异步电机数字控制系统建模与实现_张德宽_9787111722335

本书从工程嵌入式软件设计角度出发，系统化介绍了异步电机数字控制系统的设计思想，其中涉及两电平逆变器、三电平逆变器、级联多电平逆变器，以及有源前端等数字系统的标幺化设计方法。本书集作者近40年的研究成果，特别是在PWM过调制、最小脉冲限制、逆变器非线性补偿、电机参数自学习、变频器空载振荡抑制、最小拍磁链规划、动态电流控制以及无电跨越、飞车起动等敏感问题均有作者的独到见解，这些成果已在作者所从事的产品研究和设计方面得到了全面的证实和应用。
本书对从事逆变器产品研究及设计的工程技术人员、高等学校本科生和研究生等均有一定的参考价值。

随着国家推广新能源政策的力度不断加大，电力电子变换器相关产品在风电、光伏、机车牵引、电动汽车、充电桩等领域得到更加广泛的应用。在电子元器件不断升级换代的前提下，为控制策略和算法实现奠定了坚实的硬件基础。本书对两电平、三电平、级联多电平变频器的控制系统设计进行了详细的阐述，对促进电力电子变换器领域的技术更新、普及和发展具有积极的推动作用。
作者自1989年至今，从事交流传动领域的研发工作30余年，带领团队先后开发出了两电平、三电平及多电平变频调速器的系列产品，积累了丰富的实践经验和科研成果，先后发表论文10余篇。本着技术传承、造福行业的初心，作者希望将多年的研究成果整理成书，回报社会。这一想法得到了同行的赞赏和鼓励，从而付诸行动。书稿自2018年夏末开始至2022年初完成。如今呈献给大家，希望本书能真正对电力电子变换器领域的工程师和研究人员有参考价值，并起到抛砖引玉的作用。同时也恳请业界前辈和同行批评指正，提出宝贵意见和建议。
本书共分10章。第1章系统阐述了数学模型标幺化的原理，并给出了滤波器、积分器、PI调节器等典型环节模型的标幺化方法。第2章重点分析了PWM逆变系统的数字实现一般原则，给出了正弦PWM角度、限幅给定积分器以及S形加、减速曲线的实现方法。第3章系统阐述了两电平逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法，从空间电压矢量概念、特征、SVPWM的基本原则、直角坐标SVPWM法，逐步推演到g-h非正交SVPWM法、谐波注入PWM（HIPWM）法，并给出了SVPWM的限幅细则。第4章主要阐述了中性点钳位（NPC）逆变器的空间矢量PWM方法，其中详细介绍了NPC主电路拓扑、逻辑及空间矢量，分别介绍并比较了直角坐标法、g-h非正交坐标法、中性点钳位及PWM细则。第5章系统阐述了异步电机的数学模型及其静态、动态特性分析。第6章阐述磁场定向控制基本原理及实施方法，包括磁链观测与闭环控制、特殊条件下的电机动态模型。第7章介绍直接转矩控制（DTC）系统的设计方法，包括最佳开关矢量表、磁链观测器、飞车起动、磁场优化、最小拍磁链规划以及标量DTC模式等实用方法。第8章系统阐述了级联多电平高压变频器PWM原理，结合主电路拓扑对子单元PWM驱动、载波移相控制与单元奇偶数选择、单元旁路输出电压平衡控制、光纤通信协议等方面给出了具体的工程设计方案。第9章针对变频器的特殊功能进行理论分析并给出具体实现方法，其中包括逆变器死区时间的影响及补偿、VF模式下的直流制动、无电跨越功能、速度搜索跟踪再起动、VF模式的最大电流限制、变频器空载振荡抑制方法、逆变器-电网同步切换等。第10章详细介绍了电机主要参数自测试的方法并给出了传感器零漂校正、逆变器非线性及死区时间等测试方法，为电机的精确控制提供了保障。
本书编写过程中得到了天津方圆电气有限公司尹汉斌、刘格凡、王杰、董兆辉、乔奕玮、韩达、关瑜等同事的大力支持。澳大利亚国立大学张千同学在建模、仿真及绘图等方面做了大量工作，在此一并表示感谢！
因作者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正。

张德宽
2022年1月于天津

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