具体描述
高等学校电气工程与自动化专业教材。
本书全面、系统、深入地阐述了现代交流电动机调速系统的基本控制原理、系统组成和结构特点、分析和设计方法。
本书可供高等院校工业自动化专业本科生、研究生作为教材或参考书使用，也可供科研院所、厂矿企业从事电气传动的科技工作者参考使用。
现代电力电子技术在工业自动化中的前沿应用 本书聚焦于工业自动化领域中，电力电子技术如何支撑和驱动现代生产系统的优化与升级。全书深入探讨了从基础理论到尖端实践的多个关键环节，旨在为工程师、技术研究人员及相关专业学生提供一套全面且实用的知识体系。 第一部分：电力电子核心技术与系统建模 本部分首先回顾了电力电子领域的基础理论，但着重于其在现代工业环境下的特殊要求和发展趋势。 1. 功率半导体器件的深度解析与选型策略： 详细分析了IGBT、MOSFET、SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等新型功率器件的特性曲线、开关损耗模型及其热管理要求。重点讨论了如何根据特定负载（如高频感应加热、精密电机驱动）的功率密度和响应速度需求，进行科学的器件选型，并探讨了先进封装技术对系统可靠性的影响。 2. 变换器拓扑的演进与优化设计： 本章超越了传统的电压源和电流源逆变器，重点介绍了高效率、高功率因数的先进拓扑结构，例如多电平变流器（NPC、FSC）、级联H桥逆变器（CHB）以及无源滤波器集成技术。深入剖析了这些拓扑在处理非线性负载、实现低谐波注入方面的优势，并给出了基于有限元分析（FEA）的磁性元件优化设计方法。 3. 电力电子系统的动态建模与仿真： 强调了精确的系统建模在控制设计中的基础地位。介绍了基于状态空间平均法和平均状态模型（Average Model）的建模技术，特别关注了开关过程的离散化建模方法。大量篇幅用于介绍如何利用MATLAB/Simulink、PLECS等专业仿真软件，构建包含非线性器件特性的高精度仿真模型，用于验证控制策略的鲁棒性。 第二部分：高性能电机驱动与伺服控制 本部分是全书的核心应用部分，聚焦于如何利用电力电子技术实现对各类工业电机的精确、高效驱动。 4. 永磁同步电机（PMSM）的高精度控制算法： 详细阐述了PMSM驱动系统的矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）原理。着重于如何改进传统的电流环和速度环控制结构，引入了模型参考自适应（MRAS）观测器和滑模观测器（SMO）来实时精确估计转子位置和速度，特别是在低速和零速区域的性能提升方法。 5. 直接转矩控制（DTC）的最新发展： 深入分析了DTC在快速动态响应方面的优势。重点探讨了如何克服传统DTC固有的转矩和磁链脉动问题，介绍了扇区选择优化方法、模糊逻辑DTC以及基于模型预测控制（MPC）的DTC，这些技术极大地拓宽了DTC在伺服系统中的应用范围。 6. 特殊电机驱动技术：开关磁阻电机（SRM）与直线电机： 针对特定工业需求，本书详细介绍了SRM的复杂多状态控制方法和绕组激活策略。对于直线电机，重点分析了其电磁耦合效应和边缘效应，并提供了用于高精度定位的磁场整形控制技术。 7. 伺服驱动系统的集成与网络化： 讨论了现代伺服驱动器内部的硬实时控制架构，包括嵌入式处理器（DSP/FPGA）的选择、控制周期优化以及EtherCAT、Profinet IRT等工业以太网现场总线在实现多轴同步控制中的应用。 第三部分：面向电能质量与电能管理的先进应用 本部分将焦点从单一设备控制扩展到整个电能系统的优化与管理，体现了电力电子技术在可持续发展和电能质量保障中的核心作用。 8. 工业电能质量（PQ）的分析与治理： 全面解析了谐波、三相不平衡、电压闪变等工业常见电能质量问题。详细介绍了有源电力滤波器（APF）和静止无功发生器（SVG）的工作原理、控制策略（如下垂控制、虚拟同步机技术），以及如何根据IEEE 519/GB/T 14549标准设计最优的补偿方案。 9. 工业直流配电与储能系统的集成： 探讨了随着新能源接入和数据中心负荷的增加，工业直流配电系统的优势。重点分析了双向DC/DC变换器在储能系统（BESS）中的应用，包括电池管理系统（BMS）的集成、能量调度算法（如基于SOC的优化策略）以及与电网的并网保护机制。 10. 工业网络化控制与安全策略： 强调了现代工业系统的高度互联性带来的挑战。本书详细介绍了功能安全标准（IEC 61508/ISO 26262）在电力电子控制设计中的体现，包括冗余设计、故障诊断与容错控制（FTC）机制，确保高可靠性运行。同时，也涉及了控制系统的信息安全（ICS Security）基础知识，以应对日益增长的网络威胁。 总结： 本书结构严谨，内容深入，通过丰富的案例分析和前沿技术的剖析，为读者提供了掌握当代工业驱动与电能管理核心技术的坚实基础。其核心价值在于连接了电力电子的“硬科学”与工业自动化的“软控制”，指导读者构建更高效、更智能、更可靠的工业系统。
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