大功率變頻器及交流傳動(原書第2版)（簡體書）

《大功率變頻器及交流傳動》(原書第2版)詳細而又完整地介紹了大功率變頻器及中壓交流傳動的前沿技術，包括各種大功率變頻器的拓撲結構、脈衝調製方法、先進的控制策略以及工業產品設計經驗等。《大功率變頻器及交流傳動》(原書第2版)對目前的主要理論和控制方法都給出了計算機仿真結果和試驗波形，並詳細分析了實際產品設計和工業應用中的各種問題。《大功率變頻器及交流傳動》(原書第2版)是作者30多年大功率變頻器設計及應用的經驗積累，可作為本科生和研究生的教材使用，對廣大科研人員、產品設計人員及工程技術人員也有非常好的學習和參考價值。

吳斌，加拿大Ryerson大學的教授、加拿大自然科學與工程研究理事會/Rockwell Automation的電力電子與電氣傳動首席科學家。

譯者序
原書第2版前言
原書第1版前言

第1部分緒論
第1章概述3
1.1簡介3
1.2技術難點4
1.2.1網側的技術要求4
1.2.2電動機側的技術要求5
1.2.3開關器件的限制5
1.2.4對傳動系統的整體要求6
1.3變流器拓撲結構6
1.4中壓傳動工業產品7
1.5小結10
附錄1A中壓傳動系統的應用概況10
參考文獻10
第2章大功率半導體器件11
2.1簡介11
2.2大功率開關器件12
2.2.1二極管12
2.2.2普通晶閘管12
2.2.3門極關斷晶閘管13
2.2.4門極換流晶閘管14
2.2.5絕緣柵雙極型晶體管16
2.2.6其他開關器件17
2.3功率器件的串聯17
2.3.1電壓不均衡的主要原因17
2.3.2GCT的電壓均衡17
2.3.3IGBT的電壓均衡18
2.4小結19
參考文獻19
第2部分多脈波二極管和晶閘管整流器
第3章多脈波二極管整流器23
3.1簡介23
3.26脈波二極管整流器23
3.2.1簡介23
3.2.2容性負載24
3.2.3THD和PF的定義27
3.2.4標么值系統27
3.2.56脈波二極管整流器的THD和PF28
3.3串聯型多脈波二極管整流器29
3.3.112脈波串聯型二極管整流器29
3.3.218脈波串聯型二極管整流器32
3.3.324脈波串聯型二極管整流器33
3.4分離型多脈波二極管整流器34
3.4.112脈波分離型二極管整流器34
3.4.218和24脈波分離型二極管整流器36
3.5小結38
參考文獻38
第4章多脈波晶閘管整流器39
4.1簡介39
4.26脈波晶閘管整流器39
4.2.1理想6脈波晶閘管整流器39
4.2.2網側電感的影響41
4.2.3THD和PF43
4.312脈波晶閘管整流器43
4.3.1理想12脈波晶閘管整流器44
4.3.2線路電感和變壓器漏電感的影響45
4.3.3THD和PF46
4.418和24脈波晶閘管整流器46
4.5小結48
參考文獻48
第5章移相變壓器49
5.1簡介49
5.2Y/Z移相變壓器49
5.2.1Y/Z1型移相變壓器49
5.2.2Y/Z2型移相變壓器50
5.3△/Z移相變壓器51
5.4諧波電流的消除52
5.4.1諧波電流的相移52
5.4.2諧波的消除53
5.5小結54
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57
6.1簡介57
6.2正弦波脈寬調製57
6.2.1調製方法57
6.2.2諧波成分58
6.2.3過調製59
6.2.4三次諧波注入PWM59
6.3空間矢量調製60
6.3.1開關狀態60
6.3.2空間矢量61
6.3.3作用時間計算62
6.3.4調製因數63
6.3.5開關順序63
6.3.6頻譜分析65
6.3.7偶次諧波的消除66
6.3.8不連續空間矢量調製68
6.4小結70
參考文獻70
第7章串聯H橋多電平逆變器71
7.1簡介71
7.2H橋逆變器71
7.2.1雙極性調製法71
7.2.2單極性調製法73
7.3多電平逆變器拓撲結構74
7.3.1採用相同電壓直流電源的串聯H橋逆變器74
7.3.2採用不同電壓直流電源的串聯H橋逆變器75
7.4基於載波的PWM76
7.4.1移相載波調製法76
7.4.2移幅載波調製法78
7.4.3移相和移幅載波PWM方法的比較81
7.5階梯波調製方法82
7.6小結83
參考文獻84
第8章二極管箝位式多電平逆變器85
8.1簡介85
8.2三電平NPC逆變器85
8.2.1拓撲結構85
8.2.2開關狀態85
8.2.3換流86
8.3空間矢量調製88
8.3.1靜止空間矢量88
8.3.2作用時間計算89
8.3.3Vref位置與保持時間之間的關係91
8.3.4開關順序設計91
8.3.5逆變器輸出波形和諧波含量94
8.3.6消除偶次諧波96
8.4中點電壓控制97
8.4.1中點電壓偏移的原因98
8.4.2電動和再生運行模式的影響98
8.4.3中點電壓的反饋控制98
8.5基於載波的PWM方法99
8.6其他空間矢量調製算法100
8.6.1非連續空間矢量調製101
8.6.2基於兩電平算法的SVM101
8.7多電平二極管箝位式逆變器101
8.7.1四、五電平二極管箝位式逆變器101
8.7.2基於載波的PWM103
8.8NPC/H橋逆變器105
8.8.1逆變器拓撲結構105
8.8.2調製方法105
8.8.3波形及諧波含量107
8.9小結108
附錄8A採用偶次諧波消除方法的三電平NPC
逆變器7段式開關順序108
參考文獻110

第9章其他多電平電壓源型逆變器111
9.1簡介111
9.2FC多電平逆變器111
9.2.1逆變器結構111
9.2.2調製方法112
9.3ANPC逆變器113
9.3.1逆變器結構113
9.3.2開關狀態113
9.3.3開關功率損耗分配的原理114
9.3.4調製方法和器件功耗分佈115
9.3.5五電平ANPC逆變器116
9.4NPP逆變器117
9.4.1逆變器結構117
9.4.2開關狀態117
9.4.3調製方法和中點電壓控制118
9.5NNPC逆變器119
9.5.1逆變器結構119
9.5.2開關狀態119
9.5.3懸浮電容電壓控制的原理120
9.5.4帶電容電壓均壓控制的調製方法121
9.5.5更高電平NNPC逆變器123
9.6MMC逆變器124
9.6.1逆變器結構124
9.6.2開關狀態和橋臂電壓125
9.6.3調製方法126
9.6.4MMC的懸浮電容電壓均壓控制127
9.6.5電容電壓紋波和環流電流130
9.7小結130
參考文獻131
第4部分PWM電流源型變頻器

第10章PWM電流源型逆變器135
10.1簡介135
10.2PWM電流源型逆變器135
10.2.1梯形波脈寬調製136
10.2.2特定諧波消除法138
10.3空間矢量調製141
10.3.1開關狀態141
10.3.2空間矢量141
10.3.3作用時間計算142
10.3.4開關順序143
10.3.5電流諧波分量146
10.3.6SVM、TPWM和SHE的比較146
10.4並聯電流源型逆變器146
10.4.1逆變器拓撲結構146
10.4.2並聯逆變器空間矢量調製147
10.4.3中矢量對直流電流的影響148
10.4.4直流電流的平衡控制149
10.4.5試驗驗證150
10.5負載換相逆變器151
10.6小結152
附錄10A圖101中的逆變器採用SHE方法時
計算的開關角152
參考文獻153
第11章PWM電流源型整流器154
11.1簡介154
11.2單橋電流源型整流器154
11.2.1簡介154
11.2.2特定諧波消除法155
11.2.3整流器直流輸出電壓157
11.2.4空間矢量調製法158
11.3雙橋電流源型整流器158
11.3.1簡介158
11.3.2PWM方法159
11.3.3諧波成分160
11.4功率因數控制160
11.4.1簡介160
11.4.2α和ma的同時控制161
11.4.3功率因數曲線162
11.5有源阻尼控制163
11.5.1簡介163
11.5.2串聯和並聯諧振模式163
11.5.3有源阻尼原理164
11.5.4LC諧振抑制165
11.5.5諧波抑制166
11.5.6有源阻尼電阻的選擇168
11.6小結168
附錄11A電流源型整流器的開關角169
參考文獻170
第5部分大功率交流傳動系統

第12章電壓源型逆變器傳動系統173
12.1簡介173
12.2基於兩電平VSI的中壓傳動系統173
12.2.1功率變換模塊173
12.2.2帶無源前端的兩電平VSI傳動系統174
12.3二極管箝位式逆變器傳動系統175
12.3.1基於GCT的NPC逆變器傳動系統175
12.3.2基於IGBT的NPC逆變器傳動系統177
12.4多電平串聯H橋逆變器傳動系統178
12.4.1適用於2300V/4160V電動機的CHB逆變器傳動系統178
12.4.2適用於6.6kV/11.8kV電動機的CHB逆變器傳動系統180
12.5NPC/H橋逆變器傳動系統180
12.6基於ANPC 拓撲結構的傳動系統181
12.6.1三電平ANPC逆變器傳動系統181
12.6.2五電平ANPC逆變器傳動系統182
12.7基於MMC拓撲結構的傳動系統182
12.810kV電壓等級的傳動系統183
12.9小結184
參考文獻184
第13章電流源型變頻器傳動系統185
13.1簡介185
13.2採用PWM整流器的電流源型變頻器傳動系統185
13.2.1採用單橋PWM整流器的電流源型變頻器傳動系統185
13.2.2專用電動機的電流源型逆變器傳動系統188
13.2.3採用雙橋PWM整流器的電流源型逆變器傳動系統188
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系統189
13.4採用多脈波SCR整流器的電流源型逆變器傳動系統189
13.4.1採用18脈波SCR整流器的電流源型逆變器傳動系統189
13.4.2採用6脈波SCR整流器的低成本電流源型逆變器傳動系統190
13.5同步電動機的負載換相逆變器傳動系統190
13.5.112脈波輸入和6脈波輸出的LCI傳動系統190
13.5.212脈波輸入和12脈波輸出的LCI傳動系統191
13.6小結192
參考文獻192
第14章高性能傳動控制方法193
14.1簡介193
14.2坐標變換193
14.2.1abc/dq坐標變換193
14.2.2abc/αβ變換195
14.3異步電動機數學模型195
14.3.1空間矢量電動機模型195
14.3.2dq電動機模型196
14.3.3異步電動機暫態特性197
14.4磁場定向控制原理199
14.4.1磁場定向199
14.4.2FOC的控制框圖200
14.5直接磁場定向控制201
14.5.1系統框圖201
14.5.2轉子磁鏈計算202
14.6間接磁場定向控制204
14.7電流源型逆變器傳動系統的磁場定向控制205
14.8直接轉矩控制207
14.8.1直接轉矩控制的原理207
14.8.2開關邏輯208
14.8.3定子磁鏈和轉矩計算211
14.8.4DTC傳動系統仿真211
14.8.5DTC和FOC方法之間的比較212
14.9小結213
參考文獻213
第15章同步電動機傳動系統控制214
15.1簡介214
15.2同步電動機的建模214
15.2.1電動機結構214
15.2.2同步電動機的動態模型215
15.2.3穩態等效電路217
15.3基於VSC驅動的同步電動機傳動系統ZDC控制218
15.3.1簡介218
15.3.2ZDC控制原理218
15.3.3VSC同步電動機傳動系統ZDC控制方法的實現219
15.3.4暫態過程分析220
15.4VSC同步電動機傳動系統的MTPA控制222
15.4.1簡介222
15.4.2MTPA控制原理222
15.4.3VSC同步電動機傳動系統MTPA控制方法的實現224
15.4.4暫態分析224
15.5VSC同步電動機傳動系統的DTC225
15.5.1簡介225
15.5.2DTC原理225
15.5.3VSC同步電動機傳動系統DTC的實現228
15.5.4暫態分析229
15.6CSC同步電動機傳動系統的控制230
15.6.1簡介230
15.6.2CSC同步電動機傳動系統的ZDC控制231
15.6.3CSC同步電動機傳動系統的ZDC控制暫態過程分析233
15.6.4CSC同步電動機傳動系統的MTPA控制234
15.7小結235
附錄15A附件236
參考文獻236
第6部分中壓傳動系統專題
第16章用於中壓傳動的矩陣變換器239
16.1簡介239
16.2經典矩陣變換器239
16.2.1經典矩陣變換器結構239
16.2.2開關約束條件與波形合成240
16.3三模塊矩陣變換器242
16.3.1三相轉單相（3×1）MC模塊242
16.3.2三模塊MC拓撲結構243
16.3.3輸入和輸出波形244
16.4多模塊級聯矩陣變換器245
16.4.1九模塊CMC拓撲結構246
16.4.2輸入輸出波形246
16.5用於中壓傳動的多模塊CMC248
16.6小結250
參考文獻250
第17章無變壓器的中壓傳動系統251
17.1簡介251
17.2共模電壓及常規解決方案251
17.2.1共模電壓的定義251
17.2.2共模電壓波形252
17.2.3傳統解決方案253
17.3多電平電壓源型變頻器的共模電壓抑制254
17.3.1降低共模電壓的空間矢量調製方法254
17.3.2共模電壓抑制方案1255
17.3.3共模電壓抑制方案2