逆變器理論及其優化設計的可視化算法（簡體書）

《逆變器理論及其優化設計的可視化算法》以低壓單相逆變器為例，論述了SPWM電壓型橋式逆變器和SPWM電壓型推挽式逆變器的工作原理，詳細介紹其主回路和控制系統多目標諸約束條件的優化設計及其多維數據可視化算法。主要內容有橋式逆變器建模、穩定性分析、控制系統設計、推挽式逆變器建模及其吸收回路；三維狀態變量的可視化展示、完全四維可視化和五維數據場可視化的實現方法，無源低通輸入、輸出濾波器的優化設計及其多維數據場可視化算法；系統仿真、計算機硬件系統、程序框圖及其主要程序。書中內容既有利於逆變器的理論研習，也可為多目標諸約束條件的優化設計提供一種新穎的多維數據場可視化算法，所附的程序亦為再現算例和拓展應用提供了方便。《逆變器理論及其優化設計的可視化算法》理論分析定量，實驗與仿真相吻合，可供從事電類專業研究的學者和工程技術人員參考，也可作為高校相關專業研究生的參考書。

《逆變器理論及其優化設計的可視化算法》理論分析定量，實驗與仿真相吻合，可供從事電類專業研究的學者和工程技術人員參考，也可作為高校相關專業研究生的參考書。

前言第1章逆變器概論1．1範疇、演繹和分類1．1．1學術的範疇1．1．2功能的演繹1．1．3技術的分類1．2逆變器內涵、構成和框圖1．2．1逆變器的內涵1．2．2逆變器的構成1．2．3逆變器的框圖1．3逆變器的現狀、瓶頸和展望1．3．1基本現狀1．3．2研發瓶頸1．3．3將來展望1．4本章小結參考文獻第2章多維數據場的可視化方法2．1科學計算和多維可視化2．1．1逆變器的科學計算問題2．1．2逆變器科學計算的動態2．1．3多維可視化算法的思考2．1．4多維數據可視化的現狀2．2多維數據場的可視化2．2．1三維可視化的增強功能2．2．2完全四維可視化的實現2．2．3四維數據可視化的論證2．2．4四維數據場可視化算法2．2．5非凸高非線性優化模型的多值性問題2．2．6完全五維數據場的實現2．3非線性分度坐標的多維可視化2．3．1對數坐標分度2．3．2其他坐標分度2．4逆變器優化設計簡介2．4．1逆變器設計類別2．4．2逆變器優化設計存在的問題2．5本章小結參考文獻第3章直流輸入濾波器的優化設計3．1單相LC濾波器的四維可視化算法3．1．1引言3．1．2整流電壓諧波分析及設計條件3．1．3多目標多約束條件的優化設計3．1．4仿真與實驗3．2電感器位於交流側的單相LC濾波器的四維可視化算法3．2．1引言3．2．2仿真3．2．3後續研究3．3有直流磁化電流的電感量測算3．3．1引言3．3．2測量計算方法3．3．3測算實例3．4本章小結參考文獻第4章交流輸出濾波器的理論分析4．1SPWM單相逆變橋的諧波分析4．1．1引言4．1．2主回路及其調製方式4．1．3無死區時SPWM波的諧波分析4．1．4有死區無補償時SPWM波的諧波分析4．1．5有死區有補償時SPWM波的諧波分析4．1．6小結4．2三維狀態空間可視化4．2．1引言4．2．2逆變器主回路及其狀態方程4．2．3uAB的描述和驗證4．2．4三維狀態變量軌跡的可視化4．2．5小結參考文獻第5章交流輸出濾波器的優化設計5．1引言5．2LC濾波器優化設計的二維可視化算法5．2．1諧波、拓撲和轉移函數5．2．2濾波器參數的確定5．3非對稱T型濾波器優化設計的三維可視化算法5．3．1濾波器設計分析5．3．2濾波器參數設計5．3．3電感器優化設計5．3．4實驗及設計效果5．4非對稱T型濾波器優化設計的四維可視化算法5．4．1濾波器優化設計表述5．4．2逆變器系統功率因數5．4．3低通濾波器阻抗特性5．4．4低通濾波器頻率特性5．4．5電流負擔和電壓應力5．4．6控制對象的穩定裕量5．4．7低通濾波器設計效果5．5非對稱T型濾波器優化設計的五維可視化算法5．5．1變頻器用濾波器的特點5．5．2實現五維數據場可視化5．5．3優化設計的五維可視化算法5．5．4實驗驗證5．6本章小結參考文獻第6章電感器設計的可視化算法6．1空心電感器的設計6．1．1引言6．1．2設計過程6．1．3對比其他設計方法6．1．4小結6．1．5程序框圖6．2軟磁材料的選擇6．2．1引言6．2．2氣隙與平均有效磁導率6．2．3磁芯材料選擇的五維可視化方法6．2．4小結6．3磁件氣隙的選擇6．3．1引言6．3．2磁導率與氣隙關係的四維可視化表達6．3．3小結6．4永磁體預偏磁電感器的設計6．4．1引言6．4．2磁路分析6．4．3優化目標6．4．4實驗分析6．4．5小結參考文獻第7章橋式SPWM逆變器控制系統設計7．1SPWM及其死區補償7．1．1引言7．1．2死區效應分析7．1．3死區補償原理7．1．4實驗結果及分析7．1．5小結7．2基於數據可視化的PI控制器設計方法7．2．1引言7．2．2PI控制器的閉環系統描述7．2．3PI控制器參數穩定集計算及參數尋優7．2．4實際算例7．2．5小結7．3基於LC濾波器的逆變器控制系統設計7．3．1引言7．3．2控制系統設計7．3．3基於內模原理的調節器設計7．3．4小結7．4基於LCL濾波器的逆變器控制系統設計7．4．1引言7．4．2控制系統設計7．4．3實驗7．4．4小結7．5逆變器系統仿真分析7．5．1引言7．5．2單相電壓型全橋SPWM逆變器建模7．5．3逆變橋的死區效應分析7．5．4輸出電壓的頻譜構成7．5．5MATLAB仿真方案7．5．6討論7．5．7小結參考文獻第8章逆變器的硬件軟件8．1硬件系統簡介8．1．1逆變器控制系統8．1．2電力電子器件8．1．3驅動和保護電路8．1．4採樣電路8．1．5小結8．2逆變器子回路問題8．2．1引言8．2．2接地問題8．2．3逆變器諸子回路的構成8．2．4諸子回路所帶來的問題8．2．5子回路電量測量的方法8．2．6小結8．3逆變器主要程序簡介8．3．1常用離散化方法的比較8．3．2信息控制環節8．3．3PI調節器的匯編語言表達8．3．4基於內模原理設計調節器的匯編語言8．3．5給定信號和SPWM的表達8．3．6小結參考文獻第9章推挽式SPWM逆變器9．1推挽變壓器的電磁分析9．1．1引言9．1．2推挽變壓器的諸電感分析9．1．3推挽變壓器的電感量測算9．1．4小結9．2推挽變壓器的一種外特性模型9．2．1引言9．2．2有效漏感9．2．3數學表徵9．2．4仿真實驗9．2．5能量流向9．2．6小結9．3低損耗型無源吸收電路9．3．1引言9．3．2推挽電路解析9．3．3吸收電路設計9．3．4工頻磁化分析9．3．5小結參考文獻附錄附錄A第3章公式證明和主要可視化程序A．1Udo表達式[即式（3-17）]的證明A．2id（t）[即式（3-20）]和Uc（t）[即式（3-21）]的證明A．3一個因變量的四維可視化程序[圖3-4（a）A．4兩個因變量的四維可視化程序[圖3-9（a）A．5三個因變量的四維可視化程序（圖3-11）附錄B第4章主要程序B．1無死區的理想狀態輸出電壓uAB的頻譜分佈程序（圖4-5）B．2有死區無補償狀態輸出電壓uAB的頻譜分佈程序（圖4-12）B．3調製比M對頻譜的影響程序（圖4-14）B．4式（4-24）有死區有補償電壓uAB的可視化程序B．5基於計算得出的三維狀態軌跡（圖4-21）的程序附錄C第5章主要程序C．1二維曲線簇可視化算法程序（圖5-2）C．2增強型三維可視化算法程序I（圖5-5）C．3增強型三維可視化算法程序II（圖5-6）C．4兩種負載下的系統功率因數（圖5-22）C．5濾波器阻抗與系統功率因數（圖5-28）C．6截止頻率ωc（L1、L2、C）的可視化（圖5-29）C．7電力電子器件的電流負擔（圖5-31）C．8兩電感參數變化的根軌跡（圖5-34）C．9五維數據場可視化（圖5-37~圖5-39）附錄D第8章可視化程序D．1G（s）轉變為G（z）的程序D．2四種離散化效果同圖可視化程序後記

9.1.1 引言
推挽式功率變換器由于其開關器件上有兩倍電壓等缺點，常被用于低壓功率變換裝置。IGBT的普及雖為在大、中功率器上發揮推挽電路的優點創造了條件，但器件上的開關損耗和電壓應力等問題也是不可回避的。推挽電路的吸收回路／軟開關的設計依賴于變壓器模型的建立和相關參數的測算。雖然對少數幾種標準結構的變壓器來說，其特定的集中等效參數也可以根據有關資料計算出來，但在大多數情況下還須對設計加工后的半成品進行參數測算，其原因為：①鐵磁材料種類繁雜；②線圈結構多種多樣；③組裝時磁路間隙的微小變化也有可能對有些參數帶來顯著影響。變壓器參數與實際工況密切相關，在開關狀態下，其多值非線性、分布效應和趨膚接近效應都更加突顯，具體數值不但與電流大小、鐵心線圈的材料結構有關，而且更容易受到脈沖電壓寬度、電壓電流變化率和磁通原始點的影響，測試條件不同所得的結果會有很大的差異，其測算方法常令人困惑。國內外不少學者在電子變壓器的模型和參數測量上都做了有影響的工作，但其測算方法不但基本上是單一參數的硬（直接）測量，而且常有些附加條件：①在某個特定的頻率下通過相應線圈的開路／短路用小信號進行測量；②忽略鐵損；③忽略趨膚效應和接近效應；④忽略電壓變化率對分布電容的影響，甚至忽略分布電容來測算電感；⑤忽略漏感測算電容；⑥用8—H圖上零點附近的相對磁導率μ取代實際的μ，忽略了μ的變化對漏感的影響；⑦測量對象僅限于雙線圈變壓器。推挽變壓器的交替工作方式使得其在繞制工藝與參數測算方法上均有別于一般變壓器，目前對其集中等效參數的測量計算方法尚鮮有報道。文獻對多線圈電子變壓器的理論分析做了較深入的研究，但在計算多線圈變壓器漏感時的數據卻仍是通過兩線圈之間短路實驗來獲得的，且采用了令某個線圈的漏感為零的假設來計算其他漏感，這種假設大大限制了其適用范圍；工頻多繞組變壓器雖有復合短路阻抗的求解方法，但穩態短路試驗得到的阻抗很難直接用于測算瞬態過程的漏感。
本節將分析三線圈問諸漏感的相對性和兩初級線圈間漏感的特殊性，提出推挽變壓器諸漏感的一種問接測算方法：①在關注初次級間能量傳遞特性時可根據次級階躍響應電壓曲線來推算有效漏感；②在關注初級2線圈問的換流過程時可根據L（di／dt）來測算有效漏感。本書還以推挽式PWM電壓型逆變器為例，分別介紹了利用或限制漏感的具體辦法。實驗驗證了測算結果的正確性。采用該方法可獲得推挽變壓器在實際工況下的有效漏感，為低通濾波器、吸收回路或軟開關的設計提供依據。