大功率变频器及交流传动 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[加拿大] 吴斌 著，卫三民，苏位峰，宇文博 译，李发海 校

图书标签:

• 变频器
• 交流传动
• 电力电子
• 电机控制
• 工业自动化
• 驱动技术
• 高功率
• 电力传动
• 控制工程
• 电气工程

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111508328

版次：1

商品编码：11749743

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 国际电气工程先进技术译丛

开本：16开

出版时间：2015-08-01

用纸：胶版纸

页数：271

内容简介

　　《大功率变频器及交流传动》详细而又完整地介绍了大功率变频器及中压交流传动的最新发展技术，包括各种大功率变频器的拓扑结构、脉冲调制方法、先进的控制策略以及工业产品设计经验等。书中包括了250多个图表，对所有主要理论和控制方法，都给出了计算机仿真结果和试验波形。对于实际产品的设计和工业应用中的各种问题，书中也穿插于各章节中进行了详细介绍。

目录

译者序
前言
第1部分绪论
第1章概述3
1.1简介3
1.2技术难点5
1.2.1网侧的技术要求5
1.2.2电动机侧的技术要求6
1.2.3开关器件的限制7
1.2.4对传动系统的整体要求7
1.3变频器拓扑结构7
1.4中压传动工业产品9
1.5小结12
附录1A中压传动系统的应用概况12
参考文献12
第2章大功率半导体器件14
2.1简介14
2.2大功率开关器件15
2.2.1二极管15
2.2.2普通晶闸管15
2.2.3门极关断晶闸管17
2.2.4门极换向晶闸管18
2.2.5绝缘栅双极型晶体管21
2.2.6其他开关器件22
2.3器件的串联运行22
2.3.1电压不均衡的主要原因23
2.3.2GCT的电压均衡23
2.3.3IGBT的电压均衡25
2.4小结25
参考文献26
第2部分多脉波二极管和SCR整流器
第3章多脉波二极管整流器29
3.1简介29
3.26脉波二极管整流器30
3.2.1简介30
3.2.2容性负载31
3.2.3THD和PF的定义34
3.2.4标幺值系统35
3.2.56脉波二极管整流器的THD和PF35
3.3串联型多脉波二极管整流器37
3.3.112脉波串联型二极管整流器37
3.3.218脉波串联型二极管整流器41
3.3.324脉波串联型二极管整流器43
3.4分离型多脉波二极管整流器44
3.4.112脉波分离型二极管整流器44
3.4.218和24脉波分离型二极管整流器47
3.5小结49
参考文献50
第4章多脉波晶闸管整流器51
4.1简介51
4.26脉波晶闸管整流器51
4.2.1理想6脉波晶闸管整流器52
4.2.2网侧电感的影响54
4.2.3THD和PF57
4.312脉波晶闸管整流器58
4.3.1理想12脉波晶闸管整流器59
4.3.2线路电感和变压器漏电感的影响61
4.3.3THD和PF62
4.418和24脉波晶闸管整流器62
4.5小结64
参考文献64
第5章移相变压器65
5.1简介65
5.2一次侧绕组为接二次侧绕组为延边三角形的移相变压器65
5.2.1/型移相变压器65
5.2.2/型移相变压器66
5.3一次侧绕组为三角形二次侧绕组为延边三角形的移相变压器68
5.4谐波电流的消除69
5.4.1谐波电流的相移69
5.4.2谐波的消除71
5.5小结72
第3部分多电平电压源型逆变器
第6章两电平电压源型逆变器75
6.1简介75
6.2正弦波脉宽调制75
6.2.1调制方法75
6.2.2谐波成分77
6.2.3过调制78
6.2.4三次谐波注入PWM78
6.3空间矢量调制79
6.3.1开关状态80
6.3.2空间矢量80
6.3.3作用时间计算82
6.3.4调制因数84
6.3.5开关顺序84
6.3.6频谱分析86
6.3.7偶次谐波的消除88
6.3.8不连续空间矢量调制91
6.4小结93
参考文献93
第7章串联H桥多电平逆变器95
7.1简介95
7.2H桥逆变器95
7.2.1双极性调制法95
7.2.2单极性调制法97
7.3多电平逆变器拓扑结构99
7.3.1采用相同电压直流电源的串联H桥逆变器99
7.3.2采用不同电压直流电源的串联H桥逆变器101
7.4基于载波的PWM控制法102
7.4.1移相载波调制法102
7.4.2移幅载波调制法106
7.4.3移相和移幅载波PWM方法的比较110
7.5阶梯波调制方法112
7.6小结114
参考文献114
第8章二极管箝位式多电平逆变器116
8.1简介116
8.2三电平逆变器116
8.2.1拓扑结构116
8.2.2开关状态117
8.2.3换相118
8.3空间矢量调制120
8.3.1静止空间矢量121
8.3.2作用时间计算122
8.3.3V�遰ef位置与保持时间之间的关系124
8.3.4开关顺序设计125
8.3.5逆变器输出波形和谐波含量128
8.3.6消除偶次谐波130
8.4中点电压控制133
8.4.1中点电压偏移的原因133
8.4.2电动和再生运行模式的影响134
8.4.3中点电压的反馈控制134
8.5其他空间矢量调制算法135
8.5.1非连续空间矢量调制136
8.5.2基于两电平算法的SVM136
8.6多电平二极管箝位式逆变器136
8.6.1四、五电平二极管箝位式逆变器136
8.6.2基于载波的PWM138
8.7小结141
附录8A采用偶次谐波消除方法的三电平NPC逆变器7段式开关顺序141
参考文献143
第9章其他多电平电压源型逆变器145
9.1简介145
9.2NPC/H桥逆变器145
9.2.1拓扑结构145
9.2.2调制方法146
9.2.3波形和谐波分量147
9.3多电平电容悬浮式逆变器148
9.3.1拓扑结构148
9.3.2调制方法149
9.4小结150
参考文献151
第4部分PWM电流源型变频器
第10章PWM电流源型逆变器155
10.1简介155
10.2PWM电流源型逆变器155
10.2.1梯形波脉宽调制157
10.2.2特定谐波消除法160
10.3空间矢量调制163
10.3.1开关状态163
10.3.2空间矢量164
10.3.3作用时间计算166
10.3.4开关顺序167
10.3.5电流谐波分量170
10.3.6SVM、TPWM和SHE的比较171
10.4并联电流源型逆变器171
10.4.1逆变器拓扑结构171
10.4.2并联逆变器空间矢量调制172
10.4.3中矢量对直流电流的影响173
10.4.4直流电流的平衡控制175
10.4.5试验验证175
10.5负载换相逆变器177
10.6小结177
附录10A图10��1中的逆变器采用SHE方法时计算的开关角178
参考文献179
第11章PWM电流源型整流器180
11.1简介180
11.2单桥电流源型整流器180
11.2.1简介180
11.2.2特定谐波消除法181
11.2.3整流器直流输出电压185
11.2.4空间矢量调制法186
11.3双桥电流源型整流器186
11.3.1简介186
11.3.2PWM方法187
11.3.3谐波成分189
11.4功率因数控制189
11.4.1简介189
11.4.2α和ma的同时控制190
11.4.3功率因数曲线192
11.5有源阻尼控制194
11.5.1简介194
11.5.2串联和并联谐振模式194
11.5.3有源阻尼原理195
11.5.4LC谐振抑制196
11.5.5谐波抑制198
11.5.6有源阻尼电阻的选择200
11.6小结201
附录11A电流源型整流器的开关角202
参考文献203
第5部分大功率交流传动系统
第12章电压源型逆变器传动系统207
12.1简介207
12.2基于两电平VSI的中压传动系统207
12.2.1功率变换模块207
12.2.2带不控前端的两电平VSI传动系统208
12.3中点箝位式逆变器传动系统210
12.3.1基于GCT的NPC逆变器传动系统210
12.3.2基于IGBT的NPC逆变器传动系统213
12.4多电平串联H桥逆变器传动系统214
12.4.1适用于2300V/4160V电动机的CHB逆变器传动系统214
12.4.2适用于6.6kV/11.8kV电动机的CHB逆变器传动系统216
12.5NPC/H桥逆变器传动系统217
12.6小结218
参考文献218
第13章电流源型变频器传动系统220
13.1简介220
13.2采用PWM整流器的电流源型变频器传动系统220
13.2.1采用单桥PWM整流器的电流源型变频器传动系统220
13.2.2专用电动机的电流源型变频器传动系统224
13.2.3采用双桥PWM整流器的电流源型变频器传动系统225
13.3适用于常规变流电动机的无变压器电流源型逆变器传动系统225
13.3.1新型电流源型变频器的拓扑结构226
13.3.2用于抑制共模电压的一体化直流电抗器226
13.4采用多脉波SCR整流器的电流源型变频器传动系统229
13.4.1采用18脉波SCR整流器的电流源型变频器传动系统229
13.4.2采用6脉波SCR整流器的低成本电流源型变频器传动系统229
13.5同步电动机的负载换相逆变器传动系统230
13.5.112脉波输入和6脉波输出的LCI传动系统230
13.5.212脉波输入和12脉波输出的LCI传动系统231
13.6小结231
参考文献232
第14章高性能传动控制方法233
14.1简介233
14.2坐标变换233
14.2.1abc/dq坐标变换233
14.2.23/2静止变换235
14.3异步电动机数学模型236
14.3.1空间矢量电动机模型236
14.3.2dq电动机模型238
14.3.3异步电动机暂态特性238
14.4磁场定向控制原理242
14.4.1磁场定向242
14.4.2FOC的控制框图243
14.5直接磁场定向控制244
14.5.1系统框图244
14.5.2转子磁链计算245
14.5.3电流控制VSI变频器的直接FOC247
14.6间接磁场定向控制250
14.7电流源型逆变器传动系统的磁场定向控制252
14.8直接转矩控制254
14.8.1直接转矩控制的原理255
14.8.2开关逻辑255
14.8.3定子磁链和转矩计算259
14.8.4DTC传动系统仿真259
14.8.5DTC和FOC方法之间的比较261
14.9小结261
参考文献262
附录263
附录A缩略语中英文对照表263
附录B教学作业265
B.1简介265
B.2教学作业示例——教学作业 3：两电平VSI的空间矢量调制方法265
B.3教学作业答案267

前言/序言

　　前言随着电力半导体器件（尤其是IGBT和GCT）的迅速发展，中压大功率传动设备在石油化工、矿山开采、轧钢和冶金、运输等工业领域得到了越来越广泛的应用，节约了电能、增加了产量并提高了产品质量。
　　虽然专家、学者和技术人员对于中压（2��3～13��8kV）大功率（1～100MW）传动系统的研究工作一直在持续进行，但介绍相关最新前沿技术的书籍却并不多见。本书则致力于此，完整而又详尽地介绍了各种大功率变频器的拓扑结构及原理、传动系统的组成，以及与此相关的各种先进控制策略。
　　本书包括了中压大功率传动领域最新发展的前沿技术，不但通过表格、框图、波形图等给出了系统设计参考，而且还介绍了实际产品设计中的各种关键技术难点及其解决方法。对于所有重要的概念、控制原理和核心控制技术，书中都给出了计算机仿真结果和实际装置的实验波形。本书可作为学术研究、产品开发等专业技术人员或产品工程师的参考。书中同时详细地给出了多个专题的相关技术背景，也非常适合于作为电力电子及交流传动专业的研究生教材。
　　本书可分为5个部分，共14章。
　　第1部分为绪论，总体介绍了中压大功率变频器的市场分析、系统结构、工业典型应用、变频器拓扑结构以及各种电力半导体器件等。其中，重点介绍了中压变频器具有普遍意义的关键技术要求和难点（对于低压传动系统来说，从不同角度分析时，关键技术和难点也往往不同）。
　　第2部分介绍多脉波二极管及晶闸管整流器，内容包括中压变频器中为降低网侧线电流畸变常用到的12、18和24脉波整流器的拓扑结构；同时也介绍了多脉波整流器中经常用到的移相变压器，并详细讨论了基于移相变压器消除主要谐波的原理。
　　第3部分介绍了多电平电压源型逆变器，详细分析并比较了各种多电平电压源型逆变器的拓扑结构，包括典型的中点箝位多电平结构和串联H桥多电平结构；在此基础上，介绍了基于载波和基于空间矢量的两大类多电平脉宽调制方法。
　　第4部分讨论了中压逆变器中的PWM电流源型逆变器和整流器，分析了梯形波调制方法、特定谐波消除方法以及电流源型变频器的空间矢量调制方法。在这部分中，同时分析了功率因数为1的控制方法，以及有源阻尼控制方法。
　　最后，第5部分介绍了大功率交流传动系统，给出了国际上各大公司开发的电压源型和电流源型变频器，并比较了各种结构的特点和优缺点；此后，介绍了磁场定向矢量控制和直接转矩控制两种最为广泛使用的控制方法。书中力争用最简单和最容易理解的方式把两种控制方法介绍得清晰、简洁。
　　附录为在研究生课程教学中使用的12个基于计算机仿真的教学作业，各教学作业的详细分析和答案可参见指导手册（另单独发行）。指导手册中同时有各章节的讲解演示文稿（基于幻灯片形式）。
　　最后，谨向Rockwell Automation（加拿大）公司的同事们表示最诚挚的感谢，尤其是Steve Rizzo、Navid Zargari和Frank DeWinter，感谢和他们进行的无数次技术探讨，感谢12年来一起在研究开发中压传动系统中愉快而又富有成效的合作！同时真诚感谢我的恩师，Shashi Dowan博士和Gordon Slemon博士，感谢两位导师在我于Toronto大学攻读硕士和博士学位期间的谆谆教导，是他们使得我在大功率传动系统的研究方面受益匪浅！感谢RPM工程公司的Robert Hanna博士，感谢他对原稿的仔细审读，并提出了很多宝贵的意见！同时，感谢所有在Ryerson大学电气传动应用及研究实验室（LEDAR）先后工作过的博士后、博士和硕士生们，感谢他们在准备本书书稿中给予的协助和支持！感谢ASI Robicon、ABB、Siemens AG及Rockwell Automation公司，感谢他们为书中提供了中压传动系统的照片。最后，非常感谢我的夫人Janice及我的女儿Linda，感谢她们在完成此书期间给予的关心、理解、支持，以及在写作上带来的灵感。
　　Bin Wu于加拿大多伦多



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好的，以下是一份关于《大功率变频器及交流传动》的图书简介，内容详尽，不包含该书的具体技术细节，旨在吸引对相关领域感兴趣的读者： --- 《大功率变频器及交流传动》图书简介 探索现代电力驱动系统的核心技术与未来趋势 在当今工业自动化和电气传动领域，电力电子技术扮演着至关重要的角色。随着对能源效率、过程控制精度以及系统可靠性要求的不断提高，大功率变频器（Variable Frequency Drive, VFD）已成为驱动交流电机实现高效、灵活运行的核心设备。本书籍旨在为工程师、技术人员、研究人员及相关专业学生提供一个全面、深入且前瞻性的视角，解析大功率变频器的工作原理、系统集成、应用实践及其在现代工业中的战略意义。 本书的价值定位：深度与广度的平衡 本书并非仅仅停留在对单一技术模块的机械罗列，而是力求构建一个完整的知识体系框架，帮助读者理解变频器技术如何与整体交流传动系统协同工作，以应对复杂的工程挑战。我们将聚焦于驱动系统的“心脏”——大功率变频器，剖析其设计哲学、关键技术路径以及在不同负载条件下的性能优化策略。 第一部分：现代交流传动的基石 本部分内容首先为读者奠定坚实的理论基础，探讨交流电机（特别是异步电机和同步电机）的特性与控制需求。在此基础上，我们将深入剖析电力电子技术在实现电机调速方面的历史演进与技术瓶颈。重点在于理解为什么大功率变频器成为了解决这些挑战的关键技术。 电机特性分析： 深入讨论三相交流电机在不同工况下的转矩-速度特性、励磁控制要求以及对供电质量的敏感性。 调速技术演进： 概述传统机械调速、有级调速到现代电力电子连续调速的技术飞跃，强调变频调速带来的本质优势。 系统集成考量： 在系统层面，探讨变频器与上级电网的连接要求、电磁兼容性（EMC）设计的基础原则，以及如何预见和规避常见的系统级干扰问题。 第二部分：大功率变频器的核心技术剖析 本章是全书的精髓所在，它系统地阐述了构建高效、高可靠性大功率变频器所依赖的关键电力电子器件、拓扑结构与控制算法。我们致力于揭示“黑匣子”内部的运行机制。 电力电子器件的选择与应用： 详细比较IGBT、GTO、以及新兴的SiC/GaN器件在大功率应用中的适用性、耐受能力与开关特性。重点分析高压、大电流场合下器件的选型标准与热管理策略。 拓扑结构对比与优化： 全面介绍不同层次的变频器拓扑结构，包括电压源逆变器（VSI）的各种调制方式（如SPWM, SVM）以及电流源逆变器（CSI）的特点。对于大功率应用，我们将特别关注多电平技术（如NPC、飞跨换流器FCL）如何提升输出波形质量、降低开关损耗并延长设备寿命。 控制策略的精细化： 深入探讨矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）和大功率驱动特有的转矩控制方法。分析在弱磁调速区、低速高转矩运行以及动态响应速度受限情况下的控制算法调整与参数辨识技术。 第三部分：工程应用、保护与维护 理论知识必须落实到工程实践。本部分将视角转向变频器在实际工业场景中的部署、运行管理和全生命周期维护。 负载匹配与选型原则： 针对冶金、化工、船舶推进、风力发电等不同行业的特殊负载特性（如高惯性、往复运动、宽范围调速需求），提供科学的变频器选型指南，避免“大马拉小车”或“小马拉大车”的低效配置。 电能质量与谐波治理： 大功率变频器的使用对电网会产生显著的谐波影响。本书将详细分析谐波的产生机理，并介绍主动/被动滤波、有源电力滤波器（APF）以及多脉波整流技术在治理输入侧和输出侧谐波方面的工程实施方案。 系统可靠性与故障诊断： 探讨冗余设计、关键部件的寿命预测模型，以及基于状态监测（Condition Monitoring）的预防性维护策略。讲解常见的运行故障类型及其快速排除方法，确保系统的高可用性。 展望：未来驱动技术的前沿方向 最后，本书将目光投向未来。探讨智能制造背景下，变频器如何与物联网（IoT）、边缘计算和人工智能技术深度融合，实现更高级别的自适应控制、预测性维护与能源优化调度。 本书结构严谨，论述清晰，图文并茂，是电气传动领域技术人员、高校师生不可多得的参考宝典。通过阅读本书，您将不仅掌握大功率变频器的“怎么做”，更能理解其“为什么这样设计”，从而在未来的工程实践中，构建出更高效、更智能的交流传动解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个对现有成熟方案感到瓶颈的时候接触到这本书的，当时急需突破现有设计的效率极限。这本书在讲解各种调制策略时，特别是针对高压大功率场合，提供了一系列独到的见解。它没有停留在传统的SPWM或SVPWM层面，而是深入探讨了高空间矢量调制和非对称调制等方法如何优化开关损耗和降低谐波含量。这种对细节的极致追求，是区分优秀技术书籍和普通参考手册的关键所在。更让我惊喜的是，书中对于不同拓扑结构——比如中点钳位（NPC）和级联H桥（CHB）——的比较分析非常中肯和客观，不仅罗列了各自的优缺点，还结合了经济性和可维护性进行了综合评估，这体现了作者在实际工程项目中积累的丰富经验。读完相关章节后，我立刻对我们正在进行的项目方案进行了优化调整，效果立竿见影，这让我深切体会到理论指导实践的力量。这本书的价值，正在于它能将晦涩的物理定律转化为可操作、可衡量的工程指标。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是“厚重而实用”。它不像某些学术专著那样高悬于空中，而是脚踏实地地将理论根基扎得非常深。我尤其赞赏作者在探讨故障诊断和保护机制时所采用的系统思维。它不仅仅是告诉我们“如何设置保护阈值”，而是构建了一个完整的状态监测和故障预测的框架，涉及传感器选择、信号处理，乃至基于模型的异常检测算法。这种全生命周期的视角，对于提升设备运行的稳定性和安全性至关重要。此外，书中对不同负载类型（如风机、水泵、轧机等）的特性匹配和控制参数整定的讨论，提供了大量可直接参考的经验数据和曲线图。这表明作者对应用场景的理解是极为深入的，而非仅仅停留在原理层面。这本书的深度足够让资深工程师进行技术升级，其广度也足以支撑新手快速建立起对电力传动系统的全局观。它是一本真正能伴随工程师职业生涯成长的宝贵资源，每当我遇到棘手的工程问题时，都会习惯性地翻阅它，总能从中找到新的思路和解决方案的切入点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和设计感挺不错的，拿在手上沉甸甸的，一看就是一本专业性很强的书。封面设计简洁大气，没有花里胡哨的图案，直接点出了主题，让人感觉这本书内容扎实，不会在一些不着边际的内容上浪费篇幅。我原本是想找一本关于电力电子技术应用的书籍，对一些复杂的电路原理和控制算法有点畏惧，但这本书的排版非常清晰，图表和公式的标注都很规范，即使是初次接触这些高深理论的人，也能跟着书中的逻辑一步步深入。特别是其中关于系统建模和仿真分析的部分，作者似乎非常注重理论与实践的结合，很多例子都紧密贴合工业现场的实际需求，这对于我这种偏向应用研究的读者来说，无疑是极大的帮助。我特别欣赏它在介绍新技术趋势时所展现出的前瞻性，它不只是简单罗列知识点，而是将这些知识点放在一个更宏大的产业背景下进行阐述，让人能更好地理解这些技术革新的意义和价值。这本书的深度和广度都超出了我的预期，它不仅是工具书，更像是一本深入的教材，值得反复研读。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业性毋庸置疑，它就像是一部浓缩的百科全书，涵盖了从基础理论到前沿应用的方方面面。我特别关注其中关于电磁兼容性（EMC）和热管理的部分，这两个环节往往是变频器产品化过程中最让人头疼的难题。这本书没有回避这些“脏活累活”，而是用非常系统的方法论来指导读者如何预见和解决这些问题。例如，它对PCB布局的建议，对滤波器设计的要求，都详细到可以作为工程师的实际操作规范来参考。我对比了手头几本其他资料，发现这本书在处理瞬态响应和过载保护机制的论述上更为详尽和成熟，尤其是在高精度伺服控制的应用实例中，展现出的鲁棒性令人印象深刻。唯一让我觉得需要花费额外时间去消化的，是它在推导某些高级控制算法时的数学严谨性，这要求读者必须对复变函数和线性代数有扎实的掌握。但反过来说，正是这种毫不妥协的严谨，保证了书中所述理论的绝对可靠性，是工程实践的坚实基石。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对这类技术手册的阅读体验通常比较枯燥，但这本关于电力电子驱动的著作却让我有了一些新的感受。它在讲述基本概念时，用词极其精准，没有那种为了凑字数而堆砌的冗余描述，每一个句子都像是在为构建复杂的理论大厦添砖加瓦。我印象最深的是它对开关器件的详细剖析，作者似乎对IGBT、MOSFET等功率半导体器件的特性了如指掌，不仅描述了它们的静态特性，更深入探讨了动态损耗和可靠性问题，这一点在很多同类书籍中往往被简单带过。对于我们实际进行驱动器设计的人来说，这些细节至关重要，直接关系到最终产品的效率和寿命。另外，这本书在处理控制策略时，那种层层递进的逻辑构建方式非常高明，从基础的矢量控制到更复杂的磁链观测方法，作者总能找到一个清晰的脉络，将复杂的数学推导过程变得易于理解和接受。虽然内容强度很高，但阅读过程中很少出现“卡壳”的感觉，这充分体现了作者深厚的学术功底和卓越的表达能力。

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书运过来就发现坏了，暴力运输了吧，找了一圈发现只有退货和换货，退了还要买，换的话又没必要，不知道有没其他处理方法

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评分☆☆☆☆☆

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一个字快！！电路原理很充实有例子讲解就更好啦！