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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