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第1章 逆变器概论1

1.1 范畴、演绎和分类1

1.1.1 学术的范畴1

1.1.2 功能的演绎1

1.1.3 技术的分类2

1.2 逆变器内涵、构成和框图3

1.2.1 逆变器的内涵3

1.2.2 逆变器的构成4

1.2.3 逆变器的框图6

1.3 逆变器的现状、瓶颈和展望6

1.3.1 基本现状6

1.3.2 研发瓶颈11

1.3.3 将来展望13

1.4 本章小结15

参考文献15

第2章 多维数据场的可视化方法18

2.1 科学计算和多维可视化18

2.1.1 逆变器的科学计算问题18

2.1.2 逆变器科学计算的动态18

2.1.3 多维可视化算法的思考19

2.1.4 多维数据可视化的现状19

2.2 多维数据场的可视化20

2.2.1 三维可视化的增强功能20

2.2.2 完全四维可视化的实现20

2.2.3 四维数据可视化的论证22

2.2.4 四维数据场可视化算法23

2.2.5 非凸高非线性优化模型的多值性问题24

2.2.6 完全五维数据场的实现25

2.3 非线性分度坐标的多维可视化29

2.3.1 对数坐标分度29

2.3.2 其他坐标分度30

2.4 逆变器优化设计简介31

2.4.1 逆变器设计类别31

2.4.2 逆变器优化设计存在的问题32

2.5 本章小结32

参考文献33

第3章 直流输入滤波器的优化设计35

3.1 单相LC滤波器的四维可视化算法35

3.1.1 引言35

3.1.2 整流电压谐波分析及设计条件36

3.1.3 多目标多约束条件的优化设计37

3.1.4 仿真与实验47

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49

3.2.1 引言49

3.2.2 仿真50

3.2.3 后续研究51

3.3 有直流磁化电流的电感量测算52

3.3.1 引言52

3.3.2 测量计算方法52

3.3.3 测算实例53

3.4 本章小结54

参考文献55

第4章 交流输出滤波器的理论分析56

4.1 SPWM单相逆变桥的谐波分析56

4.1.1 引言56

4.1.2 主回路及其调制方式56

4.1.3 无死区时SPWM波的谐波分析57

4.1.4 有死区无补偿时SPWM波的谐波分析60

4.1.5 有死区有补偿时SPWM波的谐波分析64

4.1.6 小结65

4.2 三维状态空问可视化66

4.2.1 引言66

4.2.2 逆变器主回路及其状态方程66

4.2.3 uAB的描述和验证67

4.2.4 三维状态变量轨迹的可视化68

4.2.5 小结74

参考文献74

第5章 交流输出滤波器的优化设计75

5.1 引言75

5.2 LC滤波器优化设计的二维可视化算法76

5.2.1 谐波、拓扑和转移函数76

5.2.2 滤波器参数的确定76

5.3 非对称T型滤波器优化设计的三维可视化算法80

5.3.1 滤波器设计分析80

5.3.2 滤波器参数设计82

5.3.3 电感器优化设计84

5.3.4 实验及设计效果86

5.4 非对称T型滤波器优化设计的四维可视化算法88

5.4.1 滤波器优化设计表述88

5.4.2 逆变器系统功率因数89

5.4.3 低通滤波器阻抗特性96

5.4.4 低通滤波器频率特性97

5.4.5 电流负担和电压应力99

5.4.6 控制对象的稳定裕量100

5.4.7 低通滤波器设计效果102

5.5 非对称T型滤波器优化设计的五维可视化算法102

5.5.1 变频器用滤波器的特点102

5.5.2 实现五维数据场可视化103

5.5.3 优化设计的五维可视化算法105

5.5.4 实验验证107

5.6 本章小结108

参考文献109

第6章 电感器设计的可视化算法110

6.1 空心电感器的设计110

6.1.1 引言110

6.1.2 设计过程110

6.1.3 对比其他设计方法114

6.1.4 小结116

6.1.5 程序框图116

6.2 软磁材料的选择117

6.2.1 引言117

6.2.2 气隙与平均有效磁导率117

6.2.3 磁芯材料选择的五维可视化方法119

6.2.4 小结121

6.3 磁件气隙的选择121

6.3.1 引言121

6.3.2 磁导率与气隙关系的四维可视化表达121

6.3.3 小结123

6.4 永磁体预偏磁电感器的设计124

6.4.1 引言124

6.4.2 磁路分析124

6.4.3 优化目标130

6.4.4 实验分析132

6.4.5 小结137

参考文献138

第7章 桥式SPWM逆变器控制系统设计140

7.1 SPWM及其死区补偿140

7.1.1 引言140

7.1.2 死区效应分析140

7.1.3 死区补偿原理142

7.1.4 实验结果及分析148

7.1.5 小结149

7.2 基于数据可视化的PI控制器设计方法149

7.2.1 引言149

7.2.2 PI控制器的闭环系统描述150

7.2.3 PI控制器参数稳定集计算及参数寻优151

7.2.4 实际算例154

7.2.5 小结158

7.3 基于LC滤波器的逆变器控制系统设计159

7.3.1 引言159

7.3.2 控制系统设计159

7.3.3 基于内模原理的调节器设计163

7.3.4 小结168

7.4 基于LCL滤波器的逆变器控制系统设计169

7.4.1 引言169

7.4.2 控制系统设计169

7.4.3 实验175

7.4.4 小结176

7.5 逆变器系统仿真分析176

7.5.1 引言176

7.5.2 单相电压型全桥SPWM逆变器建模176

7.5.3 逆变桥的死区效应分析178

7.5.4 输出电压的频谱构成178

7.5.5 MATLAB仿真方案179

7.5.6 讨论182

7.5.7 小结183

参考文献183

第8章 逆变器的硬件软件185

8.1 硬件系统简介185

8.1.1 逆变器控制系统185

8.1.2 电力电子器件186

8.1.3 驱动和保护电路187

8.1.4 采样电路189

8.1.5 小结194

8.2 逆变器子回路问题195

8.2.1 引言195

8.2.2 接地问题197

8.2.3 逆变器诸子回路的构成198

8.2.4 诸子回路所带来的问题204

8.2.5 子回路电量测量的方法207

8.2.6 小结209

8.3 逆变器主要程序简介210

8.3.1 常用离散化方法的比较210

8.3.2 信息控制环节215

8.3.3 PI调节器的汇编语言表达216

8.3.4 基于内模原理设计调节器的汇编语言217

8.3.5 给定信号和SPWM的表达219

8.3.6 小结220

参考文献221

第9章 推挽式SPWM逆变器222

9.1 推挽变压器的电磁分析222

9.1.1 引言222

9.1.2 推挽变压器的诸电感分析223

9.1.3 推挽变压器的电感量测算227

9.1.4 小结234

9.2 推挽变压器的一种外特性模型234

9.2.1 引言234

9.2.2 有效漏感235

9.2.3 数学表征238

9.2.4 仿真实验239

9.2.5 能量流向240

9.2.6 小结242

9.3 低损耗型无源吸收电路242

9.3.1 引言242

9.3.2 推挽电路解析243

9.3.3 吸收电路设计248

9.3.4 工频磁化分析251

9.3.5 小结252

参考文献252

附录254

附录A 第3章公式证明和主要可视化程序254

A.1 Udo表达式［即式（3-17）］的证明254

A.2 id（t）［即式（3-20）］和Uc（t）［即式（3-21）］的证明258

A.3 一个因变量的四维可视化程序［图3-4（a）］259

A.4 两个因变量的四维可视化程序［图3-9（a）］261

A.5 三个因变量的四维可视化程序（图3-11）262

附录B 第4章主要程序263

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）263

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）265

B.3 调制比M对频谱的影响程序（图4-14）268

B.4 式（4-24）有死区有补偿电压uAB的可视化程序270

B.5 基于计算得出的三维状态轨迹（图4-21）的程序271

附录C 第5章主要程序272

C.1 二维曲线簇可视化算法程序（图5-2）272

C.2 增强型三维可视化算法程序Ⅰ（图5-5）272

C.3 增强型三维可视化算法程序Ⅱ（图5-6）274

C.4 两种负载下的系统功率因数（图5-22）275

C.5 滤波器阻抗与系统功率因数（图5-28）276

C.6 截止频率ωc（L1、L2、C）的可视化（图5-29）278

C.7 电力电子器件的电流负担（图5-31）279

C.8 两电感参数变化的根轨迹（图5-34）279

C.9 五维数据场可视化（图5-37～图5-39）280

附录D 第8章可视化程序281

D.1 G（s）转变为G（z）的程序281

D.2 四种离散化效果同图可视化程序282

后记284