Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Sheppard J. Salon

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:1995-07-31

价格:USD 159.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792395942

丛书系列:

图书标签:

• 有限元
• Finite Element Analysis
• Electrical Machines
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• Power Systems
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现代电力电子系统中的电磁兼容性与噪声抑制技术 作者：[作者姓名] 出版年份：[出版年份] 出版社：[出版社名称] --- 简介 本书系统深入地探讨了现代电力电子系统在高速发展过程中所面临的关键挑战之一：电磁兼容性（EMC）与噪声抑制。随着功率半导体器件开关频率的不断提高、系统集成度的日益增强，电力电子转换器产生的电磁干扰（EMI）已成为影响设备可靠性、系统性能乃至整个电网稳定性的重要因素。本书旨在为电力电子工程师、系统设计师以及相关领域的研究人员提供一套全面、实用的理论框架和工程实践指南，以理解、预测和有效控制电力电子系统中的电磁噪声。 本书的结构设计旨在实现从基础理论到复杂应用场景的平滑过渡。首先，我们奠定了理解EMI/EMC问题的电磁场基础，随后聚焦于开关电源产生的特定噪声源，最后详细阐述了多种先进的抑制技术和测试验证方法。 --- 第一部分：电磁兼容性基础与噪声源建模 本部分为后续深入分析奠定坚实的理论基础，重点剖析电力电子设备产生噪声的内在机理。 第一章：电力电子系统中的电磁干扰基础 本章首先介绍了电磁兼容性的基本概念、标准（如CISPR、FCC、IEC等）以及电力电子设备必须满足的合规性要求。随后，详细阐述了EMI的四种耦合路径： 传导耦合、辐射耦合、容性耦合 和 感性耦合。特别地，本书强调了非线性电流和电压波形作为所有EMI问题的根本源头，并介绍了傅里叶分析在识别噪声频率成分中的关键作用。 第二章：高频开关效应与瞬态现象分析 现代电力电子转换器（如PWM变频器、开关模式电源SMPS）的性能在很大程度上取决于功率器件的开关速度。本章深入分析了IGBT、SiC MOSFET等器件在高频开关过程中产生的电压尖峰（Overshoot） 和 电流拖尾（Ringing） 现象。通过对开关 $dv/dt$ 和 $di/dt$ 的精确建模，我们量化了这些瞬态行为对系统内寄生电感和电容的激发效应，并引入了波传播理论来解释长导线和母线上的噪声反射问题。 第三章：开关噪声源的拓扑分析 本章将理论分析具体化到常见的电力电子拓扑结构中。针对三电平逆变器（NPC）、模块化多电平变流器（MMC） 和 高频DC-DC转换器，我们系统地识别出主要的噪声产生区域： 1. 直流母线纹波与共模噪声： 分析开关动作如何通过器件封装和散热器引入共模电压。 2. 输出端谐波电流： 探讨调制策略（如空间矢量调制）对输出电压谐波谱的影响，及其对负载侧感性元件的激发。 3. 驱动电路噪声： 阐述栅极驱动回路中电流回路面积和高频开关信号对附近控制电路的干扰。 --- 第二部分：噪声传播路径与系统级建模 在理解了噪声源之后，本部分致力于分析这些噪声是如何在系统中传播并最终辐射出去或干扰其他电路的。 第四章：回路面积、寄生参数与传导路径分析 本章聚焦于传导EMI的物理基础。详细分析了PCB布局、走线宽度、元件封装对寄生电感和电容的影响。我们引入了最小电流回路面积原则，并通过实例展示了如何通过优化元件布局来显著降低高频 $di/dt$ 产生的感性噪声。此外，本章还讨论了接地设计（如单点接地、多点接地）在抑制传导噪声中的作用及潜在风险。 第五章：辐射发射的电磁场理论与建模 辐射EMI是EMC设计中的关键难题。本章深入探讨了如何将电路中的高频电流回路视为环形天线。我们应用等效偶极子模型和小孔电磁场理论来预测系统外壳和缝隙的辐射强度。本章特别关注屏蔽效能（SE） 的计算方法，包括反射、吸收和多次反射损耗，为后续的屏蔽设计提供定量依据。 第六章：信号完整性（SI）与电源完整性（PI）的交叉影响 EMI问题往往与SI/PI紧密相关。本章探讨了高速数字信号和高频功率信号在同一系统中可能存在的相互干扰。重点分析了电源分配网络（PDN） 的阻抗特性，以及当PDN阻抗与噪声源频率匹配时所发生的谐振现象，这直接导致了严重的电压跌落和噪声注入。本书提供了一种时域分析方法来评估PDN的瞬态响应。 --- 第三部分：先进的噪声抑制与电磁兼容设计技术 本部分是本书的工程实践核心，提供了从器件级到系统级的、经过验证的EMC设计策略。 第七章：滤波器设计与阻抗匹配技术 滤波器是抑制传导和辐射噪声的“第一道防线”。本章详细介绍了针对电力电子应用的EMI滤波器设计： 1. 共模（CM）和差模（DM）噪声分离与抑制： 针对性的设计LCL、LC滤波器组。 2. 高频去耦电容选型： 讨论不同介质（MLCC、薄膜电容）在高频特性上的差异及其在母线旁边的优化布局。 3. 吸收器件的应用： 介绍使用铁氧体磁珠（Ferrite Beads） 优化特定频率的阻抗，以及瞬态电压抑制器（TVS） 在保护敏感电路免受尖峰干扰中的作用。 第八章：屏蔽、接地与封装的优化设计 有效的物理隔离是控制辐射干扰的关键。本章详细阐述了屏蔽体的设计原则： 金属外壳的选择与开孔管理： 如何通过有限元分析（FEA）工具优化导电垫片和缝隙尺寸，以维持高屏蔽效能。 接地结构的设计： 提出针对高频噪声的低阻抗直流接地网设计，并明确区分控制地、功率地与信号地之间的连接策略。 导线和电缆的屏蔽与滤波： 讨论屏蔽电缆的正确端接（360°接触）以及在入口处的共模扼流圈应用。 第九章：功率器件的门极驱动优化与开关控制策略 针对开关噪声的源头控制，本章深入探讨了门极驱动器（Gate Driver） 对开关 $dv/dt$ 和 $di/dt$ 的影响。介绍了软开关技术（如ZVS/ZCS） 在降低开关损耗和EMI方面的潜力。此外，还讨论了调制策略对谐波特性的影响，如高频注入法和改进的SVPWM，以期在实现更高调制指数的同时，将噪声能量转移到更易于过滤的频率范围。 第十章：电磁兼容性测试、验证与故障排除 本章将理论设计落实到实际测试环节。详细介绍了传导发射（CE） 和 辐射发射（RE） 的测试标准、环境要求（如电波暗室）。重点介绍了瞬态抗扰度测试（EMS），特别是静电放电（ESD） 和 电快速瞬变脉冲群（EFT） 对系统稳定性的考验。最后，本书提供了一套系统的EMC故障排除流程，指导工程师如何在测试结果不理想时，快速定位并隔离噪声源头。 --- 目标读者 本书主要面向从事电力电子变流器、工业自动化驱动、电动汽车电源管理系统、以及高频开关电源研发的工程师和技术人员。同时，它也是高等院校电力电子、电磁兼容性课程的优秀参考教材。 --- 关键词： 电磁兼容性（EMC）、电磁干扰（EMI）、功率电子、开关噪声、传导发射、辐射发射、滤波器设计、屏蔽技术、门极驱动、接地设计、瞬态分析。

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作为一名电力电子领域的博士生，我对《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》一书中的内容进行了深入的研读。我的研究方向主要集中在高性能开关电源的拓扑结构和控制策略，而电机作为能量转换的关键环节，其高效、可靠的运行对我至关重要。书中关于功率变换器驱动的电机，特别是永磁同步电机和开关磁阻电机的 FEA 分析，为我提供了宝贵的理论指导和仿真工具。我特别关注书中关于电机损耗分析的章节，例如如何通过 FEA 精确计算铜损、铁损和永磁体涡流损，以及如何根据这些计算结果优化电机设计，从而提高功率变换器的整体效率。此外，书中对电机瞬态电磁过程的模拟，例如启动过程、堵转过程以及变载过程的仿真，对我理解电机在电力电子系统中的动态响应提供了深刻的见解。我发现书中关于如何考虑电磁瞬态效应对电机性能影响的分析，对于设计高动态响应的伺服系统非常有帮助。而且，作者在介绍 FEA 在电机参数辨识和故障诊断中的应用时，也提供了不少创新的思路。例如，如何利用 FEA 模拟不同类型的故障，并通过与实际测量数据的对比来诊断故障原因。这本书的深度和广度都令我印象深刻，它不仅覆盖了电机 FEA 的基础理论，更将这些理论与电力电子应用紧密结合，为我这样的研究者提供了极具价值的参考。

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《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书，是我在准备专业资格考试期间发现的一本极为宝贵的参考书。作为一名希望提升自身在电机设计领域专业技能的工程师，我深知理论知识与实际应用相结合的重要性。这本书在这方面做得非常出色。它系统地阐述了有限元分析（FEA）在电机设计中的应用，从基础理论到高级应用，无所不包。我尤其欣赏书中在解释 FEA 方法论时所采用的清晰逻辑和循序渐进的讲解方式。例如，它详细解释了如何将电机中的复杂电磁场问题转化为数学模型，并如何利用有限元方法求解这些模型。书中对于网格划分、边界条件设置以及求解器选择等关键步骤的详细指导，对于确保仿真结果的准确性和可靠性至关重要。我通过书中提供的案例研究，学习了如何对不同类型的电机进行 FEA 分析，包括感应电机、同步电机和永磁电机等。这些案例涵盖了功率密度优化、效率提升、噪声与振动抑制等多个方面，直接对应了我工作中遇到的实际挑战。我发现书中关于如何根据 FEA 结果进行迭代优化设计的思路，对我的工作产生了显著的积极影响。它让我能够更有效地探索设计空间，找到最佳的设计参数。这本书不仅是一本技术手册，更是一本思维导图，它引导我以一种系统化、科学化的方式来解决电机设计中的复杂问题。

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《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书，为我提供了一个全新的视角来审视电力电子系统中的电机设计与分析。作为一名在电力系统集成领域工作的工程师，我需要确保电机能够与电力电子变换器、控制系统等无缝协同工作。这本书的价值在于它不仅关注电机本身的电磁特性，更将其置于整个电力电子系统的大环境中进行分析。我特别欣赏书中关于电机参数对电力电子系统性能影响的讨论，例如电机参数的非线性特性如何影响变换器的控制精度和稳定性。书中对电机瞬态电磁过程的仿真分析，也帮助我理解了电机在快速动态响应下的行为，这对于设计高动态性能的电机驱动系统至关重要。我还对书中关于电机在不同电力电子拓扑结构下的工作特性的分析很感兴趣。例如，如何分析电压源逆变器（VSI）和电流源逆变器（CSI）驱动电机时的电磁特性差异。这本书的优点在于它能够将 FEA 技术与电力电子领域的专业知识相结合，为我提供了解决复杂系统级设计问题的宝贵思路和工具。它让我能够更全面地理解电机在整个电力电子系统中的作用，并做出更优化的设计决策。

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我是一名在航空航天领域工作的工程师，负责设计和分析飞机上的各种电机和执行器。《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书，为我处理这些高度集成化、高性能电机仿真任务提供了强大的支持。航空航天领域的电机需要在极端环境下工作，对可靠性和性能有着极高的要求。这本书中关于电机在高温、高压以及振动环境下的 FEA 分析，为我提供了关键的技术指导。我特别欣赏书中对电机结构优化以应对极端环境的详细论述。例如，如何通过 FEA 分析来优化永磁体材料和固定方式，以防止在高温下退磁；如何设计散热结构以保证电机在高功率输出下的温度控制。书中对电机电磁振动和噪声的分析，也为我解决飞机内部的振动传递和噪声控制问题提供了重要参考。我通过书中介绍的 FEA 方法，成功地对一个用于飞机起落架的直流无刷电机进行了仿真分析，优化了其气隙设计，提高了功率密度，并有效降低了噪声水平。这本书的优点在于它能够将 FEA 技术与具体的工程应用场景紧密结合，为我提供了切实可行的高性能电机设计和分析解决方案。

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在我近二十年的电机设计生涯中，我接触过不少关于有限元分析（FEA）的书籍，但《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书无疑是我读过的最全面、最深刻的一本。作为一名资深的电机工程师，我一直在寻求能够帮助我理解和解决电机设计中各种复杂现象的工具和方法。这本书正是这样一本集理论、方法和应用之大成的著作。我特别赞赏书中对 FEA 算法原理的深入剖析，包括其数学基础、离散化过程以及求解方法。这使得我不仅能够熟练运用 FEA 软件，更能深刻理解其工作原理，从而更好地指导仿真过程，并对仿真结果进行批判性评估。书中关于电机材料特性（如磁饱和、磁滞、涡流损耗）如何在 FEA 模型中得到精确体现的阐述，也让我对仿真的准确性有了更深的认识。我通过书中关于电机热-磁耦合分析的章节，理解了电机在高温下性能衰减的内在机理，并学会了如何通过 FEA 来预测和缓解这些问题。此外，书中对电机振动与噪声分析的详细介绍，也为我提供了解决产品可靠性和用户体验问题的关键技术。这本书的价值在于它能够将抽象的物理原理与具体的工程实践巧妙地融合在一起，为像我这样的资深工程师提供源源不断的灵感和启迪。

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作为一名专注于电机控制算法的研究者，我一直认为理解电机内部的电磁场行为对于开发高性能的控制策略至关重要。《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书，恰好为我提供了这样一个深入理解电机内部运作的绝佳平台。我尤其对书中关于电机参数辨识的章节非常感兴趣。书中详细介绍了如何利用 FEA 仿真来获取电机的精确参数，例如电感、电阻、磁阻等，这些参数对于开发精确的电机模型和鲁棒的控制算法至关重要。我发现书中提供的辨识方法，比传统的实验辨识方法更加系统和全面，能够考虑到电机在不同运行工况下的非线性特性。此外，书中关于电机电磁瞬态效应与控制策略的关联分析，也为我带来了许多新的思考。例如，如何在控制策略中有效补偿因电磁瞬态效应引起的扭矩波动和电流畸变。我还对书中关于电机电磁兼容性（EMC）的 FEA 分析很感兴趣。在电力电子系统中，电机产生的电磁干扰是一个不容忽视的问题，书中提供的 FEA 方法为解决这一问题提供了有力的工具。这本书不仅为我提供了强大的仿真工具，更重要的是，它帮助我建立了对电机电磁行为的更深刻理解，从而为我开发更优化的控制算法奠定了坚实的基础。

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这本《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》简直是我近年来在电气工程领域读到过的最令人印象深刻的一本书。我是一名在新能源汽车领域工作的工程师，日常工作离不开对电机性能的深入分析和优化。过去，我曾尝试过许多不同版本的教材和专著，但很多都过于理论化，或者在实际应用层面不够深入。直到我接触到这本书，我才真正感受到 FEA（有限元分析）在电机设计中的强大力量。书中对各种复杂电机结构，例如永磁同步电机、开关磁阻电机等的 FEA 模型构建进行了细致入微的阐述。我特别欣赏作者在介绍磁场、电场、温度场和应力场耦合分析时所展现出的清晰逻辑和严谨性。书中提供的案例研究，涵盖了从基本原理到高级应用的广泛主题，例如如何通过 FEA 优化磁路设计以降低损耗、提高功率密度，如何分析电机在不同运行工况下的温度分布并预测寿命，以及如何模拟电磁振动和噪声等问题。这些内容直接指导了我日常工作中遇到的瓶颈，例如如何减小永磁体退磁风险，如何在有限空间内实现更高的扭矩输出。更重要的是，书中不仅仅局限于软件操作的介绍，而是深入剖析了 FEA 方法背后的物理原理和数学基础，这使得读者能够真正理解 FEA 的优势与局限性，从而更有效地运用它解决实际问题。我强烈推荐任何对电机设计、仿真和分析感兴趣的工程师、研究人员甚至高年级学生阅读这本书。它为我打开了一扇全新的大门，让我对电气机械的内部运作有了前所未有的深刻理解。

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我是一名电机设计初学者，对于《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书，我只能用“相见恨晚”来形容。我一直在寻找一本能够帮助我从零开始理解电机 FEA 的入门书籍，但很多市面上的资料要么过于简略，要么过于晦涩。这本书的出现，简直是为我量身定做的。它从最基础的麦克斯韦方程组出发，循序渐进地讲解了有限元法的基本原理，以及如何将其应用于不同类型的电机。我特别欣赏书中对基本电机模型（如直流电机、感应电机）的 FEA 解析，这让我能够清晰地理解 FEA 在解决这些经典问题时的应用。书中的配图和仿真结果图示都非常直观，极大地帮助我理解了电磁场在电机内部的分布情况。此外，书中还提供了如何使用常见的 FEA 软件（如 COMSOL、ANSYS 等）进行电机仿真的指导，虽然没有深入到软件的每一个细节，但已经足够让我上手实践。我通过书中介绍的方法，成功地对一个简单的感应电机进行了建模和仿真，并验证了仿真结果与理论计算的吻度和误差范围。这让我对 FEA 的强大能力有了直观的认识，也增强了我继续深入学习的信心。这本书的优点在于它能够将复杂的理论知识转化为易于理解和实践的步骤，让像我这样的初学者能够快速入门，并逐步掌握电机 FEA 的核心技术。

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作为一名对电机驱动技术充满热情的研究生，我一直在寻找能够深入理解电机内部电磁场行为的书籍。《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书，可以说是我的“启蒙之书”。它以一种非常系统和易于理解的方式，将抽象的电磁场理论与具体的电机设计实践相结合。我从这本书中学到了如何构建不同类型电机的 FEA 模型，包括定子和转子的几何建模、材料属性的定义、网格的划分以及边界条件的设置。书中对这些步骤的详细解释，让我能够亲自动手进行仿真，并对结果进行分析。我印象最深刻的是书中关于永磁同步电机（PMSM）的 FEA 分析部分，它详细阐述了如何计算 PMSM 的反电动势、扭矩、损耗等关键性能参数，并探讨了如何通过改变永磁体形状、气隙长度等参数来优化电机的性能。此外，书中还介绍了如何进行电机温度场分析，以预测电机在不同负载下的温升情况，这对于确保电机的可靠运行至关重要。这本书的价值在于它不仅教授了“如何做”，更解释了“为什么这样做”，让我能够真正理解 FEA 的原理和应用，并将其应用到自己的研究课题中。

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作为一名在电力系统领域深耕多年的研究者，我一直关注着有限元分析（FEA）在大型电力设备建模和仿真中的应用。而《Finite Element Analysis of Electrical Machines (Power Electronics and Power Systems)》这本书，无疑为我提供了宝贵的见解和工具。我尤其对书中关于变压器、发电机等大型电力机械的 FEA 应用部分印象深刻。书中详细介绍了如何构建精确的模型，以分析这些设备在各种运行条件下的电磁行为，包括电磁力、损耗、温度分布等。例如，对于大型发电机，书中关于定子和转子轭的漏磁分析，以及绕组端部效应的模拟，都为我理解发电机在并网运行时的动态特性提供了理论支撑。我还对书中讨论的 FEA 在电力系统故障分析中的应用很感兴趣，比如如何通过 FEA 来模拟短路电流对电机结构产生的瞬态电磁力的影响，以及如何评估这些力可能导致的机械损坏。此外，书中对 FEA 在分析高压设备绝缘性能方面的探讨，也为我理解电气设备在高电压下的放电机理和绝缘老化过程提供了新的视角。这本书不仅提供了理论框架，更重要的是，它提供了大量可操作的仿真案例和对结果的深入解读，这对于将 FEA 技术真正应用于解决实际工程问题至关重要。我发现书中关于网格划分策略、边界条件设置以及后处理分析的指导，对于提高仿真精度和效率有着直接的帮助。对于任何希望深入理解和应用 FEA 技术来解决电力系统复杂问题的专业人士来说，这本书都将是一笔宝贵的财富。

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