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第1章 电力电子与电机系统集成概述1

1.1电力传动基础2

1.1.1麦克斯韦电磁定律3

1.1.2电机的结构与原理5

1.1.3电机的机械特性9

1.2可变电源下的电力传动14

1.2.1 VVVF控制方法14

1.2.2矢量控制16

1.2.3 PWM调制与谐波分量18

1.3集成系统的特征及内容21

1.3.1集成实例分析21

1.3.2集成系统的特征24

1.3.3集成系统的基本内容26

参考文献28

第2章 变频电源驱动下的电机特性30

2.1变频调速对电机运行的影响30

2.1.1电机机械特性的变化30

2.1.2电机内部磁场分布的变化31

2.1.3电机的电流谐波和电压谐波增加32

2.1.4电流和磁场矢量控制33

2.2变频调速电机设计主要概念33

2.2.1变频调速电机设计理念34

2.2.2变频调速电机设计公式35

2.3变频调速电机中的谐波分析40

2.3.1变频调速电机的分析模型40

2.3.2谐波电流对磁场的影响及磁场分析43

2.3.3谐波对损耗的影响及计算方法45

2.3.4高次谐波对电机运行性能的影响分析46

2.4闭环控制中的电机运行49

2.4.1矢量控制中电机运行性能的分析模型50

2.4.2闭环控制系统中电机稳态运行点分析53

2.4.3闭环控制下的电机性能分析55

2.4.4最优转差率控制与电机运行点的匹配56

2.5小结58

参考文献59

第3章 电力电子器件与变换器61

3.1电力半导体器件的分类62

3.1.1按照电力半导体器件发展来分类62

3.1.2按照电力半导体器件控制方式来分类62

3.1.3按照电力半导体器件驱动方式分类63

3.1.4按照电力半导体器件中载流子性质分类63

3.2电力半导体器件的工作原理及特性66

3.2.1单PN结器件（二极管）的工作原理与特性66

3.2.2多PN结器件的工作原理74

3.2.3多PN结器件的特性80

3.3电力电子变换器的拓扑结构82

3.3.1变换器理想开关的定义83

3.3.2变换器的基本拓扑单元84

3.3.3基于器件特性的变换器基本拓扑单元87

3.3.4两电平拓扑结构88

3.4多电平电力电子变换器90

3.4.1多电平变换器基础90

3.4.2二极管钳位式多电平变换器92

3.4.3电容悬浮式多电平变换器94

3.4.4级联式多电平变换器96

3.4.5多电平统一变换拓扑及瞬态换流回路99

参考文献102

第4章PWM控制及其变异104

4.1变换器的PWM控制方法及多电平SPWM104

4.1.1 PWM的基本概念104

4.1.2载波PWM106

4.2空间矢量PWM111

4.2.1 SVPWM基本原理111

4.2.2 SVPWM矢量合成114

4.2.3 SVPWM开关顺序116

4.2.4多电平SVPWM121

4.3其他类型的PWM方法124

4.3.1特定消谐PWM124

4.3.2具有反馈环节的PWM126

4.3.3单周期控制（One-cycle control）128

4.4 PWM波形的死区、最小脉宽和异常脉冲129

4.4.1死区及最小脉宽129

4.4.2信号脉冲与功率脉冲132

参考文献134

第5章 集成系统特性分析136

5.1电机与负载集成136

5.1.1典型负载及其数学描述136

5.1.2电机与负载参数的匹配137

5.2电机与变频电源集成140

5.2.1变频调速下的电机效率140

5.2.2变频电源参数及其开关损耗143

5.2.3集成系统的热分析147

5.2.4集成系统的过载保护149

5.3高频模型及其分析149

5.3.1高频模型的基本原理149

5.3.2高频等效电路151

5.4集成系统的故障容错154

5.4.1容错策略的基本原理154

5.4.2故障容错的应用156

5.5集成系统分析的特点161

参考文献162

第6章 系统的闭环控制163

6.1异步电机动态数学模型163

6.1.1基本假设与物理模型163

6.1.2动态数学模型164

6.2矢量控制166

6.2.1矢量控制的基本原理166

6.2.2矢量控制系统的类型167

6.2.3磁通观测器168

6.3直接转矩控制170

6.3.1直接转矩控制的基本原理170

6.3.2基本直接转矩控制173

6.3.3磁链观测174

6.4无速度传感器控制176

6.4.1直接计算法177

6.4.2模型参考自适应法178

6.4.3观测器179

6.4.4其他方法180

6.5数字滤波器在磁链观测中的应用181

6.5.1有限冲击响应滤波器的工作原理182

6.5.2使用有限冲击响应数字滤波器的定子磁链观测器182

6.5.3有限冲击响应数字滤波器的效果183

6.6矢量控制与直接转矩控制的鲁棒性分析185

6.6.1关于鲁棒性的简单说明185

6.6.2变频调速系统的鲁棒性分析186

6.6.3速度传感器对控制系统鲁棒性的影响187

6.7矢量控制与直接转矩控制试验比较188

6.7.1试验条件188

6.7.2试验系统平台188

6.7.3试验原理分析189

6.7.4试验内容与结果分析191

参考文献195

第7章 控制与检测信号的数据通信198

7.1数据通信系统的结构及分类198

7.1.1通信信号及其特点198

7.1.2集成系统中的通信系统型式201

7.1.3通信的可靠性与容错203

7.2集成系统信号数据流特点203

7.2.1控制系统的特征203

7.2.2控制系统的数据流模型208

7.3通信系统的硬件结构210

7.3.1通信媒质的选取211

7.3.2光纤CAN总线网络硬件设计213

7.3.3串行RS-422通信硬件设计217

7.3.4双口RAM通信的硬件设计217

7.4数据结构设计218

7.4.1控制系统数据结构的统筹设计218

7.4.2 CAN总线通信协议与软件的结构化设计219

7.4.3 RS-232通信协议与软件的结构化设计223

7.4.4 RS-422通信协议与软件的结构化设计226

7.4.5双口RAM通信协议与软件的结构化设计227

7.4.6通信容错策略229

7.5多种通信系统协同实现的综合控制230

7.5.1协调控制的实现步骤230

7.5.2全局数据更新232

7.5.3外围控制功能234

参考文献235

第8章 集成系统中的能量变换237

8.1集成系统中的电磁能量237

8.1.1电磁关系特点237

8.1.2电路理论分析的局限性241

8.1.3面向电磁能量处理的系统集成242

8.2电磁能量变换建模243

8.2.1集成系统的物理描述244

8.2.2系统的数学建模246

8.2.3开关器件中的电磁能量变换248

8.2.4储能元件中的电磁能量变换252

8.2.5连接件中的电磁能量分析253

8.3变换器中的电磁能量传输256

8.3.1材料特性对电磁传输的影响256

8.3.2变换器中的能量传输258

8.3.3电磁波形在传输中的畸变及损耗259

8.4基于电磁能量变换的集成系统设计发展263

参考文献264