鈦、鋯及其合金的電子束熔煉

譯者序
致中文版讀者
原書前言
第1章電子束熔煉高反應性金屬的物理冶金和技術(shù)特性1
1.1高反應性金屬的屬性和應用領(lǐng)域1
1.2高反應性金屬鑄錠的生產(chǎn)技術(shù)4
1.3電子束熔煉技術(shù)和裝備6
1.4真空中熔體表面的物理化學提純反應11
1.5熔融金屬和氣相中的質(zhì)量傳遞15
第2章電子束熔煉高反應性金屬的精煉過程21
2.1熔融金屬中脫氫過程的動力學方程式21
2.2電子束冷床熔煉金屬中脫氫過程的數(shù)學建模25
2.3電子束熔煉時從金屬鈦中脫氫過程的動力學常量的確定29
2.4鈦的EBM中非金屬雜質(zhì)處理過程的動力學原理32
2.5電子束冷床熔煉中的非金屬雜質(zhì)的移除37
2.6初始原料成分對于電子束熔煉方法所獲得的鈦錠質(zhì)量的影響39
第3章在真空中鈦合金冶煉元素的蒸發(fā)過程43
3.1實際熔體—蒸氣相系統(tǒng)中質(zhì)量傳遞過程的動力學原理43
3.2電子束冷床熔煉中合金元素的蒸發(fā)45
3.3電子束熔煉時從金屬鈦中鋁元素蒸發(fā)過程的動力學常量的測定49
3.4電子束熔煉鈦合金在冷床和結(jié)晶器中熔體表面的溫度條件51
3.5電子束熔煉鈦合金的參數(shù)最優(yōu)化54
第4章電子束冷床熔煉中的金屬凝固59
4.1電子束熔煉中的金屬凝固特性59
4.2鑄錠中熱過程的數(shù)學模型63
4.3電子束冷床熔煉中金屬凝固過程機理65
4.4電子束冷床熔煉鑄錠中的縮孔深度的確定70
第5章鈦和鈦基合金的電子束熔煉75
5.1圓錠和扁錠的熔煉技術(shù)75
5.2鈦基合金鑄錠的熔煉79
5.3電子束熔煉鈦錠的半成品加工84
5.4空心錠熔煉技術(shù)89
第6章鋯的電子束熔煉93
6.1裝備和原料93
6.2電子束熔煉中精煉鋯的效能98
6.3電子束熔煉鋯錠的質(zhì)量104
6.4鋯基合金空心鑄錠的生產(chǎn)工藝106
第7章鑄錠表面的電子束熔整110
7.1鑄錠表面的電子束熔整技術(shù)110
7.2電子束熔整過程發(fā)生在鑄錠中熱過程的數(shù)學建模111
7.3鈦合金鑄錠表面電子束熔整中合金元素蒸發(fā)過程的數(shù)學建模118
7.4鈦錠表面的電子束熔整品質(zhì)127
7.5鋯錠表面的電子束熔整129
第8章電子束熔煉設(shè)備133
8.1電子槍133
8.2電子束設(shè)備設(shè)計與系統(tǒng)136
8.3工業(yè)電子束熔煉設(shè)備138
結(jié)論152
參考文獻153
后記
1.2恒速風力機（FSWT）的基本概念1
1.2.1風力機的基本介紹1
1.2.2風力機的功率控制4
1.2.3風力機空氣動力學6
1.2.4商用風力機實例8
1.3變速風力機(VSWTs)9
1.3.1變速風力機的建模10
1.3.2變速風力機的控制系統(tǒng)13
1.3.3變速風力機的電氣系統(tǒng)19
1.4基于DFIM VSWT的風力發(fā)電系統(tǒng)22
1.4.1DFIM VSWT的電氣配置22
1.4.2風電場的電氣配置28
1.4.3WEGS控制結(jié)構(gòu)30
1.5并網(wǎng)導則要求34
1.5.1頻率與電壓運行范圍34
1.5.2無功功率與電壓控制能力35
1.5.3有功功率控制36
1.5.4電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能39
1.5.5低電壓穿越（LVRT）39
1.6電壓跌落與LVRT39
1.6.1電力系統(tǒng)40
1.6.2電壓跌落42
1.6.3西班牙的驗證程序46
1.7DFIMVSWT制造商48
1.7.1工業(yè)解決方案：風力機制造商48
1.7.2一臺2.4MW風力機的建模61
1.7.3發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行點與功率變換器容量67
1.8對后續(xù)各章的介紹71
參考文獻72
第2章背靠背電力電子變換器73
2.1引言73
2.2基于兩電平拓撲的背靠背變換器74
2.2.1網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)74
2.2.2轉(zhuǎn)子側(cè)變換器及dv/dt濾波器80
2.2.3直流母線83
2.2.4可控開關(guān)驅(qū)動脈沖的產(chǎn)生方法84
2.3多電平VSC拓撲結(jié)構(gòu)94
2.3.1三電平中點鉗位式VSC拓撲結(jié)構(gòu)(3L-NPC)96
2.4網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的控制108
2.4.1網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型108
2.4.2網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的動態(tài)模型112
2.4.3網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的矢量控制116
2.5總結(jié)123
參考文獻123
第3章DFIM穩(wěn)態(tài)模型125
3.1引言125
3.2穩(wěn)態(tài)等效電路125
3.2.1DFIM基本概念125
3.2.2穩(wěn)態(tài)等效電路126
3.2.3相量圖130
3.3不同運行工況下的速度和功率流向132
3.3.1有功功率的基本關(guān)系132
3.3.2轉(zhuǎn)矩表達式134
3.3.3無功功率表達式135
3.3.4有功功率、轉(zhuǎn)矩和速度之間的近似關(guān)系135
3.3.5四象限運行136
3.4標幺化138
3.4.1基準值138
3.4.2變量和參數(shù)標幺化139
3.4.3標幺制下的DFIM穩(wěn)態(tài)方程140
3.4.4例3.1：一臺2MWDFIM參數(shù)141
3.4.5例3.2：不同功率等級的DFIM參數(shù)143
3.4.6例3.3：2MWDFIM相量圖以及標幺化分析144
3.5穩(wěn)態(tài)工作曲線：性能評估146
3.5.1轉(zhuǎn)子電壓比：頻率、幅值和相位147
3.5.2轉(zhuǎn)子電壓比：電壓幅值、頻率比值（V-F）恒定153
3.5.3轉(zhuǎn)子電壓改變：控制定子側(cè)無功和轉(zhuǎn)矩155
3.6DFIM應用于風力發(fā)電設(shè)備的設(shè)計要求161
3.7總結(jié)164
參考文獻165
第4章DFIM動態(tài)模型166
4.1引言166
4.2DFIM動態(tài)建模166
4.2.1αβ坐標系下模型168
4.2.2dq坐標系下模型170
4.2.3αβ模型的狀態(tài)空間表示171
4.2.4dq模型的狀態(tài)空間表示183
4.2.5穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型間的關(guān)系187
4.3總結(jié)190
參考文獻190
第5章DFIM測試192
5.1引言192
5.2DFIM模型參數(shù)的離線估算192
5.2.1對DFIM模型參數(shù)的考慮193
5.2.2采用VSC估算定轉(zhuǎn)子電阻195
5.2.3基于VSC的漏感估算198
5.2.4空載條件下采用VSC估測勵磁電感和鐵損203
5.3總結(jié)208
參考文獻208
第6章電壓跌落時DFIM的特性分析210
6.1引言210
6.2轉(zhuǎn)子感應電動勢210
6.3正常工況運行特性211
6.4三相電壓跌落212
6.4.1轉(zhuǎn)子開路電壓完全跌落的情況213
6.4.2轉(zhuǎn)子開路部分電壓跌落的情況216
6.5不對稱電壓跌落221
6.5.1對稱分量法基本原理222
6.5.2對稱分量法應用于DFIM224
6.5.3單相電壓跌落226
6.5.4相間電壓跌落230
6.6轉(zhuǎn)子電流的影響232
6.6.1三相電壓完全跌落時轉(zhuǎn)子電流的影響232
6.6.2一般情況下的轉(zhuǎn)子電壓235
6.7電壓跌落期間雙饋感應電機的等效模型237
6.7.1線性等效模型238
6.7.2非線性等效模型239
6.7.3電網(wǎng)模型240
6.8小結(jié)240
參考文獻241
第7章并網(wǎng)DFIM風電機組的矢量控制策略243
7.1引言243
7.2矢量控制243
7.2.1電流指令值的計算244
7.2.2電流指令值的限制246
7.2.3電流控制環(huán)247
7.2.4坐標定向250
7.2.5完整控制系統(tǒng)251
7.3矢量控制的小信號穩(wěn)定性251
7.3.1坐標定向的影響252
7.3.2控制器調(diào)節(jié)的影響256
7.4電網(wǎng)電壓不平衡條件下矢量控制的行為262
7.4.1坐標定向262
7.4.2轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的飽和262
7.4.3定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩263
7.5電壓跌落下矢量控制的行為265
7.5.1輕微電壓跌落266
7.5.2嚴重電壓跌落270
7.6電網(wǎng)擾動下的控制方案272
7.6.1去磁電流272
7.6.2雙重控制策略279
7.7總結(jié)288
參考文獻289
第8章DFIM直接控制技術(shù)292
8.1引言292
8.2DFIM直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）293
8.2.1基本原理293
8.2.2控制框圖295
8.2.3例8.1:2MWDFIM直接轉(zhuǎn)矩控制302
8.2.4轉(zhuǎn)子電壓矢量對DFIM影響的研究303
8.2.5例8.2:采用DTC下2MWDFIM的頻譜分析308
8.2.6轉(zhuǎn)子磁鏈幅值參考值的產(chǎn)生308
8.3DFIM直接功率控制（DPC）311
8.3.1基本原理311
8.3.2控制框圖312
8.3.3例8.3:2MWDFIM直接功率控制316
8.3.4轉(zhuǎn)子電壓矢量對DFIM影響的研究317
8.4DFIM定開關(guān)頻率的預測直接轉(zhuǎn)矩控制（P-DTC）320
8.4.1基本原理321
8.4.2控制框圖322
8.4.3例8.4：開關(guān)頻率800Hz時，15kW和2MWDFIM的P-DTC330
8.4.4例8.5：4kHz開關(guān)頻率下15kWDFIM的P-DTC策略333
8.5DFIM定開關(guān)頻率的預測直接功率控制（P-DPC）333
8.5.1基本原理334
8.5.2控制框圖335
8.5.3例8.6：定開關(guān)頻率1kHz下15kWDFIM的P-DPC339
8.6基于多電平變換器的DFIM定開關(guān)頻率P-DPC和P-DTC341
8.6.1前言341
8.6.2基于3L-NPCVSC的DFIMP-DPC342
8.6.3基于3L-NPCVSC的DFIMP-DTC357
8.7電網(wǎng)電壓擾動下基于直接控制技術(shù)的控制解決方案361
8.7.1前言361
8.7.2不平衡電網(wǎng)電壓下的DPC策略361
8.7.3不平衡電網(wǎng)電壓下的DTC策略366
8.7.4電壓跌落下的DTC372
8.8總結(jié)377
參考文獻377
第9章低電壓穿越（LVRT）的硬件解決方案381
9.1引言381
9.2與LVRT相關(guān)的并網(wǎng)導則381
9.3Crowbar383
9.3.1主動型Crowbar的設(shè)計384
9.3.2三相電壓跌落的響應特性386
9.3.3不對稱跌落的響應特性387
9.3.4Crowbar和控制算法的協(xié)調(diào)390
9.4制動斬波器391
9.4.1獨立安裝的制動斬波器性能392
9.4.2Crowbar和制動斬波器的配合393
9.5其他保護技術(shù)394
9.5.1負載代替394
9.5.2風電場解決方案395
9.6總結(jié)395
參考文獻396
第10章其他控制問題：估算器結(jié)構(gòu)和并網(wǎng)DFIM的起動398
10.1簡介398
10.2估算器和觀測器結(jié)構(gòu)398
10.2.1一般考慮398
10.2.2用于轉(zhuǎn)子側(cè)DPC的定子有功和無功功率估算399
10.2.3轉(zhuǎn)子側(cè)矢量控制中基于定子電壓的定子磁鏈估算器400
10.2.4轉(zhuǎn)子側(cè)矢量控制中基于定子電壓的定子磁鏈同步402
10.2.5轉(zhuǎn)子側(cè)DPC、DTC和矢量控制所需的定轉(zhuǎn)子磁鏈估算器403
10.2.6定轉(zhuǎn)子磁鏈全階觀測器403
10.3DFIM風電機組的起動406
10.3.1編碼器整定408
10.3.2與電網(wǎng)同步412
10.3.3DFIM風電機組序列化起動過程416
10.4總結(jié)425
參考文獻425
第11章基于DFIM的獨立發(fā)電系統(tǒng)427
11.1引言427
11.1.1獨立運行DFIM系統(tǒng)的要求427
11.1.2直流側(cè)帶儲能裝置的DFIM特性428
11.1.3濾波電容的選擇430
11.2獨立運行下DFIM系統(tǒng)的數(shù)學描述432
11.2.1獨立運行下DFIM模型432
11.2.2基于電流源饋電的獨立運行DFIM模型436
11.2.3獨立運行DFIM的極坐標模型439
11.2.4基于電流源饋電的獨立運行DFIM的極坐標模型443
11.3定子電壓控制445
11.3.1基于PLL的幅值和頻率控制445
11.3.2不平衡負載條件下獨立運行系統(tǒng)電壓不對稱校正452
11.3.3非線性負載條件下電壓諧波抑制455
11.4并網(wǎng)前獨立運行系統(tǒng)采用PLL控制同步458
11.5總結(jié)461
參考文獻461
第12章風力發(fā)電的新趨勢463
12.1引言463
12.2風力發(fā)電未來的挑戰(zhàn)：什么是必須創(chuàng)新的463
12.2.1風電場位置的選取464
12.2.2能量、效率與可靠性的增加465
12.2.3電網(wǎng)一體化466
12.2.4環(huán)境問題466
12.3技術(shù)趨勢：如何實現(xiàn)467
12.3.1風電機組的機械結(jié)構(gòu)467
12.3.2功率傳輸技術(shù)468
12.4總結(jié)478
參考文獻479
附錄482
A.1空間矢量表達482
A.1.1空間矢量表示法482
A.1.2不同坐標系之間的變換484
A.1.3功率表達486
A.2考慮鐵損的DFIM動態(tài)建模487
A.2.1αβ坐標系中的模型488
A.2.2dq坐標系中的模型490
A.2.3用狀態(tài)空間表示的αβ模型491
參考文獻493