現(xiàn)代變流技術(shù)與電氣傳動(dòng)

前言

　　大力節(jié)約能源資源、加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)是我國(guó)的基本國(guó)策，也是全世界經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)之一。我國(guó)是一個(gè)資源相對(duì)匱乏的人口大國(guó)，人均石油、煤炭可采儲(chǔ)量分別僅為世界平均水平的10％和57％，而每萬(wàn)元GDP的能耗是世界平均水平的3倍以上。所以國(guó)家要求單位能耗的產(chǎn)值近期要年均提高4％。　　各種資源從其原始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可供人類實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程，均與變流技術(shù)密不可分。它也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的關(guān)鍵技術(shù)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的一個(gè)有力的推進(jìn)器。變流技術(shù)促進(jìn)發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化，清潔能源實(shí)用化，并使廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)電能的最佳利用。　　“現(xiàn)代變流技術(shù)與電氣傳動(dòng)”正是在這樣的時(shí)代背景下與廣大讀者見(jiàn)面的。本書(shū)共分為8章，從電力電子半導(dǎo)體的發(fā)展出發(fā)，綜述了近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)變流技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及最新成果，匯聚了迄今為止經(jīng)典的和嶄露頭角的電力電子變流器電路拓?fù)洌ǖ?章），詳細(xì)介紹了變流器的開(kāi)環(huán)控制技術(shù)（第4章）。針對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，基于電機(jī)模型（第2章）闡述相關(guān)的控制策略（第5，7章），以及現(xiàn)代控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用（第6章）。本書(shū)還就電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用變流技術(shù)后對(duì)環(huán)境造成的電磁污染、包括對(duì)電網(wǎng)的不良影響作了分析，介紹了防治方法（第8章）?！　”緯?shū)的特色之一是匯集了直至近年的大量資料，內(nèi)容豐富。所介紹的變流器及其控制技術(shù)，不僅適用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，而且具有更多廣泛的應(yīng)用范圍。開(kāi)關(guān)模式直一直變流器不再只限于斬波器的概念，它不僅可用于直流電機(jī)的控制，在太陽(yáng)能、風(fēng)能一類不穩(wěn)定電源的接口變流器中也是不可缺少的；中點(diǎn)箝位多電平的或級(jí)聯(lián)的中壓逆變器不僅可用于許多特定領(lǐng)域風(fēng)機(jī)、泵類的驅(qū)動(dòng)，也在電能質(zhì)量控制中發(fā)揮重要作用；軟開(kāi)關(guān)變流器和矩陣變流器是20世紀(jì)70年代后迅速發(fā)展的新的變流器類型，在減少變流器本身的損耗、簡(jiǎn)化電路拓?fù)浜涂刂品矫娑加芯薮蟮臐摿?；屬于更年輕一代的還有阻抗源逆變器?！　”緯?shū)的另一個(gè)特色是以應(yīng)用為目標(biāo)，從電機(jī)的閉環(huán)控制推演出一個(gè)能夠集中反映電氣傳動(dòng)特性（如電力機(jī)車的牽引和制動(dòng)）要求的控制變量，以此作為變流器控制器的輸入，從而使得該變流器供電的電機(jī)產(chǎn)生的輸出機(jī)械特性（作為電動(dòng)機(jī)）或電特性（作為發(fā)電機(jī)）滿足既定的目標(biāo)要求。　　本書(shū)的第三個(gè)特色是給讀者留下諸多思考空間。讀者從本書(shū)了解基本信息之后，還可以考慮如何進(jìn)一步簡(jiǎn)化和優(yōu)化軟開(kāi)關(guān)變流器電路拓?fù)?、如何解決矩陣變流器的雙向?qū)Я?、雙向阻斷的器件，以使這種變流器能夠走出試驗(yàn)室。另一方面，智能控制和其他現(xiàn)代控制技術(shù)，雖然有其獨(dú)到之處，但應(yīng)與經(jīng)典的控制策略相結(jié)合使其更臻完美，更具有學(xué)術(shù)上的和實(shí)用上的價(jià)值。

內(nèi)容概要

本書(shū)結(jié)合作者多年工作和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，收集和介紹了目前世界上最先進(jìn)的變流和控制技術(shù)，同時(shí)，結(jié)合其在鐵路牽引和其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，分析了各種變流器電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和控制方法的優(yōu)劣，并對(duì)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制中所存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析。另外，增加了電磁瞬態(tài)效應(yīng)和電磁兼容性分析，這是過(guò)去不為大家關(guān)注而在實(shí)際應(yīng)用中又影響系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)可靠性的知識(shí)點(diǎn)，希望能為廣大讀者在理論分析和實(shí)際應(yīng)用中提供一些幫助。    本書(shū)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，匯集最新資料，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和使用價(jià)值，符合“大力節(jié)約能源、加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的基本國(guó)策。    本書(shū)既可供從事變流技術(shù)、電傳動(dòng)與控制自動(dòng)化領(lǐng)域研究和開(kāi)發(fā)的科研人員、企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和管理人員閱讀，亦可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章  緒  論  1.1  資源、環(huán)境與變流技術(shù)    1.1.1  電能產(chǎn)生與輸送    1.1.2  電能優(yōu)化利用    1.1.3  保護(hù)環(huán)境  1.2  變流技術(shù)與電力電子學(xué)  1.3  電力電子器件    1.3.1  增強(qiáng)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(shù)與電氣傳動(dòng)    1.4.1  控制直流電機(jī)電樞電壓的傳動(dòng)系統(tǒng)    1.4.2  改變定子頻率的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)    1.4.3  改變異步電機(jī)滑差的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第2章  機(jī)電能量變換過(guò)程的數(shù)學(xué)描述  2.1  機(jī)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(guān)系    2.1.2  一般化數(shù)學(xué)模型    2.1.3  坐標(biāo)變換與線性化    2.1.4  狀態(tài)空間的電機(jī)數(shù)學(xué)模型    2.1.5  復(fù)平面上的電機(jī)數(shù)學(xué)模型  2.2  三相交流異步感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型    2.2.1  二相等效電機(jī)的微分方程式    2.2.2  異步感應(yīng)電機(jī)的空間矢量方程式    2.2.3  等效電路  2.3  永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型    2.3.1  永久磁鐵及其特性    2.3.2  永磁同步電機(jī)的物理模型    2.3.3  永磁同步電機(jī)的等效電路第3章  機(jī)電能量變換過(guò)程控制與變流器  3.1  概述    3.1.1  開(kāi)關(guān)函數(shù)及其實(shí)現(xiàn)    3.1.2  變流器電路拓?fù)?   3.1.3  變流器數(shù)學(xué)模型  3.2  交一直變流器    3.2.1  網(wǎng)側(cè)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  交一直一交變流器    3.3.1  采用電壓型交一直一交變流器的傳動(dòng)系統(tǒng)主電路    3.3.2  直一交變流器（逆變器）　  3.4  軟開(kāi)關(guān)變流器    3.4.1  概  述    3.4.2  電壓源逆變器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)  3.5  直一直變流器    3.5.1  PWM直一直變流器的電路拓?fù)?   3.5.2  開(kāi)關(guān)模式直一直變流器的一周期控制技術(shù)  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(qiáng)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?fù)?   3.7.3  多電平變流器的新拓?fù)?   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?fù)渑c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(diào)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(kāi)環(huán)控制策略與脈寬調(diào)制  4.1  方波逆變器  4.2  脈寬調(diào)制（PWM）　概述    4.2.1  脈寬調(diào)制的基本原理    4.2.2  電壓源逆變器的電壓控制PWM  4.3  基于載波的開(kāi)環(huán)脈寬調(diào)制    4.3.1  分諧波控制與正弦脈寬調(diào)制（SPWM）　    4.3.2  基于規(guī)則采樣的脈寬調(diào)制    4.3.3  空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM    4.3.4  修正的分諧波控制與廣義斷續(xù)脈寬調(diào)制    4.3.5  過(guò)調(diào)制    4.3.6  載波型PWM與空間矢量PWM之間的關(guān)系  4.4  隨機(jī)化載波的開(kāi)環(huán)脈寬調(diào)制策略  4.5  優(yōu)化的脈寬調(diào)制技術(shù)  4.6  電流控制技術(shù)第5章  變流器閉環(huán)控制策略  5.1  概況    5.1.1  控制電壓的直流變速電傳動(dòng)    5.1.2  控制定子頻率的交流變速電傳動(dòng)系統(tǒng)    5.1.3  控制異步電機(jī)滑差的交流變速傳動(dòng)系統(tǒng)  5.2  磁場(chǎng)定向控制    5.2.1  轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制    5.2.2  定子磁場(chǎng)定向控制  5.3  直接轉(zhuǎn)矩控制    5.3.1  直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)理論    5.3.2  基于滯環(huán)（bang_bang）　調(diào)節(jié)器的控制策略    5.3.3  離散空間矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制策略（DSVM—DTC）　    5.3.4  異步電機(jī)DTc控制策略的改進(jìn)  5.4  轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制與直接轉(zhuǎn)矩控制方案的對(duì)比第6章  現(xiàn)代控制技術(shù)  6.1  概述    6.1.1  交流電機(jī)調(diào)速控制中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的依據(jù)    6.1.2  現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)    6.1.3  自適應(yīng)控制  6.2  辨識(shí)與自適應(yīng)控制    6.2.1  電機(jī)參數(shù)對(duì)控制性能的影響    6.2.2  異步感應(yīng)電機(jī)的自適應(yīng)控制    6.2.3  異步感應(yīng)電機(jī)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制    6.3.3  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一模糊控制  6.4  滑模變結(jié)構(gòu)控制    6.4.1  基本概念    6.4.2  滑模變結(jié)構(gòu)控制在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用  6.5  非線性解耦控制    6.5.1  非線性幾何控制技術(shù)    6.5.2  磁場(chǎng)定向（矢量）　控制的局限性    6.5.3  基于微分幾何的精確線性化    6.5.4  可線性化系統(tǒng)的自適應(yīng)控制第7章  無(wú)速度傳感器的電傳動(dòng)系統(tǒng)  7.1  異步感應(yīng)電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)    7.1.1  速度估算方法    7.1.2  無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)一些特殊問(wèn)題    7.1.3  無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  7.2  永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題研究    7.2.1  速度和位置檢測(cè)方法    7.2.2  轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)策略    7.2.3  無(wú)速度傳感器永磁同步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的一些問(wèn)題第8章  電磁瞬態(tài)效應(yīng)與電磁兼容  8.1  低頻電磁干擾    8.1.1  低頻電磁干擾對(duì)電網(wǎng)的污染    8.1.2  減輕電網(wǎng)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(shí)過(guò)電壓與電機(jī)絕緣    8.2.3  軸電壓和軸承電流    8.2.4  傳導(dǎo)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(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　建設(shè)能源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)正面臨諸多問(wèn)題：資源儲(chǔ)量不足、利用效率低下、環(huán)境污染日益嚴(yán)重和經(jīng)濟(jì)安全。我國(guó)目前的能源結(jié)構(gòu)中，對(duì)煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源的依存度太高。所以，必須加速開(kāi)發(fā)和利用新能源。新能源是在新技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的非常規(guī)能源，包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、氫能、核聚變能、天然氣水合物能等。這些新能源都是清潔能源，除氫能和核能外大多是可再生能源。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，可再生的清潔能源將逐步占領(lǐng)能源體系格局的重要位置?！　?.1　資源、環(huán)境與變流技術(shù)　　1.1.1　電能產(chǎn)生與輸送　　各種資源從其原始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可供人類實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程，均與變流技術(shù)密不可分，它也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的關(guān)鍵技術(shù)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的一個(gè)有力的推進(jìn)器。變流技術(shù)可以促進(jìn)發(fā)電、輸電和配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化，推廣清潔能源實(shí)用化，并可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)使電能得到最佳利用。一般說(shuō)來(lái)，資源的利用必須經(jīng)歷如下過(guò)程：資源轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)、能量轉(zhuǎn)化、輔助能量存儲(chǔ)、功率控制。各種資源轉(zhuǎn)化為能源的方式不同，將其送到用戶或電網(wǎng)時(shí)，必須通過(guò)變流技術(shù)進(jìn)行調(diào)整。圖1.1表示各種不同資源的轉(zhuǎn)化過(guò)程，以及變流器在這當(dāng)中的地位與作用?！　　?/pre>








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