控制方法，以及有源阻尼控制方法。

後，第5部分介紹了大功率交流傳動繫統，給出了國際上各大公司開發的電壓源型和電流源型變頻器，並比較了各種結構的特點和優缺點；此後，介紹了磁場定向矢量控制和直接轉矩控制兩種為廣泛使用的控制方法。書中力爭用簡單和容易理解的方式把兩種控制方法介紹得清晰、簡潔。

附錄為在研究生課程教學中使用的12個基於計算機仿真的教學作業，各教學作業的詳細分析和答案可參見指導手冊（另單獨發行）。指導手冊中同時有各章節的講解演示文稿（基於幻燈片形式）。

後，謹向RockwellAutomation（加拿大）公司的同事們表示誠摯的感謝，尤其是SteveRizzo、NavidZargari和FrankDeWinter，感謝和他們進行的無數次技術探討，感謝12年來一起在研究開發中壓傳動繫統中愉快而又富有成效的合作！同時真誠感謝我的恩師，ShashiDowan博士和GordonSlemon博士，感謝兩位導師在我於Toronto大學攻讀碩士和博士學位期間的諄諄教導，是他們使得我在大功率傳動繫統的研究方面受益匪淺！感謝RPM工程公司的RobertHanna博士，感謝他對原稿的仔細審讀，並提出了很多寶貴的意見！同時，感謝所有在Ryerson大學電氣傳動應用及研究實驗室（LEDAR）先後工作過的博士後、博士和碩士生們，感謝他們在準備本書書稿中給予的協助和支持！感謝ASIRobicon、ABB、SiemensAG及RockwellAutomation公司，感謝他們為書中提供了中壓傳動繫統的照片。後，非常感謝我的夫人Janice及我的女兒Linda，感謝她們在完成此書期間給予的關心、理解、支持，以及在寫作上帶來的靈感。

BinWu於加拿大多倫多