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第1章 绪论1

1.1 现代电力电子变换技术的现状1

1.1.1 电力半导体器件的发展历程1

1.1.2 电力电子变换器的技术水平3

1.2 矩阵变换器的发展现状6

1.2.1 交流变频电气传动的意义6

1.2.2 高性能矩阵变换器的优势7

1.2.3 矩阵变换技术的发展状况8

1.3 矩阵变换器的发展空间12

1.3.1 矩阵变换器的应用状况12

1.3.2 矩阵变换器的思想发展13

参考文献13

第2章 电力电子变换器波形合成的原理15

2.1 波形高频合成概念的提出15

2.1.1 电力电子变换器的波形合成15

2.1.2 电力电子变换器的工作状态18

2.2 波形高频合成的存在定理20

2.2.1 波形高频合成变换器结构20

2.2.2 波形高频合成的存在定理22

2.3 波形高频合成的建模原理23

2.4 波形高频合成技术的应用24

2.4.1 低频开关函数矩阵函数元素的确定24

2.4.2 载波频率与滤波器陷波频率的确定26

参考文献26

第3章 N相-P相矩阵变换器的原理28

3.1 交-交周波变换器开关函数的提出28

3.2 电流初相角与负载角相反的开关函数29

3.3 电流初相角与负载角相同的开关函数31

3.4 电流初相角正负可调的开关函数32

3.5 N相-P相矩阵变换特性的物理解释34

3.5.1 电压比34

3.5.2 电流比36

参考文献37

第4章 开关函数特性与电力电子变换理论的探索38

4.1 开关函数特性的提出38

4.1.1 功率开关组的确立38

4.1.2 电力电子变换原型的提出40

4.1.3 开关函数特性的提出41

4.2 电力电子变换理论的探索43

4.2.1 电力电子变换理论的讨论43

4.2.2 开关函数算法的特点43

4.3 开关函数特性的应用44

4.3.1 三电平电压源逆变器44

4.3.2 基本DC-DC变换器45

4.3.3 单相AC-DC变换器45

4.3.4 两电平电压源逆变器46

4.3.4.1 逆变器开关函数的通式46

4.3.4.2 正弦波PWM控制算法47

4.3.4.3 谐波注入PWM控制算法47

4.3.4.4 准梯形波PWM控制算法48

4.3.4.5 损耗最小PWM控制算法49

4.3.4.6 电压SVPWM控制算法51

参考文献53

第5章 三相-三相矩阵变换器的调制算法55

5.1 矩阵变换器的调制算法55

5.2 开关函数算法56

5.2.1 最大电压比为1/2的开关函数56

5.2.2 最大电压比为？/3的开关函数58

5.2.3 最大电压比为3/4的开关函数59

5.2.4 最大电压比为？/2的开关函数60

5.2.5 最大电压比为1的开关函数61

5.3 双空间矢量调制算法63

5.3.1 等效交-直-交变换器结构63

5.3.2 输入电流空间矢量算法64

5.3.3 输出电压空间矢量算法67

5.3.4 空间矢量合成与电压利用率69

5.4 三线与双线电压调制算法71

5.4.1 三线电压调制算法72

5.4.2 双线电压调制算法73

5.4.3 电压区间划分原则74

5.5 输出滞环电流调制算法75

5.5.1 两电平滞环电流调制算法75

5.5.2 三电平滞环电流调制算法77

5.5.2.1 虚拟整流器的矢量选择77

5.5.2.2 虚拟逆变器的矢量选择78

5.5.3 基于SVM的滞环电流调制算法79

5.6 四种调制算法的简单总结81

参考文献82

第6章 三相-三相矩阵变换器的换流策略86

6.1 换流策略的发展86

6.2 半软化四步安全换流策略89

6.3 半软化四步换流策略的实现91

6.4 半自然两步安全换流策略91

6.5 强迫一步安全换流策略93

6.6 三种换流策略的性能比较94

参考文献95

第7章 非方阵矩阵变换器的开关函数算法97

7.1 单相-单相矩阵变换器97

7.1.1 常规的开关函数算法97

7.1.2 通用的开关函数算法99

7.2 单相-三相矩阵变换器101

7.3 升压型单相-单相矩阵变换器103

7.3.1 拓扑与工作原理103

7.3.2 四区间换流策略104

7.3.3 两区间换流策略104

7.4 三相-单相矩阵变换器106

7.4.1 零式三相-单相矩阵变换器107

7.4.2 桥式三相-单相矩阵变换器107

7.4.2.1 最大电压利用率为1/2107

7.4.2.2 最大电压利用率为？/3108

7.4.2.3 最大电压利用率为3/4109

7.4.2.4 最大电压利用率为？/2109

参考文献110

第8章 矩阵变换器与逆变器的调制算法111

8.1 矩阵变换器与电压源逆变器111

8.1.1 拓扑演化111

8.1.2 输入相电压初相角为零时112

8.1.3 输入相电压初相角为非零时113

8.2 矩阵变换器与电流源逆变器115

8.2.1 输出相电压初相角为零时115

8.2.2 输出相电压初相角为非零时116

8.3 电压源逆变器调制算法的联系118

8.3.1 电压空间矢量算法的原理118

8.3.2 开关函数算法到电压空间矢量算法120

8.3.3 电压空间矢量算法到开关函数算法121

参考文献123

第9章 降压型矩阵整流器的原理124

9.1 矩阵整流器概念的提出124

9.2 输入电压平衡时的开关函数算法126

9.2.1 正相序时开关函数算法126

9.2.1.1 最大电压比1/2127

9.2.1.2 最大电压比？／3128

9.2.1.3 最大电压比3/4129

9.2.1.4 最大电压比？／2130

9.2.1.5 矩阵整流器的输入电流130

9.2.2 负相序时开关函数算法131

9.2.3 功率因数可调的开关函数132

9.3 输入电压不平衡时的开关函数算法133

9.3.1 开关函数算法的一般推导133

9.3.2 输入电压波形畸变时135

9.3.3 输入电压幅值不平衡时136

9.3.4 输入电压初相角不相等时137

9.4 电流空间矢量调制算法138

9.4.1 输入电压平衡时输入电流空间矢量调制算法138

9.4.2 输入电压平衡时两种调制算法的等效原理140

9.4.3 输入电压不平衡时输入电流空间矢量调制算法141

9.4.4 共模电压抑制的电流空间矢量调制算法改进143

9.5 矩阵整流器的电路DQ分析144

9.5.1 矩阵整流器的电路分解144

9.5.2 矩阵整流器系统的DC特性分析146

9.6 矩阵整流器的双线电压合成算法147

9.6.1 三线电压合成算法147

9.6.2 双线电压合成算法148

9.6.2.1 输入电压区间“X”形划分148

9.6.2.2 输入电压区间“S”形划分149

9.7 矩阵整流器与电流源整流器的关系150

9.8 矩阵整流器功率损耗的计算151

9.8.1 开关函数算法151

9.8.2 传统电流SVPWM算法151

9.8.3 共模电压抑制电流SVPWM算法152

9.9 矩阵整流器与传统可控整流器的比较152

参考文献154

第10章 三相-三相矩阵变换器的设计156

10.1 功率模块与电源电路的设计156

10.1.1 功率模块的设计156

10.1.2 电源电路的设计160

10.2 缓冲电路与区间电路的设计163

10.2.1 缓冲电路的设计163

10.2.2 区间电路的设计（相序检测）165

10.3 输入与输出滤波电路的设计169

10.4 控制电路与逻辑电路的设计173

参考文献176

第11章 多电平矩阵变换器的原理179

11.1 电压源逆变器的多电平技术179

11.1.1 二极管钳位型多电平变频器179

11.1.2 电容飞跨钳位型多电平变频器180

11.1.3 多级串联多电平变频器181

11.1.4 不对称级联型多电平变频器182

11.2 H桥开关的多电平矩阵变换器184

11.3 电容飞跨的多电平矩阵变换器188

11.4 多级串联的多电平矩阵变换器193

参考文献196

第12章 矩阵变换器的软开关技术198

12.1 谐振软开关技术的工作原理198

12.1.1 谐振软开关技术的提出198

12.1.2 基于辅助谐振换流极的软开关技术198

12.1.3 基于辅助谐振开关的软开关技术202

12.2 不平衡供电条件下算法改进204

参考文献208

第13章 矩阵变换器的共模电压抑制技术209

13.1 共模电压抑制的调制算法209

13.1.1 改进零矢量分布模式的SVM算法209

13.1.2 引进额外非零矢量的SVM算法212

13.1.3 基于开关函数的零共模电压算法215

13.1.4 电压注入抵消的共模电压抑制技术217

13.1.5 零矢量期间采用输入中值输入电压方案218

13.2 集成无源EMI滤波器的共模电压抑制220

参考文献223

第14章 矩阵变换器的拓扑扩展225

14.1 三相四线制矩阵变换器225

14.1.1 四路输出的公用电源矩阵变换器225

14.1.2 三相四线制交流链路矩阵变换器226

14.2 高频交流链路矩阵变换器227

14.2.1 高频链路的大功率电信开关电源227

14.2.2 高频链路矩阵变换器在VSCF中应用230

14.2.2.1 功率电路拓扑的描述230

14.2.2.2 三相-单相矩阵变换器的PWM控制策略231

14.2.2.3 单相-三相矩阵变换器的PWM控制策略233

14.2.2.4 高频变压器的设计233

14.3 其他高频链路的矩阵变换器234

14.4 两级矩阵变换器236

14.4.1 间接矩阵变换器（IMC）236

14.4.2 稀疏矩阵变换器（SMC）236

参考文献238

第15章 矩阵变换器在电力系统中的应用241

15.1 矩阵变换器在FACTS中的应用241

15.1.1 电压源矩阵变换器的电网链接功能241

15.1.2 电流源矩阵变换器的电网链接功能242

15.1.3 电压源矩阵变换器的统一潮流控制器242

15.1.4 电压源矩阵变换器的有源电力滤波器244

15.2 矩阵变换器在再生能源中的应用247

15.2.1 矩阵变换器在太阳能发电中的应用247

15.2.2 矩阵变换器在双馈发电机中的应用248

15.2.3 矩阵变换器在交流励磁发电机中的应用249

15.2.4 矩阵变换器在笼型异步发电机中的应用250

参考文献251

第16章 矩阵变换器中控制理论的应用254

16.1 矩阵变换器系统的稳定性分析254

16.1.1 检测输入电压过零点的策略254

16.1.2 检测瞬时输入电压的策略255

16.1.3 检测输入电压过零点的稳定性分析255

16.1.4 检测瞬时输入电压策略的稳定性256

16.1.5 改变输入滤波器结构改善稳定性257

16.2 矩阵变换器系统的自抗扰控制257

16.3 永磁同步电动机系统的非线性自适应后退控制259

16.3.1 谐波电流减少的调制策略259

16.3.2 自适应后退控制器的设计261

16.4 异步电动机系统的非线性模型和扰动观测器262

16.4.1 采用自适应观测器无传感器矢量控制262

16.4.2 对换流延时时间的影响263

16.4.3 对开关导通损耗的影响264

16.4.4 采用径向基底函数网络的扰动观测器264

16.5 矩阵变换器系统的滑模控制266

16.5.1 矩阵变换器系统的模型266

16.5.2 矩阵变换器系统的空间矢量267

16.5.3 输出电压滑模控制器设计267

16.5.4 输入电流滑模控制器设计269

16.6 永磁同步电动机系统的离散控制270

16.6.1 权函数定义和方程离散270

16.6.2 开关状态的寻优计算272

16.7 矩阵变换器系统的电路DQ变换技术272

16.7.1 矩阵变换器电路系统子电路DQ变换273

16.7.2 矩阵变换器电路系统DQ变换与分析276

16.7.2.1 静态分析／直流分析277

16.7.2.2 瞬态分析／交流分析277

参考文献278

附录281

附录A 高频合成引理与高频合成定理的证明281

附录B 高频合成建模定理的证明282

附录C 常用数学公式283