能量變換器是一種新型高壓發電機，采用高壓交聯聚乙烯(XLPE)電纜作為定子繞組，這種革新結構使其能夠輸出高電壓，從而可以直接并網。因此，對能量變換器的運行進行系統地研究是極為必要的。本文針對能量變換器小值振蕩和穩定性進行了深入地研究。 本文首先介紹了能量變換器的發展背景和國內外的研究現狀，詳盡分析了研究大型同步發電機和能量變換器穩定性的意義。 然后，本文對能量變換器靜態穩定運行進行了分析，建立了能量變換器靜態穩定運行時的數學模型，推導出了能量變換器靜態穩定功率特性和靜態穩定功率極限的表達式。并分析了勵磁調節對能量變換器靜態功率特性的影響，應用對比研究的方法，證明了能量變換器的靜態穩定儲備系數和靜態穩定功率極限都比傳統同步發電機高。 本文同時結合能量變換器樣機參數，系統分析了其穩態小值振蕩的物理過程，推導了能量變換器小值振蕩時的整步轉矩系數、阻尼轉矩系數和電流、轉矩、電磁功率各微變量的表達式，并通過仿真分析，歸納出了不計定子電阻和線路阻抗時能量變換器相應微變量的變化規律。此外，本文對考慮勵磁調節作用時小值振蕩各微變量的變化進行了仿真研究，給出了此狀態下相應微變量的變化規律。 最后，本文對能量變換器系統在線路發生單相短路、相間短路和兩相接地短路故障時的物理過程進行了分析，繪制了能量變換器正常運行和故障運行時的電氣圖與等值電路，結合等值電路推導了能量變換器相應故障狀態下的功率表達式，并通過仿真分析與對比研究，給出了能量變換器系統在線路發生單相短路、相間短路和兩相接地短路故障時的極限切除時間，得到了能量變換器的動態穩定極限。 本文所得結論對能量變換器合理可靠的設計及運行提供了依據，具有一定的理論意義和實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著永磁材料的發展，永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉子的慣量，且性能易受環境因素的影響，限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號，此技術雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復雜，位置檢測精度不高，運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號，以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先，本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優于傳統的方法。 其次，完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據負載特性進行優化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計，文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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本文的主要工作是設計與開發了用于機床主軸直接驅動的全數字化永磁同步電動機矢量控制系統的軟硬件平臺，并利用該平臺進行了仿真和實驗研究，仿真和實驗結果驗證了該系統設計方案的可行性。 首先，詳細闡述了坐標變換理論，根據永磁同步電動機的本體結構推導了其在各坐標系下的數學模型，深入研究了永磁同步電動機的矢量控制原理和id=0控制策略，此外對空間電壓矢量脈寬調制(SVPWM)的基本原理和特性進行了研究。 其次，采用MATLAB軟件建立了電機系統的仿真模型。整個仿真系統包括PMSM模塊、Power Module模塊、測量模塊、坐標變換模塊、電流、轉速調節模塊和SVPWM模塊等。仿真結果驗證了矢量控制和SVPWM技術應用于本系統的可行性，同時為系統平臺設計提供了理論依據。 再次，為了提高系統的動靜態特性和減小轉動脈動，采用DSP TMS320F2812為核心進行了永磁同步電動機全數字矢量控制系統的軟硬件設計。系統硬件包括電流檢測、速度檢測、顯示電路、驅動電路、主電路和系統保護電路等；系統軟件由DSP編程實現，采用基于id=0的轉子磁場定向矢量控制方法，完成對永磁同步電動機的解耦控制。速度調節器和電流調節器采用常規PI控制算法，逆變器采用SVPWM控制策略。同時，給出了系統各模塊的軟件流程圖，包括系統初始化程序、速度和電流調節程序、SVPWM的實現以及功率驅動保護等子程序等。 最后，在實驗平臺上做了大量深入的實驗研究工作，并對試驗波形做了深入分析。結果表明，該系統具有能夠響應速度快，低轉速運行平穩和抗干擾能力強等優點，可以滿足主軸直接驅動要求。
上傳時間： 2013-05-18
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隔離升壓DC-DC變換器在電動汽車、儲能系統、可再生能源發電以及超導儲能系統等領域有廣闊的應用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓撲結構、起動問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關問題和輸入電感磁復位問題等進行了系統深入的研究，解決了這一類拓撲所共有技術問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓撲族，分析比較了各種拓撲的特點，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進行了詳細的穩態分析和小信號建模分析，為其分析、設計和搭建實驗平臺提供了電路理論基礎。 理論上分析了IBFBC起動時存在電流沖擊的原因。提出了二種數字化軟起動方案，該方案對主電路進行了改造，利用DSP能靈活產生PWM波的特點采用了新的控制策略，成功實現了該系統的軟起動。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關管關斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎上，通過控制PWM的發生方法，實現了有源箝位功率開關管和橋臂功率開關管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復位問題。在正常停機時提出了一種數字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態逐漸過渡到Buck工作狀態，讓輸入電感存儲的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護停機，采用了繞組磁復位的方法，把輸入電感設計成反激式變換器形式，突然停機時，電感中存儲的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護了變換器不會損壞。 給出了主電路關鍵器件參數的設計方法，設計了以DSP-TMS320F2407為核心的數字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實驗驗證了理論分析和仿真結果。 本文立足于IBFBC的關鍵技術要求，并充分考慮工程應用中的實際因素，進行了理論分析和實驗研究，為實際系統方案設計提供理論依據，并已經在實際應用中得到驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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電壓源型PWM逆變器在當前的工業控制中應用越來越廣泛，在其應用領域中，交流電動機的運動控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中，設置死區是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個功率開關器件發生直通短路。盡管死區時間很短，然而當開關頻率很高或輸出電壓很低時，死區將使逆變器輸出電壓波形發生很大畸變，進而導致電動機的電流發生畸變，電機附加損耗增加，轉矩脈動加大，最終導致系統的控制性能降低，甚至可能導致系統不穩定。為此，需要對逆變器的死區進行補償。本文針對連續空間矢量調制提出了一種改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法；針對斷續空間矢量調制提出了通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度的補償方法，并對這兩種方法進行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細分析了死區時間對逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開關器件寄生電容對輸出電壓的影響。其次對已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法進行了理論分析，該方法先計算出補償電壓，再對由零電流鉗位現象引起的補償電壓極性錯誤進行校正，極性校正的參考量為d軸補償電壓的幅值，然而補償電壓的大小隨電流的變化而變化，因此該方法存在電壓極性校正時參考量為變化量的缺點，而且該方法只適用于id=0的控制方式，適用性較差。針對這些問題，本文提出了改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補償方法，改進后的方法是先對由零電流鉗位現象引起的電流極性錯誤進行校正，然后再計算補償電壓的大小，電流極性校正時的參考量為三相電流極性函數轉化到γ-坐標系的函數sγ的幅值，sγ的幅值與補償電壓大小無關為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應性強。再次把改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法應用到PMSM矢量控制系統中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進行了仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的有效性。對兩種仿真結果的對比分析，表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后，文章分析了連續空間矢量調制和斷續空間矢量調制的輸出波形的區別和死區對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產生的斷續SVPWM波，提出了根據電壓矢量和電流矢量的相位關系，通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度，對其進行死區補償的方法。給出了基本空間矢量作用時間調整的實現方法，并建立了MATLAB仿真模型，進行仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的正確性和有效性。
上傳時間： 2013-06-04
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永磁同步發電機由于一系列高效節能的優點，在工農業生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關注，其研究領域主要涉及永磁同步發電機的設計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發電機的基本原理，包括永磁同步發電機的結構形式和永磁同步發電機的運行性能，采用傳統解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數對外特性的影響規律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯匝數N和增大導線面積以減小阻抗參數。通過改變電機的結構參數，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術、微處理器技術以及控制技術的發展，基于轉子磁鏈定向的交流電機矢量控制系統以其優良的性能受到了廣泛應用。采用SVPWM逆變器的異步電動機矢量控制系統在轉速參考值變化或者負載轉矩參考值變化的動態情況下，參考電壓矢量可能會超出基本空間矢量構成的正六邊形，此時便出現動態過調制，需要用過調制策略將超出的電壓矢量重新限定在正六邊形邊界內。不同的過調制策略會給整個系統帶來不同的動態性能，本文在對過調制策略進行完善的基礎上，針對三種過調制策略對交流電動機動態性能的影響進行了研究，并對其機理進行了理論分析與探討。 @@ 本文首先以三相異步電動機在兩相靜止坐標系下的動態方程為基礎，按照轉子磁鏈定向，設計了轉子磁鏈觀測器，完成了勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦，并構建了基于SVPWM的異步電動機矢量控制系統的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，電流控制對系統性能具有重要影響。為了改善系統性能，所設計的矢量控制系統采用了同步電流控制，并對反電勢進行了前饋補償。 @@ 在分析了現有的三種過調制策略之后，對過調制策略進行了完善，并構建了異步電動機矢量控制系統的過調制仿真模型。過調制中，當原參考電壓矢量位于正六邊形中任意兩個扇區交界附近時，過調制策略2和3所得到的新電壓矢量仍會超出正六邊形邊界，過調制算法不再適用于此區域。針對以上不足，本文對過調制策略2和3進行了完善，使過調制算法適用于所有區域。采用完善后的過調制策略對轉速參考值變化和負載轉矩參考值變化的異步電動機矢量控制系統進行仿真，發現在加速與加載的條件下，過調制策略2的動態性能好于過調制策略1，而過調制策略3的動態性能最佳，具有最小的動態響應時間，暫態性能優良；在減載的條件下，過調制策略1和2能夠很快的進入穩定狀態，但是過調制策略3卻出現問題，動態響應時間很長，說明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探討了三種過調制策略導致不同動態性能的內在機理，通過對三種過調制策略中電壓矢量的幅值和相位進行分析，理論上解釋了出現不同動態響應時間的原因。出現過調制時，過調制策略2中新電壓矢量的幅值總是大于過調制策略1中新電壓矢量的幅值，所以動態性能更好。在加速和加 載條件下，過調制策略3中新電壓矢量的相位總是超前于過調制策略1和2中新電壓矢量的相位，因此可以獲得更快的動態響應，暫態性能更佳。但是在減載條件下，過調制策略3中新電壓矢量與原電壓矢量間的相位關系處于無規律的超前滯后狀態，導致過調制策略3出現問題，動態響應時間很長，說明此過調制策略有其不足之處，有待于改進。@@關鍵詞：SVPWM；矢量控制；過調制；動態性能
上傳時間： 2013-06-27
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同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動不敏感等良好的運行性能，在大功率電氣傳動領域獨占螯頭。同步電機雖然有很多優點，但它的最大缺點是起動困難。目前，大功率同步電機的軟起動大多采用靜止變頻器起動方式，但由于變頻器多采用晶閘管作為功率器件從而要依靠電動機產生的反電勢才能自行關斷并且輔助設備較多。而一旦逆變器換流失敗就會導致電動機起動失敗。針對晶閘管不能自行關斷的缺點，本文研究了一種以IGBT做為變頻器功率器件的轉速開環恒壓頻比控制的起動方法。 @@ 首先，根據同步電動機的工作原理對同步電動機的起動特性進行了詳細分析，并對全壓異步起動方法進行了仿真研究，得出了起動過程中電動機相電流、電磁轉矩等參數的變化曲線。針對異步起動過程中定子繞組產生過大沖擊電流的問題，提出了逐級變頻的轉速開環恒壓頻比控制同步電動機軟起動方法。闡述了逐級變頻開環控制同步電動機軟起動的原理，即通過逐級改變變頻器輸出頻率使轉子轉速跟隨定子旋轉磁場轉速逐級升高至額定值。推導出起動過程中變頻器逐級變化的頻率與電動機轉動慣量、電磁轉矩等參數的關系式。通過對一臺同步電動機做工頻起動和低頻起動的仿真研究，證明了同步電動機在低頻下依靠同步電磁轉矩自行起動的可行性。通過計算轉子轉速達到相應同步轉速的時間來確定變頻器逐級升高的電壓頻率隨時間的變化規律。然后，在采用電壓型交直交變頻器作為同步電機變頻電源的基礎上，設計了恒壓頻比逐級變頻軟起動的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK構建了轉速開環恒壓頻比控制同步電動機軟起動的數學模型，對同步電動機的起動過程進行仿真試驗，并且分別對空載起動和負載起動過程進行了分析。仿真結果驗證了轉速開環控制同步電動機軟起動的可行性。 @@ 針對同步電動機起動后的并網問題進行了理論分析，并研究了相應的并網控制方案。應用MATLAB/SIMULINK對并網過程進行仿真試驗，給出并網瞬間電網電壓、同步電機相電流等參數變化曲線，從而驗證了并網方案的可行性。 @@ 最后，對所做工作進行了總結，并展望了大功率同步電動機的軟起動技術。 @@關鍵詞：同步電動機；軟起動；變頻器；恒壓頻比
上傳時間： 2013-05-26
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近年來，多電平逆變器在高壓大容量電能變換中得到廣泛應用，而其控制策略和電路拓撲等已成為了研究熱點。相對傳統的兩電平逆變器，它具有效率高動態性能好，對電動機產生的諧波少，適合高壓大容量等優點。但隨著電平數的增加，基本控制算法越來越復雜，同時還存在中點電壓不平衡等問題。將DSP數字控制技術應用于多電平逆變器不僅簡化了系統的硬件控制電路，提高了系統性能，還可以實現系統的優化控制。 本文以二極管箝位式三電平逆變器為研究對象，首先介紹了三電平逆變器的拓撲結構和工作原理，對三電平逆變器的電路方程進行了深入的分析，在開關函數的基礎上建立了三電平逆變器的數學模型。在此基礎上，對空間電壓矢量脈寬調制（SVPWM）算法進行了改進，并詳細推導了該調制算法的計算公式，結合中點電位控制來確定開關矢量的作用順序，使仿真和實現都比較容易。然后重點分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡問題產生的原因，提出了一種能控制逆變器直流側電容中點電位平衡的電壓空間矢量脈寬調制方法。最后采用MATLAB仿真軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法和中點電位平衡控制方法進行了仿真分析，證明了該調制算法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-05-20
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繞組勵磁同步電機具有功率因數可調、效率高等優點，在工業大功率場合獲得了廣泛應用，因此研究和開發高性能的繞組勵磁同步電機驅動系統具有重大的經濟價值和社會效益。目前開發高性能繞組勵磁同步電機驅動系統所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉矩控制（DTFC）；另一種是磁場定向矢量控制（FOC）。繞組勵磁同步電機的矢量控制策略具有控制結構簡單，物理概念清晰，電流、轉矩波動小，轉速響應迅速，易實現數字控制等優點。因此，在交流傳動領域中，越來越受到學者的關注。但是，無論在國內還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統的理論體系構架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統進行了初步的理論探討，并進行了詳細的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統，打好堅實的基礎。本論文主要研究內容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻，對幾種常見的同步電機傳動系統進行了綜述，分析了同步電機變頻調速原理，在此基礎上，講述了無傳感器技術在同步電機中的應用現狀。無傳感器技術主要有兩大類：基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后，對轉子初始位置的估計進行了綜述，其方法有：基于電機定子鐵芯飽和效應的轉子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機轉子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機矢量控制的理論進行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構架。 @@ 首先，基于磁勢等效原理，將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉直流信號，將交流電機等效為直流電機進行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎上，得到凸極同步電機轉子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態空間描述的dq軸數學模型。 @@ 其次，根據模型參考自適應原理，對同步電機轉速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用，取同步轉速為零，得到同步電機αβ靜止坐標系下 的數學模型。將不含有轉子轉速信息的方程作為參考模型，將含有轉速參數的方程作為可調模型，根據波波夫超穩定性和正性原理，對轉子轉速進行估計。@@ 最后，根據模型參考自適應估計的轉子轉速，設計磁通觀測器來估計轉子磁通，實現磁通反饋閉環控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉子磁通分量進行重構，并通過極點配置算法，合理配置觀測器的極點，使觀測器滿足系統的性能指標，達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關狀態矢量，這六個開關矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉磁場。其次，根據空間電壓矢量所在的扇區，選擇相鄰有效開關矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關矢量的作用時間。并且，探討了扇區判斷和扇區過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調制（SVPWM）的性能。最后，根據每個扇區中開關矢量作用時間，采用軟件構造法，在TMS320LF2407A硬件上實現了SVPWM。實驗結果表明，該算法簡單易實現，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運行穩定，逆變器輸出電流正弦度好等優點。 @@ 空間矢量過調制算法的研究。在上述線性調制的基礎上，提出一種基于電壓空間矢量的過調制方法。過調制區域根據調制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時間： 2013-07-25
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