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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SPWM 104

4.1.1 PWM的基本概念 104

4.1.2载波PWM 106

4.2空间矢量PWM 111

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SVPWM 121

4.3其他类型的PWM方法 124

4.3.1特定消谐PWM 124

4.3.2具有反馈环节的PWM 126

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