异步电动机的PWM变频器驱动技术研究及应用

三电平拓扑结构的双PWM变频器，不仅可实现“绿色”电能变换，还可实现交流异步电机的四象限运行。因此，这种结构的变频器越来越多地进入生产领域。

本书以三电平双PWM变频器驱动三相异步电动机的控制系统为研究对象，重点对变频器系统启动冲击电流抑制、中点电位平衡、死区补偿、无速度传感器速度估算系统、电机参数辨识等关键技术进行系统而深入的阐述。

本书所提出的理论均在实际得到了验证并加以应用，内容具有较高的科研及工程指导价值，非常适合电力电子领域的科研技术人员参考学习。

第1 章　绪论001

1.1　研究背景及意义 001

1.2　三电平双PWM 变频器关键技术的发展及现状 003

1.2.1　PWM 变换器调制方法 006

1.2.2　PWM 变换器中点电位平衡技术 007

1.2.3　PWM 变换器死区补偿技术 009

1.2.4　无速度传感器技术 011

1.2.5　电机参数辨识技术 013

1.3　主要研究内容 015

第2 章　三电平双PWM 变频器拓扑结构及工作原理019

2.1　三电平双PWM 变频器主电路的拓扑结构 019

2.2　三电平双PWM 变频器工作原理及数学模型 021

2.2.1　整流器的工作原理 021

2.2.2　坐标系及其变换 022

2.2.3　整流器的数学模型 024

2.2.4　三相异步电动机的数学模型 027

2.3　三电平双PWM 变频器控制系统 029

2.3.1　基于电网电压定向的三电平PWM 整流器矢量控制　 029

2.3.2　基于转子磁场定向的三相异步电动机矢量控制　 031

2.4　本章小结 034

第3 章　混合式中点电位平衡算法和三闭环动态死区补偿策略研究035

3.1　概述 035

3.2　基于模糊优化的混合中点电位平衡算法 036

3.2.1　中点电位偏移原理 036

3.2.2　三电平SVPWM 分解为两电平SVPWM 的简化算法　 038

3.2.3　基于模糊优化的混合中点电位平衡算法 040

3.3　三闭环动态死区补偿策略 046

3.3.1　传统无死区补偿算法原理 046

3.3.2　三闭环动态死区补偿策略 049

3.4　仿真与实验研究 051

3.4.1　仿真与分析 051

3.4.2　实验与分析 054

3.5　本章小结 058

第4 章　电压平方外环和电流模型预测控制内环的双闭环控制策略060

4.1　概述 060

4.2　基于电压平方反馈外环及负载电流和无功电流前馈补偿的冲击电流抑制策略 061

4.2.1　启动冲击电流分析 062

4.2.2　启动电流抑制策略 064

4.3　改善电流环响应速度的模型预测控制策略 066

4.3.1　电流环动态性能分析 066

4.3.2　基于一阶差分方程的模型预测控制策略 067

4.4　仿真及实验研究 069

4.5　本章小结 074

第5 章　基于全阶状态观测器的速度估算系统研究075

5.1　全阶状态观测器的基本原理 076

5.1.1　全阶状态观测器的数学模型及速度估算原理 076

5.1.2　全阶状态观测器的转速反馈自适应率 078

5.1.3　反馈增益矩阵对观测器的稳定性影响分析 079

5.2　全阶状态观测器的改进型离散化方法研究 085

5.3　基于给定部分种群的粒子群算法的全阶状态观测器反馈自适应率参数优化 088

5.3.1　全阶状态观测器速度估算控制系统分析 089

5.3.2　全阶状态观测器反馈自适应率参数的设计准则　 089

5.3.3　自适应率参数优化 091

5.4　仿真与实验分析 095

5.4.1　仿真与分析 095

5.4.2　实验与分析 096

5.5　本章小结 098

第6 章　基于三级低通滤波器滤波的最小二乘法电机参数辨识100

6.1　概述 100

6.2　电机参数对控制系统的影响分析 101

6.2.1　电机参数对控制系统影响的理论分析 101

6.2.2　仿真与分析 103

6.3　基于三级低通滤波器滤波的最小二乘法的电机参数辨识 106

6.3.1　遗忘因子递推最小二乘法原理 107

6.3.2　三相异步电动机的最小二乘法简化模型 107

6.3.3　基于三级低通滤波器的采样信号滤波 109

6.3.4　仿真与分析 115

6.4　本章小结 117

第7 章　三电平双PWM 变频器样机开发与实验118

7.1　概述 118

7.2　三电平双PWM 变频器主电路参数设计 119

7.2.1　直流母线电压的设计 120

7.2.2　交流侧进线电感的设计 121

7.2.3　直流侧电容的设计 123

7.2.4　开关器件参数选取 125

7.2.5　预充电电阻参数选取 125

7.3　变频器小功率实验样机的硬件设计 126

7.3.1　整流器部分硬件设计 128

7.3.2　逆变器部分硬件设计 131

7.4　变频器控制系统软件设计 135

7.4.1　整流器软件设计 135

7.4.2　逆变器软件设计 138

7.5　小功率样机实验 139

7.5.1　整流器部分实验 139

7.5.2　低频下全阶状态观测器实验 142

7.5.3　联机实验 145

7.6　大功率样机实验 148

7.6.1　大功率实验机组 148

7.6.2　大功率样机实验结果及分析 150

7.7　本章小结 155

第8 章　本书总结157

参考文献161 2100433B

本书以三电平双PWM变频器驱动三相异步电动机的控制系统为研究对象，重点对变频器系统启动冲击电流抑制、中点电位平衡、死区补偿、无速度传感器速度估算系统、电机参数辨识等关键技术进行系统而深入的研究。

本书共8章 主要内容包括：变频器的主要特点和应用范围；与变频器有关的各种基础知识；变频器的基本硬件结构，各部分电路的基本功能和变频器本身具有的各种功能；变频器驱动系统的设计；变频器的各种周边设备以及在进行变频器驱动系统设计时如何根据系统要求对这些外围设备进行选择；进行变频器安装调试和维修保养时的注意事项；使用变频器时可能遇到的各种异常情况及相应的对策；变频器应用系统举例等。还在附录中给出了几种典型通用变频器的技术数据和一种变频器的几种典型用途的接线图。

本书可供从事交流调速工作的相关工程技术人员阅读，也可供大专院校机电、自动控制专业的师生参考。