电力电子变换器：PWM策略与电流控制技术

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Paref 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最小化判据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最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最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