钛、锆及其合金的电子束熔炼

译者序

致中文版读者

原书前言

第1章电子束熔炼高反应性金属的物理冶金和技术特性1

1.1高反应性金属的属性和应用领域1

1.2高反应性金属铸锭的生产技术4

1.3电子束熔炼技术和装备6

1.4真空中熔体表面的物理化学提纯反应11

1.5熔融金属和气相中的质量传递15

第2章电子束熔炼高反应性金属的精炼过程21

2.1熔融金属中脱氢过程的动力学方程式21

2.2电子束冷床熔炼金属中脱氢过程的数学建模25

2.3电子束熔炼时从金属钛中脱氢过程的动力学常量的确定29

2.4钛的EBM中非金属杂质处理过程的动力学原理32

2.5电子束冷床熔炼中的非金属杂质的移除37

2.6初始原料成分对于电子束熔炼方法所获得的钛锭质量的影响39

第3章在真空中钛合金冶炼元素的蒸发过程43

3.1实际熔体—蒸气相系统中质量传递过程的动力学原理43

3.2电子束冷床熔炼中合金元素的蒸发45

3.3电子束熔炼时从金属钛中铝元素蒸发过程的动力学常量的测定49

3.4电子束熔炼钛合金在冷床和结晶器中熔体表面的温度条件51

3.5电子束熔炼钛合金的参数最优化54

第4章电子束冷床熔炼中的金属凝固59

4.1电子束熔炼中的金属凝固特性59

4.2铸锭中热过程的数学模型63

4.3电子束冷床熔炼中金属凝固过程机理65

4.4电子束冷床熔炼铸锭中的缩孔深度的确定70

第5章钛和钛基合金的电子束熔炼75

5.1圆锭和扁锭的熔炼技术75

5.2钛基合金铸锭的熔炼79

5.3电子束熔炼钛锭的半成品加工84

5.4空心锭熔炼技术89

第6章锆的电子束熔炼93

6.1装备和原料93

6.2电子束熔炼中精炼锆的效能98

6.3电子束熔炼锆锭的质量104

6.4锆基合金空心铸锭的生产工艺106

第7章铸锭表面的电子束熔整110

7.1铸锭表面的电子束熔整技术110

7.2电子束熔整过程发生在铸锭中热过程的数学建模111

7.3钛合金铸锭表面电子束熔整中合金元素蒸发过程的数学建模118

7.4钛锭表面的电子束熔整品质127

7.5锆锭表面的电子束熔整129

第8章电子束熔炼设备133

8.1电子枪133

8.2电子束设备设计与系统136

8.3工业电子束熔炼设备138

结论152

参考文献153

后记

1.2恒速风力机（FSWT）的基本概念1

1.2.1风力机的基本介绍1

1.2.2风力机的功率控制4

1.2.3风力机空气动力学6

1.2.4商用风力机实例8

1.3变速风力机(VSWTs)9

1.3.1变速风力机的建模10

1.3.2变速风力机的控制系统13

1.3.3变速风力机的电气系统19

1.4基于DFIM VSWT的风力发电系统22

1.4.1DFIM VSWT的电气配置22

1.4.2风电场的电气配置28

1.4.3WEGS控制结构30

1.5并网导则要求34

1.5.1频率与电压运行范围34

1.5.2无功功率与电压控制能力35

1.5.3有功功率控制36

1.5.4电力系统稳定器功能39

1.5.5低电压穿越（LVRT）39

1.6电压跌落与LVRT39

1.6.1电力系统40

1.6.2电压跌落42

1.6.3西班牙的验证程序46

1.7DFIMVSWT制造商48

1.7.1工业解决方案：风力机制造商48

1.7.2一台2.4MW风力机的建模61

1.7.3发电机稳态运行点与功率变换器容量67

1.8对后续各章的介绍71

参考文献72

第2章背靠背电力电子变换器73

2.1引言73

2.2基于两电平拓扑的背靠背变换器74

2.2.1网侧系统74

2.2.2转子侧变换器及dv/dt滤波器80

2.2.3直流母线83

2.2.4可控开关驱动脉冲的产生方法84

2.3多电平VSC拓扑结构94

2.3.1三电平中点钳位式VSC拓扑结构(3L-NPC)96

2.4网侧系统的控制108

2.4.1网侧系统的稳态模型108

2.4.2网侧系统的动态模型112

2.4.3网侧系统的矢量控制116

2.5总结123

参考文献123

第3章DFIM稳态模型125

3.1引言125

3.2稳态等效电路125

3.2.1DFIM基本概念125

3.2.2稳态等效电路126

3.2.3相量图130

3.3不同运行工况下的速度和功率流向132

3.3.1有功功率的基本关系132

3.3.2转矩表达式134

3.3.3无功功率表达式135

3.3.4有功功率、转矩和速度之间的近似关系135

3.3.5四象限运行136

3.4标幺化138

3.4.1基准值138

3.4.2变量和参数标幺化139

3.4.3标幺制下的DFIM稳态方程140

3.4.4例3.1：一台2MWDFIM参数141

3.4.5例3.2：不同功率等级的DFIM参数143

3.4.6例3.3：2MWDFIM相量图以及标幺化分析144

3.5稳态工作曲线：性能评估146

3.5.1转子电压比：频率、幅值和相位147

3.5.2转子电压比：电压幅值、频率比值（V-F）恒定153

3.5.3转子电压改变：控制定子侧无功和转矩155

3.6DFIM应用于风力发电设备的设计要求161

3.7总结164

参考文献165

第4章DFIM动态模型166

4.1引言166

4.2DFIM动态建模166

4.2.1αβ坐标系下模型168

4.2.2dq坐标系下模型170

4.2.3αβ模型的状态空间表示171

4.2.4dq模型的状态空间表示183

4.2.5稳态模型和动态模型间的关系187

4.3总结190

参考文献190

第5章DFIM测试192

5.1引言192

5.2DFIM模型参数的离线估算192

5.2.1对DFIM模型参数的考虑193

5.2.2采用VSC估算定转子电阻195

5.2.3基于VSC的漏感估算198

5.2.4空载条件下采用VSC估测励磁电感和铁损203

5.3总结208

参考文献208

第6章电压跌落时DFIM的特性分析210

6.1引言210

6.2转子感应电动势210

6.3正常工况运行特性211

6.4三相电压跌落212

6.4.1转子开路电压完全跌落的情况213

6.4.2转子开路部分电压跌落的情况216

6.5不对称电压跌落221

6.5.1对称分量法基本原理222

6.5.2对称分量法应用于DFIM224

6.5.3单相电压跌落226

6.5.4相间电压跌落230

6.6转子电流的影响232

6.6.1三相电压完全跌落时转子电流的影响232

6.6.2一般情况下的转子电压235

6.7电压跌落期间双馈感应电机的等效模型237

6.7.1线性等效模型238

6.7.2非线性等效模型239

6.7.3电网模型240

6.8小结240

参考文献241

第7章并网DFIM风电机组的矢量控制策略243

7.1引言243

7.2矢量控制243

7.2.1电流指令值的计算244

7.2.2电流指令值的限制246

7.2.3电流控制环247

7.2.4坐标定向250

7.2.5完整控制系统251

7.3矢量控制的小信号稳定性251

7.3.1坐标定向的影响252

7.3.2控制器调节的影响256

7.4电网电压不平衡条件下矢量控制的行为262

7.4.1坐标定向262

7.4.2转子侧变换器的饱和262

7.4.3定子电流和电磁转矩的振荡263

7.5电压跌落下矢量控制的行为265

7.5.1轻微电压跌落266

7.5.2严重电压跌落270

7.6电网扰动下的控制方案272

7.6.1去磁电流272

7.6.2双重控制策略279

7.7总结288

参考文献289

第8章DFIM直接控制技术292

8.1引言292

8.2DFIM直接转矩控制（DTC）293

8.2.1基本原理293

8.2.2控制框图295

8.2.3例8.1:2MWDFIM直接转矩控制302

8.2.4转子电压矢量对DFIM影响的研究303

8.2.5例8.2:采用DTC下2MWDFIM的频谱分析308

8.2.6转子磁链幅值参考值的产生308

8.3DFIM直接功率控制（DPC）311

8.3.1基本原理311

8.3.2控制框图312

8.3.3例8.3:2MWDFIM直接功率控制316

8.3.4转子电压矢量对DFIM影响的研究317

8.4DFIM定开关频率的预测直接转矩控制（P-DTC）320

8.4.1基本原理321

8.4.2控制框图322

8.4.3例8.4：开关频率800Hz时，15kW和2MWDFIM的P-DTC330

8.4.4例8.5：4kHz开关频率下15kWDFIM的P-DTC策略333

8.5DFIM定开关频率的预测直接功率控制（P-DPC）333

8.5.1基本原理334

8.5.2控制框图335

8.5.3例8.6：定开关频率1kHz下15kWDFIM的P-DPC339

8.6基于多电平变换器的DFIM定开关频率P-DPC和P-DTC341

8.6.1前言341

8.6.2基于3L-NPCVSC的DFIMP-DPC342

8.6.3基于3L-NPCVSC的DFIMP-DTC357

8.7电网电压扰动下基于直接控制技术的控制解决方案361

8.7.1前言361

8.7.2不平衡电网电压下的DPC策略361

8.7.3不平衡电网电压下的DTC策略366

8.7.4电压跌落下的DTC372

8.8总结377

参考文献377

第9章低电压穿越（LVRT）的硬件解决方案381

9.1引言381

9.2与LVRT相关的并网导则381

9.3Crowbar383

9.3.1主动型Crowbar的设计384

9.3.2三相电压跌落的响应特性386

9.3.3不对称跌落的响应特性387

9.3.4Crowbar和控制算法的协调390

9.4制动斩波器391

9.4.1独立安装的制动斩波器性能392

9.4.2Crowbar和制动斩波器的配合393

9.5其他保护技术394

9.5.1负载代替394

9.5.2风电场解决方案395

9.6总结395

参考文献396

第10章其他控制问题：估算器结构和并网DFIM的起动398

10.1简介398

10.2估算器和观测器结构398

10.2.1一般考虑398

10.2.2用于转子侧DPC的定子有功和无功功率估算399

10.2.3转子侧矢量控制中基于定子电压的定子磁链估算器400

10.2.4转子侧矢量控制中基于定子电压的定子磁链同步402

10.2.5转子侧DPC、DTC和矢量控制所需的定转子磁链估算器403

10.2.6定转子磁链全阶观测器403

10.3DFIM风电机组的起动406

10.3.1编码器整定408

10.3.2与电网同步412

10.3.3DFIM风电机组序列化起动过程416

10.4总结425

参考文献425

第11章基于DFIM的独立发电系统427

11.1引言427

11.1.1独立运行DFIM系统的要求427

11.1.2直流侧带储能装置的DFIM特性428

11.1.3滤波电容的选择430

11.2独立运行下DFIM系统的数学描述432

11.2.1独立运行下DFIM模型432

11.2.2基于电流源馈电的独立运行DFIM模型436

11.2.3独立运行DFIM的极坐标模型439

11.2.4基于电流源馈电的独立运行DFIM的极坐标模型443

11.3定子电压控制445

11.3.1基于PLL的幅值和频率控制445

11.3.2不平衡负载条件下独立运行系统电压不对称校正452

11.3.3非线性负载条件下电压谐波抑制455

11.4并网前独立运行系统采用PLL控制同步458

11.5总结461

参考文献461

第12章风力发电的新趋势463

12.1引言463

12.2风力发电未来的挑战：什么是必须创新的463

12.2.1风电场位置的选取464

12.2.2能量、效率与可靠性的增加465

12.2.3电网一体化466

12.2.4环境问题466

12.3技术趋势：如何实现467

12.3.1风电机组的机械结构467

12.3.2功率传输技术468

12.4总结478

参考文献479

附录482

A.1空间矢量表达482

A.1.1空间矢量表示法482

A.1.2不同坐标系之间的变换484

A.1.3功率表达486

A.2考虑铁损的DFIM动态建模487

A.2.1αβ坐标系中的模型488

A.2.2dq坐标系中的模型490

A.2.3用状态空间表示的αβ模型491

参考文献493

《钛、锆及其合金的电子束熔炼》主要介绍了电子束熔炼法生产钛和锆及其合金产品的技术特性，详细阐述了电子束熔炼钛和锆期间杂质、非金属夹杂物以及合金元素的运动模式和机理研究，给出了优化高反应性金属熔炼工艺参数的多种建议，对冶金过程提供了高质量的技术和经济规准。书中给出了在金属铸造和锻造阶段，包括金属化学成分、微观和宏观结构的质量特征以及金属的化学特性；提供了铸锭表面熔炼和熔整时的工艺流程图，并且描述了所研制电子束设备的具体功能。
　　《钛、锆及其合金的电子束熔炼》可作为科技人员、工程师和技术人员，以及高等学校在校学生的参考用书。