电力电子技术及应用

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出版者:
作者:张润和 编
出品人:
页数:376
译者:
出版时间:2008-8
价格:38.00元
装帧:
isbn号码:9787301135778
丛书系列:
图书标签:
  • 电力电子
  • 电力系统
  • 变流技术
  • 逆变器
  • 开关电源
  • 电机控制
  • 新能源
  • 电力变换
  • 电路分析
  • 应用技术
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具体描述

《21世纪全国本科院校电气信息类创新型应用人才培养规划教材•电力电子技术及应用》主要从器件、电路和电力电子开关器件的辅助电路等方面介绍了典型电力电子装置在电气工程巾的应用,并初步探讨了电力电子装置对电网的影响和可靠性问题。《21世纪全国本科院校电气信息类创新型应用人才培养规划教材•电力电子技术及应用》注重学科体系的系统性、完整性和教学所需的循序渐进性,各种变换电路的知识点相对集中,便于全面理解和掌握。重点和难点部分尽量内容翔实,便于自学。电力电子技术是20世纪70年代发展起来的新兴技术,是高新技术产业发展的主要基础技术之一,也是传统产业改造的重要手段。

《电力电子技术及应用》 这是一本深入探讨电力电子领域核心理论与前沿技术的专业著作,旨在为读者提供系统、全面且具有实践指导意义的知识体系。全书紧密围绕电力电子的核心概念展开,层层递进,从基础原理到高级应用,力求做到严谨与易懂相结合。 第一部分:基础理论与器件 本部分奠定了整个电力电子学习的基石。我们首先从半导体基础讲起,详细阐述PN结、MOSFET、IGBT等关键功率器件的工作原理、特性曲线、损耗模型以及驱动和保护电路的设计原则。特别地,将重点介绍这些器件在不同工作模式下的行为,以及它们如何影响电路的效率和可靠性。 接着,我们将深入剖析电力电子变换器的基本拓扑结构,包括DC-DC变换器(如Buck, Boost, Buck-Boost, Ćuk, SEPIC等),DC-AC变换器(单相和三相逆变器),以及AC-DC变换器(整流器,包括可控整流)。对于每种拓扑,都将详细分析其工作原理、开关模式、输出电压/电流的调制方式(如PWM),并推导关键参数的数学模型,帮助读者理解电压/电流控制的内在逻辑。 第二部分:控制策略与分析方法 在掌握了基本变换器之后,本部分着重于控制理论在电力电子系统中的应用。我们将介绍常用的控制方法,如PID控制、滞环控制、电流型控制、电压型控制等,并分析它们在实现精确电压/电流跟踪、抑制扰动和提高动态响应速度方面的优劣。 此外,本部分还将引入平均模型法等先进的分析工具,用于对电力电子变换器进行动态建模和稳定性分析。通过这些模型,读者可以更好地理解变换器的瞬态响应特性,为设计稳定可靠的控制系统提供理论依据。同时,还将讨论如何利用小信号模型进行环路增益分析和补偿器设计,以确保系统的稳定运行。 第三部分:关键应用领域 本部分将理论知识与实际应用紧密结合,聚焦于电力电子在现代工业和生活中的重要应用。 电源技术: 详细介绍开关电源(SMPS)的设计,包括高频开关电源、反激、正激、半桥、全桥等拓扑的电路设计、参数计算、电磁兼容(EMC)设计以及效率优化。同时,还将涵盖功率因数校正(PFC)技术,包括有源PFC和无源PFC,及其在提高电网质量方面的作用。 电机驱动: 深入探讨电力电子在电机驱动领域的应用,包括直流电机、交流电机(感应电机、同步电机)的变频调速技术。重点介绍各种PWM调制策略(如SVPWM)在实现平滑调速、提高效率和降低噪声方面的作用。还将涉及电动汽车、工业机器人等领域对电机驱动系统的特殊需求和解决方案。 可再生能源并网: 详细介绍太阳能光伏发电系统和风力发电系统中的电力电子变换器设计,包括最大功率点跟踪(MPPT)技术、并网逆变器的控制策略、谐波抑制以及并网安全要求。分析这些系统如何高效地将清洁能源输送到电网。 储能系统: 阐述储能电池管理系统(BMS)中的电力电子技术,包括电池充放电管理、均衡技术以及与电网的交互。介绍储能系统在电网调峰、削峰填谷以及提供备用电源等方面的作用。 特种应用: 简要介绍电力电子在其他领域的应用,如高压直流输电(HVDC)、电磁加热、感应加热、电弧炉、无功补偿装置(SVC、STATCOM)等,展示电力电子技术的广泛影响力。 第四部分:系统集成与新兴技术 本部分将视角提升至系统层面,讨论电力电子系统的集成、优化与发展趋势。 系统集成与优化: 讨论如何在实际工程中将不同的电力电子模块进行系统集成,以及如何进行整体的系统优化,以达到最佳的性能、效率和成本。例如,在电动汽车中,如何协调电机驱动、电池管理和车载充电系统。 可靠性与电磁兼容: 强调电力电子设备在实际工作环境中的可靠性问题,包括热管理、器件寿命预测、故障诊断与容错控制。同时,也探讨电磁兼容(EMC)设计的重要性,以及如何减小电力电子设备对周围环境的电磁干扰。 新兴技术与发展趋势: 展望电力电子领域的新兴技术,如宽禁带半导体器件(SiC, GaN)的应用及其带来的优势,数字控制技术在电力电子中的应用,以及智能化、网格化电力电子系统的发展方向。 本书的编写力求逻辑清晰,结构严谨,语言精练,并辅以丰富的图表和实例,希望能为工程师、研究人员和相关专业的学生提供一份有价值的参考资料,帮助他们深入理解电力电子技术,并在实际工作中解决相关问题,推动电力电子技术的不断发展。

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读后感

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用户评价

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我翻阅《电力电子技术及应用》的封面,对其中“电力电子在国民经济中的应用”这一部分充满了期待。我希望书中能够详细阐述电力电子技术如何渗透到各个领域,例如在工业生产中的电机驱动(变频调速)、电弧焊电源、感应加热;在新能源领域的太阳能光伏发电、风力发电、电动汽车充电桩、储能系统;在消费电子领域的开关电源、UPS、LED照明;以及在交通领域的轨道交通牵引、航空航航天电源系统等。对于每一个应用领域,我都希望能看到电力电子在其中扮演的关键角色,以及具体的解决方案和技术挑战。例如,在电动汽车充电方面,我希望了解快充技术(DC快充)的原理,包括高频开关电源的设计、功率器件的选择以及电池管理系统(BMS)的协同工作。

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我仔细研究了《电力电子技术及应用》的目录,对其中“电力电子的电磁兼容性(EMC)设计”这一块的内容有很高的期待。电力电子设备在工作时会产生电磁干扰(EMI),同时也容易受到外部电磁场的影响,因此EMC设计是至关重要的。我希望书中能详细介绍EMI的产生机理,包括传导发射和辐射发射,以及如何通过优化电路设计、PCB布局、屏蔽、滤波等措施来降低EMI。例如,如何设计合适的EMI滤波器来抑制高频开关噪声,如何通过差分走线、接地设计来减小辐射。同时,我也希望了解抗干扰(EMS)方面的内容,如如何提高设备对外部电磁干扰的免疫力,以确保其在复杂电磁环境下的稳定可靠运行。

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初次翻开《电力电子技术及应用》,我满心期待能在这本厚重的著作中找到关于最新电力电子器件如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)在新能源汽车逆变器、储能系统中的具体应用案例,以及它们在提高功率密度、降低损耗方面的详尽分析。我还希望能深入了解高频开关电源的设计技巧,例如如何优化EMI滤波器以满足严格的电磁兼容性要求,以及采用LLC、全桥谐振等拓扑结构在轻载效率提升方面的策略。同时,对于大功率电力电子变换器,如高压直流输电(HVDC)中的VSC换流器,其控制算法的先进性,包括多层级控制、模型预测控制的应用,也是我非常关注的重点。此外,书中对电力电子设备可靠性、电磁兼容性(EMC)和热管理技术的设计指南,以及如何根据不同应用场景选择合适的器件和设计方案,都希望能有深入的阐述。我对书中是否包含对当前热门的无线充电技术,尤其是多线圈、谐振耦合等方面的详细解析,以及其在电动汽车、消费电子领域的实际应用前景,也抱有浓厚的兴趣。

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我翻阅《电力电子技术及应用》时,对其中“电力电子的未来发展趋势”这一章节尤其关注。我希望书中能够展望电力电子技术在未来几年甚至几十年的发展方向,包括新型宽禁带半导体材料(如SiC、GaN)的进一步推广应用,以及第三代半导体材料(如金刚石)的潜力。我期待看到对模块化设计、集成化设计、智能化控制的探讨,以及电力电子技术在物联网(IoT)、人工智能(AI)、5G通信、智能电网等新兴领域的应用前景。例如,在智能电网方面,我希望能了解柔性交流输电系统(FACTS)和高压直流输电(HVDC)在电网稳定性和效率提升方面的作用,以及电力电子在分布式能源接入和管理中的关键地位。

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我非常期待在《电力电子技术及应用》中找到关于“电力电子的仿真与测试”的详细指导。这包括如何使用Matlab/Simulink、PSIM、PLECS等仿真软件来对电力电子变换器进行建模和仿真,以预测其性能、验证设计方案,并优化控制参数。我希望看到针对不同拓扑结构和控制策略的仿真模型构建方法,以及如何通过仿真来分析系统的稳定性、动态响应和稳态精度。在测试方面,我期待了解电力电子产品的标准测试方法,包括效率测试、纹波测试、EMI测试、热性能测试、可靠性测试等,以及如何使用示波器、功率分析仪、LCR表、热像仪等仪器进行实际测量和数据分析。

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我对于书中的“电力电子器件”章节寄予厚望,希望能深入探讨当前广泛使用的各种电力电子器件,包括MOSFET(特别是Super Junction MOSFET)、IGBT、BJT、SCR、TRIAC,以及新型宽禁带半导体器件如SiC MOSFET、SiC JFET、GaN HEMT等。我希望书中能详细介绍这些器件的特性曲线,包括电压-电流特性、开关特性(开关损耗、栅电荷、输出电容)、热特性(结温、导热模型)以及可靠性数据。对于SiC和GaN器件,我期待看到它们在耐高压、高频开关、低导通电阻、低损耗等方面的优势分析,以及在具体应用中(如电动汽车车载充电器、服务器电源、光伏逆变器)如何通过器件的集成和优化设计来提升整体性能。此外,对于器件的封装技术、驱动电路的设计以及保护措施(如过压、过流、过温保护)的考虑,也都是我关注的重点。

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在“电力电子控制”这一块,我原本预期会看到非常详尽的控制策略和设计方法。例如,对于经典的PID控制,我希望了解其在电力电子变换器中的具体应用,包括参数整定方法(如Ziegler-Nichols法、临界比例法)以及如何应对系统的非线性特点。更进一步,我期待看到先进的控制技术,如模糊逻辑控制(FLC)、神经网络控制(NNC)、模型预测控制(MPC)在改善变换器动态性能、抑制纹波、提高效率方面的实际应用效果。对于多相变换器或多变换器并联系统,其均流控制和功率共享策略也是我非常感兴趣的部分。在理解这些控制算法的同时,我更希望看到如何通过DSP、FPGA等数字控制器来实现这些复杂的控制算法,包括采样、量化、滤波、PWM生成等具体实现细节。

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我对书中“电力电子系统设计与集成”这章的内容抱有很高的期望,希望能够学到如何从整体系统层面来考虑电力电子产品的设计。这包括对电源拓扑的选择、元器件的匹配、PCB布局布线、热设计、电磁兼容性(EMC)设计、可靠性分析、安全规范等方面的综合考量。例如,在设计一款高功率密度、高效率的开关电源时,如何合理布局高低压部分,如何减小寄生参数对开关损耗和EMI的影响,如何有效地散热以保证器件的可靠工作。此外,书中如果能提供一些实际案例的分析,例如一款服务器电源或一款太阳能逆变器的详细设计流程,以及在实际制造过程中可能遇到的问题和解决方案,那将非常有价值。

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在阅读《电力电子技术及应用》的过程中,我特别希望书中能够包含关于“电力电子的保护与可靠性”的深入探讨。这涉及到如何设计有效的过电压、过电流、过温保护电路,以及如何防止器件的击穿和失效。例如,对于MOSFET或IGBT等开关器件,如何通过栅极驱动电路的设计来保证其可靠开关,以及如何防止dV/dt或di/dt过高导致的误触发或损坏。在可靠性方面,我期待看到关于器件寿命预测、系统故障分析、以及冗余设计等方面的介绍。尤其是在高电压、大电流的应用场景,可靠性是至关重要的。书中是否能提供一些关于功率循环、热循环对器件寿命影响的分析,以及相应的减缓措施,将对我非常有帮助。

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这本书的目录中,“电力电子变换器”这部分内容,我原本设想会涵盖各种主流的DC-DC、DC-AC、AC-DC变换器拓扑,例如Buck、Boost、Flyback、Forward、Half-bridge、Full-bridge、Cuk、SEPIC以及各种多电平变换器(如NPC、H桥级联)的原理、优缺点、工作模式分析,并配以详细的数学模型推导和电路仿真结果。我特别期待能看到如何根据具体的应用需求(如电压、电流等级、效率要求、成本限制、开关频率等)来选择最合适的拓扑结构,以及进行初步的器件选型和参数设计。例如,在设计一个高效率的LED驱动电源时,可能会涉及到反激式变换器或Buck-Boost变换器的选择,以及如何通过优化PWM控制策略来降低纹波和提高瞬态响应。另外,对于那些复杂的、非隔离的变换器,如SEPIC和Cuk,我希望能看到更直观的能量流动分析,以及它们在某些特定应用中的优势体现。

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