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第1章 绪论1

1.1 高压大功率交流变频调速技术的发展1

1.2 高压大功率交流变频调速系统的基本类型3

1.3 高压大功率交流变频调速系统的应用6

1.4 高压大功率交流变频调速系统发展中面临的问题7

第2章 高压变频用电力电子器件10

2.1 概述10

2.1.1 电力电子器件是影响高压变频器发展的重要因素10

2.1.2 高压变频器常用的电力电子器件及其分类10

2.1.3 本章主要探讨的问题11

2.2.1 PN结电力二极管12

2.2 电力二极管12

2.2.2 快恢复二极管13

2.3 晶闸管15

2.3.1 晶闸管的基本结构与工作原理15

2.3.2 晶闸管的基本特性与参数17

2.4 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）21

2.4.1 IGBT的基本结构与工作原理21

2.4.2 IGBT基本特性23

2.4.3 IGBT特性参数表26

2.4.4 IGBT驱动电路28

2.5 集成门极换流晶闸管（IGCT）47

2.5.1 IGCT工作原理48

2.5.2 IGCT基本特性49

2.5.3 IGCT特性参数51

2.5.4 IGCT的门极驱动技术52

2.6 注入增强栅晶体管（IEGT）53

2.6.1 IEGT的基本结构与工作原理53

2.6.2 IEGT的基本特性54

2.6.3 IEGT的最大额定值与主要技术参数55

2.7 电力电子器件的串并联设计57

2.7.1 电力电子器件的串联技术57

2.7.2 电力电子器件的并联技术60

第3章 高压交-交变频调速系统64

3.1 三相输出交-交变频器的基本原理64

3.1.1 三相-单相交-交变频基本原理65

3.1.2 有环流模式与无环流模式67

3.1.3 交-交变频器的控制70

3.1.4 三相-三相桥式交-交变频基本原理71

3.1.5 三相-三相桥式交-交变频器的输入输出谐波及输入功率因数72

3.1.6 三相-三相桥式交-交变频器的谐波及无功功率的抑制75

3.2 矩阵式交-交变频器77

3.3 三相高压交-交变频调速技术及应用79

3.3.1 电力电子器件参数选择及器件串联79

3.3.2 一种实际的高压交-交变频调速系统81

第4章 电流源型高压变频调速系统82

4.1 电流源型高压变频器的基本原理82

4.1.1 晶闸管方波输出电流源型变频器的基本原理82

4.1.2 晶闸管换相过程86

4.2.1 PWM式电流源型变频器的基本原理89

4.2 PWM式电流源型变频器89

4.2.2 逆变桥的换相过程92

4.3 电流源型变频器的谐波抑制93

4.3.1 电流源型变频器的输入串联多重化93

4.3.2 电流源型变频器的输出多重化95

4.4 电流源型高压变频器的产品设计97

第5章 三电平电压源型高压变频调速系统99

5.1 三电平电压源型高压变频调速技术的基本原理99

5.1.1 二极管钳位三电平电路的基本原理99

5.1.2 二极管钳位三电平电路的输出电压及负载电压105

5.1.3 二极管钳位三电平电路的软开关技术109

5.1.4 其他钳位方式三电平电路112

5.2 三电平空间电压矢量控制算法116

5.2.1 三电平空间电压矢量的合成116

5.2.2 三电平SVPWM的控制算法120

5.2.3 三电平SVPWM控制中的一些问题124

5.3 谐波和功率因数135

5.3.1 谐波与功率因数简介135

5.3.2 三电平的输入输出谐波和输入功率因数139

5.4 三电平PWM可控整流及电动机的四象限运行141

5.4.1 电动机的四象限运行及负载能量回馈141

5.4.2 PWM可控整流的基本原理144

5.4.3 三电平PWM可控整流的原理及SVPWM控制算法147

5.5 三电平产品的几种实现方案153

6.1 H桥功率单元串联式多电平的基本原理160

第6章 功率单元串联式多电平电压源型高压变频调速系统160

6.2 功率单元串联式多电平的输入多重化技术164

6.2.1 变压器延边三角形移相技术165

6.2.2 移相多重化整流技术171

6.2.3 本节小结180

6.3 功率单元串联式多电平的相关技术181

6.3.1 产品的可靠性181

6.3.2 变频器的制动186

6.3.3 飞速启动189

6.4 功率单元串联式多电平系统的输出性能分析190

6.4.1 输出谐波190

6.4.2 转矩脉动191

6.4.3 du/dt193

6.4.4 轴电压和轴电流194

6.4.5 输出导线长距离传输问题195

6.5 功率单元串联式多电平高压变频调速系统的基本构成196

6.5.1 输入部分197

6.5.2 功率变换部分197

6.5.3 检测与保护部分197

6.5.4 控制部分198

6.5.5 PLC198

6.6 其他派生的功率单元串联式多电平技术方案199

6.6.1 功率单元采用多电平结构的技术方案199

6.6.2 非对称结构功率单元串联式多电平变频调速系统200

6.6.3 混联式多电平技术方案203

7.1.1 PWM的基本概念206

第7章 高压变频器中常用PWM算法206

7.1 PWM技术概述206

7.1.2 PWM的类型207

7.2 调制波变换技术216

7.2.1 提高电压利用率的调制波变换技术218

7.2.2 减小开关损耗的调制波变换技术221

7.3 调制波分解技术224

7.3.1 调制波等比例分配225

7.3.2 调制波纵向分割方法231

7.4 波形连续变换技术235

7.5 空间电压矢量PWM244

7.5.1 三相异步电动机在三相对称正弦波电压供电时的特性244

7.5.2 空间电压矢量PWM方法247

7.5.3 SVPWM的特性分析253

第8章 高压变频的常用控制策略263

8.1 U/f控制263

8.1.1 异步电动机的工作原理及等效电路263

8.1.2 维持U1/f1＝常数的简单开环控制264

8.2 无速度传感器矢量控制266

8.2.1 基本原理267

8.2.2 无速度传感器矢量控制总体方案269

8.2.3 有速度传感器矢量控制方案279

8.3 直接转矩控制281

8.3.1 直接转矩控制系统的原理282

8.3.2 直接转矩控制系统的结构286

9.1 高-低-高式及高-低-低式变频调速系统290

第9章 高压变频调速的其他技术方案290

9.2 IGBT直接串联式两电平电压源型高压变频调速系统293

9.3 变压器耦合功率单元串联式高压变频拓扑295

9.4 具有多个分支绕组的交流电动机变频调速系统298

9.5 绕线转子异步电动机双馈调速及串级调速技术301

第10章 高压大功率交流变频调速系统的产品设计308

10.1 主电路的设计308

10.1.1 主电路拓扑结构参数的计算308

10.1.2 功率单元中电力电子器件的参数计算与选型310

10.2 检测与保护电路313

10.3 缓冲电路315

10.3.1 RC-VD缓冲电路的分析与计算316

10.3.2 逆变电路的常用缓冲电路319

10.3.3 大功率叠层功率母线321

10.4 电磁兼容性设计322

10.4.1 高压变频器输入侧的谐波问题323

10.4.2 高压变频器输出侧的谐波问题327

10.4.3 高压变频器的抗干扰问题331

10.5 散热与通风设计331

10.5.1 电力电子器件的散热设计331

10.5.2 功率单元的散热冷却设计334

10.5.3 整机的散热与通风设计337

10.6 可靠性340

10.6.1 可靠性指标341

10.6.2 高压变频器的可靠性模型342

10.6.3 提高可靠性的措施345

第11章 高压大功率交流调速系统的接口及应用349

11.1 DCS与PLC349

11.1.1 DCS349

11.1.2 PLC351

11.2 现场总线技术352

11.2.1 现场总线的概念352

11.2.2 现场总线技术特点353

11.2.3 现场总线通信协议特点354

11.2.4 典型现场总线技术与产品355

11.2.5 现场总线技术的应用357

11.3 高压变频器的接口设计358

11.4 泵与风机的调速运行原理360

11.4.1 泵与风机的节电基础361

11.4.2 泵与风机的运行调节365

11.4.3 泵或风机的联合运行367

11.5 大功率电动机调速方式371

11.5.1 交流调速方法371

11.5.2 各种交流调速方法的对比373

11.6 高压变频器在电厂中的应用375

11.6.1 高压变频器在电厂送引风机变频调速改造中的应用376

11.6.2 高压变频器在电厂循环水泵变频调速改造中的应用378

11.7 高压变频器在冶金企业中的应用378

11.8 高压变频器在煤矿通风机变频调速中的应用382

11.9 高压变频器在供水领域中的应用383

11.10 高压变频器在石化行业中的应用386

11.10.1 ACS1000变频器的主要特点386

11.10.2 系统改造方案386

11.10.3 系统运行效果388

11.11 高压变频器在电力牵引中的应用388

11.12 高压变频器在风洞中的应用389

第12章 高压变频调速系统的计算机仿真393

12.1 MATLAB仿真环境基本介绍394

12.1.1 MATLAB软件介绍394

12.1.2 Simulink工具箱介绍395

12.1.3 电力系统模块库（PSB）简介396

12.1.4 Subsystem的建立和Mask功能397

12.1.5 S函数介绍399

12.2 高压变频调速系统主电路的建模与仿真399

12.2.1 三电平电压源型高压变频调速系统的建模与仿真399

12.2.2 Simulink仿真的运行400

12.2.3 功率单元串联式多电平高压变频调速系统的建模与仿真406

12.3 高压变频调速系统多重化整流仿真研究412

12.3.1 48脉波多重化整流仿真412

12.3.2 144脉波多重化整流仿真416

12.4 高压变频调速系统常用控制策略仿真419

12.4.1 无速度传感器矢量控制系统仿真419

12.4.2 直接转矩控制系统仿真423

参考文献431