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第1章　概述1

1.1　高压变频器的发展1

1.2　高压变频器的工作原理、电路构成及分类4

1.2.1 工作原理4

1.2.2　电路构成5

1.2.3　分类6

1.3　常见的高压变频器产品14

1.3.1 两电平电流源型高压变频器14

1.3.2　三电平电压源型高压变频器19

1.3.3　单元串联多电平高压变频器22

1.4　高压变频器的功用28

第2章　应用于高压变频器的电力电子器件35

2.1 功率二极管35

2.1.1　功率二极管的结构和原理35

2.1.2　动态特性37

2.1.3　静态特性37

2.1.4　参数指标38

2.2　晶闸管（SCR）39

2.2.1 晶闸管的结构和原理39

2.2.2　静态特性41

2.2.3 动态特性42

2.2.4　参数指标43

2.3　门极关断（GTO）晶闸管44

2.3.1 门极关断晶闸管的结构和原理44

2.3.2　静态特性46

2.3.3　动态特性46

2.3.4　参数指标48

2.4　集成门极换流晶闸管（IGCT）48

2.4.1 集成门极换流晶闸管结构和原理49

2.4.2　静态特性51

2.4.3　动态特性52

2.4.4　参数指标53

2.5　绝缘栅双极型晶体管（IGBT）53

2.5.1 绝缘栅双极型晶体管的结构和原理53

2.5.2　静态特性54

2.5.3　动态特性55

2.5.4　参数指标57

2.6 电子注入增强栅晶体管（IEGT）59

2.6.1 电子注入增强栅晶体管的结构和原理59

2.6.2　静态特性61

2.6.3　参数指标61

第3章 变频器对交流电动机的控制方式63

3.1 概述63

3.2　异步电动机的V/F恒定控制（恒压频比控制）64

3.2.1　异步电动机稳态模型64

3.2.2　转速开环的异步电动机V/F控制调速66

3.2.3 电压-频率协调控制时的机械特性68

3.3　异步电动机转差频率控制69

3.3.1　转差频率控制的基本概念69

3.3.2　转差频率控制的变压变频调速系统70

3.4　异步电动机矢量控制基本原理72

3.4.1　异步电动机数学模型与坐标变换72

3.4.2　按转子磁链定向的动态数学模型73

3.5　异步电动机直接转矩控制基本原理74

3.5.1 空间电压矢量74

3.5.2　按定子磁链定向的动态数学模型75

3.5.3　按定子磁链定向的直接转矩控制76

3.5.4　直接转矩控制与矢量控制的比较78

3.6　无速度传感器控制79

3.6.1　转子磁场定向矢量控制异步电动机磁链观测方法79

3.6.2　滑差计算法计算转子转速80

3.7 同步电动机的控制81

3.7.1 同步电动机的变频启动、停机与故障保护81

3.7.2 同步电动机的VVVF控制82

3.7.3 同步电动机的转子位置自动控制82

3.7.4 同步电动机的负载换相控制82

3.7.5 同步电动机的励磁电流自动调节83

第4章　高压变频器的运行方式84

4.1　频率给定开环运行84

4.2　转速给定闭环运行85

4.2.1　转速闭环VVVF控制85

4.2.2 矢量控制与直接转矩控制86

4.3 同轴多机转矩协调运行86

4.4　物理量闭环运行88

4.5　变频软启动运行88

第5章 高压变频器的运行象限和能量回馈控制90

5.1　高压变频器的运行象限90

5.2　能量回馈产生的原理91

5.2.1 能量回馈的基本原理91

5.2.2 能量回馈变频器的圆图92

5.3　两电平变频器的能量回馈方式93

5.3.1　拓扑结构93

5.3.2　控制算法93

5.4　三电平变频器的能量回馈方式95

5.4.1　拓扑结构95

5.4.2　控制算法95

5.5　单元串联多电平变频器的能量回馈方式96

5.5.1　拓扑结构96

5.5.2　控制算法97

5.6 电流源型变频器的能量回馈方式98

5.6.1 多脉冲整流控制算法98

5.6.2　PWM整流控制算法99

第6章　高压变频器应用中的常见问题100

6.1　PWM技术100

6.2　电网侧的谐波污染及其处理方式101

6.3　高压变频器对电动机的要求103

6.4　输出滤波器的设计104

6.5　旁路设计104

6.6　一拖二设计105

6.7　共模电压的产生和防治107

6.8　轴电流的产生和防治107

6.9　应用于高压变频器的特殊变频电动机108

6.10　高压变频器容量的选择方法109

6.11 整流变压器的保护110

6.12　高压变频器的元器件数目与可靠性的关系112

6.13　旋转再启动功能的介绍113

6.14　高压变频器与现场控制系统的连接方式114

6.15　实现快速启动和减速制动的方法115

6.16　功率单元故障时的处理方法116

6.16.1 同级旁路技术116

6.16.2　中性点漂移技术117

6.17　高压变频器损耗的构成及散热方式119

6.17.1 高压变频器损耗的构成119

6.17.2　高压变频器的散热方式120

第7章　高压变频器的典型应用领域124

7.1　发电厂锅炉辅机的控制124

7.1.1　送风机变频应用分析124

7.1.2 引风机变频应用分析127

7.1.3　一次风机变频应用分析130

7.1.4　排粉风机变频应用分析131

7.1.5　灰浆泵变频应用分析132

7.2　冶金行业的典型应用133

7.2.1 焦化厂煤气鼓风机的变频应用134

7.2.2 高炉出铁口除尘风机变频应用136

7.2.3　转炉除尘风机变频应用138

7.2.4　电弧炉除尘风机变频应用141

7.2.5　轧钢厂轧机变频应用143

7.3　市政行业的水泵控制146

7.3.1　水泵的变频调速147

7.3.2　取水泵的变频控制149

7.3.3　供水泵的变频控制151

7.4　石油石化行业的典型应用155

7.4.1　在油田采矿行业中的应用155

7.4.2　在石油化工行业中的应用165

7.5　水泥行业的典型应用168

7.6　煤矿行业的典型应用171

7.6.1　在带式输送机上的应用171

7.6.2　在矿井提升机上的应用173

7.6.3　在高压排风机上的应用174

7.6.4　在矿用排水泵上的应用176

7.7　其他行业的典型应用178

7.7.1　化工行业的典型应用178

7.7.2　选煤行业的典型应用181

7.8　高压大功率变频器应用领域的拓展——无功补偿、机车、船舶等的应用182

第8章　高压变频器常见故障发生的原因和处理方法183

8.1 光纤故障183

8.2　过电压故障184

8.2.1　过电压故障的危害184

8.2.2　引起过电压故障的原因185

8.2.3　避免过电压故障的方法187

8.3　欠电压故障188

8.3.1 欠电压故障的危害189

8.3.2 引起欠电压故障的原因189

8.3.3　欠电压故障的处理方法189

8.4　缺相故障191

8.5　过热故障191

8.6　IGBT驱动故障——功率器件的保护和故障分析193

8.7　变压器故障194

8.8　控制器故障195

8.9　风机故障196

8.10　其他故障197

8.10.1　过电流故障197

8.10.2　过载故障199

8.10.3　参数设置不正确的故障200

第9章 高压变频器的日常检查及维护202

9.1 高压变频器稳定运行对环境方面的要求202

9.1.1 电气环境要求202

9.1.2　温度要求204

9.1.3　湿度要求204

9.1.4　防尘要求205

9.1.5 防止鼠害及异物进入变频器205

9.2　维护与检查需要注意的事项205

9.3 日常检查的项目206

9.4　定期检验的项目207

9.5　高压变频器预防性维护与更换209

第10章　高压变频器相关标准的介绍212

10.1　谐波控制标准介绍212

10.2　IEC标准介绍214

10.3　国家标准简介215

第11章　高压电动机调速方式的种类及其特点217

11.1　变极调速方式218

11.2　交-交变频方式219

11.3 串级调速方式221

11.4　内反馈调速方式224

11.5　斩波内馈调速方式225

11.6　双馈调速方式226

11.7　低压交-直-交变频方式228

11.8　高-低方式228

11.9　高-低-高方式230

11.10　高-高电流源方式230

11.11　IGBT直接串联方式232

11.12　三电平方式233

11.13　三电平应用中的高-中-高方式和高-中方式234

11.14　单元串联多电平方式236

11.15　高压变频技术的变种237

11.16　液力耦合器调速238

参考文献240