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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:王晓明

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:2002-5

价格:24.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810771757

丛书系列:

图书标签:

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现代电力电子系统：从理论基础到前沿应用 本书深度聚焦于现代电力电子技术的核心原理、关键器件的选型与应用，以及在各类能源转换系统中的集成与控制策略。全书旨在为电气工程、自动化、电源技术及相关领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面而深入的技术参考框架。 --- 第一部分：电力电子系统的基本原理与元件基础 本部分构建了理解复杂电力电子系统的理论基石。我们将从半导体物理基础出发，系统阐述功率开关器件的特性、工作机理及选型标准。 第一章：功率半导体器件的演进与特性 本章详细剖析了当前主流功率半导体器件的结构、工作模式及优缺点。重点覆盖： 二极管与晶闸管（SCR）： 基础开关元件的电流-电压特性、热管理考量，以及在简单整流电路中的应用限制。 功率MOSFET与IGBT： 深入探讨其导通损耗与开关损耗的折算模型。特别分析了高温、高频工作条件下，不同器件的性能衰减机制与可靠性指标（如$dv/dt$和$di/dt$耐受能力）。对宽禁带半导体（SiC和GaN）器件的独特优势——如更低的开关损耗、更高的耐压能力及其对驱动电路的特殊要求——进行了详尽的对比分析。 第二章：基础电力电子电路拓扑 本章系统回顾并深化了经典电力电子变换电路的分析方法。内容涵盖： AC-DC变换（整流）： 不控、半控和全控整流电路的工作原理、输出电压和电流纹波的精确计算。重点分析有源整流（APF）技术，包括单相和三相PWM整流器的动态模型建立与功率因数校正（PFC）的实现。 DC-DC变换： 对Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、SEPIC以及全桥、半桥等隔离型DC-DC拓扑的调制方式、平均状态模型（SSM）及其在环路设计中的应用进行了深入探讨。对谐振式DC-DC变换器（LLC等）在高效率、软开关应用中的优势进行量化分析。 DC-AC变换（逆变）： 重点研究三电平（NPC、H桥级联）逆变器的脉宽调制（PWM）技术，包括SPWM、Space Vector Modulation（SVM）的载波选择、死区时间补偿对谐波性能的影响，以及在电机驱动和并网逆变器中的实际应用。 第三章：驱动、保护与热管理 功率器件的可靠运行严重依赖于其驱动和保护电路。本章提供了实用的工程指导： 驱动电路设计： 详细阐述高低侧驱动的隔离技术（光耦、磁耦、电容耦），以及驱动电路对器件开关速度和抗干扰能力的影响。探讨了米勒效应（Miller Effect）的抑制方法。 保护机制： 过流、过压、欠压锁定（UVLO）电路的设计准则。特别是针对IGBT和MOSFET的短路保护策略与关断时序控制。 热设计与仿真： 功率模块的热阻模型、散热器选型计算，以及基于瞬态热阻曲线的寿命预测方法。 --- 第二部分：电力电子变换系统的控制技术 本部分从控制理论的视角，深入剖析现代电力电子系统实现高精度、高动态性能控制的关键技术。 第四章：线性与非线性控制方法 本章聚焦于环路设计与系统稳定性分析： 经典控制： 比例-积分（PI）控制器的参数整定，包括基于开环频率特性分析（Bode图）和闭环根轨迹分析的方法。详细讨论了电流环、电压环的级联控制结构及其带宽分配原则。 先进控制： 引入滑模控制（SMC）在逆变器电流跟踪中的应用，分析其对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。探讨模糊控制在复杂非线性系统中的初步应用思路。 系统辨识与建模： 介绍如何利用小信号注入法或频率扫描法对实际电力电子系统进行精确建模，为后续的控制设计提供准确的数学描述。 第五章：数字控制与实时实现 随着数字技术的发展，DSP和FPGA已成为电力电子控制的核心平台。 采样与量化误差： 分析开关频率、采样频率与控制带宽之间的关系，讨论如何有效降低量化噪声对控制性能的影响。 调制技术在数字平台上的实现： 详细讲解如何使用定时器中断、载波生成以及空间矢量计算，在微处理器上高效实现高分辨率PWM波形输出。 故障诊断与容错控制（FDIR）： 讨论如何利用软件算法实时监测关键节点电压、电流，并设计快速反应机制（如在检测到器件失效时自动降额运行或安全关断）。 --- 第三部分：电力电子技术在关键领域的集成应用 本部分将前述理论与工程实践相结合，探讨电力电子技术在现代能源系统中的集成方案与挑战。 第六章：电能质量与电网互联 本章专注于电力电子接口在现代电网中的角色，特别是在可再生能源并网方面。 并网逆变器控制： 详细分析锁相环（PLL）技术（如基于同步旋转坐标系的Park变换PLL、间接电流控制PLL）在电网同步中的关键作用。重点阐述LCL/LCL-S滤波器的设计及其对高频谐波抑制和系统阻尼的影响。 电能质量治理： 无功功率补偿（SVG/STATCOM）的控制策略、动态特性分析，以及并网点电压波动、电网谐波注入的抑制技术。 第七章：先进电机驱动系统 本章深入探讨了高动态性能交流驱动系统的控制方法。 矢量控制（FOC）精要： 从基础的磁链观测器模型出发，推导出d-q坐标系下的电流控制方程。重点分析了低速/零速下的磁链估计问题（如基于模型观测器MFO或电阻估计算法）。 直接转矩控制（DTC）： 讨论其快速动态响应的原理，以及通过使用先进的开关表（Switching Table）或数字实现来改善其固有转矩脉动问题的方法。 永磁同步电机（PMSM）的特殊考量： 针对高功率密度PMSM，讨论其电枢反应、温度对电机参数变化的影响，以及如何应用模型参考自适应系统（MRAS）进行在线参数辨识。 第八章：储能系统与集成电源设计 本章关注电力电子在能源存储和分布式电源中的应用。 电池管理系统（BMS）接口： 分析DC/DC变换器如何高效地实现电池的恒流充电和恒压充电策略。探讨了电池组均衡技术（主动与被动均衡）的电力电子实现方式。 多端口功率管理： 针对微网或混合储能系统，介绍基于多端口DC/DC变换器（如中点箝位、级联H桥）的功率流控制，实现不同电压等级端口间的能量灵活调度。 --- 本书的特色： 本书结合了深厚的理论推导和大量的工程实例分析。每一章节的关键公式和拓扑结构都配有清晰的框图、波形图和实验数据验证。特别强调了磁性元件的优化设计（电感和变压器）对系统整体效率和体积重量的影响，并提供了在现代集成化设计中必须考虑的EMC/EMI基础处理方法。通过对SiC和GaN器件的深入分析，本书确保了内容的前沿性，使其成为电力电子领域专业人士必备的参考手册。

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与市面上许多流行的、侧重于某一特定开发平台或IDE的快餐式教程不同，这本书展现出一种令人耳目一新的“平台无关性”的思维导向。虽然书中必然会涉及到具体的单片机型号作为案例，但作者的讲解核心始终聚焦于通用的嵌入式系统设计原则和经典控制理论在数字实现中的映射关系。例如，在讨论PID控制器的离散化和抗饱和处理时，作者精心设计了多套基于不同架构单片机但遵循相同控制思路的对比案例，这极大地提升了知识的普适性和生命力。我感觉作者更像是一位经验丰富的导师，引导我们建立一套稳健的、跨越不同硬件平台的开发哲学。阅读过程中，我频繁地停下来思考，这本书所传授的“内功心法”远比单纯的“招式套路”更有价值。它培养了一种对实时性、资源限制和鲁棒性进行系统权衡的能力，这对于任何需要进行复杂系统集成的工程师来说，都是一场思想上的洗礼。

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这本书的语言风格非常独特，它在保持高度技术准确性的同时，又不失一种娓娓道来的叙述感，读起来完全没有传统教科书那种枯燥乏味的感觉。作者似乎非常擅长用类比的方式来解构抽象概念，比如在解释数据同步和锁定时，引入了现实生活中多个部门协作的场景，瞬间让原本晦涩的并发问题变得生动起来。这种叙述策略使得阅读体验非常流畅，即便是面对最烧脑的硬件初始化流程，也能保持专注力。此外，书中引用的案例贴近工业应用的前沿，而非停留在简单的LED闪烁或按键消抖的初级范畴。它敢于触及一些在实际项目中容易被忽略但至关重要的细节，比如电源噪声对精密测量的影响以及如何利用软件手段进行有效的 EMI/EMC 预处理。这些“过来人”的经验之谈，极大地拓宽了我对“完善产品”的理解，不再仅仅关注功能实现，而是开始全面思考可靠性和长期稳定性。这本书更像是一份详尽的、充满智慧的“项目实施手册”，而不仅仅是一本技术参考书。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，给人一种专业又沉稳的感觉。刚拿到手时，那种厚实感和纸张的质感就让人觉得这是一本用心的技术著作。内页的排版布局也十分考究，图文并茂的处理方式让复杂的电路原理图和代码流程图都显得清晰易懂。作者在章节划分上做得非常合理，从基础的微控制器架构介绍，到具体的定时器、中断、ADC模块的应用讲解，逻辑递进非常自然，即便是初次接触嵌入式系统的新手，也能沿着书本的脉络一步步深入。尤其是书中对于一些经典实验例程的剖析，不仅展示了代码，更深入解释了背后的设计思想和实现难点，这一点对于我这种希望知其然更知其所以然的读者来说，简直是如获至宝。阅读过程中，我发现作者在术语的解释上也极为严谨，大量使用了标准的行业术语，但同时又辅以形象的比喻，确保了专业性和可读性之间的完美平衡。这本书的印刷质量也值得称赞，墨色清晰，没有出现模糊或串色的情况，即便是长时间阅读也不会感到视觉疲劳。整体而言，这本书在视觉和阅读体验上都达到了专业书籍的高标准。

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这本书的内容组织逻辑严密得令人惊叹，它仿佛构建了一座从理论到实践的完美阶梯。我尤其欣赏作者处理复杂算法时的那种庖丁解牛般的清晰度。例如，在讲解如何实现高精度PWM波形生成时，书中不仅给出了直接的寄存器操作方法，还详细对比了不同时钟源和预分频系数对最终输出频率和分辨率的影响，这种深度分析远超我以往读到的大多数教材。书中对软件设计的规范性要求也体现了作者深厚的工程经验，例如在模块化编程和中断服务函数的编写规范上，提出了很多实用的建议，这些都是在学校课堂上很难学到的“真知灼见”。另外，书中对常见硬件故障的排查思路和软件调试技巧的梳理，可以说是“救急良方”。它不是仅仅告诉你“怎么做”，而是告诉你“为什么这么做会成功”以及“如果失败了该如何系统地排查”。这种注重底层逻辑和系统思维的培养方式，使得读者在合上书本之后，依然能带着一种结构化的解决问题的框架去面对新的挑战。这种知识的迁移能力，才是真正衡量一本技术书籍价值的关键所在。

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这本书在内容深度上达到了一个相当高的水平，它显然是为那些不满足于停留在表面调用的工程师和高级爱好者准备的。我关注的重点在于其对底层硬件交互机制的深入挖掘。比如，书中对特定型号单片机内部的特定外设模块（如增强型捕获/比较单元或特定总线协议的仲裁机制）的描述，其细节程度几乎可以媲 কীটপত 官方数据手册的精炼解读版。作者似乎并不满足于直接套用库函数，而是花费大量篇幅去解释这些库函数背后是如何映射到特定的硬件寄存器地址和位域操作的。这种“穿透力”极大地帮助我理解了系统性能瓶颈可能出现的位置，以及如何通过更底层的代码优化来榨取更多的性能潜力。对于需要进行实时控制或者资源受限环境下的开发人员来说，这种对硬件特性的深度掌握是至关重要的。书中对于时序图的绘制和解释，精准到了纳秒级别，让人不得不佩服作者在实际项目中所积累的丰富经验，这些经验沉淀下来，使得这本书的实用价值远远超过了一般的理论书籍。

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学自控的建议看这本书！！只看了pid算法，里面解释的非常透彻，不是网络资料所能比拟的。

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