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绪论1

第一章 异步电动机变压变频调速理论基础13

第一节 异步电动机运行原理13

一、异步电动机的结构及工作原理13

二、异步电动机的功率损耗与效率15

三、异步电动机的等效电路17

四、异步电动机的电流与转矩17

第二节 异步电动机的机械特性18

一、异步电动机的固有机械特性18

二、异步电动机的人为机械特性20

第三节 变频调速的基本控制方式23

一、调频与调压协调控制的必要性24

二、基频以下的变频调速控制方式24

三、基频以上的变频调速控制方式27

第四节 负载转矩特性及其与调速方式的配合30

一、负载的转矩特性30

二、调速方式与负载特性的配合33

参考文献34

第二章 电力电子变频器及PWM控制原理35

第一节 交-交变频器35

一、整流器组合式交-交变频器36

二、矩阵式交-交变频器38

第二节 交-直-交变频器41

一、交-直-交电压源型变频器42

二、交-直-交电流源型变频器46

第三节 PWM控制基础48

一、PWM控制原理48

二、PWM变频器49

三、同步调制与异步调制50

四、单极性和双极性脉宽调制51

五、PWM控制的性能指标53

第四节 PWM控制技术54

一、自然采样法55

二、规则采样法55

三、电流滞环跟踪型PWM控制56

四、电压空间矢量PWM（SVPWM）控制57

五、优化PWM技术62

六、随机PWM技术63

第五节 三相SPWM专用集成电路65

一、SA4828及其应用65

二、SM2001及其应用73

第六节 单片机和DSP用于PWM信号生成75

一、80C196MC单片机生成SPWM波形76

二、TMS320LF2407A DSP实现SVPWM77

第七节 转速开环的U／f控制变频调速系统84

一、开环U／f控制变频调速系统组成84

二、控制系统构成85

第八节 转速闭环转差频率控制的变频调速系统86

一、转差频率控制的基本概念87

二、转差频率控制实现的前提条件87

三、转差频率控制的变频调速系统88

参考文献89

第三章 高动态性能变频调速技术90

第一节 三相异步电动机的数学模型90

一、运动方程91

二、转矩方程92

三、磁链方程92

四、电压方程95

第二节 坐标变换和动态数学模型的简化96

一、基本思路96

二、坐标变换97

三、异步电动机在αβ静止坐标系上的数学模型100

四、异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型101

第三节 矢量控制变频调速系统102

一、矢量控制的基本思路102

二、异步电动机在按转子磁场定向的MT同步旋转坐标系中的数学模型103

三、矢量控制基本方程104

四、转速、磁链闭环的直接矢量控制系统106

五、转子磁链观测模型107

六、磁链开环的间接矢量控制系统109

七、矢量控制变频调速系统的实现110

第四节 直接转矩控制变频调速系统111

一、直接转矩控制的基本思路111

二、直接转矩控制原理111

三、磁链和转矩的观测与估算113

四、直接转矩控制变频调速系统的实现114

五、直接转矩控制与矢量控制116

第五节 无速度传感器变频调速系统117

一、无速度传感器变频调速系统的基本构成117

二、磁链观测器118

三、速度的估算119

参考文献123

第四章 变频器的组成及其设计124

第一节 交-直-交PWM变频器的基本结构及作用124

一、变频器主电路的构成124

二、变频器控制电路的基本构成及作用127

三、驱动电路131

四、控制电源132

第二节 变频器常用电力电子开关器件133

一、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）133

二、智能功率模块（IPM）140

三、集成门极换流晶闸管（IGCT）的性能和应用141

第三节 开关器件缓冲电路设计144

一、开关器件缓冲电路的分类和作用144

二、关断缓冲电路的设计145

三、尖峰电压吸收缓冲电路设计145

第四节 变频器设计方法147

一、变频调速系统设计的一般性方法147

二、变频器主电路设计149

三、变频器主控制电路设计153

第五节 变频器散热系统设计162

一、变频器常用的冷却与散热技术163

二、功率损耗的计算165

三、热阻和热路欧姆定律167

四、散热器的热阻计算和选择167

第六节 变频器电磁兼容性设计169

一、变频调速系统的主要电磁干扰源及途径169

二、变频器电磁兼容性设计的内容和常用器件170

三、整体结构布局和布线的电磁兼容性设计173

参考文献176

第五章 中压变频调速系统178

第一节 中压变频调速系统的结构178

一、高-高结构178

二、高-低-高结构179

第二节 三电平电压源型PWM变频调速系统179

一、三电平中压变频调速系统主电路179

二、基本工作原理180

三、三电平电压空间矢量PWM（SVPWM）控制181

四、多电平中压变频调速系统183

五、PWM整流器184

第三节 单元串联多电平电压源型PWM变频调速系统187

一、单元串联多电平变频调速原理187

二、多重化整流电路189

第四节 电流源型中压变频调速系统192

一、负载换相式电流源型变频调速系统192

二、输出滤波器换相式电流源型变频调速系统193

三、PWM电流源型变频调速系统194

第五节 中压变频调速系统的比较与节能分析195

一、中压变频调速系统类型的比较与选择195

二、应用中压变频调速系统节能分析197

参考文献198

第六章 通用变频器的使用与维护199

第一节 通用变频器的铭牌及标准规格199

一、通用变频器铭牌199

二、通用变频器的标准规格和频率指标200

第二节 通用变频器的安装接线与测量202

一、通用变频器的安装202

二、通用变频器的接线及端子功能209

三、通用变频器的测量214

第三节 通用变频器的主要功能与运行调试216

一、通用变频器的主要功能216

二、通用变频器的运行调试223

第四节 通用变频器的特殊功能及其原理226

一、自动电压调节功能226

二、S形起动、停止时间特性的设计227

三、工频电网／变频器切换228

四、通用变频器的直流制动及其应用231

第五节 通用变频器的维护和故障处理233

一、通用变频器的检查维护与存放233

二、常见故障及其诊断处理236

三、通用变频器维修实例246

参考文献247

第七章 变频器带来的新问题及其解决措施248

第一节 变频器产生谐波的机理、危害及其抑制措施248

一、变频器整流单元谐波产生机理248

二、PWM变频器逆变单元谐波的产生机理252

三、谐波的危害254

四、抑制谐波的方法260

第二节 变频器供电条件下电动机的运行特性268

一、变频器供电电动机调速系统的损耗和效率269

二、变频器供电电动机的转矩特性277

三、电动机的起动与起动电流278

四、电动机的温升问题279

五、噪声、振动283

第三节 PWM变频器对电动机绝缘的影响及其抑制287

一、电动机端浪涌过电压产生的机理287

二、电动机高频条件下的等效电路模型290

三、电动机端过电压的影响因素及其抑制对策292

四、PWM变频器对电动机绝缘影响的抑制对策293

参考文献295

第八章 变频器应用及过程闭环控制系统的设计298

第一节 变频器应用系统的组成和一般性设计原则298

一、变频器应用系统的组成298

二、变频器应用系统的一般性设计原则298

第二节 变频器应用系统的设计要领301

一、速度控制系统设计要领301

二、位置控制系统设计要领303

三、张力控制系统设计要领304

四、温度控制系统设计要领307

五、流量控制系统设计要领308

六、压力控制系统设计要领311

第三节 变频器过程闭环控制系统设计实例314

一、供水泵站变频调速Bang-Bang闭环控制系统设计315

二、供水泵站变频调速PID闭环控制系统设计317

三、供水泵站变频调速模糊控制系统设计319

第四节 变频器在典型负载和特殊负载中应用实例322

一、变频器在风机、水泵节能中的应用322

二、变频器在造纸机中的应用325

三、变频器在水泥熟料破碎机中的应用329

四、变频器在电梯中的应用332

参考文献334