前言
本书常用符号及含义
第1章电力电子与电机系统集成概述1
1 1电力传动基础2
1 1 1麦克斯韦电磁定律3
1 1 2电机的结构与原理5
1 1 3电机的机械特性9
1 2可变电源下的电力传动14
1 2 1 VVVF控制方法14
1 2 2矢量控制16
1 2 3PWM调制与谐波分量18
1 3集成系统的特征及内容21
1 3 1集成实例分析21
1 3 2集成系统的特征24
1 3 3集成系统的基本内容26
参考文献28
第2章变频电源驱动下的电机特性30
2 1变频调速对电机运行的影响30
2 1 1电机机械特性的变化30
2 1 2电机内部磁场分布的变化31
2 1 3电机的电流谐波和电压谐波增加32
2 1 4电流和磁场矢量控制33
2 2变频调速电机设计主要概念33
2 2 1变频调速电机设计理念34
2 2 2变频调速电机设计公式35
2 3变频调速电机中的谐波分析40
2 3 1变频调速电机的分析模型40
2 3 2谐波电流对磁场的影响及磁场分析43
2 3 3谐波对损耗的影响及计算方法45
2 3 4高次谐波对电机运行性能的影响分析46
2 4闭环控制中的电机运行49
2 4 1矢量控制中电机运行性能的分析模型50
2 4 2闭环控制系统中电机稳态运行点分析53
2 4 3闭环控制下的电机性能分析55
2 4 4最优转差率控制与电机运行点的匹配56
2 5小结58
参考文献59
第3章电力电子器件与变换器61
3 1电力半导体器件的分类62
3 1 1按照电力半导体器件发展来分类62
3 1 2按照电力半导体器件控制方式来分类62
3 1 3按照电力半导体器件驱动方式分类63
3 1 4按照电力半导体器件中载流子性质分类63
3 2电力半导体器件的工作原理及特性66
3 2 1单PN结器件(二极管)的工作原理与特性66
3 2 2多PN结器件的工作原理74
3 2 3多PN结器件的特性80
3 3电力电子变换器的拓扑结构82
3 3 1变换器理想开关的定义83
3 3 2变换器的基本拓扑单元84
3 3 3基于器件特性的变换器基本拓扑单元87
3 3 4两电平拓扑结构88
3 4多电平电力电子变换器90
3 4 1多电平变换器基础90
3 4 2二极管钳位式多电平变换器92
3 4 3电容悬浮式多电平变换器94
3 4 4级联式多电平变换器96
3 4 5多电平统一变换拓扑及瞬态换流回路99
参考文献102
第4章PWM控制及其变异104
4 1变换器的PWM控制方法及多电平SPWM104
4 1 1PWM的基本概念104
4 1 2载波PWM106
4 2空间矢量PWM111
4 2 1SVPWM基本原理111
4 2 2SVPWM矢量合成114
4 2 3SVPWM开关顺序116
4 2 4多电平SVPWM121
4 3其他类型的PWM方法124
4 3 1特定消谐PWM124
4 3 2具有反馈环节的PWM126
4 3 3单周期控制(One cycle control)128
4 4PWM波形的死区、最小脉宽和异常脉冲129
4 4 1死区及最小脉宽129
4 4 2信号脉冲与功率脉冲132
参考文献134
第5章集成系统特性分析136
5 1电机与负载集成136
5 1 1典型负载及其数学描述136
5 1 2电机与负载参数的匹配137
5 2电机与变频电源集成140
5 2 1变频调速下的电机效率140
5 2 2变频电源参数及其开关损耗143
5 2 3集成系统的热分析147
5 2 4集成系统的过载保护149
5 3高频模型及其分析149
5 3 1高频模型的基本原理149
5 3 2高频等效电路151
5 4集成系统的故障容错154
5 4 1容错策略的基本原理154
5 4 2故障容错的应用156
5 5集成系统分析的特点161
参考文献162
第6章系统的闭环控制163
6 1异步电机动态数学模型163
6 1 1基本假设与物理模型163
6 1 2动态数学模型164
6 2矢量控制166
6 2 1矢量控制的基本原理166
6 2 2矢量控制系统的类型167
6 2 3磁通观测器168
6 3直接转矩控制170
6 3 1直接转矩控制的基本原理170
6 3 2基本直接转矩控制173
6 3 3磁链观测174
6 4无速度传感器控制176
6 4 1直接计算法177
6 4 2模型参考自适应法178
6 4 3观测器179
6 4 4其他方法180
6 5数字滤波器在磁链观测中的应用181
6 5 1有限冲击响应滤波器的工作原理182
6 5 2使用有限冲击响应数字滤波器的定子磁链观测器182
6 5 3有限冲击响应数字滤波器的效果183
6 6矢量控制与直接转矩控制的鲁棒性分析185
6 6 1关于鲁棒性的简单说明185
6 6 2变频调速系统的鲁棒性分析186
6 6 3速度传感器对控制系统鲁棒性的影响187
6 7矢量控制与直接转矩控制试验比较188
6 7 1试验条件188
6 7 2试验系统平台188
6 7 3试验原理分析189
6 7 4试验内容与结果分析191
参考文献195
第7章控制与检测信号的数据通信198
7 1数据通信系统的结构及分类198
7 1 1通信信号及其特点198
7 1 2集成系统中的通信系统型式201
7 1 3通信的可靠性与容错203
7 2集成系统信号数据流特点203
7 2 1控制系统的特征203
7 2 2控制系统的数据流模型208
7 3通信系统的硬件结构210
7 3 1通信媒质的选取211
7 3 2光纤CAN总线网络硬件设计213
7 3 3串行RS 422通信硬件设计217
7 3 4双口RAM通信的硬件设计217
7 4数据结构设计218
7 4 1控制系统数据结构的统筹设计218
7 4 2CAN总线通信协议与软件的结构化设计219
7 4 3RS 232通信协议与软件的结构化设计223
7 4 4RS 422通信协议与软件的结构化设计226
7 4 5双口RAM通信协议与软件的结构化设计227
7 4 6通信容错策略229
7 5多种通信系统协同实现的综合控制230
7 5 1协调控制的实现步骤230
7 5 2全局数据更新232
7 5 3外围控制功能234
参考文献235
第8章集成系统中的能量变换237
8 1集成系统中的电磁能量237
8 1 1电磁关系特点237
8 1 2电路理论分析的局限性241
8 1 3面向电磁能量处理的系统集成242
8 2电磁能量变换建模243
8 2 1集成系统的物理描述244
8 2 2系统的数学建模246
8 2 3开关器件中的电磁能量变换248
8 2 4储能元件中的电磁能量变换252
8 2 5连接件中的电磁能量分析253
8 3变换器中的电磁能量传输256
8 3 1材料特性对电磁传输的影响256
8 3 2变换器中的能量传输258
8 3 3电磁波形在传输中的畸变及损耗259
8 4基于电磁能量变换的集成系统设计发展263
参考文献264