電力電子變換器PWM技術(shù)原理與實(shí)踐

前言

　　改革開放30年來，我國工業(yè)得到了飛速發(fā)展，在短短30年的時間內(nèi)完成了發(fā)達(dá)國家上 百年的工業(yè)化發(fā)展歷程，建立了相對完整的工業(yè)體系。我國已成為全球制造業(yè)基地，中國模式備受世人矚目。在信息技術(shù)快速發(fā)展以及對節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)日益重視的今天，為了促進(jìn)我國工業(yè)由大變強(qiáng)的發(fā)展，我們必須走新型工業(yè)化道路，解決工業(yè)化過程中面臨的一些突出問題，比如如何進(jìn)一步增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，如何完善對工業(yè)行業(yè)的管理，如何在一些核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)上有更大的突破，如何促進(jìn)高新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，等等。　　為配合我國工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備改造，推動我國工業(yè)領(lǐng)域與國際間、行業(yè)內(nèi)的交流與發(fā)展，加速工業(yè)生產(chǎn)及制造技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備更新?lián)Q代的步伐，我們精選了國外有關(guān)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的部分圖書，翻譯出版了“國際先進(jìn)工業(yè)技術(shù)譯叢”。本叢書內(nèi)容主要涉及新型能源開發(fā)與利用、綠色設(shè)計與制造、資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)、能效管理等方面。這些圖書的原著均由英美等國的知名出版集團(tuán)出版，匯集了多個國家著名專家學(xué)者在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的重要研究成果，集中反映了當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)理念、方法和技術(shù)，對于解決我國當(dāng)前工業(yè)發(fā)展過程中的一些關(guān)鍵問題和突出問題具有較大的參考價值。　　現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)呈現(xiàn)開放性、智能化、信息化與網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，融合了自動化技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、環(huán)境保護(hù)技術(shù)及現(xiàn)代管理理論和方法等諸多學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，需要各學(xué)科的專家及工程技術(shù)人員通力合作，從而實(shí)現(xiàn)多學(xué)科專業(yè)知識與系統(tǒng)的集成，形成現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的手段和模式。因此，“國際先進(jìn)工業(yè)技術(shù)譯叢”在選編時，以促進(jìn)信息化和工業(yè)化融合、技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能減排為原則，緊密結(jié)合我國國情，力求突出實(shí)用性和先進(jìn)性，希望有助于解決我國工業(yè)技術(shù)應(yīng)用中的一些實(shí)際問題，促進(jìn)我國工業(yè)技術(shù)及管理模式的變革，提高我國工業(yè)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力。　　“國際先進(jìn)工業(yè)技術(shù)譯叢”的翻譯和審定工作主要由國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的知名專家學(xué)者和專業(yè)人士承擔(dān)，力求準(zhǔn)確真實(shí)地反映原著內(nèi)容并便于國內(nèi)讀者理解和接受。本叢書致力于“傳播國際先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)管理理念，推廣工業(yè)領(lǐng)域重大技術(shù)創(chuàng)新成果”，以便使我國工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)人員能夠?qū)ΜF(xiàn)代工業(yè)方面的知識和技術(shù)有更深入和全面的了解，并在我國現(xiàn)代化工業(yè)的建設(shè)中加以應(yīng)用。今后我們將繼續(xù)加強(qiáng)對國際上工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)秀圖書的翻譯和出版工作，歡迎專家學(xué)者以及廣大讀者提出寶貴意見和建議。

內(nèi)容概要

　　本書主要介紹了各種不同的電力電子變換器脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，并提供了詳細(xì)的分析和設(shè)計手段，形成了系統(tǒng)、全面的PWM技術(shù)理論體系。本書重點(diǎn)內(nèi)容包括統(tǒng)一的基于加權(quán)總諧波畸變(WTHD)指標(biāo)的PWM分析技術(shù)(含WTHD用于電機(jī)諧波損耗的計算)、基本的PWM技術(shù)(不同載波的PWM、異步與同步PWM、邊帶調(diào)制、單相及三相的連續(xù)調(diào)制和不連續(xù)調(diào)制)、空間矢量PWM技術(shù)、多電平變換器的各種PWM技術(shù)等。本書系統(tǒng)性強(qiáng)，理論分析透徹并緊密結(jié)合實(shí)際，可為研究人員以及工程應(yīng)用人員分析和優(yōu)化PWM方法提供參考。　　本書適合電氣傳動、自動化、電機(jī)控制及電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究人員和技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教師、研究生及高年級本科生的專業(yè)參考書。

作者簡介

　　D.Grahame Holmes，澳大利亞莫納什大學(xué)電氣與計算機(jī)系統(tǒng)工程系教授，電力電子研究室主任，IEEE高級會員，IEEE電力電子分會執(zhí)行委員。Holmes教授曾受邀擔(dān)任IEEE Transactions等多家國際學(xué)術(shù)期刊的審稿人，發(fā)表了100多篇國際會議和學(xué)術(shù)期刊論文。主要研究方向有調(diào)制技術(shù)、電力傳動、諧振式變換器以及多電平變換器等，在脈寬調(diào)制理論方面貢獻(xiàn)良多、造詣深厚?！　homas A.Lipo，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電氣與計算機(jī)系教授，現(xiàn)任威斯康星電力電子研究中心主任和威斯康星電機(jī)與電力電子協(xié)會聯(lián)合主席，美國國家工程院院士，英國皇家工程院院士，IEEE Fellow。Lipo教授曾任IEEE工業(yè)應(yīng)用分會主席、多個IEEE分會執(zhí)行委員、IEEE Transactions on Power Electronics雜志創(chuàng)刊主編以及多個重要的國際會議大會主席等重要職務(wù)，是國際電機(jī)與電力電子界享有盛譽(yù)的學(xué)術(shù)權(quán)威。Lipo教授指導(dǎo)了近百名研究生畢業(yè)，發(fā)表論著500多篇（本），其中期刊論文200多篇，有幾十篇獲得IEEE Transactions等的最佳論文獎，獲授權(quán)美國專利40余項(xiàng)。　　周克亮，東南大學(xué)電氣工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，東南大學(xué)風(fēng)力發(fā)電研究中心副主任，IEEE高級會員。周克亮教授曾先后在國內(nèi)外著名學(xué)府、跨國公司學(xué)習(xí)工作，主持并參加過國家及省部級科研項(xiàng)目以及多項(xiàng)尖端課題的研究與開發(fā)，如衛(wèi)星電源、水下車輛電力推進(jìn)裝置、智能測繪儀器等，是IEEE Transactions等多家國際學(xué)術(shù)期刊以及《電機(jī)工程學(xué)報》等期刊的評審專家，近年來發(fā)表論文近60篇（其中19篇被SCI檢索），發(fā)明專利4項(xiàng)。主要研究方向有電力電子與電力傳動、新能源發(fā)電技術(shù)以及控制理論與應(yīng)用等。

書籍目錄

第1章　電力電子變換器導(dǎo)論　　1.1　變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　　　1.1.1　開關(guān)的約束條件　　　1.1.2　雙向斬波器　　　1.1.3　單相全橋(H橋)逆變器　　1.2　電壓源型/電壓剛性型逆變器　　　1.2.1　兩相逆變器結(jié)構(gòu)　　　1.2.2　三相逆變器結(jié)構(gòu)　　　1.2.3　方波模式下的電壓和電流波形　　1.3　三相變換器開關(guān)函數(shù)表達(dá)法　　1.4　輸出電壓控制　　　1.4.1　伏特/赫茲準(zhǔn)則　　　1.4.2　單相逆變器的移相調(diào)制　　　1.4.3　二重橋逆變器的電壓控制　　1.5　電流源型/電流剛性型逆變器　　1.6　空間矢量的概念　　　1.6.1　三相正弦波電源和負(fù)載的d-q-0分量　　　1.6.2　工作在方波模式下電壓源型逆變器的d-q-0分量　　　1.6.3　同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系　　1.7　三電平逆變器　　1.8　多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　　　1.8.1　二極管鉗位式多電平逆變器　　　1.8.2　電容鉗位式多電平逆變器　　　1.8.3　級聯(lián)式電壓源型多電平逆變器　　　1.8.4　混合式電壓源型逆變器　　1.9　小結(jié)　　參考文獻(xiàn)　第2章　諧波畸變　　2.1　諧波電壓畸變因數(shù)　　2.2　諧波電流畸變因數(shù)　　2.3　三相逆變器諧波畸變因數(shù)　　2.4　性能指標(biāo)的選擇　　2.5　三電平逆變器的加權(quán)總諧波畸變　　2.6　感應(yīng)電動機(jī)負(fù)載　　　2.6.1　矩形鼠籠條　　　2.6.2　非矩形轉(zhuǎn)子條　　　2.6.3　每相等效電路　　2.7　感應(yīng)電動機(jī)負(fù)載的諧波畸變加權(quán)因數(shù)　　　2.7.1　轉(zhuǎn)子電阻(隨頻率變化)的加權(quán)總諧波畸變　　　2.7.2　考慮轉(zhuǎn)子漏感(隨頻率變化)影響的加權(quán)總諧波畸變　　　2.7.3　考慮定子銅耗的加權(quán)總諧波畸變　……第3章　逆變器單相橋臂的調(diào)制第4章　單相電壓源型逆變器的調(diào)制第5章　三相電壓源型逆變器的調(diào)制第6章　零空間矢量放置調(diào)制策略第7章　電流源型逆變器的調(diào)制第8章　逆變器的過調(diào)制第9章　程控調(diào)制策略第10章　多電平變換器的程控調(diào)制第11章　基于載波的多電平逆變器脈寬調(diào)制第12章　多電平變換器的空間矢量脈寬調(diào)制第13章　調(diào)制控制器的實(shí)現(xiàn)第14章　調(diào)制技術(shù)的發(fā)展附錄1　雙變量控制波形的傅里葉級數(shù)表達(dá)式附錄2　雅可比—安格爾和貝塞爾函數(shù)關(guān)系式附錄3　三相及半周期對稱關(guān)系式附錄4　單相橋臂的過調(diào)制附錄5　開關(guān)波形的二重傅里葉級數(shù)表達(dá)式的數(shù)值積分總參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1．1變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　　1．1．1開關(guān)的約束條件　　用于固態(tài)能量轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體開關(guān)可以近似視為一電阻，當(dāng)開關(guān)閉合時其電阻值接近于零，當(dāng)開關(guān)斷開時其電阻值近似無窮大。但是無論開關(guān)器件放在電路的哪個位置，變換電路仍始終遵守基爾霍夫電壓和電流定律。通俗來說，正是這些定律引出了開關(guān)行為的兩條基本原則：　　(1)開關(guān)器件不能放置在有電流源(比如電感)的支路上，否則當(dāng)開關(guān)器件關(guān)斷時，電感兩端的電壓(相應(yīng)地就是開關(guān)器件兩端的電壓)將會趨于無窮大。由該原則可以推知，類似地，在那些經(jīng)過一個節(jié)點(diǎn)與包含有開關(guān)器件的支路相連的電路支路中，至少應(yīng)有一個元件為非感性元件　　(2)開關(guān)器件不能與電壓源(例如真正的電源或者電容)并聯(lián)，否則當(dāng)開關(guān)閉合時，開關(guān)器件中的電流將會是無窮大。由該原則可以推知，如果回路由不只一條支路所組成，并且組成該回路的支路中含有開關(guān)器件，那么這些支路里應(yīng)至少有一個元件不是電壓源?！　∪粼O(shè)置開關(guān)的用意是幫助能量從電源傳遞到負(fù)載，為了從兩個輸入電源或者泄荷元件(包括一個可能的零能量電源)進(jìn)行挑選，開關(guān)必須按照一定方式連接。這一要求導(dǎo)致了兩條支路通過第三條支路向一個輸出端傳送能量。在電路中存在第三條支路，也意味著這三支路有一個共同的連接節(jié)點(diǎn)，這三條支路中的一條支路可以包含一個感性元件(通常是由感性負(fù)載或者電源所引發(fā)而來的等效電流源)，但是連接到同一節(jié)點(diǎn)其他支路一定不能是感性的，否則就違背了上述第一條基本原則。其他兩條支路包含的元件要么是電容要么是電阻。然而，由于輸出或輸入電壓源與負(fù)載用電容連接違背第二條原則，因此其他兩條支路只能選電阻元件。　　因?yàn)樽儞Q電路要求盡可能的高效率，因此其他兩條支路所用的電阻將不是電阻值一定的常規(guī)電阻，而是要么為零要么無窮大的電阻，即第二個開關(guān)器件。為了遵守基爾霍夫電流定律，當(dāng)?shù)谝粋€開關(guān)器件關(guān)閉時，該第二個開關(guān)器件導(dǎo)通；反之亦然。對于大多數(shù)單向電流流動的例子而言，由于在其他支路上放置電感這一需求將保證電路所要求的工作條件，可以使用一個單向開關(guān)來阻止電流從一個方向上流動，而且只需要用一個二極管就可以方便地實(shí)現(xiàn)這種必要的互補(bǔ)開關(guān)動作。當(dāng)然，另一種實(shí)現(xiàn)這種必要的互補(bǔ)開關(guān)動作的方法是利用第二個單向開關(guān)。這些電路的具體形式如圖1-2所示，圖中所示電路可以當(dāng)作電力電子的基本開關(guān)單元來看待。在圖1-2(b)和圖1-2(c)中的含有箭頭的開關(guān)表示單向電流　　流動的器件。　　如把電流源(電感)連接到負(fù)載，將二極管連接到電源，這樣連接的電路就是降壓斬波電路。如果將輸入和輸出端對調(diào)，就是升壓斬波電路。在降壓斬波電路中，能量從電壓源傳送到電流源(即負(fù)載)，在升壓斬波電路中，能量從電流源傳送到電壓源(負(fù)載)。

編輯推薦

　　國際先進(jìn)工業(yè)技術(shù)譯叢　　傳播國際先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)管理理念　　推廣工業(yè)領(lǐng)域重大技術(shù)創(chuàng)新成果　　促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)知識普及應(yīng)用　　電力電子變換器PWM技術(shù)發(fā)展原理與實(shí)踐　　提供了統(tǒng)一的脈寬調(diào)制分析與設(shè)計方法　　介紹了重要的概念和公式的推到過成　　搭建了電力電子變換器PWM技術(shù)的理論體系　　融入了作者在專業(yè)領(lǐng)域的多年研究經(jīng)驗(yàn)　　附有詳盡的參考文獻(xiàn)和豐富的示例

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