内容简介
直流双向变换器广泛应用在航空电源、不间断电源（UPS）、带储能装置的光伏或风力发电等新能源系统、混合动力汽车驱动系统、LED驱动电源中。
本书介绍了直流和交流双向变换器在航空电源中，尤其是多电飞机中的应用情况，给出了双向变换器在新能源系统、电动汽车及其电池充换电站、LED驱动电源等领域的应用情况及发展方向；讨论了Bi Buck/Boost、Dual Buck/Boost、不对称半桥隔离型、全桥隔离型和三相双有源全桥隔离型双向dc/dc变换器的工作原理、工作模态，给出了电路参数设计和仿真实例，讨论了变换器工作在软开关和硬开关模式下的不同特性；介绍了双向单相和三相交流dc/ac变换器工作在功率因数校正（PFC）模式和逆变模式时的工作原理和控制策略，给出了参数设计和仿真实例，讨论了三相四线制逆变器的构成、中点电位平衡电路的原理和控制，给出了三相ac/ac变换器的仿真实例；介绍了交直流电机和双向变换器配合应用情况及其在航空电源上的应用。
本书可作为高等院校电气工程专业师生的参考书，也可供从事开关电源研究开发的工程技术人员阅读。
目录
电力电子新技术系列图书序言
前言
第1章概述1
1.1双向变换器的类型1
1.2电力电子变换器在飞机上的应用1
1.3双向变换器在其他领域的应用和发展4
1.3.1双向变换器在带储能装置的新能源系统中的应用5
1.3.2双向变换器在电动汽车上的应用6
1.3.3双向变换器在电动汽车电池充换电站的应用7
1.3.4双向变换器在LED驱动电源中的应用8
1.4固态变压器及其应用9
1.4.1固态变压器的拓扑类型9
1.4.2固态变压器在分布式电网接口网络中的应用11
1.5双向变换器的发展15
1.6本章小结16
第2章双向直流变换器17
2.1Bi Buck/Boost双向直流变换器17
2.1.1工作原理17
2.1.2变换器主电路参数设计19
2.1.3仿真分析20
2.2Dual Buck/Boost双向直流变换器30
2.2.1工作原理30
2.2.2实例分析33
2.3不对称半桥隔离型双向直流变换器41
2.3.1工作原理41
2.3.2实例分析43
2.4全桥隔离型双向直流变换器51
2.4.1单移相控制51
2.4.2扩展移相控制57
2.4.3三重移相控制61
2.4.4实例分析65
2.4.5全桥直流变压器71
2.5三相双有源全桥隔离型双向直流变换器73
2.5.1移相控制工作模式分析74
2.5.2变换器功率特性分析77
2.5.3回流功率分析与软开关范围分析78
2.5.4实例分析80
2.6本章小结87
第3章双向单相dc/ac变换器和ac/ac变换器89
3.1桥式变换器的功能89
3.2双向单相dc/ac变换器91
3.2.1dc/ac变换器91
3.2.2航空静止变流器103
3.2.3单相ac/dc功率因数校正（PFC）电路108
3.2.4移相控制的ac/dc变换器111
3.2.5电子式变压整流器113
3.3双向单相ac/ac变换器113
3.3.1由两个ac/dc变换器构成的单相ac/ac变换器114
3.3.2含有中间dc/dc变换器的ac/ac变换器115
3.3.3含有隔离dc/dc变换器的双向单相ac/ac变换器116
3.3.4由三个单相ac/ac变换器构成的三相四线制ac/ac变换器116
3.4本章小结117
第4章双向三相dc/ac变换器和ac/ac变换器118
4.1三相dc/ac变换器118
4.1.1三相dc/ac变换器工作原理118
4.1.2空间电压矢量调制方法120
4.1.3dc/ac变换器的数学模型126
4.1.4三相dc/ac变换器输出电压的调节130
4.1.5dc/ac变换器的输出输入滤波器131
4.1.6dc/ac变换器开关管的开通和关断过程139
4.1.7硅和碳化硅电力电子器件140
4.1.8实例分析141
4.2三相ac/dc变换器151
4.2.1三相ac/dc变换器的电路152
4.2.2ac/dc变换器的数学模型152
4.2.3ac/dc变换器的空间电压矢量调制154
4.2.4SVPWM ac/dc变换器的控制160
4.2.5自耦变压整流器（ATRU）和电子式ATRU174
4.3变压整流器和蓄电池充电器176
4.3.1电路结构和原理176
4.3.2蓄电池充电器实例仿真177
4.4三相ac/ac变换器181
4.5四桥臂三相dc/ac变换器182
4.5.1四桥臂三相dc/ac变换器的空间电压矢量调制184
4.5.2四桥臂三相dc/ac变换器的直接电流调节188
4.5.3四桥臂dc/ac变换器中点电位控制电路189
4.6四桥臂ac/ac变换器211
4.6.1四桥臂ac/ac变换器的构成211
4.6.2四桥臂ac/ac变换器的仿真实例212
4.6.3用ac/ac变换器代替自耦变压器（ATU）223
4.7本章小结224
第5章交直流电机和双向变换器225
5.1变频交流发电机和ac/dc变换器225
5.1.1恒频交流发电机225
5.1.2变频交流发电机233
5.1.3交流起动发电机236
5.1.4dc/ac三相变换器240
5.1.5电子式自耦变压整流器245
5.1.6发电机的无功输出补偿246
5.1.7发电机电枢反应的补偿247
5.2无刷直流发电机和起动发电机249
5.2.1无刷直流发电机的类型249
5.2.2三级式直流发电机250
5.2.3三级式直流起动发电机255
5.2.4双通道直流起动发电机258
5.3双凸极发电机和起动发电机260
5.3.16/4结构双凸极电机260
5.3.212/8和12/10结构电机269
5.3.3高速双凸极起动发电机272
5.3.4发动机内装起动发电机275
5.4调速电动机277
5.4.1调速电动机的类型277
5.4.2调速电机在飞机上的应用278
5.4.3稀土永磁伺服电动机280
5.4.4余度伺服电机的控制288
5.4.5容错电动机289
5.5飞轮储能294
5.5.1飞轮储能装置的构成294
5.5.2飞轮储能294
5.5.3飞轮电机296
5.5.4磁浮轴承298
5.5.5飞轮电机的变换器300
5.5.6飞轮储能装置的能量储存301
5.6多电飞机的变频交流发电系统和电能变换器301
5.7变压器和三相异步电动机在变频交流电源供电时的工作303
5.7.1概述303
前言/序言
双向直流变换器在20世纪80年代初就应用于人造卫星的太阳能电源系统。随后交直流双向变换器在电动汽车、航空电源、新能源系统得到应用和发展。第三代宽禁带电力电子器件的商品化以及多电飞机的发展，为交直流双向变换器的发展带来了新的发展契机。
浙江大学林渭勋教授撰写的《电力电子技术基础》（机械工业出版社，1990）是国内最早系统讨论双向和四象限直流变换器的著作，徐德鸿教授课题组对双向变换器也进行了深入研究。严仰光教授撰写的《双向直流变换器》（江苏科学技术出版社，2004）着重探讨双向直流变换器的基本问题。本书是在吸收和消化国内外学者研究的基础上编写而成的，着重探讨直流和交流双向变换器的工作原理、控制策略、参数设计，给出了交直流双向变换器的仿真实例、双向变换器和交直流电机的配合应用以及它们在航空电源上的应用等。
本书共分5章。第1章介绍了直流和交流双向变换器在航空电源、新能源系统、电动汽车及其电池充换电站、LED驱动电源等领域的应用情况及发展方向。第2章给出了Bi Buck/Boost、Dual Buck/Boost、不对称半桥隔离型、全桥隔离型，以及三相双有源全桥隔离型双向dc/dc变换器的工作原理、控制策略、参数设计和仿真实例，讨论了变换器工作在软开关和硬开关模式下的不同特性，分析了隔离型双向直流变换器变压器匝比的设计考虑。第3章详细讨论了双向单相桥式dc/ac变换器，给出了单相桥式dc/ac逆变器和单相桥式ac/dc整流器的工作原理、控制策略、参数设计和仿真实例，可见Si器件和SiC器件的混合应用有助于进一步提高装置的功率密度和效率。在此基础上给出了由单相桥式dc/ac变换器和dc/dc变换器构成的不隔离和隔离型双向单相ac/ac变换器，以及由单相ac/ac变换器组合构成的三相隔离ac/ac变换器主电路拓扑。第4章讨论了基于SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制）的三相dc/ac逆变器和三相ac/dc整流器的工作原理、控制策略，给出了参数设计和仿真实例；讨论了四桥臂三相dc/ac逆变器中点电位控制电路的两种控制方法，给出了参数设计和仿真结果；在此基础上给出了三相不隔离ac/ac变换器的工作原理和仿真结果。第5章讨论了交直流电机和双向变换器的配合工作情况，给出了无刷直流发电机、双凸极发电机和起动发电机、调速电动机和飞轮储能装置的工作原理，讨论了多电飞机的变频交流供电系统和高压直流电源系统中的各种电力电子设备。电机和变换器两者的配合应用改善了发动机的起动性能，提升了发电工作的电能质量，带来显著的节能效果。
本书撰写过程中得到了南京航空航天大学自动化学院电气工程系同仁的帮助和指导，时思航、卢茂中、田清钰、于攀、杨雨松、章安璃、王万全、吴子阳、布书杰、史杭、张玺、刘勇等硕士研究生参与了大量变换器设计、仿真，以及文字录入及图形绘制等书稿整理工作，在此表示衷心的感谢。
期望读者通过阅读本书，对直流和交流双向变换器有更好的理解，促进直流和交流双向变换器的技术发展和在工业中得到更多的应用。
由于时间仓促和作者水平有限，书中难免存在缺漏和差错之处，敬请读者批评指正。
作者2022年1月于南京航空航天大学
