本书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。本书共分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,**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。
本书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,本书可作为电力电子与电力传动学科的研究生教材。

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**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。
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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 *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
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第5章 集成系统特性分析
第6章 系统的闭环控制
第7章 控制与检测信号的数据通信
第8章 集成系统中的能量变换