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出版者:機械工業齣版社

作者:陳國呈

出品人:

頁數:161

译者:

出版時間:1998-07

價格:20.00

裝幀:平裝

isbn號碼:9787111060963

叢書系列:

圖書標籤:

• PWM
• 變頻調速
• 電機控製
• 電力電子
• 驅動技術
• 工業自動化
• 開關電源
• 控製工程
• 嵌入式係統
• 電工技術

《電力電子與電機控製》 概述： 本書深入探討瞭現代電力電子技術與電機控製領域的最新理論與實踐應用，旨在為讀者構建一個全麵而係統的知識框架。從基礎的半導體器件特性分析，到復雜的控製算法設計，再到實際工程中的驅動與保護，本書力求覆蓋電機驅動和電力轉換的每一個關鍵環節。我們關注的不僅是理論的嚴謹性，更強調工程實踐的可行性與效率，為讀者在新能源汽車、工業自動化、智能電網等前沿領域的研究與開發提供堅實的理論基礎和技術支撐。 內容詳解： 第一部分：電力電子基礎與功率器件 1. 半導體功率器件原理： 二極管： 詳細介紹PN結理論、整流二極管、快恢復二極管、肖特基二極管的結構、工作原理、伏安特性、開關特性以及在電力電子電路中的應用。分析其損耗、散熱及可靠性問題。 晶閘管（SCR）： 講解PNPN結構、觸發原理、門極控製特性、陽極控製特性、關斷特性。深入分析阻斷電壓、導通壓降、開關時間等關鍵參數，以及在交流調壓、逆變器等電路中的應用。 雙嚮晶閘管（TRIAC）： 闡述TRIAC的結構、工作原理、四象限導通特性。重點分析其觸發方式、對稱性、dV/dt和dI/dt效應，及其在交流功率控製中的優勢。 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）： 詳細解析IGBT的PNP和MOSFET結構結閤的原理，電壓控製特性，低導通壓降，高開關速度。討論其驅動電路、保護措施、結溫特性及其在開關電源、逆變器等主流應用中的地位。 功率MOSFET： 介紹MOSFET的工作原理、柵極控製特性、導通電阻、開關速度。分析其在低壓大電流應用中的優勢，以及體二極管的特性。 其他功率器件： 簡要介紹門極關斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極型晶體管（IGCT）、碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等新型功率器件的特性及其發展趨勢。 2. 電力電子電路基本原理： 開關電路： 分析理想開關和實際開關的特性，開關損耗的來源與計算。 斬波電路（Chopper）： 講解升壓斬波、降壓斬波、升降壓斬波的電路結構、工作原理、輸齣電壓的控製方法（如PWM控製）。分析其濾波要求與紋波特性。 逆變電路（Inverter）： 介紹單相橋式逆變、三相橋式逆變的基本電路。深入分析SPWM（三角波脈寬調製）、SVPWM（空間矢量脈寬調製）等調製技術，及其在高壓大功率變頻器和不間斷電源（UPS）中的應用。 變流電路（Converter）： 講解單相半波、全波整流，三相橋式整流電路。介紹有源整流（PFC）技術，分析其功率因數改善的原理與實現方式。 DC-DC變換器： 深入分析Buck（降壓）、Boost（升壓）、Buck-Boost（升降壓）、SEPIC、Cuk等典型DC-DC變換器的電路拓撲、工作模式、輸齣電壓的計算與控製。 第二部分：電機控製理論與方法 1. 電機學基礎迴顧： 三相交流電機（感應電機與同步電機）： 簡要迴顧其基本結構、電磁原理、等效電路。重點解析鏇轉磁場理論，以及定子電流産生的氣隙磁通。 直流電機： 簡要迴顧其電磁原理、電樞反應、換嚮。 2. 矢量控製（Field-Oriented Control, FOC）： 坐標變換： 詳細介紹Clark變換（abc->αβ）、Park變換（αβ->dq）的原理、數學錶達式及其在解耦控製中的作用。 矢量控製原理： 闡述將三相交流電機模型變換到同步鏇轉坐標係（dq坐標係）後，轉矩和磁鏈可以解耦控製的原理。分析定子電流矢量與轉子磁鏈矢量之間的關係。 FOC控製結構： 講解基於轉子磁場定嚮的矢量控製結構，包括電流控製器、磁鏈控製器、速度控製器。分析PI控製器的設計與整定。 基於定子磁場定嚮的FOC： 介紹基於定子磁場定嚮的矢量控製原理與結構，及其在某些特定應用中的優勢。 FOC的實現： 討論FOC在DSP或FPGA上的實現細節，包括采樣、計算、PWM生成等。 3. 直接轉矩控製（Direct Torque Control, DTC）： DTC原理： 闡述DTC無需坐標變換、直接通過選擇閤適的開關狀態來控製電機轉矩和磁鏈的原理。 轉矩和磁鏈估算： 介紹如何根據電機電壓和電流估算轉子磁鏈和電磁轉矩。 DTC控製結構： 講解DTC的滯環控製器、磁鏈和轉矩的估計器、以及狀態錶（Look-up table）的應用。 DTC的優勢與劣勢： 分析DTC具有響應快、結構簡單等優點，以及其輸齣脈動較大、高頻噪聲等缺點。 4. 其他電機控製策略： V/f恒壓恒頻控製： 介紹簡單易行的V/f控製原理，及其在要求不高的場閤的應用。 滑模控製： 探討滑模控製在電機控製中的應用，分析其魯棒性和快速響應能力。 自適應控製與模糊控製： 簡要介紹這些先進控製策略在提升電機控製性能方麵的潛力。 第三部分：電機驅動與係統集成 1. 驅動電路設計： 功率變換器拓撲： 介紹三相全橋逆變器、半橋逆變器等用於電機驅動的常見拓撲。 柵極驅動電路： 講解IGBT和MOSFET的柵極驅動電路設計，包括驅動信號的生成、隔離、電平轉換、保護等。 IGBT/MOSFET選擇與保護： 分析不同功率器件的選型原則，以及過壓、過流、過溫保護電路的設計。 2. 通信與接口技術： MCU/DSP/FPGA選型： 討論在電機控製係統中常用的微控製器、數字信號處理器和現場可編程門陣列的選擇依據。 通信協議： 介紹CAN、RS485、SPI、I2C等在電機控製係統中的通信應用。 人機接口（HMI）： 講解人機交互界麵的設計與實現。 3. 熱管理與散熱設計： 功率器件的散熱： 分析功率器件的功耗來源，講解散熱器、風扇、液冷等散熱技術的應用。 PCB設計考慮： 討論PCB布局、布綫、散熱孔等對整體散熱性能的影響。 4. EMC/EMI設計： 電磁乾擾（EMI）與電磁兼容（EMC）： 介紹電機驅動係統常見的EMI/EMC問題。 抑製措施： 講解濾波、屏蔽、接地、元器件選擇等方麵的EMC/EMI抑製技術。 5. 係統集成與調試： 係統框圖設計： 講解如何根據應用需求進行完整的電機驅動係統框圖設計。 仿真與測試： 強調使用仿真工具（如MATLAB/Simulink）進行係統建模與驗證的重要性。 現場調試技巧： 提供實際調試過程中可能遇到的問題及解決方法。 應用領域： 本書的內容廣泛應用於工業自動化中的交流/直流電機驅動，新能源汽車的電機控製器，機器人技術，電動工具，傢用電器（如變頻空調、洗衣機），風力發電與太陽能發電的逆變器，以及不間斷電源（UPS）等眾多領域。 目標讀者： 本書適閤於電氣工程、自動化、控製科學與工程等專業的本科生、研究生，以及從事電力電子、電機控製、變頻驅動等領域的工程師和技術人員。 通過係統學習本書，讀者將能夠深刻理解電力電子變換器和電機控製係統的核心原理，掌握設計、開發和調試高性能電機驅動係統所必需的知識和技能。

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我拿到這本書時，對“PWM變頻調速技術”這個主題並沒有太多的概念，隻是覺得它聽起來有點專業。但是，隨著閱讀的深入，我發現這本書的內容非常豐富，而且講解得相當到位，完全超齣瞭我最初的預期。我尤其喜歡書中關於如何優化PWM波形以提高電機效率的部分。作者不僅僅是簡單地介紹幾種PWM生成方法，而是深入地分析瞭不同調製策略對電機損耗的影響，並且給齣瞭具體的優化建議。例如，書中詳細介紹瞭如何通過調整載波頻率和調製比，來在效率和諧波含量之間找到一個最佳的平衡點。這一點對於我正在進行的一個能源效率相關的項目非常有啓發。另外，書中對PWM控製在新能源汽車驅動係統中的應用也進行瞭深入的探討，這讓我看到瞭PWM技術更廣闊的應用前景。我從書中學習到瞭很多關於如何設計和實現高效率、高性能的電機驅動係統的方法，這對於我在實際工程中解決問題提供瞭強大的理論和技術支持。這本書的行文風格也很獨特，既有嚴謹的科學論述，又不失通俗易懂的講解，讓人在學習過程中不會感到枯燥乏味。

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這本書的閱讀體驗，可以說是相當令人愉悅的。當我翻開它時，我抱著一種學習經典理論的心態，覺得可能會接觸到大量枯燥的數學公式和抽象的概念。然而，齣乎意料的是，它以一種非常生動且貼近實際應用的方式，展現瞭PWM變頻調速技術的精髓。作者在書中將復雜的PWM生成原理，通過圖文並茂的方式呈現齣來，特彆是對於各種PWM波形的生成過程，都給齣瞭非常詳細的解釋和示意圖，讓人能夠一目瞭然。我個人非常喜歡書中關於不同PWM模式（例如中心對齊、隨機調製等）的對比分析，不僅僅是理論上的介紹，更重要的是，它深入探討瞭不同模式在實際應用中的優勢和劣勢，例如在電磁兼容性、諧波抑製方麵的錶現。這讓我能夠根據具體的需求，選擇最適閤的PWM生成策略。而且，書中還涉及到許多實際的硬件實現方麵的討論，比如如何選擇閤適的DSP或MCU來生成PWM信號，以及如何設計相應的驅動電路，這些都是非常寶貴的工程經驗。對我來說，這本書就像是一本“秘籍”，提供瞭許多在日常工作中難以自行摸索齣來的實用技巧。

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這本書的內容，說實話，讓我對“PWM變頻調速技術”這一領域有瞭全新的認識。我本來以為它會是一本偏重於理論推導和數學模型的教材，適閤那些需要深入研究其內在機理的學者。但實際閱讀下來，我發現它更像是一本麵嚮工程師的“實戰指南”。作者在書中花費瞭相當大的篇幅來講解如何將PWM技術應用於各種實際的電機控製場景，而且講解得非常細緻。我特彆欣賞書中關於如何選擇閤適的PWM調製算法來應對不同應用場景的論述。比如，針對低速運行時的高諧波問題，書中詳細介紹瞭如何通過改進的SPWM算法（如死區時間補償、諧波注入等）來有效抑製，並且配有清晰的波形對比圖，直觀地展示瞭改進的效果。此外，書中對不同類型電機的驅動特點和相應的PWM控製策略也進行瞭深入的分析，無論是永磁同步電機、感應電機還是直流無刷電機，都給齣瞭相應的參考方案。這一點對於我目前從事的多個項目都極具參考價值。我甚至在書中找到瞭關於如何優化PWM死區時間以減少直通損耗和提高效率的實用技巧，這對我提升現有係統的性能非常有幫助。

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這本書的扉頁上印著“PWM變頻調速技術”，我拿到的時候，心裏其實是有一些預期的，畢竟標題挺直觀的，以為會是那種非常深入、偏嚮理論講解的著作。但翻開幾頁之後，我發現它的切入點和講解方式，比我預想的要更加務實，甚至可以說，是為那些希望快速掌握PWM變頻調速技術在實際應用中如何運作的工程師和技術人員量身定做的。書中大量運用瞭圖錶和實際的電路原理圖，這對於我這種更偏嚮實踐操作的人來說，簡直是福音。我尤其喜歡其中關於不同PWM調製策略的對比分析，作者沒有停留在理論公式的羅列，而是通過詳細的波形圖和參數對比，生動地展示瞭不同策略在效率、諧波抑製、動態響應等方麵的優劣。舉個例子，在講到SPWM（正弦脈寬調製）時，書中不僅給齣瞭生成SPWM信號的數學模型，更重要的是，它還提供瞭實際應用中常見的幾種SPWM實現方案，並分析瞭這些方案在成本、復雜度、性能上的權衡。這一點對於我正在進行的某個項目非常有幫助，讓我能夠根據實際需求選擇最閤適的方案，而不是盲目地追求理論上的最優解。另外，書中對功率器件選擇和驅動電路設計的講解也十分到位，這往往是很多理論書籍容易忽略的細節，但恰恰是影響實際係統穩定性和可靠性的關鍵。

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不得不說，這本書帶給我的驚喜遠超預期。我原本以為“PWM變頻調速技術”這樣一個略顯枯燥的技術名詞，會衍生齣一本充斥著公式和晦澀概念的書籍。然而，當我翻閱到關於實際電機驅動的案例分析部分時，我纔意識到這本書的真正價值所在。作者並沒有將重點放在單純的理論推導上，而是巧妙地將理論與實踐緊密結閤。書中對於如何設計一個完整的變頻器係統，從前端的整流濾波，到中間的PWM生成與控製，再到後端的逆變和電機驅動，都進行瞭詳盡的闡述。我印象最深刻的是關於不同負載特性下，PWM控製參數優化的章節。例如，書中針對感性負載、容性負載以及阻性負載，分彆給齣瞭詳細的參數調整建議，並輔以實驗數據進行驗證。這對於我平時調試電機驅動器時遇到的各種疑難雜癥，提供瞭非常寶貴的參考。此外，書中對過流保護、過壓保護、過溫保護等各種保護機製的設計與實現，也講得非常細緻，這在實際工程中是至關重要的。它讓我明白，一個穩定可靠的變頻調速係統，不僅僅是PWM信號的生成，更重要的是一套完善的保護與控製策略。書中的語言風格也十分平實易懂，即使是對於剛接觸PWM技術的新手，也能很快理解其核心概念。

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