电力电子变流技术实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:栗书贤编

出品人:

页数:124

译者:

出版时间:2005-8

价格:10.00元

装帧:平装

isbn号码:9787111055297

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 变流技术
• 实验
• 电力系统
• 电子技术
• 电路分析
• 控制工程
• 新能源
• 电力驱动
• 高等教育

《电力电子变流技术实验》 一、 什么是电力电子变流技术？ 电力电子变流技术是当今电力电子领域的核心组成部分，它专注于研究如何通过电力电子器件（如晶闸管、MOSFET、IGBT等）来控制和改变电能的形态、性质和参数。简单来说，就是利用固态器件将一种形式的电能转换为另一种形式的电能，并在此过程中实现对电能的精确控制。 与传统的机电设备（如电机、变压器）相比，电力电子变流技术具有效率高、体积小、重量轻、响应速度快、控制灵活、噪音低等诸多优点，因此在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。 二、 电力电子变流技术的核心内容 电力电子变流技术的研究范畴非常广泛，但其核心内容可以概括为以下几个方面： 1. 电力电子器件: 这是电力电子技术的基础。电力电子器件是实现电能变换的“开关”，它们的性能直接决定了变流器的效率、功率等级、开关频率等关键指标。常见的电力电子器件包括： 二极管: 最简单的电力电子器件，具有单向导电性，常用于整流电路。 晶闸管 (Thyristor): 是一种可控开关器件，一旦导通，即使门极信号消失，只要阳极电压不反向，它会持续导通。通常需要触发电路来控制其导通。 场效应晶体管 (MOSFET): 一种电压控制型开关器件，易于驱动，开关速度快，但耐压能力相对较弱，适用于低压大电流的应用。 绝缘栅双极晶体管 (IGBT): 结合了MOSFET的易驱动性和功率GTR的耐压能力，是目前应用最广泛的高功率开关器件之一。 其他器件: 如GTO（门极关断晶闸管）、IGCT（集成门极换向晶闸管）等，在一些特殊场合也有应用。 对这些器件的特性、工作原理、驱动方式、保护措施等进行深入研究，是掌握电力电子变流技术的前提。 2. 变流电路拓扑: 变流电路是电力电子技术的核心载体，它决定了电能变换的实现方式。根据输入和输出电能的形式，变流电路可以分为： AC-DC 变流器（整流器）： 将交流电转换为直流电。例如，我们在日常生活中使用的手机充电器、电脑电源等都属于AC-DC 变流器。整流器又可以分为不可控整流（使用二极管）、半控整流（使用晶闸管和二极管）和全控整流（使用晶闸管或功率半导体器件）等。 DC-AC 变流器（逆变器）： 将直流电转换为交流电。例如，太阳能光伏发电系统中的逆变器，将太阳能电池产生的直流电转换为可并网的交流电；电动汽车中的电机驱动系统，也需要DC-AC 变流器将电池的直流电转换为驱动电机所需的交流电。逆变器根据输出波形的不同，又可以分为方波逆变器、准方波逆变器和正弦波逆变器（SPWM逆变器）等。 DC-DC 变流器（直流斩波器）： 将一个直流电压变换为另一个不同直流电压。这是实现高效、精确电压控制的关键。常见的DC-DC 变流器拓扑包括： 升压斩波器 (Boost Converter): 输出电压高于输入电压。 降压斩波器 (Buck Converter): 输出电压低于输入电压。 升降压斩波器 (Buck-Boost Converter): 输出电压可以高于或低于输入电压，但极性相反。 四象限斩波器 (Four-Quadrant Converter): 能够实现双向电流和电压控制，常用于电机驱动等需要能量回馈的应用。 AC-AC 变流器（交流变流器）： 直接将一种频率和幅值的交流电转换为另一种频率和幅值的交流电，而无需经过直流环节。例如： 交流调压器 (AC Voltage Controller): 改变交流电压的幅值，但不改变频率。 周期性变流器 (Cycloconverter): 将一个固定频率的交流电转换为另一个较低频率的交流电。 直接频率变换器 (Direct Frequency Changer): 改变交流电的频率，但不改变幅值。 对各种变流电路拓扑的分析、设计和优化，是实现特定功能的核心。 3. 控制策略: 仅仅拥有合适的变流电路拓扑和功率器件是不够的，还需要精密的控制策略来指导这些器件的开关，从而实现对输出电能的精确控制。控制策略的目的是在满足特定输出要求（如电压、电流、频率、功率因数等）的同时，最大化系统的效率、减小谐波、保证系统的稳定性。常见的控制策略包括： 脉冲宽度调制 (PWM): 是实现DC-AC 和DC-DC 变流器输出电压和电流控制最常用的技术。通过改变脉冲的宽度来控制平均电压，从而达到所需的输出。SPWM（正弦脉冲宽度调制）是实现高质量正弦波输出的关键。 滞环控制 (Hysteresis Control): 是一种简单的跟踪控制方法，通过在一个预设的误差范围内进行开关控制，能够快速响应负载变化，但输出电流（或电压）的纹波较大。 模型预测控制 (MPC): 利用系统的数学模型来预测未来一段时间的系统行为，并选择最优的控制序列。MPC具有良好的动态性能和鲁棒性，但计算复杂度较高。 数字控制: 随着微处理器和DSP技术的发展，数字控制在电力电子领域扮演着越来越重要的角色。数字控制能够实现更复杂、更灵活的控制算法，并易于集成通信和保护功能。 4. 系统集成与应用: 电力电子变流技术最终是为了解决实际工程问题而服务的。因此，系统集成和具体应用是电力电子变流技术的重要组成部分。这包括： 电磁兼容性 (EMC): 电力电子变流器在工作时会产生电磁干扰，需要采取措施来抑制和减小干扰。 散热设计: 大功率电力电子器件在工作时会产生大量的热量，良好的散热设计是保证器件可靠运行的关键。 保护与安全: 需要设计各种保护电路来防止过压、过流、过温等故障，保证设备和人身安全。 具体应用: 电力电子变流技术广泛应用于： 工业传动: 电机驱动、机器人控制等。 新能源发电: 太阳能发电、风力发电系统的并网逆变器。 电动汽车: 电机驱动、车载充电器、DC-DC 变换器。 电力系统: 高压直流输电 (HVDC)、柔性交流输电系统 (FACTS)。 消费电子: 开关电源、LED照明驱动。 航空航天: 空间电源系统、飞行器控制。 三、 为什么学习电力电子变流技术？ 学习电力电子变流技术，意味着你将深入了解如何高效、灵活地控制和转换电能。这不仅是理解现代电力系统运行机制的关键，也是掌握许多前沿技术（如新能源、电动汽车、智能电网）的基础。 提升能源利用效率: 电力电子变流技术是提高能源利用效率的重要手段，例如，高效的开关电源能够显著降低待机功耗，高效的电机驱动能够减少能源浪费。 推动技术创新: 许多新兴技术的实现，都离不开电力电子变流技术的支持。例如，高效电动汽车的续航里程、太阳能发电的稳定并网，都高度依赖于先进的变流技术。 拓展职业发展空间: 掌握电力电子变流技术的专业人才，在新能源、电动汽车、智能制造、电力电子设备研发等领域有着广阔的就业前景。 四、 总结 电力电子变流技术是一个集理论与实践于一体的复杂而迷人的学科。它涵盖了电力电子器件、变流电路拓扑、控制策略以及系统集成等多个方面。随着科技的不断发展，电力电子变流技术的应用领域还在不断拓展，其重要性也日益凸显。深入理解和掌握电力电子变流技术，将为你在未来的学习和职业生涯中打下坚实的基础。

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这本书的结构安排极具逻辑性，从基础的开关器件特性测试，逐步过渡到复杂的多电平变流器结构，这种螺旋上升的学习路径设计，非常符合认知规律。我注意到，每一章节后的“思考与拓展”部分，都设置了一些开放性的问题，这些问题往往需要读者结合其他学科知识（如控制理论、电磁兼容性EMC）进行综合分析，极大地提升了教材的深度和广度。它迫使我们不能仅仅停留在验证书本知识的层面，而是要主动去探索变流器在实际工况下的性能极限和优化空间。坦率地说，市面上很多实验指导书，其深度往往停留在验证现有理论的水平，而这本书却明显在引导我们超越理论，去构想更高效、更可靠的变流系统设计方案。这种鼓励探索的精神，对于培养未来的创新型工程师群体，无疑具有长远的价值。

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最让我感到惊喜的是，这本书并未将技术停留在当前的成熟阶段，而是对未来变流技术的发展趋势，例如宽禁带半导体器件（SiC、GaN）在变流器中的应用前景，进行了前瞻性的介绍和初步的实验设想。虽然篇幅不长，但这种“立足当下，展望未来”的视角，让读者在掌握现有技术的同时，对行业的前沿发展保持敏感度。在实验设计中，作者巧妙地融入了绿色能源并网、电动汽车充放电等热点应用场景的简化模型，这使得实验不再是孤立的技术堆砌，而是与实际工程需求紧密挂钩。这种与时俱进的编撰理念，确保了这本书在未来几年内仍能保持其实用价值和指导意义，对于希望站在行业前沿的读者来说，这是一本极具前瞻性的实践指南。

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翻开这本书，我立刻感受到了作者在编写过程中倾注的心血与对细节的极致追求。不同于一些教科书那样只是罗列公式和标准流程，这本书更像是一位经验丰富的导师，手把手地带着你走进变流技术的世界。例如，在介绍传感器和数据采集模块时，作者没有采用通用的描述，而是针对不同功率等级的变流器，给出了具体的选型建议和抗干扰措施，这对于我们进行大功率实验项目时规避潜在风险至关重要。更令人称道的是，书中对故障诊断和安全操作规范的强调达到了前所未有的高度。在电力电子实验中，安全永远是第一位的，这本书用大量的篇幅来警示潜在的危险，并提供了详尽的应急处理流程，这体现了作者深厚的工程素养和高度的责任感。这种以安全和实用为导向的叙事方式，让读者在学习技术的同时，也树立了严谨的科学态度。

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作为一名常年与各种测试设备打交道的工程师，我对教材中涉及的测量仪器和数据分析方法的描述尤为关注。这本书在这方面做得非常出色，它没有使用模糊的“使用示波器测量”这样的表述，而是详细说明了探头选择、耦合方式、时间基准设置等一系列影响测量准确度的关键因素。特别是对于谐波分析和频谱测试部分，提供了基于MATLAB或LabVIEW的后处理方法简介，这使得实验结果的量化和可视化达到了很高的标准。过去我们在做实验时，常常会因为测量误差导致对系统性能的误判，而这本书提供的这些“经验之谈”和“陷阱避让”指南，极大地提高了实验的可信度和重复性。它真正做到了将理论分析与精确的实验测量紧密结合起来，是理论指导实践，实践反哺理论的典范。

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这本《电力电子变流技术实验》的出版，无疑为我们这些身处电力电子领域，尤其是侧重于实践操作的人员，提供了一份宝贵的资源。我拿到这本书的时候，首先被其厚重而专业的封面设计所吸引，它不像市面上一些浮于表面的教材，而是散发着一种扎实可靠的气息。内页的排版清晰明了，图文并茂的风格使得原本复杂的理论知识变得直观易懂。特别是对于实验步骤的描述，细致入微，即便是初学者也能遵循指南，逐步搭建起自己的实验平台。书中对各种变流电路，例如PWM逆变器、斩波电路的原理剖析得非常透彻，结合实验现象，让人能真正理解“输入如何影响输出”的关键所在。我个人尤其欣赏的是，它不仅仅停留在“如何做实验”的层面，更深入探讨了实验结果背后的物理意义和工程应用价值，这对于培养独立思考和解决实际问题的能力至关重要。在众多变流技术书籍中，这本书的侧重点非常明确，聚焦于动手实践，这一点对我日常的工作和学习帮助极大。

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