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电力电子与电机系统集成分析基础 |
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电力电子与电机系统集成分析基础 |
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基本信息·出版社：机械工业出版社
·页码：265 页
·出版日期：2009年08月
·ISBN：7111273672/9787111273677
·条形码：9787111273677
·版本：第1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
内容简介 《电力电子与电机系统集成分析基础》从电力电子与电机系统集成的角度出发，将电机、电力电子变换及其控制有机地结合在一起进行分析和应用。《电力电子与电机系统集成分析基础》共分8章，主要介绍电力电子与电机集成系统的基本特征和主要内容；分析变频电源对交流电机的影响，介绍变频调速电机设计概念及谐波分析和可控优化运行；介绍电力电子变换器中的半导体器件及其主回路特点，重点介绍多电平主回路结构；介绍与多电平结构相对应的PWM控制方法及其变异；着重分析系统中的部件匹配和集成特性效应；讨论系统高精度闭环控制方法；分析集成系统中的数据通信；从能量变换的角度，讨论集成系统中的电磁关系、电磁能量变换建模以及电磁能量传输等。
《电力电子与电机系统集成分析基础》可供从事电力传动系统设计、研究、运行和管理等工作的专业科技人员、技术管理人员以及高等院校有关专业的教师与学生参考使用，《电力电子与电机系统集成分析基础》可作为电力电子与电力传动学科的研究生教材。
作者简介 赵争鸣，清华大学电机工程与应用电子技术系教授、博导、副系主任，电力系统国家重点实验室副主任。1991年获清华大学电机系博士学位，留校任教。1994至1997年分别在美国俄亥俄州立大学和加州大学欧文分校进行搏士后研究工作。主要研究领域：电力电子与电机控制集成系统、大容量电力电子变换器与太阳能光伏发电系统应用等。主持的科研项目先后获中国高校科学技术一等奖、国家教育部科技进步三等奖、北京市科技进步二等奖和三等奖、中国电工技术学会科学技术一等奖、中国电力科学技术二等奖，军队科技进步二等奖和中国华电科技进步一等奖。参与编写的图书有：《中国电力大百科全书一电力系统卷》（中国电力出版社1995年）、《电工高新技术丛书一第六分册》（机械工业出版社2000年）、《中国电机系统能源效率与市场潜力分析》（机械工业出版社2001年）、《太阳能光伏发电及其应用》（科学出版社2005年）、《电力电子设备设计和应用手册（第3版）》（机械工业出版社2009年）等。
袁立强，清华大学电机工程与应用电子技术系副研究员。2004年获清华大学电机系博士学位，留校任教。主要研究方向；电力电子与电机集成系统、太阳能光伏发电系统应用、大容量电力电子变换器等。参与的科研项目先后获中国高校科技进步一等奖、中国电工技术学会科学技术一等奖、中国电力科学技术二等奖、北京市科技进步三等奖、中国华电科技进步一等奖。参与编写的图书有： 《太阳能光伏发电及其应用》（科学出版社，2005年）、《电力电子设备设计和应用手册（第3版）》（机械工业出版社，2009）。
编辑推荐 《电力电子与电机系统集成分析基础》为机械工业出版社出版。
目录 前言
本书常用符号及含义
第1章 电力电子与电机系统集成概述
1.1 电力传动基础
1.1.1 麦克斯韦电磁定律
1.1.2 电机的结构与原理
1.1.3 电机的机械特性
1.2 可变电源下的电力传动
1.2.1 VVVF控制方法
1.2.2 矢量控制
1.2.3 PWM调制与谐波分量
1.3 集成系统的特征及内容
1.3.1 集成实例分析
1.3.2 集成系统的特征
1.3.3 集成系统的基本内容
参考文献
第2章 变频电源驱动下的电机特性
2.1 变频调速对电机运行的影响
2.1.1 电机机械特性的变化
2.1.2 电机内部磁场分布的变化
2.1.3 电机的电流谐波和电压谐波增加
2.1.4 电流和磁场矢量控制
2.2 变频调速电机设计主要概念
2.2.1 变频调速电机设计理念
2.2.2 变频调速电机设计公式
2.3 变频调速电机中的谐波分析
2.3.1 变频调速电机的分析模型
2.3.2 谐波电流对磁场的影响及磁场分析
2.3.3 谐波对损耗的影响及计算方法
2.3.4 高次谐波对电机运行性能的影响分析
2.4 闭环控制中的电机运行
2.4.1 矢量控制中电机运行性能的分析模型
2.4.2 闭环控制系统中电机稳态运行点分析
2.4.3 闭环控制下的电机性能分析
2.4.4 最优转差率控制与电机运行点的匹配
2.5 小结
参考文献
第3章 电力电子器件与变换器
3.1 电力半导体器件的分类
3.1.1 按照电力半导体器件发展来分类
3.1.2 按照电力半导体器件控制方式来分类
3.1.3 按照电力半导体器件驱动方式分类
3.1.4 按照电力半导体器件中载流子性质分类
3.2 电力半导体器件的工作原理及特性
3.2.1 单PN结器件（二极管）的工作原理与特性
3.2.2 多PN结器件的工作原理
3.2.3 多PN结器件的特性
3.3 电力电子变换器的拓扑结构
3.3.1 变换器理想开关的定义
3.3.2 变换器的基本拓扑单元
3.3.3 基于器件特性的变换器基本拓扑单元
3.3.4 两电平拓扑结构
3.4 多电平电力电子变换器
3.4.1 多电平变换器基础
3.4.2 二极管钳位式多电平变换器
3.4.3 电容悬浮式多电平变换器
3.4.4 级联式多电平变换器
3.4.5 多电平统一变换拓扑及瞬态换流回路
参考文献
第4章 PWM控制及其变异
4.1 变换器的PWM控制方法及多电平SPWM
4.1.1 PWM的基本概念
4.1.2 载波PWM
4.2 空间矢量PWM
4.2.1 SVPWM基本原理
4.2.2 SVPWM矢量合成
4.2.3 SVPWM开关顺序
4.2.4 多电平SVPWM
4.3 其他类型的PWM方法
4.3.1 特定消谐PWM
4.3.2 具有反馈环节的PWM
4.3.3 单周期控制(One-cyclecontrol)
4.4 PWM波形的死区、最小脉宽和异常脉冲
4.4.1 死区及最小脉宽
4.4.2 信号脉冲与功率脉冲
参考文献
第5章 集成系统特性分析
5.1 电机与负载集成
5.1.1 典型负载及其数学描述
5.1.2 电机与负载参数的匹配
5.2 电机与变频电源集成
5.2.1 变频调速下的电机效率
5.2.2 变频电源参数及其开关损耗
5.2.3 集成系统的热分析
5.2.4 集成系统的过载保护
5.3 高频模型及其分析
5.3.1 高频模型的基本原理
5.3.2 高频等效电路
5.4 集成系统的故障容错
5.4.1 容错策略的基本原理
.5.4.2 故障容错的应用
5.5 集成系统分析的特点
参考文献
第6章 系统的闭环控制
6.1 异步电机动态数学模型
6.1.1 基本假设与物理模型
6.1.2 动态数学模型
6.2 矢量控制
6.2.1 矢量控制的基本原理
6.2.2 矢量控制系统的类型
6.2.3 磁通观测器
6.3 直接转矩控制
6.3.1 直接转矩控制的基本原理
6.3.2 基本直接转矩控制
6.3.3 磁链观测
6.4 无速度传感器控制
6.4.1 直接计算法
6.4.2 模型参考自适应法
6.4.3 观测器
6.4.4 其他方法
6.5 数字滤波器在磁链观测中的应用
6.5.1 有限冲击响应滤波器的工作原理
6.5.2 使用有限冲击响应数字滤波器的定子磁链观测器
6.5.3 有限冲击响应数字滤波器的效果
6.6 矢量控制与直接转矩控制的鲁棒性分析
6.6.1 关于鲁棒性的简单说明
6.6.2 变频调速系统的鲁棒性分析
6.6.3 速度传感器对控制系统鲁棒性的影响
6.7 矢量控制与直接转矩控制试验比较
6.7.1 试验条件
6.7.2 试验系统平台
6.7.3 试验原理分析
6.7.4 试验内容与结果分析
参考文献
第7章 控制与检测信号的数据通信
7.1 数据通信系统的结构及分类
7.1.1 通信信号及其特点
7.1.2 集成系统中的通信系统型式
7.1.3 通信的可靠性与容错
7.2 集成系统信号数据流特点
7.2.1 控制系统的特征
7.2.2 控制系统的数据流模型
7.3 通信系统的硬件结构
7.3.1 通信媒质的选取
7.3.2 光纤CAN总线网络硬件设计
7.3.3 串行Rs-422通信硬件设计
7.3.4 双口RAM通信的硬件设计
7.4 数据结构设计
7.4.1 控制系统数据结构的统筹设计
7.4.2 CAN总线通信协议与软件的结构化设计
7.4.3 RS-232通信协议与软件的结构化设计
7.4.4 RS-422通信协议与软件的结构化设计
7.4.5 双口RAM通信协议与软件的结构化设计
7.4.6 通信容错策略
7.5 多种通信系统协同实现的综合控制
7.5.1 协调控制的实现步骤
7.5.2 全局数据更新
7.5.3 外围控制功能
参考文献
第8章 集成系统中的能量变换
8.1 集成系统中的电磁能量
8.1.1 电磁关系特点
8.1.2 电路理论分析的局限性
8.1.3 面向电磁能量处理的系统集成
8.2 电磁能量变换建模
8.2.1 集成系统的物理描述
8.2.2 系统的数学建模
8.2.3 开关器件中的电磁能量变换
8.2.4 储能元件中的电磁能量变换
8.2.5 连接件中的电磁能量分析
8.3 变换器中的电磁能量传输
8.3.1 材料特性对电磁传输的影响
8.3.2 变换器中的能量传输
8.3.3 电磁波形在传输中的畸变及损耗
8.4 基于电磁能量变换的集成系统设计发展
参考文献
……
序言 当今世界正迅速地从工业化社会向信息化社会过渡，传统意义上的制造业在经历着日益深刻的变化。许多一度被称为“夕阳产业”的行业在吸收、溶入了大批新技术之后，又呈现出蓬勃发展的势头，这在电力传动行业体现得尤为突出。包括现代电力电子、计算机控制、计算机辅助设计、信息采集与交换网络及新型电工材料等在内的一系列新技术的采用，极大地促进了电力传动产业的发展。
“电力电子与电机集成系统”正是在这样的发展背景下形成的学科研究方向。它以现代电力传动系统中的集成化、智能化、通用化和信息化为主要内容，以综合运用机电能量转换、电力电子、微电子和通信控制等多种学科的方法为其特征。随着该学科方向的深入研究，大大地扩展了电力传动学科的内涵和外延，完善和提升现代电力传动学理论与方法，为提高电力传动系统的综合效用，促进电力传动产业的发展，提供更有效的理论指导和丰富的技术储备。
清华大学电机工程与应用电子技术系自1998年以来开始了电力电子与电机集成系统的研究。先后研究了变频调速电机设计和分析方法、高次谐波的影响以及电机高频等效模型、系统故障容错、任意波形电力电子功率放大器、多电平变频电源、矢量控制与直接转矩控制的分析比较、功率半导体器件应用特性研究等，解决了和正在研究解决系统集成中的一些关键性问题，如：变频电源与电机集成设计、集成系统安全工作区、基于脉冲，及其脉冲序列的闭环控制、集成系统全时域暂态过程分析和建模、系统瞬态电磁能量平衡等，取得了一些有意义的研究成果。
文摘 插图：
第1章 电力电子与电机系统集成概述
电力电子与电机系统集成是现代电力电子与电力传动的深化与扩展，是集成化、智能化、通用化和信息化在电力传动系统中的集中体现，是多种学科相互渗透的结晶。集成带来的变化犹如森林中的小屋射进一缕清新的阳光。随着现代电力电子技术、电机及其控制信息技术的迅速发展，传统的电力传动系统发生了深刻的变化，其主要特点为：
（1）集成化电力电子、电机及其控制系统高度集成化，使得三者从设计、制造、运行都更紧密地融为一体，摆脱了传统的单一电机或单一控制器的设计和生产制造模式，以成套电力传动系统走向应用。与传统电力传动系统相比，它们体积更小，重量更轻，功率密度更高，性能更好。
（2）智能化自适应、模糊、神经元网络及基于遗传算法等各种人工智能控制方法的引入和应用，使电力传动系统越来越具智能性，更具自动调节能力，从而获得更高的性能指标，包括高效率、高功率因数、宽调速范围、快速准确的动态性能和高故障容错能力等。
（3）通用化基于越来越多的控制方法和电机结构的研究开发，现代电力传动系统越来越趋于通用性，即同一传动系统可以针对不同形式的电机以及不同运行模式而施行不同的控制方式，从而更有效地扩大了应用范围，降低了生产制造成本。
（4）信息化现代信息通信技术越来越多地渗透到电力传动系统之中，现代电力传动系统不但是转换和传送能量的装置，也是传递和交换信息的通道。远距离有线和无线控制、参数设置、在线监测及故障诊断等技术都已经出现，它们扩展了电力传动系统的内涵和外延，大大提高了电力传动系统的效用。
电力电子与电机系统集成，在概念上将电力电子、电机和通信控制技术有机地结合在一起；在物理上实现外形一体化和轻型化；在设计和制造上实现系统优化和通用模块化；在运行中实现自设置、自诊断和自保护；在功能上实现自学习和自适应，并能进行人与机及机与机之间的通信和交流，从而有效地实现从电能到机械能、从机械能到电能以及电能到电能的变换和传递。正是由于这些特点，它正逐步代替传统的电力传动系统，在航空航天、电气机车、风机水泵、海洋船艇、矿井油田、数控机床、轧钢、纺织、家用电器等众多领域得到广泛应用。图1.1为电力电子与电机集成系统的一些应用实例。
