电力电子变换器：PWM策略与电流控制技术

本书中，系统地介绍了现代电力电子变换装置及其PWM控制策略，具有内容系统全面、范例丰富详尽、原理深入浅出、理论与实际紧密结合等特点。第1～9章主要关注脉宽调制技术；第10～16章主要关注电流控制技术。其中，第1章和第2章讲述两种基本的PWM控制策略；第3章介绍PWM控制中的三相逆变器的过调制问题；第4～6章是对不同PWM控制方法的详细介绍；第7章介绍了PWM控制中的电磁干扰问题；第8章和第9章讲述了多重与多相功率变换器的PWM控制策略；第10～15章分别以同步电机和直流电源为例详细介绍了各种不同的电流控制方法；第16章介绍了多电平变换器的电流控制方法。

译者序

引言

第1章用于两电平三相电压型逆变器的载波脉宽调制1

11引言1

12参考电压va ref、vb ref、vc ref3

13参考电压Pa ref、Pb ref、Pc ref6

14va、vb、vc与Pa、Pb、Pc之间的联系8

15PWM信号的产生8

151反锯齿波8

152传统锯齿形载波11

153三角形载波12

154说明16

16通过参考波形va ref k、vb ref k、vc ref k确定Pa
ref k、Pb ref k、Pc ref k16

161“正弦”调制17

162“居中”调制18

163“亚优化”调制19

164“平顶”和“平底”调制20

17总结22

18参考文献22

第2章空间矢量调制策略24

21逆变器和空间矢量PWM24

211问题描述24

212逆变器模型24

213空间矢量调制27

22通用方法33

221自由度33

222全指令域的拓展34

223空间矢量调制36

224PWM频谱38

23空间矢量PWM与实现39

231实现所需硬件及通用结构39

232工作扇区的确定42

233空间矢量PWM的一些变种43

24总结46

25参考文献46

第3章三相电压型逆变器的过调制48

31背景48

32调制策略的比较48

321引言48

322“全波”调制49

323标准调制策略的性能50

33调制器的饱和53

34改进的过调制56

35参考文献62

第4章脉冲宽度调制的计算与优化策略64

41程式化PWM简介64

42PWM的有效频率范围65

43程式化谐波消除PWM66

44优化PWM68

441简介68

442小化判据68

443优化结果应用70

444实时生成原理72

45多电平PWM的计算73

451简介73

452三电平PWM的计算74

453独立的多电平PWM的计算77

46总结78

47参考文献79

第5章ΔΣ调制81

51引言81

52单相ΔΣ调制原理81

521开环或闭环操作82

522频率特性82

523参考信号幅值对频谱的影响84

524指令信号频率对频谱成分的影响85

525窄脉冲的缺失85

526决策要素85

527非对称与对称DSM86

53三相情况：矢量DSM87

531选择新矢量的判据88

532三电平三相逆变器93

54总结94

55参考文献94

第6章随机调制策略96

61引言96

62展布频谱技术及其应用96

63随机调制技术介绍98

631PWM的确定性基础98

632变频率随机PWM98

633随机脉冲位置PWM99

634三相逆变器中的随机PWM99

635整体评价99

64随机调制的频谱分析100

641电压频谱的影响100

642负载电流频谱的影响101

643直流母线电流影响101

644对电动机噪声和振动的影响103

65总结106

66参考文献106

第7章调速装置的电磁兼容：PWM控制策略的影响108

71简介108

72EMC研究的目标109

73静止变流器中的EMC机理110

731引言110

732EMC标准111

733标准的测量与仿真112

74时域仿真113

75频域建模：工程师的工具114

751建模的目标114

752干扰源建模115

753逆变器的频域表示119

76PWM控制120

761基于载波PWM120

77不同基于载波PWM策略的源的比较128

771正弦交叉比较PWM128

772谐波注入控制129

773换相率限制：死区带PWM控制129

78空间矢量PWM130

79小化共模电压的结构134

710总结134

711参考文献135

第8章多相电压源逆变器137

81引言137

82电压源逆变器的矢量建模138

821n桥臂结构：术语、标记、举例138

822平均值控制：PWM140

83带多相负载的逆变器148

831负载拓扑和相关自由度149

832实际例子：三相情况152

833实际例子：五相负载154

84总结158

85参考文献158

第9章多电平变换器的PWM策略163

91多电平和交错并联变换器163

92调制器169

921回顾：两电平调制器169

922多电平调制器172

93不同多电平结构的控制信号发生器187

931“三点”逆变器（中点钳位逆变器）187

932飞跨电容逆变器188

94总结192

95参考文献193

第10章同步电动机的PI电流控制196

101引言196

102同步电动机模型196

1021基于定子固定坐标系的同步电动机模型196

1022同步电动机转子绕组轴线对齐的旋转坐标系（d，q）模型200

1023电磁转矩的表示202

103同步电动机的典型功率传输系统204

104同步电动机在定子固定三相坐标系下的PI电流控制205

1041与定子轴对齐的固定三相坐标系下的PI控制器的整定208

1042与定子轴对齐的固定三相坐标系下的PI控制器的结构209

105旋转坐标系（d，q）下的同步电动机PI电流控制211

1051在（d，q）坐标系下的PI控制器整定211

1052在（d，q）参考坐标系下的PI控制器结构213

106总结214

107参考文献215

第11章同步电动机的预测电流控制216

111引言216

112小开关频率预测控制策略217

113限制开关频率的预测控制策略217

114同步电动机的限制开关频率预测电流控制策略218

1141同步电动机带有可变、受限开关频率的预测电流控制策略218

1142同步电动机固定开关频率预测电流控制222

115总结225

116参考文献226

第12章同步电动机的滑模电流控制227

121引言227

122直流电动机的滑模控制227

1221直流电动机的直接滑模电流控制229

1222直流电动机的非直接滑模电流控制231

123同步电动机的滑模电流控制236

1231同步电动机定子电流矢量直接滑模控制238

1232同步电动机定子电流矢量非直接滑模控制245

124总结250

125参考文献251

第13章大带宽与固定开关频率的混合电流控制器252

131引言252

132离散输出电流调节器的主要类型253

1321引言253

1322滞环调节器253

1323固定频率滞环调节器254

1324开通触发电流调节器256

1325关断触发控制器260

1326开通或关断触发调节器262

1327混合调制的滞环调节器原理263

133极限环分析工具266

1331动力系统简介；分岔概念266

1332动力系统的分岔概念268

1333庞加莱截面及分岔图269

1334电气工程应用269

1335非线性电流调节器中极限环的分析271

134总结281

135参考文献281

第14章利用自振荡电流控制器的电流控制283

141引言283

142自振荡电流控制器工作原理283

1421两用的局部环283

1422开关频率控制的局部控制环284

1423具备低频电流控制环287

1424调节器的稳定性289

143SOCC的改进290

1431静态误差的降低290

1432开关频率控制291

1433初步设计的变化293

144SOCC的特性293

1441开关频率293

1442线性度295

1443谐波畸变295

145SOCC概念的拓展296

1451自振荡电压控制296

1452三相SOCC299

1453三相SOVC300

1454高功率有源负载的模拟301

1455检测电路的模数转换器302

146总结302

147参考文献303

第15章利用谐振校正器的电流与电压控制策略：固定频率应用305

151引言305

152电流控制利用谐振校正器306

1521利用Kessler对称优化控制306

1522功率控制应用：风力发电机案例308

153电压控制策略315

1531引言315

1532功率控制原理316

1533电容端的电压控制318

1534参考电压的确定321

1535功率控制322

1536电压控制324

1537仿真324

154总结330

155附录：变压器参数330

156参考文献330

第16章多电平变换器的电流控制策略333

161引言333

162多电平变换器拓扑334

1621多电平结构的主要种类334

1622多单元结构的优缺点336

1623高功率多单元拓扑的演化：层叠式多单元变换器337

163控制自由度的建模与分析338

1631瞬态建模338

1632平均值模型339

164可用于控制算法的自由度分析339

1641开环PWM调制339

1642拓扑的自由度339

1643指令规则的目标340

165控制策略分类341

166单相桥臂非直接控制策略342

1661解耦控制原理342

1662线性和非线性控制342

1663利用严格输入/输出线性化解耦345

1664利用指令信号之间相移的控制347

167单相桥臂直接控制策略350

1671滑模控制350

1672电流控制模式352

168控制策略，三相方法355

1681三相系统两电平逆变器特点355

1682三相N电平系统特点356

1683使用多单元逆变器可用自由度的分析356

1684多电平逆变器自由度应用范例359

169多单元变换器特点：需要观测器361

1610总结与展望362

1611参考文献363

参编人员366