前言

第1章　犘犠犕模式及其优化 1

1．1　PWM的调制方式与输出电压波形 1

1．1．1　PWM调制方式 1

1．1．2　脉宽调制的输出电压波形 2

1．2　基于等腰三角载波的正弦波PWM

的频谱分析 3

1．2．1　正弦波PWM （SPWM） 3

1．2．2　正弦波PWM的频谱分析 4

1．3　准最优PWM 10

1．4　选择谐波消去法

SHEPWM 10

1．5　基于等腰三角载波的鞍形

波PWM 14

1．5．1　鞍形波的由来及其操作方法 14

1．5．2　SAPWM的频谱分析 17

1．6　基于等腰三角载波的开关次数

最少调制波的PWM 27

1．6．1　开关次数最少调制波的生成

方法 27

1．6．2　开关损耗最小PWM 的谐波

特性 28

1．7　基于锯齿载波的SPWM 31

1．7．1　单相SPWM的频谱分析 31

1．7．2　三相SPWM的数学分析 35

1．8　基于锯齿载波的SAPWM 38

1．8．1　单相SAPWM的数学分析 38

1．8．2　三相SAPWM的数学分析 40

1．8．3　结论 42

1．9　基于锯齿载波的最少开关次数调制

波的PWM 42

1．9．1　最少开关次数调制波的输

出线电压 42

1．9．2　周期函数的双重傅里叶级

数展开式 43

1．9．3　最少开关次数调制波的三相

PWM频谱特性 44

1．9．4　频谱归纳与分析 51

1．9．5　结论 53

1．10　两相调制PWM模式 54

1．11　几种PWM模式的统一 56

1．11．1　μ=0或μ=1 56

1．11．2　μ=0．5 59

1．11．3　μ为动态分布 60

第2章　犞犞犞犉变频调速中的若干

技术问题 63

2．1　异步电动机变频调速原理与

控制方式 63

2．1．1　异步电动机变频调速原理 63

2．1．2　变频器的控制方式 68

2．1．3　风机水泵的节能原理 69

2．2　主回路的换相过程与输出

电流波形失真 71

2．2．1　PWM模式与换相关系 71

2．2．2　变频器输出电流波形的失真

及其补偿 77

2．2．3　相位角预测与死区时间补偿 82

2．3　变频器引发的谐波污染及其

抑制对策 86

2．3．1　分布参数为纯电阻时的相

电流数值分析 86

2．3．2　分布参数含电感时的相电流

数值分析 89

2．3．3　高次谐波干扰及其抑制方法 91

2．4　交流变频调速中的制动状态 96

2．4．1　发电机状态下的能量转换

问题 96

2．4．2　异步电动机的能量再生与制动 102

第3章　无刷直流电动机调速控制 117

3．1　无刷直流电动机的基本结构 117

3．2　无刷直流电动机的工作原理 118

3．2．1　三相半控电路 118

3．2．2　三相 联结全控电路 122

3．2．3　三相联结全控电路 125

3．3　多相电动机控制举例 127

3．3．1　二三通电方式 127

3．3．2　五五通电方式 128

3．3．3　五四通电方式 129

3．4　无刷直流电动机在变频空调

中的应用 130

3．4．1　空调器的调温控制原理 130

3．4．2　反电动势三次谐波积分检

测法 131

3．4．3　几种PWM调制模式 136

3．4．4　不同PWM 调制模式对电磁

转矩影响 137

3．4．5　直流电压可调型PWM

控制 142

3．4．6　漏电流的补偿电路原理 145

第4章　矩阵式变换器 147

4．1　矩阵式变换器的结构 147

4．2　矩阵式变换器的双空间矢量

调制原理 147

4．3　等效交直交结构的空间

矢量调制 151

4．4　矩阵式变换器的PWM 数字

实现方法 158

4．5　矩阵式变换器双向开关的实现

与四步半软换流 160

4．6　四步换流对输出性能的影响及

其补偿 164

4．7　双向开关的吸收与保护电路 166

4．8　矩阵式变换器的输入滤波器设计 167

第5章　异步电动机矢量控制与

直接转矩控制 171

5．1　三相异步电动机的数学模型 171

5．2　坐标变换与变换矩阵 177

5．3　三相异步电动机在两相同步旋转

坐标系下的数学模型 180

5．4　异步电动机转子磁通定向矢量控制 187

5．5　基于动态模型按定子磁链控制的

直接转矩控制系统 193

第6章　永磁同步电动机驱动控制 199

6．1　永磁同步电动机的转子结构 199

6．2　永磁同步电动机的数学模型 200

6．2．1　永磁同步电动机在αβ静止坐标系

下的数学模型 200

6．2．2　永磁同步电动机在dq旋转坐标系

下的数学模型 201

6．2．3　表面凸出式永磁同步电动机

转矩的产生 203

6．3　基于转子磁场定向的永磁同步电动机

矢量控制系统 204

6．4　永磁同步电动机直接转矩控制方式 206

6．4．1　滞环比较控制与SVPWM 控制

的比较 206

6．4．2　定子磁链的计算模型 209

6．4．3　预期电压计算模型 211

6．4．4　电磁转矩与定子磁链幅值及

负载角的关系 213

6．5　永磁同步电动机转子位置检测方法 217

6．5．1　有转子位置传感器的转子位置

检测方法 217

6．5．2　无位置传感器的转子位置

检测方法 229

第7章　三相软开关电力变换器 245

7．1　几种软开关电路 245

7．1．1　高效准谐振DC环节逆变器 245

7．1．2　并联谐振DC环节逆变器 246

7．1．3　辅助准谐振变流器 249

7．1．4　准谐振ZVS环节逆变器 251

7．2　一个典型的三相软开关PWM

变频器 254

7．2．1　电路结构与动作分析 254

7．2．2　输出特性分析 256

7．2．3　软开关变频器主电路的数学

解析 258

7．3　三相软开关高功率因数PWM

变频器 266

7．3．1　双PWM变频器电路结构 266

7．3．2　软开关动作分析 267

7．3．3　双PWM 变频器的控制方法及

实验结果 268

7．4　一种高效率ZVT三相PWM

逆变器 269

7．4．1　一种高效率ZVT三相PWM 逆变器

拓扑结构 269

7．4．2　控制方式 269

7．4．3　动作模式分析 271

7．4．4　实验结果与分析 273

第8章　高压大容量逆变器 275

8．1　IGBT直接串联技术 275

8．2　多重化逆变技术 279

8．2．1　电压型多重逆变器 280

8．2．2　电流型多重逆变器 298

8．3　多电平逆变技术 302

8．3．1　多电平逆变器原理 302

8．3．2　三电平逆变器的

PWM控制 302

8．3．3　三电平逆变器的空间电压

矢量控制 306

8．3．4　中点电压波动机理的分析 312

8．3．5　电容中点电压平衡控制 318

第9章　电压型犘犠犕整流器 325

9．1　整流器的PWM调制 325

9．2　主电路的工作模式 326

9．3　PWM整流器的调相原理 329

9．4　主电路结构及其工作原理 330

9．5　相幅调节方式 332

9．6　基本特性的数学分析 337

9．7　整流器的传输功率及稳定性 343

9．8　整流器的实现 347

第10章　有源电力滤波器 351

10．1　有源电力滤波器的基本原理 351

10．2　有源电力滤波器电路 352

10．2．1　补偿电流指令值的检测方法 352

10．2．2　补偿电流的产生方法 359

10．2．3　有源电力滤波器的损耗补偿 362

第11章　光伏发电逆变控制器 364

11．1　光伏电池的基本原理 364

11．1．1　半导体材料的原子结构与

晶格结构 364

11．1．2　载流子 366

11．1．3　半导体的PN结 367

11．2　光伏电池的特性和参数 369

11．2．1　光伏电池的特性 369

11．2．2　光伏电池的主要参数 372

11．2．3　典型的光伏电池输出特性 375

11．3　蓄电池的充电过程 376

11．3．1　铅酸蓄电池 376

11．3．2　镉镍蓄电池 378

11．3．3　安全性 379

11．3．4　储能蓄电池的几个重要参数 380

11．3．5　蓄电池充电的控制策略 381

11．4　利用导抗变换的光伏发电逆变器 385

11．4．1　导抗变换器的理论基础 386

11．4．2　单相并网逆变器 387

11．4．3　使用裂相逆变的三相并网

逆变器 394

11．5　一种微型单相光伏并网逆变器 398

11．5．1　系统结构原理 398

11．5．2　控制方法 399

11．5．3　仿真结果 401

11．6　高/低电压穿越测试要求 404

11．7　孤岛效应问题 406

11．7．1　孤岛效应的发生 406

11．7．2　传统孤岛效应检测法 406

第12章　风力发电逆变控制器 414

12．1　风力发电技术概述 414

12．1．1　风力机的类型 414

12．1．2　风力机的基本特性 415

12．1．3　风力机的功率调节 420

12．2　绕线转子异步电动机双馈（串级）

调速原理 421

12．2．1　次同步转速下作电动运行 423

12．2．2　反转时作倒拉制动运行 424

12．2．3　超同步转速下作回馈

制动运行 424

12．2．4　超同步转速下作电动运行 425

12．2．5　次同步转速下反接回馈

制动运行 425

12．2．6　转子励磁超同步转速下

发电运行 426

12．2．7　转子励磁次同步转速下发

电运行 426

12．3　恒速恒频风力发电 427

12．3．1　同步发电机发电 428

12．3．2　笼型感应发电机发电 432

12．4　变速恒频风力发电逆变器并网

控制技术 437

12．4．1　直驱式永磁同步机风力

发电 437

12．4．2　双馈感应电机风力发电 446

12．4．3　结束语 457

第13章　微电网、智能电网与

智能社区 458

13．1　智能电网 458

13．2　智能社区概述 458

13．2．1　智能社区 458

13．2．2　智能社区架构 459

13．3　新能源社会系统与管理 461

13．3．1　新一代能源社会系统 461

13．3．2　社区能源管理 462

13．3．3　用户能源管理 464

13．3．4　海外项目的拓展 465

13．4　孤岛的微电网系统 466

13．4．1　孤岛上的微电网 466

13．4．2　孤岛微电网的基本结构 467

13．4．3　小规模孤岛的控制功能 468

13．4．4　高速频率检测装置 469

13．5　微电网的电力电子技术 469

13．5．1　并网所需功能 469

13．5．2　孤岛运行检测功能 469

13．5．3　发电波动及可再生能源波动

的应对功能 470

13．5．4　微电网上的电力电子技术 470

13．5．5　智能电网电力电子的未来 472

附录 475

参考文献 493 2100433B

PWM模式与电力电子变换技术以PWM 模式为先导，展开讨论了VVVF变频调速中的若干技术问题、无刷直流电动机调速控制、矩阵式变换器、异步电动机矢量控制与直接转矩控制、永磁同步电动机驱动控制、三相软开关电力变换器、高压大容量逆变器、电压型PWM 整流器、有源电力滤波器、光伏发电逆变控制器、风力发电逆变控制器、微电网、智能电网与智能社区等。书中除了基本原理的阐述和推导外，还附有仿真和实验结果，透过实验现象，分析问题本质，根据存在问题，提出解决问题方法。尽量从物理意义上分析有关问题的内涵，理论联系实际，由浅入深，深入浅出，内容丰富、新颖。

非常适合于电气自动化、电力电子与电力传动专业的研究生作为教材，以及工程技术人员、研究人员、大专院校教师、高年级本科学生作为参考书。

20世纪70年代末期，PWM控制技术开始应用于整流装置，随着自关断功率器件的进步，PWM控制技术的研究得到了进一步发展。Holtz Joachim等人率先 了基于可关断器件的全桥PWM整流器结构，可以通过控制输入电流的幅值和相位来实现装置高功率因数运行。然后，Akagi教授 以PWM整流器拓扑为基础的功率补偿器，为后来PWM整流器的进一步设计奠定了基础。 PWM整流器的交流侧受控源特性拓展了其控制技术的应用范围。功率因数校正(Power FactorCorrection, PFC)、有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)、静止无功补偿器(STATic var COMpensator, STATCOM)以及四象限交流电机驱动等均是以PWM整流器拓扑及其控制技术为基础发展起来的。

PWM整流器是一种全控型变换器，能够灵活控制变换器输入侧交流电流，实现高功率因数和低谐波运行，故又称为功率因数校正电路。PWM整流器的研究主要集中于拓扑结构及控制策略的研究。三相功率因数校正电路拓扑结构先后经历了三相单开关、三相双开关、三相三开关三电平等经典结构的发展。特别是三相六开关PWM整流器通过采用PWM调制技术实现了输入电流的连续控制，具有精度高，响应速度快等优点。为满足不同功率等级情况下的需要，国内外学者对不同拓扑结构的PWM整流器进行了研究。

出版说明

《电气工程新技术丛书》编委会

前言

第1章电力电子变换器与脉宽调制技术基础

1.1电力电子器件和电力电子变换器

1.2脉宽调制技术简介

1.3电力电子技术的发展与挑战

1.4小结

参考文献

第2章脉宽调制技术的原理

2.1空间矢量PWM

2.2载波比较PWM

2.3空间矢量PWM与载波比较PWM的关系

2.4PWM中的一些非理想因素

2.5PWM的数学分析方法

2.6小结

参考文献

第3章脉宽调制对系统的影响

3.1脉宽调制技术对系统影响综述

3.2PWM与开关损耗

3.3PWM与电纹波

3.4PWM与电磁干扰

3.5改进范例：随机PWM

3.6小结

参考文献

第4章电力电子变换器的电流纹波预测模型

4.1单相逆变器的电流纹波预测模型

4.2三相电压型变换器电流纹波预测：戴维南等效电路

4.3通用多相变换器电流纹波预测方法

4.4考虑电路不对称的电流纹波预测

4.5直流母线电流预测

4.6非理想条件对预测的影响及应对

4.7小结

参考文献

第5章模型预测PWM技术

5.1模型预测PWM

5.2变开关频率PWM的架构

5.3基于电流纹波峰值的变开关频率PWM（VSFPWM1）

5.4基于电流纹波有效值的变开关频率PWM（VSFPWM2）

5.5基于其他优化目标的变开关频率PWM

5.6脉冲分布的控制：移相PWM

5.7小结

参考文献

第6章复杂拓扑结构的先进PWM

6.1复杂拓扑结构变换器及其PWM简介

6.2并联逆变器和载波移相PWM

6.3多电平变换器的变开关频率PWM

6.4电流型变换器的PWM策略

6.5小结

参考文献

第7章改进共模噪声的PWM技术

7.1共模噪声问题简介

7.2改进PWM策略对共模电压的抑制

7.3共模回路分析和共模电流抑制方法

7.4复杂拓扑结构与PWM消除共模

电压的方法

7.4.1多电平变换器：零共模PWM

7.4.2多电平变换器零共模PWM的不足

7.4.3多电平变换器：零共模PWM 变开关频率

7.4.4并联变换器：载波移相

7.4.5并联变换器：零共模PWM

7.4.6并联零共模PWM的算法改进——环流抑制

7.4.7并联零共模PWM的死区补偿方法

7.5小结

参考文献

第8章先进PWM的软硬件实现

8.1仿真中先进PWM的实现

8.2DSP中PWM的发生原理

8.3改进PWM的实现

8.3.1改进的PWM——变开关频率PWM

8.3.2改进的PWM——载波移相PWM

8.3.3改进的PWM——单开关周期内前后半周期不同比较值的实现

8.4小结

参考文献