現代變流技術與電氣傳動

第1章 緒 論
1.1 資源、環境與變流技術
1.1.1 電能產生與輸送
1.1.2 電能優化利用
1.1.3 保護環境
1.2 變流技術與電力電子學
1.3 電力電子器件
1.3.1 增強平面穿通型IGBT
1.3.2 溝道穿通型IGBT
1.3.3 反向阻斷IGBT
1.4 變流技術與電氣傳動
1.4.1 控制直流電機電樞電壓的傳動系統
1.4.2 改變定子頻率的電氣傳動系統
1.4.3 改變異步電機滑差的電氣傳動系統
第2章 機電能量變換過程的數學描述
2.1 機電能量變換的基本概念
2.1.1 一般化物理模型與基本頻率關系
2.1.2 一般化數學模型
2.1.3 坐標變換與線性化
2.1.4 狀態空間的電機數學模型
2.1.5 復平面上的電機數學模型
2.2 三相交流異步感應電機的數學模型
2.2.1 二相等效電機的微分方程式
2.2.2 異步感應電機的空間矢量方程式
2.2.3 等效電路
2.3 永磁同步電機的數學模型
2.3.1 永久磁鐵及其特性
2.3.2 永磁同步電機的物理模型
2.3.3 永磁同步電機的等效電路
第3章 機電能量變換過程控制與變流器
3.1 概述
3.1.1 開關函數及其實現
3.1.2 變流器電路拓撲
3.1.3 變流器數學模型
3.2 交-直變流器
3.2.1 網側變流器概述
3.2.2 電壓型四象限脈沖整流器
3.2.3 電流型四象限脈沖整流器
3.3 交-直-交變流器
3.3.1 采用電壓型交-直-交變流器的傳動系統主電路
3.3.2 直-交變流器（逆變器）　
3.4 軟開關變流器
3.4.1 概述
3.4.2 電壓源逆變器的軟開關技術
3.5 直-直變流器
3.5.1 PWM直-直變流器的電路拓撲
3.5.2 開關模式直-直變流器的-周期控制技術
3.6 矩陣變流器
3.6.1 自然換流的交一交變流器
3.6.2 強迫換流的交一交變流器——矩陣變流器
3.6.3 稀疏變流器
3.7 多電平變流器
3.7.1 概述
3.7.2 基本的多電平逆變器的拓撲
3.7.3 多電平變流器的新拓撲
3.7.4 多電平逆變器的控制策略
3.8 升一降壓逆變器
3.8.1 升一降壓逆變器
3.8.2 阻抗源（Z-）　逆變器的電路拓撲與工作原理
3.8.3 阻抗源（Z-）　逆變器的控制
3.8.4 阻抗源逆變器的脈寬調制
3.8.5 三電平阻抗源（Z-）　逆變器
3.8.6 阻抗源B4逆變器
第4章 變流器開環控制策略與脈寬調制
4.1 方波逆變器
4.2 脈寬調制（PWM）　概述
4.2.1 脈寬調制的基本原理
4.2.2 電壓源逆變器的電壓控制PWM
4.3 基於載波的開環脈寬調制
4.3.1 分諧波控制與正弦脈寬調制（SPWM）　
4.3.2 基於規則采樣的脈寬調制
4.3.3 空間矢量脈寬調制SVPWM
4.3.4 修正的分諧波控制與廣義斷續脈寬調制
4.3.5 過調制
4.3.6 載波型PWM與空間矢量PWM之間的關系
4.4 隨機化載波的開環脈寬調制策略
4.5 優化的脈寬調制技術
4.6 電流控制技術
第5章 變流器閉環控制策略
5.1 概況
5.1.1 控制電壓的直流變速電傳動
5.1.2 控制定子頻率的交流變速電傳動系統
5.1.3 控制異步電機滑差的交流變速傳動系統
5.2 磁場定向控制
5.2.1 轉子磁場定向控制
5.2.2 定子磁場定向控制
5.3 直接轉矩控制
5.3.1 直接轉矩控制的基礎理論
5.3.2 基於滯環（bang-bang）　調節器的控制策略
5.3.3 離散空間矢量調制的直接轉矩控制策略（DSVM—DTC）　
5.3.4 異步電機DTC控制策略的改進
5.4 轉子磁場定向控制與直接轉矩控制方案的對比
第6章 現代控制技術
6.1 概述
6.1.1 交流電機調速控制中應用現代控制理論的依據
6.1.2 現代電機控制技術的數學基礎
6.1.3 自適應控制
6.2 辨識與自適應控制
6.2.1 電機參數對控制性能的影響
6.2.2 異步感應電機的自適應控制
6.2.3 異步感應電機的自校正控制
6.3 模糊控制
6.3.1 模糊控制
6.3.2 人工神經網絡控制
6.3.3 神經網絡一模糊控制
6.4 滑模變結構控制
6.4.1 基本概念
6.4.2 滑模變結構控制在電機調速中的應用
6.5 非線性解耦控制
6.5.1 非線性幾何控制技術
6.5.2 磁場定向（矢量）控制的局限性
6.5.3 基於微分幾何的精確線性化
6.5.4 可線性化系統的自適應控制
第7章 無速度傳感器的電傳動系統
7.1 異步感應電機的無速度傳感器控制系統
7.1.1 速度估算方法
7.1.2 無速度傳感器控制系統一些特殊問題
7.1.3 無速度傳感器直接轉矩控制系統的設計
7.2 永磁同步電機無傳感器控制系統幾個關鍵問題研究
7.2.1 速度和位置檢測方法
7.2.2 轉子初始位置檢測策略
7.2.3 無速度傳感器永磁同步電機傳動系統的一些問題
第8章 電磁瞬態效應與電磁兼容
8.1 低頻電磁干擾
8.1.1 低頻電磁干擾對電網的污染
8.1.2 減輕電網污染的措施
8.2 高頻電磁干擾
8.2.1 PWM電壓脈沖波
8.2.2 瞬時過電壓與電機絕緣
8.2.3 軸電壓和軸承電流
8.2.4 傳導電磁干擾
8.3 電磁兼容
8.3.1 基本概念
8.3.2 電磁兼容措施
參考文獻

大力節約能源資源、加快建設資源節約型、環境友妤型社會是我國的基本國策，也是全世界經濟轉型的主要目標之一。我國是一個資源相對匱乏的人口大國，人均石油、煤炭可采儲量分別僅為世界平均水平的10%和57%，而每萬元GDP的能耗是世界平均水平的3倍以上。所以國家要求單位能耗的產值近期要年均提高4%。

各種資源從其原始狀態轉化為可供人類實際應用的過程，均與變流技術密不可分。它也是實現節能降耗的關鍵技術和轉變經濟增長方式的一個有力的推進器。變流技術促進發電、輸電和配電系統的現代化，清潔能源實用化，並使廣泛的應用領域能夠實現電能的最佳利用。

「現代變流技術與電氣傳動」正是在這樣的時代背景下與廣大讀者見面的。本書共分為8章，從電力電子半導體的發展出發，綜述了近半個世紀以來變流技術的發展狀況及最新成果，匯聚了迄今為止經典的和嶄露頭角的電力電子變流器電路拓撲（第3章），詳細介紹了變流器的開環控制技術（第4章）。針對國民經濟各行業的電氣傳動系統，基於電機模型（第2章）闡述相關的控制策略（第5，7章），以及現代控制技術在這方面的應用（第6章）。本書還就電氣傳動系統采用變流技術后對環境造成的電磁污染、包括對電網的不良影響作了分析，介紹了防治方法（第8章）。

本書的特色之一是匯集了直至近年的大量資料，內容豐富。所介紹的變流器及其控制技術，不僅適用於電氣傳動系統，而且具有更多廣泛的應用范圊。開關模式直一直變流器不再只限於斬波器的概念，它不僅可用於直流電機的控制，在太陽能、風能一類不穩定電源的接曰變流器中也是不可缺少的；中點箝位多電平的或級聯的中壓逆變器不僅可用於許多特定領域風機、泵類的驅動，也在電能質量控制中發揮重要作用；軟開關變流器和矩陣變流器是20世紀70年代后迅速發展的新的變流器類型，在減少變流器本身的損耗、簡化電路拓撲和控制方面都有巨大的潛力；屬於更年輕一代的還有阻抗源逆變器。

本書的另一個特色是以應用為目標，從電機的閉環控制推演出一個能夠集中反·映電氣傳動特性（如電力機車的牽引和制動）要求的控制變量，以此作為變流器控制器的輸人，從而使得該變流器供電的電機產生的輸出機械特性（作為電動機）或電特性（作為發電機）滿足既定的目標要求。

本書的第三個特色是給讀者留下諸多思考空間。讀者從本書了解基本信息之后，還可以考慮如何進一步簡化和優化軟開關變流器電路拓撲、如何解決矩陣變流器的雙向導流、雙向阻斷的器件，以使這種變流器能夠走出試驗室。另一方面，智能控制和其他現代控制技術，雖然有其獨到之處，但應與經典的控制策略相結合使其更臻完美，更具有學術上的和實用上的價值。

作者長期從事於電力電子和電氣傳動技術工作，有着豐富的實踐經驗，且又博覽廣搜，精辟點評。讀此一本書，勝閱千篇文。電力電子和電氣傳動技術正處於蓬勃發展的階段，本書對讀者的諸多啟發，更為傳道授業之上乘。技因於勢，而書適於時。適時因勢，此其是也。謹為序。