電力電子與電機系統集成分析基礎

內容簡介

《電力電子與電機系統集成分析基礎》從電力電子與電機系統集成的角度出發，將電機、電力電子變換及其控制有機地結合在一起進行分析和套用。《電力電子與電機系統集成分析基礎》共分8章，主要介紹電力電子與電機集成系統的基本特徵和主要內容；分析變頻電源對交流電機的影響，介紹鞏套譽變頻調速電機設計概念及諧波分析和可控最佳化運行；介紹電力電子變換器中的半導體器件及其主迴路特點，重點介紹多電平主迴路結構；介紹與多電平結構相對應的PWM控制方法及其變異；著重分析系統中的部件匹配和集成特性效應；討論系統高精度閉環控制方法；分析集戒采埋榜成系統中的數據通信；從能量變換的角度，討論集成系統中的電磁關係、電磁能量變換建模戒判籃以及電磁能量她再堡傳輸等。

《電力電子與電機系統集成分析基礎》可供從事電力傳動系統設計、研究、運行和管理等工作的專業科技人員、技術管理人員以及高等院校有關專業的教師與學生參考使用，《電力電子與電機系統集成分析基礎》可作為電力電子與電力傳動學科的研究生教材。

目錄信息

前言

本書常用符號及含義

第1章電力電子與電機系統集成概述1

1 1電力傳動基礎2

1 1 1麥克斯韋電磁定律3

1 1 2電機的結構與原理5

1 1 3電機的機械特性9

1 2可變電源下的電力傳動14

1 2 1 VVVF控制方法14

1 2 2矢量控制16

1 2 3PWM調製與諧波分量18

1 3集成系統的特徵及內容21

1 3 1集成實例分析21

1 3 2集成系統的特徵24

1 3 3集成系統的基本內容26

參考文獻28

第2章變頻電源驅動下的電機特性30

2 1變頻調速對電機運行的影響30

2 1 1電機機械特性的變化30

2 1 2電機內部磁場分布的變化31

2 1 3電機的電流諧波和電壓諧波增加32

2 1 4電流和磁場矢量控制33

2 2變頻調速電機設計主要概念33

2 2 1變頻調速電機設計理念34

2 2 2變頻調速電機設計公式35

2 3變頻調速電機中的諧波分析40

2 3 1變頻調速電機的分析模型40

2 3 2諧波電流對磁場的影響及磁場分析43

2 3 3諧波對損耗的影響及計算方法45

2 3 4高次諧波對電機運行性能的影響分析46

2 4閉環控制中的電機運行49

2 4 1矢量控制中電機運行性能的分全催析模型50

2 4 2閉環控制系統中電機穩態運行點分析53

2 4 3閉環控制下的電機再檔臭懂性能分析55

2 4 4最優轉差率控制與電機運行點的匹配56

2 5小結58

參考文獻59

第3章電力電子器件與變換器61

3 1電力半導體器件的分類62

3 1 1按照電力半導體器件發展來分類62

3 1 2按照電力半導體器件控制方式來分類62

3 1 3按照電力半導體器件驅動方式分類63

3 1 4按照電力半導體器件中載流子性質分類63

3 2電力挨旋連半導體器件的工作原理及特性66

3 2 1單PN結器件（二極體）的工作原理與特性66

3 2 2多PN結器件的工作原理74

3 2 3多PN結器件的特性80

3 3電力電子變換器的拓撲結構82

3 3 1變換器理想開關的定義83

3 3 2變換器的基本拓撲單元84

3 3 3基於器件特性的變換器基本拓撲單元87

3 3 4兩電平拓撲結構88

3 4多電平電力電子變換器90

3 4 1多電平變換器基礎90

3 4 2二極體鉗位式多電平變換器92

3 4 3電容懸浮式多電平變換器94

3 4 4級聯式多電平變換器96

3 4 5多電平統一變換拓撲及瞬態換流迴路99

參考文獻102

第4章PWM控制及其變異104

4 1變換器的PWM控制方法及多電平SPWM104

4 1 1PWM的基本概念104

4 1 2載波PWM106

4 2空間矢量PWM111

4 2 1SVPWM基本原理111

4 2 2SVPWM矢量合成114

4 2 3SVPWM開關順序116

4 2 4多電平SVPWM121

4 3其他類型的PWM方法124

4 3 1特定消諧PWM124

4 3 2具有反饋環節的PWM126

4 3 3單周期控制（One cycle control）128

4 4PWM波形的死區、最小脈寬和異常脈衝129

4 4 1死區及最小脈寬129

4 4 2信號脈衝與功率脈衝132

參考文獻134

第5章集成系統特性分析136

5 1電機與負載集成136

5 1 1典型負載及其數學描述136

5 1 2電機與負載參數的匹配137

5 2電機與變頻電源集成140

5 2 1變頻調速下的電機效率140

5 2 2變頻電源參數及其開關損耗143

5 2 3集成系統的熱分析147

5 2 4集成系統的過載保護149

5 3高頻模型及其分析149

5 3 1高頻模型的基本原理149

5 3 2高頻等效電路151

5 4集成系統的故障容錯154

5 4 1容錯策略的基本原理154

5 4 2故障容錯的套用156

5 5集成系統分析的特點161

參考文獻162

第6章系統的閉環控制163

6 1異步電機動態數學模型163

6 1 1基本假設與物理模型163

6 1 2動態數學模型164

6 2矢量控制166

6 2 1矢量控制的基本原理166

6 2 2矢量控制系統的類型167

6 2 3磁通觀測器168

6 3直接轉矩控制170

6 3 1直接轉矩控制的基本原理170

6 3 2基本直接轉矩控制173

6 3 3磁鏈觀測174

6 4無速度感測器控制176

6 4 1直接計算法177

6 4 2模型參考自適應法178

6 4 3觀測器179

6 4 4其他方法180

6 5數字濾波器在磁鏈觀測中的套用181

6 5 1有限衝擊回響濾波器的工作原理182

6 5 2使用有限衝擊回響數字濾波器的定子磁鏈觀測器182

6 5 3有限衝擊回響數字濾波器的效果183

6 6矢量控制與直接轉矩控制的魯棒性分析185

6 6 1關於魯棒性的簡單說明185

6 6 2變頻調速系統的魯棒性分析186

6 6 3速度感測器對控制系統魯棒性的影響187

6 7矢量控制與直接轉矩控制試驗比較188

6 7 1試驗條件188

6 7 2試驗系統平台188

6 7 3試驗原理分析189

6 7 4試驗內容與結果分析191

參考文獻195

第7章控制與檢測信號的數據通信198

7 1數據通信系統的結構及分類198

7 1 1通信信號及其特點198

7 1 2集成系統中的通信系統型式201

7 1 3通信的可靠性與容錯203

7 2集成系統信號數據流特點203

7 2 1控制系統的特徵203

7 2 2控制系統的數據流模型208

7 3通信系統的硬體結構210

7 3 1通信媒質的選取211

7 3 2光纖CAN匯流排網路硬體設計213

7 3 3串列RS 422通信硬體設計217

7 3 4雙口RAM通信的硬體設計217

7 4數據結構設計218

7 4 1控制系統數據結構的統籌設計218

7 4 2CAN匯流排通信協定與軟體的結構化設計219

7 4 3RS 232通信協定與軟體的結構化設計223

7 4 4RS 422通信協定與軟體的結構化設計226

7 4 5雙口RAM通信協定與軟體的結構化設計227

7 4 6通信容錯策略229

7 5多種通信系統協同實現的綜合控制230

7 5 1協調控制的實現步驟230

7 5 2全局數據更新232

7 5 3外圍控制功能234

參考文獻235

第8章集成系統中的能量變換237

8 1集成系統中的電磁能量237

8 1 1電磁關係特點237

8 1 2電路理論分析的局限性241

8 1 3面向電磁能量處理的系統集成242

8 2電磁能量變換建模243

8 2 1集成系統的物理描述244

8 2 2系統的數學建模246

8 2 3開關器件中的電磁能量變換248

8 2 4儲能元件中的電磁能量變換252

8 2 5連線件中的電磁能量分析253

8 3變換器中的電磁能量傳輸256

8 3 1材料特性對電磁傳輸的影響256

8 3 2變換器中的能量傳輸258

8 3 3電磁波形在傳輸中的畸變及損耗259

8 4基於電磁能量變換的集成系統設計發展263

參考文獻264

電力電子與電機系統集成分析基礎

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