逆变器理论及其优化设计的可视化算法

前言

第1章 逆变器概论

1.1 范畴、演绎和分类

1.1.1 学术的范畴

1.1.2 功能的演绎

1.1.3 技术的分类

1.2 逆变器内涵、构成和框图

1.2.1 逆变器的内涵

1.2.2 逆变器的构成

1.2.3 逆变器的框图

1.3 逆变器的现状、瓶颈和展望

1.3.1 基本现状

1.3.2 研发瓶颈

1.3.3 将来展望

1.4 本章小结

参考文献

第2章 多维数据场的可视化方法

2.1 科学计算和多维可视化

2.1.1 逆变器的科学计算问题

2.1.2 逆变器科学计算的动态

2.1.3 多维可视化算法的思考

2.1.4 多维数据可视化的现状

2.2 多维数据场的可视化

2.2.1 三维可视化的增强功能

2.2.2 完全四维可视化的实现

2.2.3 四维数据可视化的论证

2.2.4 四维数据场可视化算法

2.2.5 非凸高非线性优化模型的多值性问题

2.2.6 完全五维数据场的实现

2.3 非线性分度坐标的多维可视化

2.3.1 对数坐标分度

2.3.2 其他坐标分度

2.4 逆变器优化设计简介

2.4.1 逆变器设计类别

2.4.2 逆变器优化设计存在的问题

2.5 本章小结

参考文献

第3章 直流输入滤波器的优化设计

3.1 单相LC滤波器的四维可视化算法

3.1.1 引言

3.1.2 整流电压谐波分析及设计条件

3.1.3 多目标多约束条件的优化设计

3.1.4 仿真与实验

3.2 电感器位于交流侧的单相LC滤波器的四维可视化算法

3.2.1 引言

3.2.2 仿真

3.2.3 后续研究

3.3 有直流磁化电流的电感量测算

3.3.1 引言

3.3.2 测量计算方法

3.3.3 测算实例

3.4 本章小结

参考文献

第4章 交流输出滤波器的理论分析

4.1 SPWM单相逆变桥的谐波分析

4.1.1 引言

4.1.2 主回路及其调制方式

4.1.3 无死区时SPWM波的谐波分析

4.1.4 有死区无补偿时SPWM波的谐波分析

4.1.5 有死区有补偿时SPWM波的谐波分析

4.1.6 小结

4.2 三维状态空间可视化

4.2.1 引言

4.2.2 逆变器主回路及其状态方程

4.2.3 uAB的描述和验证

4.2.4 三维状态变量轨迹的可视化

4.2.5 小结

参考文献

第5章 交流输出滤波器的优化设计

5.1 引言

5.2 LC滤波器优化设计的二维可视化算法

5.2.1 谐波、拓扑和转移函数

5.2.2 滤波器参数的确定

5.3 非对称T型滤波器优化设计的三维可视化算法

5.3.1 滤波器设计分析

5.3.2 滤波器参数设计

5.3.3 电感器优化设计

5.3.4 实验及设计效果

5.4 非对称T型滤波器优化设计的四维可视化算法

5.4.1 滤波器优化设计表述

5.4.2 逆变器系统功率因数

5.4.3 低通滤波器阻抗特性

5.4.4 低通滤波器频率特性

5.4.5 电流负担和电压应力

5.4.6 控制对象的稳定裕量

5.4.7 低通滤波器设计效果

5.5 非对称T型滤波器优化设计的五维可视化算法

5.5.1 变频器用滤波器的特点

5.5.2 实现五维数据场可视化

5.5.3 优化设计的五维可视化算法

5.5.4 实验验证

5.6 本章小结

参考文献

第6章 电感器设计的可视化算法

6.1 空心电感器的设计

6.1.1 引言

6.1.2 设计过程

6.1.3 对比其他设计方法

6.1.4 小结

6.1.5 程序框图

6.2 软磁材料的选择

6.2.1 引言

6.2.2 气隙与平均有效磁导率

6.2.3 磁芯材料选择的五维可视化方法

6.2.4 小结

6.3 磁件气隙的选择

6.3.1 引言

6.3.2 磁导率与气隙关系的四维可视化表达

6.3.3 小结

6.4 永磁体预偏磁电感器的设计

6.4.1 引言

6.4.2 磁路分析

6.4.3 优化目标

6.4.4 实验分析

6.4.5 小结

参考文献

第7章 桥式SPWM逆变器控制系统设计

7.1 SPWM及其死区补偿

7.1.1 引言

7.1.2 死区效应分析

7.1.3 死区补偿原理

7.1.4 实验结果及分析

7.1.5 小结

7.2 基于数据可视化的PI控制器设计方法

7.2.1 引言

7.2.2 PI控制器的闭环系统描述

7.2.3 PI控制器参数稳定集计算及参数寻优

7.2.4 实际算例

7.2.5 小结

7.3 基于LC滤波器的逆变器控制系统设计

7.3.1 引言

7.3.2 控制系统设计

7.3.3 基于内模原理的调节器设计

7.3.4 小结

7.4 基于LCL滤波器的逆变器控制系统设计

7.4.1 引言

7.4.2 控制系统设计

7.4.3 实验

7.4.4 小结

7.5 逆变器系统仿真分析

7.5.1 引言

7.5.2 单相电压型全桥SPWM逆变器建模

7.5.3 逆变桥的死区效应分析

7.5.4 输出电压的频谱构成

7.5.5 MATLAB仿真方案

7.5.6 讨论

7.5.7 小结

参考文献

第8章 逆变器的硬件软件

8.1 硬件系统简介

8.1.1 逆变器控制系统

8.1.2 电力电子器件

8.1.3 驱动和保护电路

8.1.4 采样电路

8.1.5 小结

8.2 逆变器子回路问题

8.2.1 引言

8.2.2 接地问题

8.2.3 逆变器诸子回路的构成

8.2.4 诸子回路所带来的问题

8.2.5 子回路电量测量的方法

8.2.6 小结

8.3 逆变器主要程序简介

8.3.1 常用离散化方法的比较

8.3.2 信息控制环节

8.3.3 PI调节器的汇编语言表达

8.3.4 基于内模原理设计调节器的汇编语言

8.3.5 给定信号和SPWM的表达

8.3.6 小结

参考文献

第9章 推挽式SPWM逆变器

9.1 推挽变压器的电磁分析

9.1.1 引言

9.1.2 推挽变压器的诸电感分析

9.1.3 推挽变压器的电感量测算

9.1.4 小结

9.2 推挽变压器的一种外特性模型

9.2.1 引言

9.2.2 有效漏感

9.2.3 数学表征

9.2.4 仿真实验

9.2.5 能量流向

9.2.6 小结

9.3 低损耗型无源吸收电路

9.3.1 引言

9.3.2 推挽电路解析

9.3.3 吸收电路设计

9.3.4 工频磁化分析

9.3.5 小结

参考文献

附录

附录A

第3章公式证明和主要可视化程序

A.1 Udo表达式[即式(3-17)]的证明

A.2 id(t)[即式(3-20)]和Uc(t)[即式(3-21)]的证明

A.3 一个因变量的四维可视化程序[图3-4(a)

A.4 两个因变量的四维可视化程序[图3-9(a)

A.5 三个因变量的四维可视化程序(图3-11)

附录B

第4章主要程序

B.1 无死区的理想状态输出电压uAB的频谱分布程序(图4-5)

B.2 有死区无补偿状态输出电压uAB的频谱分布程序(图4-12)

B.3 调制比M对频谱的影响程序(图4-14)

B.4 式(4-24)有死区有补偿电压uAB的可视化程序

B.5 基于计算得出的三维状态轨迹(图4-21)的程序

附录C

第5章主要程序

C.1 二维曲线簇可视化算法程序(图5-2)

C.2 增强型三维可视化算法程序I(图5-5)

C.3 增强型三维可视化算法程序II(图5-6)

C.4 两种负载下的系统功率因数(图5-22)

C.5 滤波器阻抗与系统功率因数(图5-28)

C.6 截止频率ωc(L1、L2、C)的可视化(图5-29)

C.7 电力电子器件的电流负担(图5-31)

C.8 两电感参数变化的根轨迹(图5-34)

C.9 五维数据场可视化(图5-37~图5-39)

附录D

第8章可视化程序

D.1 G(s)转变为G(z)的程序

D.2 四种离散化效果同图可视化程序

后记

《逆变器理论及其优化设计的可视化算法》以低压单相逆变器为例，论述了SPWM电压型桥式逆变器和SPWM电压型推挽式逆变器的工作原理，详细介绍其主回路和控制系统多目标诸约束条件的优化设计及其多维数据可视化算法。主要内容有桥式逆变器建模、稳定性分析、控制系统设计、推挽式逆变器建模及其吸收回路;三维状态变量的可视化展示、完全四维可视化和五维数据场可视化的实现方法，无源低通输入、输出滤波器的优化设计及其多维数据场可视化算法;系统仿真、计算机硬件系统、程序框图及其主要程序。书中内容既有利于逆变器的理论研习，也可为多目标诸约束条件的优化设计提供一种新颖的多维数据场可视化算法，所附的程序亦为再现算例和拓展应用提供了方便。