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绪言 1

第1篇 异步电动机直接转矩控制技术 8

第1章 异步电动机直接转矩控制的基本理论 8

1.1 定子磁链为圆形的直接转矩控制系统 8

1.1.1 异步电动机定子磁链的控制 8

1.1.2 异步电动机电磁转矩计算 10

1.1.3 提升或降低Te的方法 10

1.1.4 综合选择空间电压矢量 12

1.1.5 系统实现 13

1.2 定子磁链为六边形的直接转矩控制系统 14

1.2.1 定子磁链为六边形的直接转矩控制的理论基础 14

1.2.2 六边形磁链控制法的控制方案 16

1.3 本章小结 17

第2章 异步电动机直接转矩控制系统提高运行性能的研究 18

2.1 异步电动机直接转矩控制系统存在问题的分析 18

2.1.1 定子电阻Rs误差对DTC运行性能的影响 18

2.1.2 纯积分器对DTC运行性能的影响 20

2.2 异步电动机定子电阻Rs的实时测量 23

2.3 电动机运行中定子电阻Rs阻值变动的影响因素 25

2.3.1 定子电流is、转速n、通电时间t对定子电阻Rs的影响 25

2.3.2 逆变器高次谐波对定子电阻Rs的影响 27

2.3.3 电源电压波动对定子电阻Rs的影响 27

2.4 用模糊观测器辨识电动机运行时定子电阻值的变化 28

2.4.1 模糊观测器的建立 28

2.4.2 实际运行计算 40

2.4.3 实验结果 41

2.5 纯积分器的改进技术 43

2.5.1 用低通滤波器代替纯积分器消除直流偏移分量 44

2.5.2 三类改进型积分器的应用 46

2.5.3 第二类改进型积分器的性能仿真 50

2.6 高性能定子磁链观测器的设计 52

2.6.1 异步电动机动态数学模型 53

2.6.2 异步电动机的全阶闭环磁链观测器 53

2.6.3 磁链观测器的求解方法 59

2.6.4 磁链观测器的数字化实现 62

2.6.5 磁链观测器观测定子磁链的效果及电动机参数变化的影响 63

2.7 异步电动机直接转矩控制系统的无速度传感器技术 65

2.7.1 与磁链观测器相结合的简单速度估计器 66

2.7.2 基于模型参考自适应的速度自适应观测器（自适应方案一） 68

2.7.3 有转子磁链信息介入的速度自适应观测器（自适应方案二） 70

2.7.4 两种自适应速度辨识方案的对比 73

2.8 定子电阻的自适应辨识 75

2.9 一种新型的死区补偿方法 76

2.9.1 死区效应的分析 77

2.9.2 一种新型的死区补偿方法 78

2.9.3 实验结果 80

2.10 一种新型的定子磁链和转矩的双层滞环控制 81

2.10.1 直接转矩控制系统的转矩变化规律 81

2.10.2 一种新型的定子磁链和转矩的双层滞环控制 83

2.11 DTC系统的起动限流措施 87

第2篇 异步发电机瞬时转矩控制技术 90

第1章 异步发电机发电理论概述 90

1.1 异步发电机自励发电的基本理论 93

1.1.1 异步发电机电容自励的励磁分析 93

1.1.2 电容自励异步发电机的外特性 94

1.1.3 电容自励异步发电机的端电压调节方法 95

1.2 带有电力电子变换器的异步发电机技术特点 96

第2章 异步发电机瞬时转矩控制技术基本原理和结构 98

2.1 传统的交流发电机调压方法——调磁调压法 99

2.1.1 交流发电机传统的调磁调压原理 99

2.1.2 传统调磁调压方法动态特性欠佳的原因初探 100

2.2 异步发电机直流馈电系统的瞬时转矩控制原理 101

2.3 异步发电机瞬时转矩控制系统的基本结构 103

2.4 磁链给定与转矩给定 106

2.4.1 磁链给定值的确定 106

2.4.2 转矩给定值的确定 108

2.5 瞬时转矩控制异步发电机直流馈电系统的建压过程 109

2.5.1 发电运行状态的建立 109

2.5.2 发电建压控制过程 109

2.6 异步发电机直流馈电系统的仿真研究 110

2.6.1 异步发电机Simulink/PSB仿真模型的建立 111

2.6.2 异步发电机直流馈电系统仿真模型的建立 113

2.6.3 仿真条件 115

2.6.4 瞬时转矩控制异步发电机直流馈电系统仿真结果 115

2.7 瞬时转矩控制异步发电机直流馈电系统的初步实验结果 118

2.7.1 建压过程实验结果 118

2.7.2 恒功率区稳态和动态特性的实验结果 119

2.8 本章小结 121

第3章 含有输出电流信息的瞬时转矩控制技术 123

3.1 再探交流发电机传统调磁调压方法动态特性欠佳的原因 123

3.2 含有输出电流信息的瞬时转矩控制异步发电机直流馈电系统 124

第4章 瞬时转矩控制中的空间电压矢量调制（SVM）技术 129

4.1 瞬时转矩控制中异步发电机的转矩脉动对输出电压的影响 129

4.2 SVM调制策略简介 130

4.3 SVM瞬时转矩控制系统中所需空间电压矢量的确定 131

4.3.1 确定所需要空间电压矢量的预订目标 131

4.3.2 所需空间电压矢量的确定 132

4.4 异步发电机的SVM-ITC控制策略的仿真研究 134

4.5 异步发电机的SVM-ITC控制策略试验结果 136

第5章 宽转速变化范围的异步发电机瞬时转矩控制系统 139

5.1 异步发电机的外特性和新的需求 139

5.2 宽转速变化范围内异步发电机发电系统瞬时转矩控制的调压原理 140

5.3 18kW异步发电机基本瞬时转矩控制系统的补充实验 145

5.4 异步发电机瞬时转矩控制系统电压泵升能力的仿真研究 146

5.4.1 异步发电机瞬时转矩控制系统有电压泵升能力的仿真验证 146

5.4.2 异步发电机瞬时转矩控制系统电压泵升能力大小的仿真 148

5.5 瞬时转矩控制系统在电压泵升条件下的建压过程及其仿真 154

5.5.1 转速为额定值4000r/min的建压过程仿真 154

5.5.2 转速在恒转矩区2000r/min时建压过程仿真 155

5.6 18kW异步发电机瞬时转矩控制系统在电压泵升条件下发电性能的仿真 156

5.7 18kW宽转速变化范围的异步发电机瞬时转矩控制系统的实验验证 158

5.7.1 建压过程实验结果 158

5.7.2 稳态与动态实验结果 159

5.8 本实验结果与国外相关系统的比较 162

5.9 本章小结 163

第3篇 异步电机直接转矩控制技术的应用及其容错技术 165

第1章 异步电机起动／发电系统设计的基本思想和系统构架 165

1.1 起动／发电系统工作原理和基本概况 165

1.2 起动／发电系统的特殊技术问题 168

1.3 异步电机起动／发电系统的组成 169

1.4 异步电机起动／发电系统的综合设计思想 170

第2章 异步电机的起动运行控制 173

2.1 定子绕组不同联结时的直接转矩控制 173

2.1.1 定子绕组星形联结时电机中的电压、电流矢量 173

2.1.2 定子绕组三角形联结时电机中的电压、电流矢量 174

2.1.3 定子绕组星形联结与三角形联结时电机中空间电压矢量的比较 174

2.1.4 定子绕组星形联结与三角形联结时直接转矩控制结构的比较 175

2.1.5 仿真分析 177

2.2 异步电机的起动限流仿真与起动实验结果 177

第3章 异步电机起动／发电系统起动到发电的转换技术 181

3.1 起动向发电转换的控制机理分析 181

3.2 异步电机起动／发电系统起动向发电转换的仿真与实验结果 183

3.2.1 仿真结果分析 183

3.2.2 实验结果 184

3.3 小结 185

第4章 异步电机控制系统中变换器的故障后保护技术 186

4.1 基于直接转矩控制的异步电机电动系统故障后保护技术 187

4.1.1 逆变器单个开关短路故障 187

4.1.2 逆变器单个开关断路故障 193

4.2 基于瞬时转矩控制的异步发电系统故障后保护技术 197

4.2.1 变换器单个开关短路故障 197

4.2.2 变换器单个开关断路故障 202

4.3 本章小结 205

第5章 基于直接转矩控制的异步电机电动系统重构和容错技术 206

5.1 基于直接转矩控制的异步电机电动系统的容错拓扑 206

5.2 容错型四开关系统的直接转矩控制 207

5.2.1 四开关的空间电压矢量 207

5.2.2 磁链与转矩的控制方案 209

5.2.3 四开关两相与四开关三相容错方案特点的分析与比较 210

5.3 仿真与实验结果 213

5.4 小结 214

第6章 基于瞬时转矩控制的异步电机发电系统重构和容错技术 216

6.1 基于瞬时转矩控制的异步发电系统的容错技术 216

6.1.1 对常见故障的容错拓扑 216

6.1.2 容错后四开关三相系统的瞬时转矩控制 217

6.2 容错系统关键问题讨论 217

6.2.1 容错后最大输出功率 217

6.2.2 电容电压漂移及其抑制方法 219

6.2.3 电容的选取 219

6.3 仿真与实验研究 220

6.4 容错四开关三相异步发电系统的SVM技术 221

6.4.1 四开关三相异步发电系统中的SVM方法 222

6.4.2 仿真与实验 225

6.4.3 小结 228

附录 229

附录A 异步电机定子电阻的测量数据 229

附录B 1.1kW异步电机的型号参数 231

附录C 2.2kW实验机组中的直流电机及异步电机的型号参数 231

附录D 18kW异步起动／发电系统异步电机参数 232

附录E 主要物理量表 233

参考文献 236