PWM模式與電力電子變換技術(shù)目錄

前言

第1章　犘犠犕模式及其優(yōu)化 1

1．1　PWM的調(diào)制方式與輸出電壓波形 1

1．1．1　PWM調(diào)制方式 1

1．1．2　脈寬調(diào)制的輸出電壓波形 2

1．2　基于等腰三角載波的正弦波PWM

的頻譜分析 3

1．2．1　正弦波PWM （SPWM） 3

1．2．2　正弦波PWM的頻譜分析 4

1．3　準最優(yōu)PWM 10

1．4　選擇諧波消去法

SHEPWM 10

1．5　基于等腰三角載波的鞍形

波PWM 14

1．5．1　鞍形波的由來及其操作方法 14

1．5．2　SAPWM的頻譜分析 17

1．6　基于等腰三角載波的開關(guān)次數(shù)

最少調(diào)制波的PWM 27

1．6．1　開關(guān)次數(shù)最少調(diào)制波的生成

方法 27

1．6．2　開關(guān)損耗最小PWM 的諧波

特性 28

1．7　基于鋸齒載波的SPWM 31

1．7．1　單相SPWM的頻譜分析 31

1．7．2　三相SPWM的數(shù)學(xué)分析 35

1．8　基于鋸齒載波的SAPWM 38

1．8．1　單相SAPWM的數(shù)學(xué)分析 38

1．8．2　三相SAPWM的數(shù)學(xué)分析 40

1．8．3　結(jié)論 42

1．9　基于鋸齒載波的最少開關(guān)次數(shù)調(diào)制

波的PWM 42

1．9．1　最少開關(guān)次數(shù)調(diào)制波的輸

出線電壓 42

1．9．2　周期函數(shù)的雙重傅里葉級

數(shù)展開式 43

1．9．3　最少開關(guān)次數(shù)調(diào)制波的三相

PWM頻譜特性 44

1．9．4　頻譜歸納與分析 51

1．9．5　結(jié)論 53

1．10　兩相調(diào)制PWM模式 54

1．11　幾種PWM模式的統(tǒng)一 56

1．11．1　μ=0或μ=1 56

1．11．2　μ=0．5 59

1．11．3　μ為動態(tài)分布 60

第2章　犞犞犞犉變頻調(diào)速中的若干

技術(shù)問題 63

2．1　異步電動機變頻調(diào)速原理與

控制方式 63

2．1．1　異步電動機變頻調(diào)速原理 63

2．1．2　變頻器的控制方式 68

2．1．3　風機水泵的節(jié)能原理 69

2．2　主回路的換相過程與輸出

電流波形失真 71

2．2．1　PWM模式與換相關(guān)系 71

2．2．2　變頻器輸出電流波形的失真

及其補償 77

2．2．3　相位角預(yù)測與死區(qū)時間補償 82

2．3　變頻器引發(fā)的諧波污染及其

抑制對策 86

2．3．1　分布參數(shù)為純電阻時的相

電流數(shù)值分析 86

2．3．2　分布參數(shù)含電感時的相電流

數(shù)值分析 89

2．3．3　高次諧波干擾及其抑制方法 91

2．4　交流變頻調(diào)速中的制動狀態(tài) 96

2．4．1　發(fā)電機狀態(tài)下的能量轉(zhuǎn)換

問題 96

2．4．2　異步電動機的能量再生與制動 102

第3章　無刷直流電動機調(diào)速控制 117

3．1　無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) 117

3．2　無刷直流電動機的工作原理 118

3．2．1　三相半控電路 118

3．2．2　三相 聯(lián)結(jié)全控電路 122

3．2．3　三相聯(lián)結(jié)全控電路 125

3．3　多相電動機控制舉例 127

3．3．1　二三通電方式 127

3．3．2　五五通電方式 128

3．3．3　五四通電方式 129

3．4　無刷直流電動機在變頻空調(diào)

中的應(yīng)用 130

3．4．1　空調(diào)器的調(diào)溫控制原理 130

3．4．2　反電動勢三次諧波積分檢

測法 131

3．4．3　幾種PWM調(diào)制模式 136

3．4．4　不同PWM 調(diào)制模式對電磁

轉(zhuǎn)矩影響 137

3．4．5　直流電壓可調(diào)型PWM

控制 142

3．4．6　漏電流的補償電路原理 145

第4章　矩陣式變換器 147

4．1　矩陣式變換器的結(jié)構(gòu) 147

4．2　矩陣式變換器的雙空間矢量

調(diào)制原理 147

4．3　等效交直交結(jié)構(gòu)的空間

矢量調(diào)制 151

4．4　矩陣式變換器的PWM 數(shù)字

實現(xiàn)方法 158

4．5　矩陣式變換器雙向開關(guān)的實現(xiàn)

與四步半軟換流 160

4．6　四步換流對輸出性能的影響及

其補償 164

4．7　雙向開關(guān)的吸收與保護電路 166

4．8　矩陣式變換器的輸入濾波器設(shè)計 167

第5章　異步電動機矢量控制與

直接轉(zhuǎn)矩控制 171

5．1　三相異步電動機的數(shù)學(xué)模型 171

5．2　坐標變換與變換矩陣 177

5．3　三相異步電動機在兩相同步旋轉(zhuǎn)

坐標系下的數(shù)學(xué)模型 180

5．4　異步電動機轉(zhuǎn)子磁通定向矢量控制 187

5．5　基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 193

第6章　永磁同步電動機驅(qū)動控制 199

6．1　永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 199

6．2　永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型 200

6．2．1　永磁同步電動機在αβ靜止坐標系

下的數(shù)學(xué)模型 200

6．2．2　永磁同步電動機在dq旋轉(zhuǎn)坐標系

下的數(shù)學(xué)模型 201

6．2．3　表面凸出式永磁同步電動機

轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 203

6．3　基于轉(zhuǎn)子磁場定向的永磁同步電動機

矢量控制系統(tǒng) 204

6．4　永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制方式 206

6．4．1　滯環(huán)比較控制與SVPWM 控制

的比較 206

6．4．2　定子磁鏈的計算模型 209

6．4．3　預(yù)期電壓計算模型 211

6．4．4　電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈幅值及

負載角的關(guān)系 213

6．5　永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置檢測方法 217

6．5．1　有轉(zhuǎn)子位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置

檢測方法 217

6．5．2　無位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置

檢測方法 229

第7章　三相軟開關(guān)電力變換器 245

7．1　幾種軟開關(guān)電路 245

7．1．1　高效準諧振DC環(huán)節(jié)逆變器 245

7．1．2　并聯(lián)諧振DC環(huán)節(jié)逆變器 246

7．1．3　輔助準諧振變流器 249

7．1．4　準諧振ZVS環(huán)節(jié)逆變器 251

7．2　一個典型的三相軟開關(guān)PWM

變頻器 254

7．2．1　電路結(jié)構(gòu)與動作分析 254

7．2．2　輸出特性分析 256

7．2．3　軟開關(guān)變頻器主電路的數(shù)學(xué)

解析 258

7．3　三相軟開關(guān)高功率因數(shù)PWM

變頻器 266

7．3．1　雙PWM變頻器電路結(jié)構(gòu) 266

7．3．2　軟開關(guān)動作分析 267

7．3．3　雙PWM 變頻器的控制方法及

實驗結(jié)果 268

7．4　一種高效率ZVT三相PWM

逆變器 269

7．4．1　一種高效率ZVT三相PWM 逆變器

拓撲結(jié)構(gòu) 269

7．4．2　控制方式 269

7．4．3　動作模式分析 271

7．4．4　實驗結(jié)果與分析 273

第8章　高壓大容量逆變器 275

8．1　IGBT直接串聯(lián)技術(shù) 275

8．2　多重化逆變技術(shù) 279

8．2．1　電壓型多重逆變器 280

8．2．2　電流型多重逆變器 298

8．3　多電平逆變技術(shù) 302

8．3．1　多電平逆變器原理 302

8．3．2　三電平逆變器的

PWM控制 302

8．3．3　三電平逆變器的空間電壓

矢量控制 306

8．3．4　中點電壓波動機理的分析 312

8．3．5　電容中點電壓平衡控制 318

第9章　電壓型犘犠犕整流器 325

9．1　整流器的PWM調(diào)制 325

9．2　主電路的工作模式 326

9．3　PWM整流器的調(diào)相原理 329

9．4　主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理 330

9．5　相幅調(diào)節(jié)方式 332

9．6　基本特性的數(shù)學(xué)分析 337

9．7　整流器的傳輸功率及穩(wěn)定性 343

9．8　整流器的實現(xiàn) 347

第10章　有源電力濾波器 351

10．1　有源電力濾波器的基本原理 351

10．2　有源電力濾波器電路 352

10．2．1　補償電流指令值的檢測方法 352

10．2．2　補償電流的產(chǎn)生方法 359

10．2．3　有源電力濾波器的損耗補償 362

第11章　光伏發(fā)電逆變控制器 364

11．1　光伏電池的基本原理 364

11．1．1　半導(dǎo)體材料的原子結(jié)構(gòu)與

晶格結(jié)構(gòu) 364

11．1．2　載流子 366

11．1．3　半導(dǎo)體的PN結(jié) 367

11．2　光伏電池的特性和參數(shù) 369

11．2．1　光伏電池的特性 369

11．2．2　光伏電池的主要參數(shù) 372

11．2．3　典型的光伏電池輸出特性 375

11．3　蓄電池的充電過程 376

11．3．1　鉛酸蓄電池 376

11．3．2　鎘鎳蓄電池 378

11．3．3　安全性 379

11．3．4　儲能蓄電池的幾個重要參數(shù) 380

11．3．5　蓄電池充電的控制策略 381

11．4　利用導(dǎo)抗變換的光伏發(fā)電逆變器 385

11．4．1　導(dǎo)抗變換器的理論基礎(chǔ) 386

11．4．2　單相并網(wǎng)逆變器 387

11．4．3　使用裂相逆變的三相并網(wǎng)

逆變器 394

11．5　一種微型單相光伏并網(wǎng)逆變器 398

11．5．1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 398

11．5．2　控制方法 399

11．5．3　仿真結(jié)果 401

11．6　高/低電壓穿越測試要求 404

11．7　孤島效應(yīng)問題 406

11．7．1　孤島效應(yīng)的發(fā)生 406

11．7．2　傳統(tǒng)孤島效應(yīng)檢測法 406

第12章　風力發(fā)電逆變控制器 414

12．1　風力發(fā)電技術(shù)概述 414

12．1．1　風力機的類型 414

12．1．2　風力機的基本特性 415

12．1．3　風力機的功率調(diào)節(jié) 420

12．2　繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋（串級）

調(diào)速原理 421

12．2．1　次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行 423

12．2．2　反轉(zhuǎn)時作倒拉制動運行 424

12．2．3　超同步轉(zhuǎn)速下作回饋

制動運行 424

12．2．4　超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行 425

12．2．5　次同步轉(zhuǎn)速下反接回饋

制動運行 425

12．2．6　轉(zhuǎn)子勵磁超同步轉(zhuǎn)速下

發(fā)電運行 426

12．2．7　轉(zhuǎn)子勵磁次同步轉(zhuǎn)速下發(fā)

電運行 426

12．3　恒速恒頻風力發(fā)電 427

12．3．1　同步發(fā)電機發(fā)電 428

12．3．2　籠型感應(yīng)發(fā)電機發(fā)電 432

12．4　變速恒頻風力發(fā)電逆變器并網(wǎng)

控制技術(shù) 437

12．4．1　直驅(qū)式永磁同步機風力

發(fā)電 437

12．4．2　雙饋感應(yīng)電機風力發(fā)電 446

12．4．3　結(jié)束語 457

第13章　微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)與

智能社區(qū) 458

13．1　智能電網(wǎng) 458

13．2　智能社區(qū)概述 458

13．2．1　智能社區(qū) 458

13．2．2　智能社區(qū)架構(gòu) 459

13．3　新能源社會系統(tǒng)與管理 461

13．3．1　新一代能源社會系統(tǒng) 461

13．3．2　社區(qū)能源管理 462

13．3．3　用戶能源管理 464

13．3．4　海外項目的拓展 465

13．4　孤島的微電網(wǎng)系統(tǒng) 466

13．4．1　孤島上的微電網(wǎng) 466

13．4．2　孤島微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 467

13．4．3　小規(guī)模孤島的控制功能 468

13．4．4　高速頻率檢測裝置 469

13．5　微電網(wǎng)的電力電子技術(shù) 469

13．5．1　并網(wǎng)所需功能 469

13．5．2　孤島運行檢測功能 469

13．5．3　發(fā)電波動及可再生能源波動

的應(yīng)對功能 470

13．5．4　微電網(wǎng)上的電力電子技術(shù) 470

13．5．5　智能電網(wǎng)電力電子的未來 472

附錄 475

參考文獻 493 2100433B

PWM模式與電力電子變換技術(shù)以PWM 模式為先導(dǎo)，展開討論了VVVF變頻調(diào)速中的若干技術(shù)問題、無刷直流電動機調(diào)速控制、矩陣式變換器、異步電動機矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制、永磁同步電動機驅(qū)動控制、三相軟開關(guān)電力變換器、高壓大容量逆變器、電壓型PWM 整流器、有源電力濾波器、光伏發(fā)電逆變控制器、風力發(fā)電逆變控制器、微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)與智能社區(qū)等。書中除了基本原理的闡述和推導(dǎo)外，還附有仿真和實驗結(jié)果，透過實驗現(xiàn)象，分析問題本質(zhì)，根據(jù)存在問題，提出解決問題方法。盡量從物理意義上分析有關(guān)問題的內(nèi)涵，理論聯(lián)系實際，由淺入深，深入淺出，內(nèi)容豐富、新穎。

非常適合于電氣自動化、電力電子與電力傳動專業(yè)的研究生作為教材，以及工程技術(shù)人員、研究人員、大專院校教師、高年級本科學(xué)生作為參考書。

20世紀70年代末期，PWM控制技術(shù)開始應(yīng)用于整流裝置，隨著自關(guān)斷功率器件的進步，PWM控制技術(shù)的研究得到了進一步發(fā)展。Holtz Joachim等人率先 了基于可關(guān)斷器件的全橋PWM整流器結(jié)構(gòu)，可以通過控制輸入電流的幅值和相位來實現(xiàn)裝置高功率因數(shù)運行。然后，Akagi教授 以PWM整流器拓撲為基礎(chǔ)的功率補償器，為后來PWM整流器的進一步設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 PWM整流器的交流側(cè)受控源特性拓展了其控制技術(shù)的應(yīng)用范圍。功率因數(shù)校正(Power FactorCorrection, PFC)、有源電力濾波器(Active Power Filter, APF)、靜止無功補償器(STATic var COMpensator, STATCOM)以及四象限交流電機驅(qū)動等均是以PWM整流器拓撲及其控制技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。

PWM整流器是一種全控型變換器，能夠靈活控制變換器輸入側(cè)交流電流，實現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波運行，故又稱為功率因數(shù)校正電路。PWM整流器的研究主要集中于拓撲結(jié)構(gòu)及控制策略的研究。三相功率因數(shù)校正電路拓撲結(jié)構(gòu)先后經(jīng)歷了三相單開關(guān)、三相雙開關(guān)、三相三開關(guān)三電平等經(jīng)典結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是三相六開關(guān)PWM整流器通過采用PWM調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)了輸入電流的連續(xù)控制，具有精度高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點。為滿足不同功率等級情況下的需要，國內(nèi)外學(xué)者對不同拓撲結(jié)構(gòu)的PWM整流器進行了研究。

出版說明

《電氣工程新技術(shù)叢書》編委會

前言

第1章電力電子變換器與脈寬調(diào)制技術(shù)基礎(chǔ)

1.1電力電子器件和電力電子變換器

1.2脈寬調(diào)制技術(shù)簡介

1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

1.4小結(jié)

參考文獻

第2章脈寬調(diào)制技術(shù)的原理

2.1空間矢量PWM

2.2載波比較PWM

2.3空間矢量PWM與載波比較PWM的關(guān)系

2.4PWM中的一些非理想因素

2.5PWM的數(shù)學(xué)分析方法

2.6小結(jié)

參考文獻

第3章脈寬調(diào)制對系統(tǒng)的影響

3.1脈寬調(diào)制技術(shù)對系統(tǒng)影響綜述

3.2PWM與開關(guān)損耗

3.3PWM與電紋波

3.4PWM與電磁干擾

3.5改進范例：隨機PWM

3.6小結(jié)

參考文獻

第4章電力電子變換器的電流紋波預(yù)測模型

4.1單相逆變器的電流紋波預(yù)測模型

4.2三相電壓型變換器電流紋波預(yù)測：戴維南等效電路

4.3通用多相變換器電流紋波預(yù)測方法

4.4考慮電路不對稱的電流紋波預(yù)測

4.5直流母線電流預(yù)測

4.6非理想條件對預(yù)測的影響及應(yīng)對

4.7小結(jié)

參考文獻

第5章模型預(yù)測PWM技術(shù)

5.1模型預(yù)測PWM

5.2變開關(guān)頻率PWM的架構(gòu)

5.3基于電流紋波峰值的變開關(guān)頻率PWM（VSFPWM1）

5.4基于電流紋波有效值的變開關(guān)頻率PWM（VSFPWM2）

5.5基于其他優(yōu)化目標的變開關(guān)頻率PWM

5.6脈沖分布的控制：移相PWM

5.7小結(jié)

參考文獻

第6章復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)的先進PWM

6.1復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)變換器及其PWM簡介

6.2并聯(lián)逆變器和載波移相PWM

6.3多電平變換器的變開關(guān)頻率PWM

6.4電流型變換器的PWM策略

6.5小結(jié)

參考文獻

第7章改進共模噪聲的PWM技術(shù)

7.1共模噪聲問題簡介

7.2改進PWM策略對共模電壓的抑制

7.3共模回路分析和共模電流抑制方法

7.4復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)與PWM消除共模

電壓的方法

7.4.1多電平變換器：零共模PWM

7.4.2多電平變換器零共模PWM的不足

7.4.3多電平變換器：零共模PWM 變開關(guān)頻率

7.4.4并聯(lián)變換器：載波移相

7.4.5并聯(lián)變換器：零共模PWM

7.4.6并聯(lián)零共模PWM的算法改進——環(huán)流抑制

7.4.7并聯(lián)零共模PWM的死區(qū)補償方法

7.5小結(jié)

參考文獻

第8章先進PWM的軟硬件實現(xiàn)

8.1仿真中先進PWM的實現(xiàn)

8.2DSP中PWM的發(fā)生原理

8.3改進PWM的實現(xiàn)

8.3.1改進的PWM——變開關(guān)頻率PWM

8.3.2改進的PWM——載波移相PWM

8.3.3改進的PWM——單開關(guān)周期內(nèi)前后半周期不同比較值的實現(xiàn)

8.4小結(jié)

參考文獻