无刷双馈感应电机高性能控制技术

作者: 徐伟著 , 刘毅著

出版社: 机械工业出版社

出版时间: 2020-06

ISBN: 9787111648093

定价: 55.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 工程技术

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无刷双馈感应电机是近年发展起来的一种新型电机，与有刷双馈电机相比，它取消了电刷和集电环，具有结构简单且可靠性高的优点。《无刷双馈感应电机高性能控制技术》深入介绍了无刷双馈感应电机在发电应用中的高性能控制技术，从应用层面来分，《无刷双馈感应电机高性能控制技术》内容可分为常规负载和特殊负载下的运行控制；从控制方法来分，《无刷双馈感应电机高性能控制技术》包括独立发电中的解耦控制、电压畸变补偿控制、无速度传感器控制和模型预测控制等。《无刷双馈感应电机高性能控制技术》不仅包括理论分析，还给出了详细的仿真建模和实验结果，对完善无刷双馈感应电机运行控制基础理论与关键技术研究都将起到一定的作用。《无刷双馈感应电机高性能控制技术》适合许多类型的读者，特别是工作在电气工程领域并对无刷双馈电机有一定了解的读者群，包括电力电子与电力传动领域的研究人员、工程技术人员，也可供高等院校相关专业的教师和研究生作为教科书或教学参考书。徐伟，华中科技大学教授、博士生导师，从事电机设计、控制及系统集成研究。IET Fellow，IEEE高级会员，2021年国际直线电机大会（LDIA）主席，IEEE IES 武汉分部主席，IEEE TIE（Transactions on Industrial Electronics）编委[（刊物影响因子（IF）为7.5]。湖北省特聘专家。湖北省电磁装备工程中心主任，华中科技大学（淄博）高效节能电机技术研究中心主任。中国能源学会综合专家组委员、中国直线电机委员会委员、中国电源学会变频传动专委会委员、中国电工技术学会人工智能与电气应用专委会委员兼副秘书长等。主持国家重点研发计划（金砖国合）、国家自然科学基金、湖北省科技创新重大项目、徐工集团研究院重大项目等40余个国家（省部）级和企业合作项目。作为第.一作者出版英文著作1部（Springer），合作出版英文著作1部（Springer）、英文译著1部（机械工业出版社）。接受或发表IEEE Transactions期刊论文90余篇（第.一作者或通信作者60余篇，2篇高引用论文，Google Scholar引用率3700余次，H指数为31）。一作授权中国发明专利40余项、受理国际PCT申请2项。主持开发的电机产品入选《国家重点节能产品目录》，相关研究成果获省部级奖励2项。

刘毅，工学博士、华中科技大学讲师，研究方向为多端口电机及系统。IEEE IES武汉分部副主席，华中科技大学（淄博）高效节能电机技术研究中心副主任。2016年获华中科技大学机械电子工程专业工学博士学位，2016-2019年在华中科技大学电机及控制工程系从事博士后研究。曾在中国航天科工集团第四研究院任职，参与了多种新能源特种车辆的电驱系统设计工作。主持国家自然科学基金和中国博士后科学基金项目各1项，受邀担任期刊客座副主编1次，作国际和国内学术会议专题讲座各1次，组织国际会议专题研讨会4次。截至2020年3月底，共接收/发表论文50余篇，以第.一/通讯作者身份接收/发表SCI论文17篇，其中SCI一区期刊论文10篇，3篇SCI论文入选期刊高引用论文（Most Cited Articles），授权和申请发明专利20余项，并担任多个SCI期刊和知名国际会议审稿专家。

序言
前言

第1章无刷双馈电机及其控制概述1
1.1无刷双馈电机本体研究概述1
1.2无刷双馈电机数学模型研究概述3
1.3无刷双馈电机控制方法研究概述4
1.4无刷双馈电机独立发电系统研究及应用现状5
1.4.1基于传统电机的独立发电系统研究及应用现状5
1.4.2基于无刷双馈电机的独立发电系统研究及应用现状7
1.5本书主要内容9
参考文献10

第2章无刷双馈感应电机数学模型与特性分析17
2.1引言17
2.2工作原理分析17
2.3三相静止坐标系下的动态模型18
2.4两相旋转坐标系下的动态模型22
2.4.1电机控制中的坐标变换理论22
2.4.2任意速dq坐标系下的动态模型24
2.5稳态模型27
2.5.1功率绕组和转子之间的耦合稳态模型27
2.5.2控制绕组和转子之间的耦合稳态模型28
2.5.3Π型稳态模型和内核稳态模型29
2.5.4T型稳态模型30
2.6独立发电系统性能分析32
2.6.1功率流分析32
2.6.2控制绕组电流分析34
2.7小结37
参考文献37

第3章无刷双馈感应电机控制系统中的变流器38
3.1引言38
3.2背靠背变流器拓扑结构38
3.3电力电子变流器中的PWM技术40
3.3.1单个脉冲调制波PWM基本原理40
3.3.2SPWM基本原理41
3.3.3三相逆变器SPWM43
3.3.4三相逆变器SVM46
3.4无刷双馈感应电机独立发电系统基本控制方法47
3.4.1电机侧变流器控制48
3.4.2负载侧变流器控制48
3.5小结53
参考文献53

第4章常规负载下无刷双馈感应电机独立发电系统运行控制55
4.1引言55
4.2控制方案设计思路55
4.3控制绕组电流控制方案56
4.4功率绕组电压控制方案59
4.4.1功率绕组电压幅值控制59
4.4.2功率绕组电压频率控制60
4.5控制绕组侧LC滤波器设计和整体控制方案61
4.5.1控制绕组侧LC滤波器设计61
4.5.2整体控制方案62
4.6实验结果64
4.6.1控制绕组侧LC滤波器性能实验64
4.6.2控制绕组电流矢量控制器性能实验64
4.6.3常规负载下发电系统的运行控制实验66
4.7小结73
参考文献73

第5章特殊负载下无刷双馈感应电机独立发电系统运行控制74
5.1引言74
5.2特殊负载对独立发电系统的影响74
5.3不对称负载下负序电压补偿76
5.3.1不对称负载下无刷双馈感应电机动态模型76
5.3.2基于正反转同步旋转坐标系的负序电压补偿79
5.4非线性负载下低次谐波抑制87
5.4.1基于电机侧变流器的抑制方法88
5.4.2基于负载侧变流器的抑制方法101
5.4.3考虑变流器额定电压的协同抑制方法104
5.4.4统一双变流器协同抑制方法108
5.5小结116
参考文献117

第6章无刷双馈感应电机无速度传感器控制119
6.1引言119
6.2转速观测器119
6.2.1基于转子位置锁相环的转速观测器120
6.2.2非常规负载对转速观测的影响122
6.2.3非常规负载下的改进转速观测器125
6.3独立发电系统无速度传感器直接电压控制133
6.3.1基本的无速度传感器直接电压控制策略133
6.3.2改进的无速度传感器精准相位控制策略140
6.4不对称负载下无速度传感器控制143
6.4.1无速度观测器的控制策略143
6.4.2基于速度观测器的控制策略152
6.5小结155
参考文献156

第7章无刷双馈感应电机预测控制157
7.1引言157
7.2预测控制的基本原理157
7.3应用于电气传动的模型预测分析160
7.4无刷双馈感应电机的预测电流控制162
7.4.1无刷双馈感应电机数学模型163
7.4.2总体控制策略163
7.4.3单矢量模型预测控制164
7.4.4双矢量模型预测控制174
7.4.5无差拍预测控制178
7.5小结184
参考文献185

附录187
附录A实验平台1 187
附录B实验平台2 190
内容简介:
无刷双馈感应电机是近年发展起来的一种新型电机，与有刷双馈电机相比，它取消了电刷和集电环，具有结构简单且可靠性高的优点。《无刷双馈感应电机高性能控制技术》深入介绍了无刷双馈感应电机在发电应用中的高性能控制技术，从应用层面来分，《无刷双馈感应电机高性能控制技术》内容可分为常规负载和特殊负载下的运行控制；从控制方法来分，《无刷双馈感应电机高性能控制技术》包括独立发电中的解耦控制、电压畸变补偿控制、无速度传感器控制和模型预测控制等。《无刷双馈感应电机高性能控制技术》不仅包括理论分析，还给出了详细的仿真建模和实验结果，对完善无刷双馈感应电机运行控制基础理论与关键技术研究都将起到一定的作用。《无刷双馈感应电机高性能控制技术》适合许多类型的读者，特别是工作在电气工程领域并对无刷双馈电机有一定了解的读者群，包括电力电子与电力传动领域的研究人员、工程技术人员，也可供高等院校相关专业的教师和研究生作为教科书或教学参考书。
作者简介:
徐伟，华中科技大学教授、博士生导师，从事电机设计、控制及系统集成研究。IET Fellow，IEEE高级会员，2021年国际直线电机大会（LDIA）主席，IEEE IES 武汉分部主席，IEEE TIE（Transactions on Industrial Electronics）编委[（刊物影响因子（IF）为7.5]。湖北省特聘专家。湖北省电磁装备工程中心主任，华中科技大学（淄博）高效节能电机技术研究中心主任。中国能源学会综合专家组委员、中国直线电机委员会委员、中国电源学会变频传动专委会委员、中国电工技术学会人工智能与电气应用专委会委员兼副秘书长等。主持国家重点研发计划（金砖国合）、国家自然科学基金、湖北省科技创新重大项目、徐工集团研究院重大项目等40余个国家（省部）级和企业合作项目。作为第.一作者出版英文著作1部（Springer），合作出版英文著作1部（Springer）、英文译著1部（机械工业出版社）。接受或发表IEEE Transactions期刊论文90余篇（第.一作者或通信作者60余篇，2篇高引用论文，Google Scholar引用率3700余次，H指数为31）。一作授权中国发明专利40余项、受理国际PCT申请2项。主持开发的电机产品入选《国家重点节能产品目录》，相关研究成果获省部级奖励2项。

刘毅，工学博士、华中科技大学讲师，研究方向为多端口电机及系统。IEEE IES武汉分部副主席，华中科技大学（淄博）高效节能电机技术研究中心副主任。2016年获华中科技大学机械电子工程专业工学博士学位，2016-2019年在华中科技大学电机及控制工程系从事博士后研究。曾在中国航天科工集团第四研究院任职，参与了多种新能源特种车辆的电驱系统设计工作。主持国家自然科学基金和中国博士后科学基金项目各1项，受邀担任期刊客座副主编1次，作国际和国内学术会议专题讲座各1次，组织国际会议专题研讨会4次。截至2020年3月底，共接收/发表论文50余篇，以第.一/通讯作者身份接收/发表SCI论文17篇，其中SCI一区期刊论文10篇，3篇SCI论文入选期刊高引用论文（Most Cited Articles），授权和申请发明专利20余项，并担任多个SCI期刊和知名国际会议审稿专家。
目录:
序言
前言

第1章无刷双馈电机及其控制概述1
1.1无刷双馈电机本体研究概述1
1.2无刷双馈电机数学模型研究概述3
1.3无刷双馈电机控制方法研究概述4
1.4无刷双馈电机独立发电系统研究及应用现状5
1.4.1基于传统电机的独立发电系统研究及应用现状5
1.4.2基于无刷双馈电机的独立发电系统研究及应用现状7
1.5本书主要内容9
参考文献10

第2章无刷双馈感应电机数学模型与特性分析17
2.1引言17
2.2工作原理分析17
2.3三相静止坐标系下的动态模型18
2.4两相旋转坐标系下的动态模型22
2.4.1电机控制中的坐标变换理论22
2.4.2任意速dq坐标系下的动态模型24
2.5稳态模型27
2.5.1功率绕组和转子之间的耦合稳态模型27
2.5.2控制绕组和转子之间的耦合稳态模型28
2.5.3Π型稳态模型和内核稳态模型29
2.5.4T型稳态模型30
2.6独立发电系统性能分析32
2.6.1功率流分析32
2.6.2控制绕组电流分析34
2.7小结37
参考文献37

第3章无刷双馈感应电机控制系统中的变流器38
3.1引言38
3.2背靠背变流器拓扑结构38
3.3电力电子变流器中的PWM技术40
3.3.1单个脉冲调制波PWM基本原理40
3.3.2SPWM基本原理41
3.3.3三相逆变器SPWM43
3.3.4三相逆变器SVM46
3.4无刷双馈感应电机独立发电系统基本控制方法47
3.4.1电机侧变流器控制48
3.4.2负载侧变流器控制48
3.5小结53
参考文献53

第4章常规负载下无刷双馈感应电机独立发电系统运行控制55
4.1引言55
4.2控制方案设计思路55
4.3控制绕组电流控制方案56
4.4功率绕组电压控制方案59
4.4.1功率绕组电压幅值控制59
4.4.2功率绕组电压频率控制60
4.5控制绕组侧LC滤波器设计和整体控制方案61
4.5.1控制绕组侧LC滤波器设计61
4.5.2整体控制方案62
4.6实验结果64
4.6.1控制绕组侧LC滤波器性能实验64
4.6.2控制绕组电流矢量控制器性能实验64
4.6.3常规负载下发电系统的运行控制实验66
4.7小结73
参考文献73

第5章特殊负载下无刷双馈感应电机独立发电系统运行控制74
5.1引言74
5.2特殊负载对独立发电系统的影响74
5.3不对称负载下负序电压补偿76
5.3.1不对称负载下无刷双馈感应电机动态模型76
5.3.2基于正反转同步旋转坐标系的负序电压补偿79
5.4非线性负载下低次谐波抑制87
5.4.1基于电机侧变流器的抑制方法88
5.4.2基于负载侧变流器的抑制方法101
5.4.3考虑变流器额定电压的协同抑制方法104
5.4.4统一双变流器协同抑制方法108
5.5小结116
参考文献117

第6章无刷双馈感应电机无速度传感器控制119
6.1引言119
6.2转速观测器119
6.2.1基于转子位置锁相环的转速观测器120
6.2.2非常规负载对转速观测的影响122
6.2.3非常规负载下的改进转速观测器125
6.3独立发电系统无速度传感器直接电压控制133
6.3.1基本的无速度传感器直接电压控制策略133
6.3.2改进的无速度传感器精准相位控制策略140
6.4不对称负载下无速度传感器控制143
6.4.1无速度观测器的控制策略143
6.4.2基于速度观测器的控制策略152
6.5小结155
参考文献156

第7章无刷双馈感应电机预测控制157
7.1引言157
7.2预测控制的基本原理157
7.3应用于电气传动的模型预测分析160
7.4无刷双馈感应电机的预测电流控制162
7.4.1无刷双馈感应电机数学模型163
7.4.2总体控制策略163
7.4.3单矢量模型预测控制164
7.4.4双矢量模型预测控制174
7.4.5无差拍预测控制178
7.5小结184
参考文献185

附录187
附录A实验平台1 187
附录B实验平台2 190

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