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出版者:

作者:浣喜明 编

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页数:0

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价格:12.20元

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isbn号码:9787040092769

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 电力系统
• 电子技术
• 开关电源
• 逆变器
• 整流器
• 电力变换
• 电路分析
• 控制工程
• 新能源

现代能源转换系统：理论、设计与应用 本书导论 随着全球对可持续能源需求的日益增长和能源结构的深刻变革，电力电子技术作为连接可再生能源、储能系统与现代电网的核心桥梁，其重要性已达到前所未有的高度。本书《现代能源转换系统：理论、设计与应用》旨在为电气工程、能源科学及相关领域的工程师、研究人员和高年级本科生提供一个全面、深入且面向实践的知识体系。我们聚焦于当前主流的电力转换拓扑、控制策略及其在实际工程系统中的集成应用，强调从基础理论到前沿工程实践的无缝衔接。 第一部分：电力电子基础与器件物理 本部分是构建高级转换器知识的基础。我们首先回顾了半导体器件的物理特性，详细阐述了功率开关器件（如 MOSFET、IGBT、SiC MOSFET 和 GaN HEMT）的工作原理、关键参数（如导通损耗、开关损耗、热管理需求）及其选型标准。不同于传统教材的简单罗列，我们深入探讨了宽禁带半导体（WBG）技术在提升系统效率和功率密度方面的革命性潜力，并对器件的可靠性与寿命进行了深入分析。 随后，我们系统地介绍了线性稳压器与开关稳压器的设计哲学差异，并详细分析了基本的直流-直流（DC-DC）转换拓扑：从基础的 Buck、Boost、Buck-Boost 到更高性能的 Cuk、SEPIC、Flyback 以及隔离型电路如全桥和半桥 LLC 谐振变换器。每一拓扑的分析都包含了： 1. 基本工作模态分析： 详细推导在连续导通模式（CCM）和不连续导通模式（DCM）下的输入/输出关系、电流纹波和电压应力。 2. 关键设计参数的确定： 如何基于特定应用需求（如效率目标、功率密度、输出电压精度）选择合适的开关频率、占空比和储能元件（电感和电容）的规格。 3. 开关损耗与热设计： 结合器件数据手册，量化不同工作频率下的损耗模型，并介绍有效的散热技术，如热管、均热板的应用。 第二部分：交流电能质量与多电平技术 现代电网对接入电源的电能质量要求日益严苛。本部分聚焦于交流侧的变换器技术，特别是逆变器（Inverters）的设计与控制。我们详尽论述了单相和三相电压源逆变器（VSI）的调制技术： 正弦脉宽调制 (SPWM)： 经典方法的深入剖析，包括载波比对谐波抑制和直流利用率的影响。 空间矢量调制 (SVM)： 重点讲解其在三相系统中的优越性，通过相量图和扇区划分，精确控制输出电压的幅值和角度，实现最低谐波失真。 针对高压大功率应用，谐波抑制和降低器件电压应力成为关键。本书将多电平逆变器技术作为核心内容进行阐述： 级联H桥 (CHB) 逆变器： 结构、模块化设计及独立电压平衡控制策略。 中点钳位 (NPC) 逆变器： 探讨三电平与五电平结构，重点分析直流母线中点电压的动态平衡技术，包括零矢量注入法和混合调制策略。 飞跨电容 (Flying Capacitor, FC) 逆变器： 针对中低压应用，讲解电容电压的软平衡与硬平衡控制方法。 在电能质量控制方面，我们详细介绍了并联有源电力滤波器（APF）的原理，包括基于dq旋转坐标系的电流解耦控制，用于抑制电网谐波和补偿无功功率。 第三部分：先进控制理论与磁性元件设计 高效可靠的运行离不开精确的反馈控制。本部分将控制理论应用于电力电子系统，重点关注系统稳定性和动态响应的优化。 1. 小信号建模： 针对DC-DC和DC-AC变换器，采用平均状态空间法（Average State Space Modeling）建立精确的小信号模型，分析系统的固有零点和极点。 2. 经典控制与现代控制： 深入讲解PID控制器的参数整定，特别是利用伯德图（Bode Plot）进行环路设计，确保足够的相位裕度和增益裕度。此外，我们引入了先进的滑模控制 (SMC) 和无源性控制在应对系统非线性和扰动时的应用优势。 3. 磁性元件的集成化设计： 考虑到高频化趋势，电感器和变压器的设计不再是简单的经验公式。本书提供了一个系统的设计流程：从磁芯材料（如铁氧体、非晶合金）的选择，到绕组布局（集肤效应、邻近效应的考量），以及优化电磁兼容性（EMC）的设计技巧，确保磁性元件在高速开关下的低损耗和高可靠性。 第四部分：现代能源系统的应用集成 理论的价值最终体现在系统的集成与应用上。本部分将前述技术应用于当前最热门的能源领域。 光伏发电系统 (PV)： 详细介绍最大功率点跟踪 (MPPT) 算法的对比与优化，包括扰动与观察法（P&O）和增量电导法，以及双级式（DC-DC升压 + DC-AC逆变）和单级式并网逆变器的架构选择与控制策略。 电能存储系统 (ESS)： 聚焦于电池管理系统（BMS）中对电池组进行精确的均衡控制（主动均衡与被动均衡），以及储能双向变换器（Bi-directional Converter）的设计，实现电能的高效充放电管理。 电动汽车驱动系统 (EV)： 分析三相永磁同步电机（PMSM）和开关磁阻电机（SRM）的驱动拓扑，重点阐述矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）在实现高动态性能扭矩控制中的核心作用，以及电机参数辨识的在线方法。 微电网与智能电网接口： 探讨并网点的阻抗控制（虚拟同步机概念）、孤岛检测与自恢复技术，确保电力电子变换器在复杂电网环境下的稳定运行能力。 结语 本书不仅是一本教科书，更是一本面向工程实践的参考手册。通过对严谨数学模型的深入剖析与对前沿工程案例的详尽介绍，我们期望读者能够掌握现代电力电子系统的“设计语言”，有能力应对未来能源转型中遇到的复杂挑战。

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这本书的深度简直让人叹为观止！我之前对这方面的知识了解得十分零散，总感觉知识体系里有很多断层。拿到这本书后，那种豁然开朗的感觉真是难以言喻。作者的叙述方式非常细腻，尤其是在处理那些复杂的数学模型和物理原理时，他总能找到一种既严谨又不失通俗易懂的平衡点。我记得有几章涉及到开关电源的设计与优化，原以为会是枯燥的公式堆砌，结果作者通过大量的实例和图示，把那些抽象的概念具象化了。比如他讲解的脉宽调制（PWM）的各种控制策略，不仅给出了理论推导，还结合实际电路的响应特性进行了分析，这对于工程实践者来说简直是宝贵的财富。读完后，我感觉自己对整个电力电子系统的运行机制有了更宏观的认识，不再是只见树木不见森林。那种系统性的知识构建，让我在后续的学习和工作中，面对新问题时，都有了一个清晰的分析框架。这本书的排版和逻辑结构也设计得非常人性化，章节之间的衔接流畅自然，使得长时间阅读也不会感到疲惫。

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说实话，这本书的厚度一开始让我有点望而却步，但一旦沉浸其中，时间仿佛都静止了。它更像是一部详尽的百科全书，而不是一本普通的教材。我尤其欣赏作者在介绍新兴技术趋势时所展现出的前瞻性。比如关于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等第三代半导体材料在电力电子器件中的应用，这本书没有停留在简单的介绍层面，而是深入剖析了它们在提高系统效率、减小体积和提升工作频率方面的潜力与面临的挑战。那种对前沿技术的敏锐捕捉和深入剖析，让这本书的价值远远超出了基础知识的范畴。我感觉自己不仅仅是在学习已有的知识，更像是在参与一场与行业顶尖专家的思想对话。作者在论述中引用的参考文献也极为广泛和权威，这为想要进行更深层次研究的读者提供了坚实的支撑。每一次翻阅，总能从中挖掘出新的知识点，这种持续学习的动力，正是好书的魅力所在。

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这本书的语言风格非常独特，它有一种沉稳而又不失激情的学者气质。阅读过程中，我时常会被作者那种对电力电子领域深深的热爱所感染。他处理一些经典理论时，不是简单地复述教科书上的定义，而是会加入很多历史背景和发展脉络的介绍，让人明白这些技术是如何一步步演变至今的。比如在分析逆变器拓扑结构时，作者会追溯到最初的设计理念，然后逐步过渡到现代高效拓扑的演化过程，这种“溯源而上”的讲解方式，极大地提升了阅读的趣味性。而且，作者在对复杂概念进行解释时，习惯使用类比的手法，虽然没有直接画出过于花哨的示意图，但文字本身的画面感却极其强烈。对于自学者而言，这种注重逻辑和内涵的叙述方式，比那些过度依赖图表的书籍更具启发性，因为它强迫读者的大脑去主动构建知识模型。

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我得承认，这本书的难度曲线是存在的，尤其是在深入到器件级的建模和仿真那一块时，需要一定的数学基础和耐心去啃。但正是这份“硬核”，才让它在众多同类书籍中脱颖而出。它没有为了迎合初学者而稀释核心内容，而是坚守了工程科学的严谨性。我特别喜欢作者在章节末尾设置的“思考与拓展”部分，那些问题往往是开放式的，引导读者去思考如何将理论应用于实际的复杂工况中，而不是仅仅停留在验证公式的正确性上。例如，书中对电磁兼容性（EMC）问题的讨论，不仅指出了常见问题，还结合了具体的布局和滤波设计给出了实用的规避方案。这种从“是什么”到“怎么做”的完美过渡，使得这本书成为了一个绝佳的“工具书”和“参考手册”，每当遇到棘手的工程问题，翻开它总能找到解决问题的思路和理论支撑。

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这本书给我的整体印象是，它代表了一种高标准的学术和工程思想的结合体。它的价值不在于提供了快速解决问题的“捷径”，而在于培养读者独立思考和系统分析的能力。我特别赞赏作者在描述器件损耗模型时的细致入微。他清晰地划分了传导损耗和开关损耗，并详细阐述了如何根据不同的工作频率和负载条件来优化选择合适的器件类型。这种深度分析，对于任何致力于提高系统效率、降低系统成本的工程师来说，都是至关重要的。书中的案例分析往往结构完整，从需求分析到方案设计，再到性能评估，每一个步骤都交代得清清楚楚，使得理论知识能够有效地落地。读完这本书，我感觉自己对如何设计一个健壮、高效的电力变换系统，有了一种全新的、更具信心的视角。它不仅是一本技术书，更像是一位经验丰富的导师，在旁边默默地指导着我的每一次设计决策。

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