《电力电子学与变频传动技术和应用》求取 ⇩

第1章变频传动电力半导体器件 B．J．Baliga 北卡罗来纳州立大学〔美〕6

1.1 引言6

1.2　基本变频调速系统8

1.3　功率场效应管10

1.4　绝缘门极双极型晶体管11

1.5　功率整流管14

1.6　MOS门控晶闸管17

1.7　新型半导体材料21

1.8　器件比较23

1.9　智能功率控制芯片24

2.0　结论25

参考文献26

第2章　传动装置中的电机 G．R．Slemon　多伦多大学〔加〕28

2.1引言28

2.2　传动装置对电动机的要求28

2.3　换向器电动机29

2.3.1 转矩的产生29

2.3.2　损耗与冷却30

2.3.3 等值电路30

2.3.5　使用的局限性31

2.4　感应电动机31

2.3.4　恒功率运行31

2.4.1 转矩的产生32

2.4.2　等值电路模型32

2.4.3 极数33

2.4.4　转矩表示式34

2.4.5　损耗与效率34

2.4.6 参数与尺寸的依赖关系35

2.4.7 业传动应用35

2.4.8　恒功率运行36

2.4.9 高性能传动的应用36

2.4.11 绕线转子电动机37

2.4.10　传动设计中的若干问题37

2.5　永磁同步电动机38

2.5.1 永磁材料38

2.5.2　等值电路39

2.5.3　运行特性40

2.5.4　磁铁保护41

2.5.5　损耗与效率41

2.5.6　工业传动应用42

2.5.7　恒功率应用42

2.5.8 高性能传动的应用43

2.6　开关永磁电动机或梯形永磁电动机43

2.6.1 星形连接电动机43

2.6.3　损耗与效率44

2.6.2 转矩的产生44

2.6.4 三角形连接电动机45

2.6.5 设计特点45

2.6.6 运行特性45

2.7　同步磁阻电动机46

2.7.1 等值电路46

2.7.2 转矩46

2.7.3　运行条件与功率因数46

2.8　永磁磁阻电动机47

2.7.6　恒功率运行47

2.7.5　损耗与效率47

2.7.4 结构型式47

2.9　开关磁阻电动机49

2.9.1 转矩关系49

2.9.2　损耗与效率50

2.9.3　设计与应用需考虑的问题50

2.10　绕组励磁式同步电动机51

2.11　直线电动机51

2.12　结论52

术语符号表53

参考文献53

3.2.1 关于实用电力电子变换器的系统综述56

3.2 电力电子变换器的发展及其在传动领域的应用56

3.1 引言56

第3章　用于传动的电力电子变换器 J．D．van Wyk　兰德非洲大学〔南非〕56

3.2.2用于运动控制的电力电子变换器的发展历史58

3.3　开关变换器的功能及其在变频传动中的应用58

3.3.1 开关变换器的平均能量流的控制59

3.3.2 电力电子变换器的拓朴和结构63

3.3.3 开关变换器的基本制约关系70

3.3.4 用于变频传动的变换器结构71

3.4　幅值控制的电力电子变换器73

3.4.1 直流-直流变换器73

3.4.2　交流-直流变换器74

3.5　用于变频传动的电力电子变换器75

3.5.1 电流源逆变器传动装置所用交流-直流-交流变换器76

3.5.2 电压源逆变器传动装置所用交流-直流-交流变换器76

3.5.3 交流-直流-交流变换器对供电电源的影响76

3.5.4 变换器的扩展类型78

3.5.5　最小变换器拓朴80

3.6　开关应用技术82

3.6.1 电力电子开关的开通和关断82

3.6.2　减少实用中的开关损耗84

3.6.3 变换器的保护和散热89

3.6.4 更深层的变换器应用技术90

3.7 未来变换器的发展与电磁学的关系90

3.8　结论91

3.7.2 电磁学与EMI/EMC91

3.7.1 开关变换器电磁学91

参考文献93

第4章　电子功率变换的脉宽调制技术 J．Holtz　伍佩尔塔尔大学〔德〕102

4.1引言102

4.2　直流-交流功率变换102

4.2.1　功率放大原理102

4.2.2　半导体开关103

4.2.3　半桥拓朴105

4.2.4 三相功率变换106

4.3　空间矢量导论107

4.3.1 定义107

4.3.4 推广109

4.3.2　标么化109

4.3.3　开关状态矢量109

4.4　性能指标110

4.4.1 电流谐波110

4.4.2　谐波频谱110

4.4.3　空间矢量轨迹111

4.4.4　最大调制度111

4.4.5　谐波转矩111

4.4.6 开关频率和开关损耗112

4.5.1　基于载波的PWM113

4.5　开环系统113

4.4.8　动态性能113

4.4.7　极性一致原则113

4.5.2　无载波PWM121

4.5.3　过调制122

4.5.4　优化的开环PWM124

4.5.5　开关条件127

4.6　闭环控制PWM132

4.6.1 非最优法133

4.6.2 带实时最优的闭环PWM136

4.6.3 预优化脉冲模型的实时自适应137

4.7.1　12阶梯工作143

4.7　多电平变换器143

4.7.2　开关状态矢量145

4.7.3 三电平脉宽调制145

4.8　电流源逆变器150

4.9 结论151

术语符号表152

参考文献153

第5章　感应电动机驱动的运动控制R．D．Lorenz,T．A．Lipo,D．W．Novotny威斯康辛大学〔美〕157

5.1 引言157

5.2　调速用逆变器157

5.2.1 基本的六阶梯电压源逆变器158

5.2.2　脉宽调制电压源逆变器160

5.2.3 电流源逆变器传动164

5.3　运动控制系统168

5.3.1 古典的、工业标准的FO-IM数字运动控制168

5.3.2 状态变量，FO-IM数字运动控制170

5.3.3 零跟踪误差，状态变量，FO-IM数字运动控制171

5.3.4 关于FO-IM运动控制的反馈传感器问题171

5.3.5 关于FO-IM运动控制的基于观测器的反馈问题174

5.3.6　状态变量，FO-IM，带加速度反馈的数字运动控制175

5.3.7 关于FO-IM运动控制要求的小结177

5.4　感应电动机磁场定向（FO）控制原理177

5.4.3　参数误差的影响179

5.4.2 间接（前馈）磁场定向179

5.4.1　直接磁场定向179

5.4.4　磁通水平的选择180

5.5　FO-IM运动控制的电流调节器180

5.5.1 滞环和砰-砰电流调节器182

5.5.2 斜坡比较式PI电流控制，固定频率PWM184

5.5.3　预测（最优）电流控制器187

5.5.4 关于FO-IM运动控制电流调节器的小结189

5.6　用于FO-IM运动控制的高性能磁通和转矩调节方法190

5.6.1　磁通精度问题190

5.6.2　零速下用于直接磁场定向的开环磁通观测器190

5.6.3 间接磁场定向的开环磁通观测器191

5.6.4 闭环磁通观测器和直接磁场定向——转子磁通192

5.6.5 闭环磁通观测器和直接磁场定向——定子磁通193

5.6.6　直接转子磁通定向、定子磁通调节和闭环磁通观测器194

5.6.7 关于FO-IM运动控制的高性能磁通和转矩调节方法的小结196

5.7　FO-IM的自调试和连续自校正196

5.7.1　参数估计的统计方法196

5.7.2 统计回归模型——恒速下感应电动机的估计197

5.7.3 转子时间常数和电阻、电感参数的提取199

5.7.4　统计回归模型——机械负载参数199

5.7.5　统计估计的运行条件和输入激励的限制200

5.7.9　MRAC方法201

5.7.8　递推，最小二乘201

5.7.7　FO-IM参数估计的自适应控制方法201

5.7.6 关于FO-IM统计方法的小结201

5.7.10　无差拍自适应控制方法202

5.8　结论205

致谢206

术语符号表207

参考文献208

第6章　永磁交流电动机的变频传动 T．M．Jahns　GE公司〔美国〕212

6.1　引言212

6.1.1　背景213

6.1.2　运动控制的性能要求213

6.2.1正弦与梯形PMAC电动机的对比214

6.2　PMAC电动机的控制基础214

6.2.2　变换器的构成215

6.2.3　位置同步218

6.2.4　机械传动组合219

6.2.5　PMAC传动的控制结构219

6.3　梯形PMAC电动机的控制221

6.3.1 电动机的控制特性221

6.3.2　基本控制方法222

6.3.3 转矩脉动226

6.3.4 高速运行228

6.4.1 电动机的特性229

6.4　正弦PMAC电动机的控制229

6.4.2　基本控制方法231

6.4.3 转矩脉动234

6.4.4 高速运行235

6.5　现代控制技术238

6.5.1　取消位置传感器238

6.5.2 取消电流传感器和新型调节器240

6.5.3　鲁棒控制241

6.6　PMAC传动装置的应用241

6.6.1 电动机传动的比较241

6.6.2　PMAC传动装置的发展方向242

6.6.3　未来应用的展望245

6.7　结论246

参考文献247

第7章　大功率工业传动 H．Stemmler　联邦工程技术学院〔瑞士〕254

7.1引言254

7.2　按速度和功率定额分类255

7.3　大功率传动发展的简要回顾255

7.4　大功率传动电动机256

7.4.1 电动机类型256

7.4.2　交流电动机的数学描述257

7.5.1　基本电路263

7.5　大功率传动变换器263

7.5.2　变换器的构成265

7.6 由外部换流的电流源变换器供电的同步电动机266

7.6.1　基本原理267

7.6.2　工作模式267

7.6.3　系统的实现270

7.6.4　应用272

7.6.5　展望273

7.7　电流源变换器供电的感应电动机275

7.7.1　基本原理275

7.7.2　工作模式275

7.7.4　如何避开谐振277

7.7.3　谐振问题277

7.7.5　基本控制结构278

7.7.6　应用——实际实现279

7.7.7　展望279

7.8　周波变换器供电的同步电动机279

7.8.1　基本原理279

7.8.2　工作模式279

7.8.3　系统的实际实现282

7.8.4　应用282

7.8.5　展望283

7.9.1 目前电压源逆变器的特点284

7.9　大型电压源逆变器传动284

7.9.2　二电平逆变器传动285

7.9.3　优化目标286

7.9.4　三电平逆变器传动288

7.9.5　低电感设计288

7.9.6　控制291

7.9.7　展望291

7.10　转差功率可控的传动292

7.10.1　概述292

7.10.2　次／超同步串级调速293

7.11　结论299

术语符号表300

参考文献301

第8章　电力电子和运动控制系统仿真N．Mohan,W．P．Robbins,L．A．Aga,M．Rastogi,R．Naik明尼苏达大学〔美〕304

8.1 引言304

8.1.1 电力电子环境304

8.1.2　仿真的意义304

8.2　设计过程的仿真305

8.3　频域和时域分析306

8.4　仿真面临的问题306

8.4.1 对仿真程序的要求306

8.4.2 仿真工具应用问题307

8.5.1 暂态网络分析仪和直流（高压直流）仿真器308

8.5　仿真工具的分类及历史回顾308

8.5.2　模拟和混合计算机309

8.5.3　数字仿真器309

8.6　数值解问题311

8.6.1　数值积分法311

8.6.2　非线性微分方程313

8.6.3 自动变步长控制313

8.6.4　开关的处理314

8.7　实用仿真程序综述315

8.7.1　SPICE315

8.7.2　EMTP316

8.7.3　MATLAB/SIMULINK316

8.8.1 用PSpice再现开关动作317

8.8　仿真器能力举例说明317

8.8.2　用EMTP再现晶闸管变换器318

8.8.3 感应电动机传动的磁场定向控制318

8.9　电路仿真的电力半导体器件模型330

8.9.1 引言330

8.9.2　现有应用模型及其缺点330

8.9.3　模拟双极型器件的困难331

8.9.4　双极型器件模型的改进332

8.9.5 多数载流子器件的模拟问题333

8.10　结论335

8.9.6　未来展望335

参考文献336

附录339

9.1 引言345

9.2　交流传动的参数估计345

9.2.1 无刷电动机的参数辨识345

9.2.2　感应电动机的参数辨识350

9.3　交流电动机无传感器传动354

9.3.1 无刷电动机的无传感器传动354

9.3.2 矢量控制感应电动机的无传感器传动355

9.4　借助机械参数估计实现的鲁棒运动控制358

9.4.1　扰动转矩的估计358

9.4.2 瞬时速度和变惯量的估计360

9.5　结论363

致谢364

参考文献365

第10章　电力电子及传动控制中的微处理器和数字集成电路 H．Le-Huy　拉瓦尔大学〔加〕367

10.1　引言367

10.2　电力电子系统的微机控制368

10.2.1电力电子系统的控制368

10.2.2 电力电子系统的微机控制370

10.2.3　处理器的选择373

10.2.4　数字与模拟控制374

10.3.1　微机结构376

10.3　微机基础376

10.3.2　微处理器377

10.3.3　存储器379

10.3.4　输入-输出380

10.4　利用微机实现的实时控制381

10.4.1　数字输入-输出381

10.4.2　模拟输入-输出381

10.4.3 中断控制器384

10.4.4　定时处理器件385

10.4.5　通信接口386

10.5　微控制器（单片机）388

10.5.1　Intel系列微控制器389

10.5.2　Motorola系列微控制器390

10.6.1　数字信号处理器（DSP）393

10.6 电力电子系统控制用高档微处理器393

10.6.2　简化指令系统计算处理器（RISC）397

10.6.3　并行处理器：Transputer和并行DSP401

10.7 电力电子系统控制的专用集成电路404

10.7.1　ASIC技术405

10.7.2　ASIC设计405

10.7.3　现场可编程门阵列和可编程逻辑器件406

10.7.4 电力电子系统控制中的ASIC应用举例407

10.8.1　研制过程408

10.8.2　系统要求和初步设计408

10.8　微处理器化控制系统的设计408

10.8.3　硬件和软件的分割与协调409

10.8.4　硬件设计409

10.8.5　软件设计410

10.8.6　系统总成和性能评估411

10.9　开发工具411

10.9.1　开发系统411

10.9.2　软件开发工具413

10.10　应用示例414

10.11　结论416

参考文献418

11.1 引言424

第11章　专家系统、模糊逻辑和神经网络在电力电子及传动系统中的应用 B．K．Bose田纳西大学〔美〕424

11.2　专家系统425

11.2.1 专家系统原理425

11.2.2　知识库428

11.2.3　专家系统外壳429

11.2.4　设计方法432

11.2.5 在电力电子和传动系统中的应用432

11.3　模糊逻辑438

11.3.1　模糊逻辑原理438

11.3.2　模糊控制439

11.3.3　建模和估计443

11.3.4　设计方法和控制实现444

11.3.5　在电力电子和传动系统中的应用445

11.4　神经网络458

11.4.1 神经网络原理458

11.4.2　前向神经网络的训练460

11.4.3　模糊神经网络463

11.4.4　设计方法和实现464

11.4.5 在电力电子和传动系统中的应用465

11.5　小结474

11.6　词汇表474

参考文献477

Bimal K．Bose　博士简历481