现代电力电子学与交流传动

译者序

序言

主要符号表

第1章 电力半导体器件

1.1 引言

1.2 二极管

1.3 晶闸管

1.3.1 伏安特性

1.3.2 开关特性

1.3.3 功率损耗和热阻抗

1.3.4 电流额定值

1.4 双向晶闸管

1.5 门极关断（GTO）晶闸管

1.5.1 开关特性

1.5.2 回馈式缓冲器

1.6 双极型晶体管（BPT或BJT）

1.7 电力MOSFET

1.7.1 VI特性

1.7.2 安全工作区（SOA）

1.8 静电感应晶体管（SIT）

1.9 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）

1.10 MOS控制晶闸管（MCT）

1.11 集成门极换向晶闸管（IGCT）

1.12 大能量带隙材料在电力半导体器件中的应用

1.13 功率集成电路（PIC）

1.14 小结

参考文献

第2章 交流电动机传动

2.1 引言

2.2 异步电动机

2.2.1 旋转磁场

2.2.2 转矩的产生

2.2.3 等效电路

2.2.4 转矩转速曲线

2.2.5 电动机的NEMA分类

2.2.6 变压恒频运行

2.2.7 变频运行

2.2.8 恒电压/频率运行

2.2.9 传动运行区域

2.2.10 变定子电流运行

2.2.11 谐波的影响

2.2.11.1 谐波发热

2.2.11.2 电动机参数变化

2.2.11.3 转矩脉动

2.2.12 动态dq模型

2.2.12.1 坐标轴变换

2.2.12.2 同步旋转参考坐标系动态模型（Kron方程）

2.2.12.3 静止坐标系动态模型（Stanley方程）

2.2.12.4 动态模型的状态空间方程

2.3 同步电动机

2.3.1 绕线励磁电动机

2.3.1.1 等效电路

2.3.1.2 电磁转矩

2.3.1.3 凸极式电动机特性

2.3.1.4 动态de-qe电动机模型（Park模型）

2.3.2 同步磁阻电动机

2.3.3 永磁（PM）电动机

2.3.3.1 永磁材料

2.3.3.2 正弦波表面式永磁（SPM）电动机

2.3.3.3 正弦波嵌入式永磁（IPM）电动机

2.3.3.4 梯形波表面式永磁（SPM）电动机

2.4 可变磁阻电动机（VRM）

2.5 小结

参考文献

第3章 二极管及相控变流器

3.1 引言

3.2 二极管整流器

3.2.1 单相桥式电路——电阻、阻感负载

3.2.2 电源电感的影响

3.2.3 单相桥式电路——阻感、反电动势（CEMF）负载

3.2.4 单相桥式电路——阻容负载

3.2.5 畸变因数、位移功率因数和功率因数

3.2.6 畸变因数（DF）

3.2.7 位移功率因数（DPF）

3.2.8 功率因数（PF）

3.2.9 三相全桥电路——阻感负载

3.2.10 三相全桥电路——阻容负载

3.3 晶闸管变流器

3.3.1 单相桥式电路——阻感、反电动势负载

3.3.2 不连续导电模式

3.3.3 三相变流器——阻感、反电动势负载

3.3.4 三相半波变流器

3.3.5 电源漏感（Lc）分析

3.3.6 三相桥式变流器

3.3.7 三相桥式变流器的不连续导电模式

3.3.8 三相双组桥变流器

3.3.9 6脉波中心抽头变流器

3.3.10 12脉波变流器

3.3.11 桥式变流器的并行控制和顺序控制

3.4 变流器控制

3.4.1 线性触发延迟角控制

3.4.2 余弦交点控制

3.4.3 锁相振荡器原理

3.5 电磁干扰（EMI）及电网供电质量问题

3.5.1 EMI问题

3.5.2 电网谐波问题

3.6 小结

参考文献

第4章 交交变频器

4.1 引言

4.2 相控交交变频器

4.2.1 基本运行原理

4.2.2 三相双组变流器用作交交变频器

4.2.3 交交变频器电路结构

4.2.3.1 三相半波交交变频器

4.2.3.2 三相桥式交交变频器

4.2.4 有环流模式和无环流模式的比较

4.2.4.1 有环流模式

4.2.4.2 无环流模式

4.2.5 负载和电网谐波

4.2.5.1 负载电压谐波

4.2.5.2 电网电流谐波

4.2.6 电网位移功率因数

4.2.7 交交变频器的控制

4.2.8 改善DPF的方法

4.2.8.1 方波运行

4.2.8.2 不对称触发延迟角控制

4.2.8.3 环流控制

4.3 矩阵式变流器

4.4 高频交交变频器

4.4.1 高频相控交交变频器

4.4.2 高频、整数脉冲交交变频器

4.4.2.1 正弦供电

4.4.2.2 准方波供电

4.5 小结

参考文献

第5章 电压源型变流器

5.1 引言

5.2 单相逆变器

5.2.1 半桥逆变器及变压器中心抽头式逆变器

5.2.2 全桥或H桥逆变器

5.3 三相桥式逆变器

5.3.1 方波或6脉波运行方式

5.3.2 电动与发电模式

5.3.3 输入纹波

5.3.4 器件的电压和电流额定值

5.3.5 移相电压控制

5.3.6 电压（幅值）和频率控制

5.4 多重化逆变器（多阶梯波逆变器）

5.4.1 12阶梯波逆变器

5.4.2 移相控制的18阶梯波逆变器

5.5 脉冲宽度调制技术

5.5.1 正弦PWM

5.5.2 特定谐波消除PWM（SHEPWM）

5.5.3 最小纹波电流PWM

5.5.4 空间矢量PWM

5.5.5 瞬时电流控制正弦PWM

5.5.6 滞环电流控制PWM

5.5.7 SigmaDelta调制

5.6 三电平逆变器

5.7 硬开关的影响

5.8 谐振型逆变器

5.9 软开关逆变器

5.10动力与再生制动

5.10.1 动力制动

5.10.2 再生制动

5.11 PWM整流器

5.11.1 带有升压斩波器的二极管整流器

5.11.1.1 单相

5.11.1.2 三相

5.11.2 用于输入整流的PWM变流器

5.11.2.1 单相

5.11.2.2 三相

5.12 静止无功补偿器和有源滤波器

5.13 对基于MATLAB/SIMULINK仿真的介绍

5.14 小结

参考文献

第6章 电流源型变流器

6.1 引言

6.2 6脉波晶闸管逆变器的基本原理

6.2.1 模式1：负载换相整流器（0≤α≤π/2）

6.2.2 模式2：负载换相逆变器（π/2≤α≤π）

6.2.3 模式3：强迫换相逆变器（π≤α≤3π/2）

6.2.4 模式4：强迫换相整流器（3π/4≤α≤2π）

6.3 负载换相逆变器

6.3.1 单相谐振逆变器

6.3.2 三相逆变器

6.3.2.1 滞后功率因数负载

6.3.2.2 过励同步电动机负载

6.3.2.3 同步电动机起动

6.4 强迫换相逆变器

6.5 谐波热效应和转矩脉动

6.6 多重化逆变器

6.7 带自换相装置的逆变器

6.7.1 6脉波逆变器

6.7.2 PWM逆变器

6.7.2.1 梯形波PWM

6.7.2.2 特定谐波消除PWM（SHEPWM）

6.7.3 双边PWM变流器系统

6.7.4 PWM整流器的应用

6.7.4.1 静止无功补偿器/有源滤波器

6.7.4.2 超导磁场储能（SMES）

6.7.4.3 直流电动机调速

6.8 电流源型变流器和电压源型变流器的比较

6.9 小结

参考文献

第7章 异步电动机转差功率回馈型传动系统

7.1 引言

7.2 转子变阻器调速的双馈电动机

7.3 静止Kramer传动

7.3.1 矢量图

7.3.2 交流等效电路

7.3.3 转矩表达式

7.3.4 谐波

7.3.5 Kramer传动的调速

7.3.6 功率因数的改善

7.4 静止Scherbius传动

7.4.1 运行模式

7.4.2 用于VSCF发电系统的改进Scherbius传动

7.5 小结

参考文献

第8章 异步电动机传动系统的控制与估计

8.1 引言

8.2 基于小信号模型的异步电动机控制

8.3 标量控制

8.3.1 电压源型逆变器的控制

8.3.1.1 开环电压/频率（V/F）控制

8.3.1.2 变频传动的节能效果

8.3.1.3 带转差率调节的速度控制

8.3.1.4 带有转矩和磁链控制的速度控制

8.3.1.5 电流控制的电压源型逆变器传动

8.3.1.6 并联电动机的牵引传动

8.3.2 电流源型逆变器的控制

8.3.2.1 独立的电流和频率控制

8.3.2.2 电流源型逆变器传动系统的速度和磁链控制

8.3.2.3 电流源型逆变器传动系统的电压/频率（V/F）控制

8.3.3 基于磁链规划的效率优化控制

8.4 矢量控制或磁场定向控制

8.4.1 与直流传动类比

8.4.2 等效电路和相量图

8.4.3 矢量控制原理

8.4.4 直接或反馈矢量控制

8.4.5 磁链矢量的估计

8.4.5.1 基于电压模型的方法

8.4.5.2 基于电流模型的方法

8.4.6 间接或前馈矢量控制

8.4.7 电网侧PWM整流器的矢量控制

8.4.8 定子磁链定向的矢量控制

8.4.9 电流源型逆变器传动系统的矢量控制

8.4.10 周波变流器传动系统的矢量控制

8.5 无传感器矢量控制

8.5.1 转速估算方法

8.5.1.1 转差频率计算法

8.5.1.2 基于状态方程的直接综合法

8.5.1.3 模型参考自适应系统（MRAS）

8.5.1.4 转速自适应磁链观测器（Luenberger观测器）法

8.5.1.5 扩展卡尔曼滤波器（EKF）法

8.5.1.6 齿谐波法

8.5.1.7 凸极转子注入辅助信号

8.5.2 无速度信号的直接矢量控制

8.5.2.1 可编程的级联低通滤波器（PCLPF）定子磁链估计

8.5.2.2 基于电流模型方程的电动机起动控制

8.6 直接转矩和磁链控制（DTC）

8.6.1 基于定子和转子磁链的转矩表达式

8.6.2 DTC的控制策略

8.7 自适应控制

8.7.1 自调节控制

8.7.2 模型参考自适应控制（MRAC）

8.7.3 滑模控制

8.7.3.1 控制原理

8.7.3.2 矢量控制系统的滑模控制

8.8 传动系统的自整定

8.9 小结

参考文献

第9章 同步电动机传动系统的控制与估计

9.1 引言

9.2 正弦波SPM同步电动机传动

9.2.1 开环电压/频率控制

9.2.2 自控方式

9.2.3 绝对位置编码器

9.2.3.1 光学编码器

9.2.3.2 带解码器的模拟式旋转变压器

9.2.4 矢量控制

9.3 同步磁阻电动机传动

9.3.1 恒定de轴电流（ids）控制

9.3.2 快速转矩响应控制

9.3.3 最大转矩/电流控制

9.3.4 最大功率因数控制

9.4 正弦波IPM电动机传动

9.4.1 最大转矩/电流的电流矢量控制

9.4.2 弱磁控制

9.4.3 定子磁链定向的矢量控制

9.4.3.1 反馈信号处理

9.4.3.2 方波（SW）模式下的弱磁控制

9.4.3.3 PWM－SW模式的切换

9.5 梯形波SPM同步电动机传动系统

9.5.1 基于逆变器的传动系统

9.5.1.1 2π/3角导通方式

9.5.1.2 PWM电压和电流控制方式

9.5.2 转矩－速度曲线

9.5.3 电动机的动态模型

9.5.4 传动系统的控制

9.5.4.1 反馈方式中的闭环速度控制

9.5.4.2 FW方式中的闭环电流控制

9.5.5 转矩脉动

9.5.6 基速以上的运行

9.6 绕组励磁式同步电动机传动系统

9.6.1 有刷和无刷直流励磁

9.6.2 负载换相逆变器（LCI）传动系统

9.6.2.1 恒定γ角下LCI传动系统的控制

9.6.2.2 触发延迟角αd或φ′角的控制

9.6.2.3 采用电动机端电压信号的控制

9.6.2.4 锁相环（PLL）γ角的控制

9.6.3 周波变流器传动系统的标量控制

9.6.4 周波变流器传动系统的矢量控制

9.6.5 电压源型逆变器的矢量控制

目录ⅩⅦ9.7 无传感器控制

9.7.1 梯形波SPM电动机的无传感器控制

9.7.1.1 电动机端电压检测法

9.7.1.2 定子3次谐波电压检测法

9.7.2 正弦波永磁电动机的无传感器控制

9.7.2.1 电动机端电压和电流检测法

9.7.2.2 电感变化（凸极）效应法

9.7.2.3 扩展卡尔曼滤波（EKF）的状态估计法

9.8 开关磁阻电动机（SRM）传动系统

9.9 小结

参考文献

第10章 专家系统原理及应用

10.1 引言

10.2 专家系统原理

10.2.1 知识库

10.2.1.1 框架结构

10.2.1.2 元知识

10.2.1.3 ES语言

10.2.2 推理机

10.2.3 用户界面

10.3 专家系统的命令解释程序

10.3.1 命令解释程序的特性

10.3.2 外部接口

10.3.3 程序开发步骤

10.4 ES的设计方法

10.5 应用实例

10.5.1 传动装置中的PI调节器

10.5.2 故障诊断

10.5.3 交流传动产品的选择

10.5.4 传动系统的配置选择、设计与仿真

10.5.4.1 配置选择

10.5.4.2 电动机额定参数设计

10.5.4.3 变流器设计

10.5.4.4 控制设计和仿真研究

10.6 术语表

10.7 小结

参考文献

第11章 模糊逻辑原理及其应用

11.1 引言

11.2 模糊集合

11.2.1 隶属函数（MF）

11.2.2 模糊集合运算

11.3 模糊系统

11.3.1 推理方法

11.3.1.1 Mamdani方法

11.3.1.2 LusingLarson方法

11.3.1.3 Sugeno方法

11.3.2 解模糊方法

11.3.2.1 重心法（COA）

11.3.2.2 高度法

11.3.2.3 最大值平均法（MOM）

11.3.2.4 Sugeno解模糊法

11.4 模糊控制

11.4.1 为什么要模糊控制

11.4.2 历史回顾

11.4.3 控制原理

11.4.4 模糊控制器的实现

11.5 一般设计方法

11.6 应用情况

11.6.1 异步电动机速度控制

11.6.2 异步电动机传动系统基于磁链在线规划的效率优化

11.6.3 风力发电系统

11.6.3.1 风力涡轮机特性

11.6.3.2 系统描述

11.6.3.3 模糊控制

11.6.4 间接矢量控制的转差增益调节

11.6.5 定子电阻Rs的估计

11.6.6 畸变波形的估计

11.6.6.1 Mamdani方法

11.6.6.2 Sugeno方法

11.7 模糊逻辑工具箱

11.7.1 FIS编辑器

11.7.2 隶属函数编辑器

11.7.3 规则编辑器

11.7.4 规则浏览器

11.7.5 控制曲面浏览器

11.7.6 基于模糊逻辑的同步电流控制演示程序

11.8 术语表

11.9 小结

参考文献

第12章 神经网络原理及其应用

12.1 引言

12.2 神经元结构

12.2.1 生物神经元的概念

12.2.2 人工神经元

12.3 人工神经网络

12.3.1 应用示例：Y=AsinX

12.3.2 前馈神经网络的训练

12.3.2.1 学习方法

12.3.2.2 基于ANN的字母识别

12.3.3 反向传播训练

12.3.4 三层网络的反向传播算法

12.3.4.1 输出层神经元的权重计算

12.3.4.2 隐含层神经元的权重计算

12.3.5 在线训练

12.4 其他网络

12.4.1 径向基函数神经网络

12.4.2 Kohonen自组织特征映射（SOFM）网络

12.4.3 用于动态系统的递归神经网络

12.5 神经网络在辨识和控制中的应用

12.5.1 时滞神经网络

12.5.2 动态系统建模

12.5.3 动态模型的神经网络辨识

12.5.4 逆动态模型

12.5.5 神经网络控制

12.6 一般设计方法

12.7 神经网络的应用

12.7.1 PWM控制器

12.7.1.1 特定谐波消除PWM（SHEPWM）

12.7.1.2 瞬时电流控制PWM

12.7.1.3 空间矢量PWM

12.7.2 矢量控制系统的反馈信号估计

12.7.3 畸变波形的估计

12.7.4 传动系统的模型辨识和自适应控制

12.7.5 基于递归网络的速度估计

12.7.6 基于RNN的自适应磁链估计

12.8 模糊神经系统

12.9 神经网络工具箱的演示程序

12.9.1 神经网络工具箱的介绍

12.9.2 演示程序

12.10 术语表

12.11 小结

参考文献

《现代电力电子学与交流传动》详细介绍了电力半导体器件、交流电动机、相控变流器、交交变频器、电压源型逆变器、电流源型逆变器、异步电动机转差功率的回馈控制、异步电动机传动的控制与状态估计、同步电动机传动的控制与状态估计、专家系统原理与应用、模糊逻辑原理与应用和神经网络原理与应用等内容，涵盖了现代电力电子学与交流传动技术的整个体系。
　　《现代电力电子学与交流传动》深入浅出、通俗易懂，非常适合用作电气工程类专业本科生与研究生的教材，也可以作为电气工程师的参考书。

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