变频调速SVPWM技术的原理、算法与应用

电气自动化新技术丛书序言第5届电气自动化新技术丛书编辑委员会的话前言第1章 变频调速与SVPWM技术1 1.1 变频调速概述1 1.1.1 变频调速系统1 1.1.2 变频器1 1.1.3 电力电子电器件8 1.2 变频器谐波的影响与对策13 1.2.1 输入侧谐波的影响与对策13 1.2.2 输出侧谐波的影响及对策16 1.3 SPWM技术18 1.3.1 调制的原理和分类18 1.3.2 SPWM波形成的方法21 1.3.3 SPWM的优点与缺点22 1.3.4 SPWM的优化22 1.4 变频调速系统的控制24 1.4.1 开环控制24 1.4.2 闭环控制25 1.5 SVPWM技术26 1.5.1 概述26 1.5.2 SVPWM技术的原理与分类26 1.5.3 SVPWM技术的优点与展望27 参考文献29第2章 两电平SVPWM技术30 2.1 两电平逆变器30 2.2 两电平逆变器合成电压矢量与磁链的空间分布31 2.2.1 逆变器输出电压空间矢量的空间分布31 2.2.2 电压矢量与磁链矢量轨迹34 2.3 SVPWM的调制模式和算法35 2.3.1 多个电压矢量连续切换的SVPWM模式35 2.3.2 矢量合成法的SVPWM模式38 2.4 对称调制模式和算法42 2.4.1 基本原理42 2.4.2 实施算法 46 2.4.3 对称调制模式与SPWM的比较49 2.4.4 对称调制模式的特点和优点50 2.4.5 对称调制模式的推广51 2.5 两电平SVPWM的新算法52 2.5.1 随机控制算法52 2.5.2 免疫算法54 2.5.3 反向传播神经网络算法54 2.6 两电平三维空间电压矢量SVPWM控制55 2.6.1 三相四桥臂逆变器55 2.6.2 三相四桥臂逆变器的电压空间矢量56 2.6.3 三相四桥臂逆变器的电压空间矢量控制57 参考文献58第3章 两电平SVPWM技术的应用60 3.1 两电平SVPWM技术在矢量变换控制中的应用60 3.1.1 矢量变换控制的基本原理60 3.1.2 SVPWM矢量控制系统的构成与控制原理64 3.1.3 矢量变换控制的特点66 3.2 SVPWM在直接转矩控制系统中的应用66 3.2.1 直接转矩控制的基本原理66 3.2.2 直接转矩控制系统的构成与控制原理68 3.2.3 电压矢量与Ψ、Te的关系70 3.2.4 采用电压矢量选择表的直接转矩控制系统72 3.2.5 直接转矩控制的数字化72 3.2.6 直接转矩控制的特点与存在的问题74 3.3 直接转矩控制的改进方案76 3.3.1 模糊控制的直接转矩控制76 3.3.2 预测转矩的直接转矩控制76 3.4 采用谐振极软开关逆变器的直接转矩控制77 3.4.1 RPZVT逆变器的构成及工作原理77 3.4.2 控制系统的构成79 3.4.3 控制原理79 3.4.4 仿真及实验结果81 3.5 PWM整流器的控制82 3.5.1 PWM整流器82 3.5.2 SVPWM功率滞环控制系统84 3.6 双PWM变频器系统86 3.6.1 系统的构成86 3.6.2 四象限运行的控制86 参考文献89第4章 三电平SVPWM技术90 4.1 三电平逆变器90 4.2 三电平电压空间矢量的分布93 4.2.1 逆变器三电平的产生93 4.2.2 三电平空间电压矢量与分析94 4.3 三电平SVPWM控制算法97 4.3.1 传统的三电平SVPWM算法98 4.3.2 60°坐标系SVPWM的算法 102 4.3.3 三电平SVPWM分解为两电平SVPWM的简化算法105 4.3.4 扇区两位数编号法105 4.4 中点电压平衡问题107 4.4.1 逆变器中点电压波动的原因和控制107 4.4.2 电压矢量与中点电流的关系107 4.4.3 抑制中点电压不平衡的控制方法109 4.5 三电平SVPWM算法的特点与电压矢量的优化116 参考文献118 第5章 三电平SVPWM技术的应用119 5.1 三电平SVPWM技术在矢量变换控制中的应用119 5.1.1 NPC逆变器矢量控制调速系统的构成与控制原理119 5.1.2 SVPWM算法121 5.1.3 中点电压平衡问题的其他解决方法122 5.1.4 SVPWM矢量控制的效果123 5.2 三电平SVPWM技术在直接转矩控制中的应用125 5.2.1 采用优化矢量表的直接转矩控制系统126 5.2.2 采用自适应技术的优化矢量表直接转矩控制系统127 5.2.3 三电平逆变器直接转矩控制在连续混炼机中的应用129 5.3 三电平整流器的SVPWM控制和双PWM调速系统132 5.3.1 三电平整流器的结构132 5.3.2 整流器控制原理133 5.3.3 三电平整流器SVPWM控制系统136 5.3.4 双PWM变频调速系统137 5.3.5 单相三电平PWM整流器140 5.4 同步电动机变频调速的SVPWM控制146 5.4.1 概述146 5.4.2 永磁式同步电动机直接转矩控制147 5.4.3 励磁型同步电动机矢量控制148 参考文献149第6章 多电平SVPWM技术及其应用150 6.1 多电平逆变器150 6.1.1 高压变频器150 6.1.2 多电平逆变器151 6.1.3 多电平逆变器分类151 6.1.4 多电平逆变器的优缺点155 6.2 多电平逆变器空间电压矢量与分布155 6.3 多电平SVPWM控制算法158 6.3.1 算法的复杂性和解决的基本思路158 6.3.2 各种坐标系算法159 6.3.3 多电平SVPWM简化算法二例163 6.4 五电平逆变器三维SVPWM控制168 6.4.1 五电平逆变器结构和开关逻辑169 6.4.2 两层3D－PWM电压矢量滞环控制策略170 6.5 级联型（功率单元串联）逆变器在有源滤波系统中的应用171 6.5.1 错时采样空间矢量调制（STS-SVM）的工作原理171 6.5.2 级联型逆变器STS-SVM在有源电力滤波（APF）系统中的应用173 参考文献176第7章 SVPWM技术工程应用实例178 实例1 SVPWM技术在电动游览车中的应用178 实例2 基于电压空间矢量脉宽调制的水泵压力闭环控制系统184 实例3 基于电压空间矢量的电动汽车电驱动系统高效快速转矩响应控制193 实例4 多电平变流器在风力发电系统中的应用200 实例5 SVPWM技术在单相逆变电源中的应用209 实例6 TR08磁浮列车驱动控制系统的研究219

电气自动化新技术丛书序言第5届电气自动化新技术丛书编辑委员会的话前言第1章 变频调速与SVPWM技术1 1.1 变频调速概述1 1.1.1 变频调速系统1 1.1.2 变频器1 1.1.3 电力电子电器件8 1.2 变频器谐波的影响与对策13 1.2.1 输入侧谐波的影响与对策13 1.2.2 输出侧谐波的影响及对策16 1.3 SPWM技术18 1.3.1 调制的原理和分类18 1.3.2 SPWM波形成的方法21 1.3.3 SPWM的优点与缺点22 1.3.4 SPWM的优化22 1.4 变频调速系统的控制24 1.4.1 开环控制24 1.4.2 闭环控制25 1.5 SVPWM技术26 1.5.1 概述26 1.5.2 SVPWM技术的原理与分类26 1.5.3 SVPWM技术的优点与展望27 参考文献29第2章 两电平SVPWM技术30 2.1 两电平逆变器30 2.2 两电平逆变器合成电压矢量与磁链的空间分布31 2.2.1 逆变器输出电压空间矢量的空间分布31 2.2.2 电压矢量与磁链矢量轨迹34 2.3 SVPWM的调制模式和算法35 2.3.1 多个电压矢量连续切换的SVPWM模式35 2.3.2 矢量合成法的SVPWM模式38 2.4 对称调制模式和算法42 2.4.1 基本原理42 2.4.2 实施算法 46 2.4.3 对称调制模式与SPWM的比较49 2.4.4 对称调制模式的特点和优点50 2.4.5 对称调制模式的推广51 2.5 两电平SVPWM的新算法52 2.5.1 随机控制算法52 2.5.2 免疫算法54 2.5.3 反向传播神经网络算法54 2.6 两电平三维空间电压矢量SVPWM控制55 2.6.1 三相四桥臂逆变器55 2.6.2 三相四桥臂逆变器的电压空间矢量56 2.6.3 三相四桥臂逆变器的电压空间矢量控制57 参考文献58第3章 两电平SVPWM技术的应用60 3.1 两电平SVPWM技术在矢量变换控制中的应用60 3.1.1 矢量变换控制的基本原理60 3.1.2 SVPWM矢量控制系统的构成与控制原理64 3.1.3 矢量变换控制的特点66 3.2 SVPWM在直接转矩控制系统中的应用66 3.2.1 直接转矩控制的基本原理66 3.2.2 直接转矩控制系统的构成与控制原理68 3.2.3 电压矢量与Ψ、Te的关系70 3.2.4 采用电压矢量选择表的直接转矩控制系统72 3.2.5 直接转矩控制的数字化72 3.2.6 直接转矩控制的特点与存在的问题74 3.3 直接转矩控制的改进方案76 3.3.1 模糊控制的直接转矩控制76 3.3.2 预测转矩的直接转矩控制76 3.4 采用谐振极软开关逆变器的直接转矩控制77 3.4.1 RPZVT逆变器的构成及工作原理77 3.4.2 控制系统的构成79 3.4.3 控制原理79 3.4.4 仿真及实验结果81 3.5 PWM整流器的控制82 3.5.1 PWM整流器82 3.5.2 SVPWM功率滞环控制系统84 3.6 双PWM变频器系统86 3.6.1 系统的构成86 3.6.2 四象限运行的控制86 参考文献89第4章 三电平SVPWM技术90 4.1 三电平逆变器90 4.2 三电平电压空间矢量的分布93 4.2.1 逆变器三电平的产生93 4.2.2 三电平空间电压矢量与分析94 4.3 三电平SVPWM控制算法97 4.3.1 传统的三电平SVPWM算法98 4.3.2 60°坐标系SVPWM的算法 102 4.3.3 三电平SVPWM分解为两电平SVPWM的简化算法105 4.3.4 扇区两位数编号法105 4.4 中点电压平衡问题107 4.4.1 逆变器中点电压波动的原因和控制107 4.4.2 电压矢量与中点电流的关系107 4.4.3 抑制中点电压不平衡的控制方法109 4.5 三电平SVPWM算法的特点与电压矢量的优化116 参考文献118 第5章 三电平SVPWM技术的应用119 5.1 三电平SVPWM技术在矢量变换控制中的应用119 5.1.1 NPC逆变器矢量控制调速系统的构成与控制原理119 5.1.2 SVPWM算法121 5.1.3 中点电压平衡问题的其他解决方法122 5.1.4 SVPWM矢量控制的效果123 5.2 三电平SVPWM技术在直接转矩控制中的应用125 5.2.1 采用优化矢量表的直接转矩控制系统126 5.2.2 采用自适应技术的优化矢量表直接转矩控制系统127 5.2.3 三电平逆变器直接转矩控制在连续混炼机中的应用129 5.3 三电平整流器的SVPWM控制和双PWM调速系统132 5.3.1 三电平整流器的结构132 5.3.2 整流器控制原理133 5.3.3 三电平整流器SVPWM控制系统136 5.3.4 双PWM变频调速系统137 5.3.5 单相三电平PWM整流器140 5.4 同步电动机变频调速的SVPWM控制146 5.4.1 概述146 5.4.2 永磁式同步电动机直接转矩控制147 5.4.3 励磁型同步电动机矢量控制148 参考文献149第6章 多电平SVPWM技术及其应用150 6.1 多电平逆变器150 6.1.1 高压变频器150 6.1.2 多电平逆变器151 6.1.3 多电平逆变器分类151 6.1.4 多电平逆变器的优缺点155 6.2 多电平逆变器空间电压矢量与分布155 6.3 多电平SVPWM控制算法158 6.3.1 算法的复杂性和解决的基本思路158 6.3.2 各种坐标系算法159 6.3.3 多电平SVPWM简化算法二例163 6.4 五电平逆变器三维SVPWM控制168 6.4.1 五电平逆变器结构和开关逻辑169 6.4.2 两层3D－PWM电压矢量滞环控制策略170 6.5 级联型（功率单元串联）逆变器在有源滤波系统中的应用171 6.5.1 错时采样空间矢量调制（STS-SVM）的工作原理171 6.5.2 级联型逆变器STS-SVM在有源电力滤波（APF）系统中的应用173 参考文献176第7章 SVPWM技术工程应用实例178 实例1 SVPWM技术在电动游览车中的应用178 实例2 基于电压空间矢量脉宽调制的水泵压力闭环控制系统184 实例3 基于电压空间矢量的电动汽车电驱动系统高效快速转矩响应控制193 实例4 多电平变流器在风力发电系统中的应用200 实例5 SVPWM技术在单相逆变电源中的应用209 实例6 TR08磁浮列车驱动控制系统的研究219
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