变频器基础及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业

作者:原魁刘伟强邹伟朱海兵

出品人:

页数:305

译者:

出版时间:2005-7

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787502437374

丛书系列:

图书标签:

• 基础老书
• 变频器
• 电力电子
• 电机控制
• 工业自动化
• 驱动技术
• 电气工程
• 基础知识
• 应用技术
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• 维修

现代电力电子技术在工业自动化中的前沿进展 本书深入探讨了工业自动化领域中电力电子技术的最新发展与前沿应用。 它不仅仅是对基础理论的简单罗列，更是聚焦于如何将尖端的电力电子器件、拓扑结构和控制策略融入到实际的工业生产流程中，以实现更高的能效、更精确的运动控制以及更可靠的系统集成。 第一部分：高性能电力电子器件的革新与选型 本部分详尽分析了当前主流和新兴电力电子器件的性能边界与应用场景。我们详细比较了基于硅（Si）和宽禁带半导体（WBG），特别是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率器件的物理特性、开关损耗模型、热管理挑战及其在不同频率和功率密度下的适用性。 SiC MOSFET与GaN HEMT的深度剖析： 重点阐述了这些新一代器件如何突破传统硅基器件的频率和温度限制。内容涵盖了其在快速开关过程中的瞬态响应特性、短路保护机制的改进，以及针对高频驱动电路设计的关键考量。我们提供了具体的工程案例，展示了如何通过合理选型，将开关频率提升至兆赫兹级别，从而显著减小无源元件（如电感和电容）的体积和重量。 先进封装技术与热管理： 讨论了现代电力电子模块（如Press-Pack、Sintered Die Attach等）如何应对高功率密度带来的散热难题。内容包括热阻的精确计算方法、先进冷却技术（如液冷、直接芯片冷却）的应用，以及如何通过有限元分析（FEA）优化热路径，确保器件在恶劣工业环境下的长期可靠性。 第二部分：新型电力电子变换器拓扑结构与系统集成 本章节着眼于突破传统电压源逆变器（VSI）和电流源逆变器（CSI）的局限性，介绍了一系列面向特定工业需求的创新拓扑结构。 多电平技术的发展与应用： 深入研究了级联 H 桥（CHB）、中点钳位（NPC）和飞板（Flying Capacitor, FC）等拓扑在提高输出波形质量、降低谐波含量和减少设备电压应力方面的优势。我们重点分析了如何在不增加过多器件数量的前提下，通过优化开关序列，实现更优的直流侧电压平衡控制，这对于大型电机驱动系统尤为关键。 高频开关与无源元件的优化设计： 探讨了高频化对系统设计带来的挑战与机遇。内容包括如何设计低损耗的高频变压器、优化磁芯材料的选择（如铁氧体、非晶合金），以及设计具有极低等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）的DC-Link电容器。 集成化与模块化设计： 阐述了功率电子系统向高度集成化和模块化发展的趋势。我们分析了如何将功率器件、驱动电路、保护逻辑集成到单一的智能功率模块（IPM）中，并探讨了基于即插即用（Plug-and-Play）原则的模块化电力电子系统架构，以简化大型驱动装置的现场安装和维护。 第三部分：面向工业 4.0 的智能控制算法 本部分聚焦于现代控制理论在电力电子系统中的应用，强调实时性、鲁棒性和自适应性。 无传感器控制策略的深度解析： 详细介绍了用于电机驱动的先进无传感器技术，如基于观测器的磁链估计算法、高频注入法（HF Injection）以及基于模型参考自适应系统（MRAS）的转速和位置估计算法。重点在于如何提高这些算法在电机低速甚至零速时的精度和抗干扰能力，以满足精密机床和机器人对动态性能的严苛要求。 先进的开关模式控制（SMC）与空间矢量调制（SVM）： 超越传统的正弦脉冲宽度调制（SPWM），本书详细推导了高阶谐波抑制技术（如三次谐波注入）、死区时间补偿机制，以及在非对称电压系统下的空间矢量调制优化方法，旨在最大化直流电压利用率并抑制输出电流纹波。 基于模型预测控制（MPC）的优势： 深入分析了MPC如何通过滚动优化原理，实时地预测系统未来状态并选择最优的开关模式。我们提供了MPC在电流环、速度环以及电压平衡控制中的具体算法实现框架，强调了其在处理系统约束和非线性方面的强大能力。 第四部分：电能质量、可靠性与新兴应用 本章节将视角扩展到电力电子系统的外部交互和生命周期管理。 电网侧的互作用与电能质量（PQ）： 讨论了工业负载中的谐波电流产生机理、无功功率补偿技术（如STATCOM原理在工业环境中的应用），以及如何设计符合 IEEE 519 或 IEC 61000 标准的主动功率因数校正（PFC）电路，以减少对电网的污染。 系统级故障诊断与容错技术： 探讨了如何利用嵌入式系统和诊断算法实现对功率器件（如IGBT、MOSFET）健康状态的早期预警。内容包括基于电压/电流波形特征的故障识别、冗余设计（如硬件冗余和功能冗余）以及在发生单开关管失效后系统如何快速切换到降额运行模式的容错策略。 新兴工业应用场景： 简要介绍了电力电子技术在高精度伺服驱动、工业机器人关节驱动、轨道交通牵引系统、以及大规模储能系统（ESS）的并网管理中所扮演的核心角色，侧重于这些领域对功率密度、动态响应速度和系统可靠性的独特要求。 本书面向从事工业电气传动、自动化控制、电力系统集成以及相关领域的研究人员、高级工程技术人员和高年级本科生与研究生。它旨在提供一个从器件到系统、从理论到实践的完整知识体系，以应对未来工业升级对电力电子技术提出的更高标准和更复杂挑战。

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对于追求前沿技术和最新标准更新的读者来说，这本书的**信息时效性和对新型功率器件的应用探讨**略显滞后。电力电子技术发展迅猛，尤其是在碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等第三代半导体材料大规模商业化应用之后，变频器的开关频率、功率密度和效率都得到了质的飞跃。我非常期待书中能有一部分内容，详细对比SiC MOSFET与传统IGBT在驱动电路设计、热管理需求以及高频损耗模型上的差异，并分析SiC变频器在超快脉冲宽度调制（PWM）下的新挑战。书中对目前仍占主导地位的IGBT技术讲解虽然扎实，但缺乏对未来趋势的预判和技术路线的梳理。此外，工业4.0背景下，变频器与云端数据平台、预测性维护（PdM）系统的集成方式，以及基于工业物联网（IIoT）的诊断机制，这些紧跟时代脉搏的话题，在本书中也未能得到足够的关注和深入的论述。

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读完这本书，我最大的感受是它在**面向不同行业应用场景的深度挖掘**上有所欠缺。变频器作为工业控制的核心部件，其应用环境千差万别，例如冶金、化工、水处理、数控机床等领域，对变频器的性能要求（如过载能力、动态响应速度、抗恶劣环境能力）都有显著区别。然而，本书的内容组织更偏向于一个通用的、标准化的变频器介绍。它没有深入探讨针对特定工况的控制策略优化，比如在化工行业常见的、对快速响应要求极高的搅拌负载下的矢量控制参数整定技巧，或者在矿井提升机等对安全冗余要求极高的场合下，双变频器冗余系统的切换逻辑与故障诊断流程。那些关于变频器在**非标电机驱动**（如永磁同步电机在低速大扭矩下的性能补偿、开关磁阻电机的驱动特性）方面的讨论也几乎没有涉及。这样的叙述方式，使得这本书更像是一本面向初级技术人员的入门手册，而非能指导资深工程师解决复杂工程难题的参考宝典。

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从**图示清晰度和专业术语的统一性**来看，本书还有提升的空间。虽然整体结构尚算清晰，但在涉及复杂的控制框图和参数设定表时，图例的质量参差不齐，部分关键的信号流向和反馈路径标记模糊不清，这在学习初级阶段容易造成误解。例如，在讨论电流环和速度环的级联结构时，不同章节对同一专业术语（如“转矩脉动”或“滑模控制”）的定义略有出入，这对于建立精确的知识体系构成了干扰。更令人费解的是，某些高阶的数学模型，如电机参数辨识（如卡尔曼滤波应用于参数估计）的推导过程，在未充分铺垫的情况下就直接给出了最终公式，使得非数学背景深厚的读者难以跟进其逻辑跳跃性。一本面向应用的专业书籍，应当确保图表的专业性和术语表达的绝对一致性，以最大限度降低读者的认知负荷和学习成本。

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这本《变频器基础及应用》的作者显然在电路原理和电力电子技术领域有着深厚的功底，但遗憾的是，对于实际工程中更为关键的、与变频器性能息息相关的**电磁兼容性（EMC）设计和接地布局策略**的探讨显得有些单薄。我原本期待书中能有专门的章节，详细阐述高频开关对电网谐波的产生机理，并给出针对性的滤波方案，比如输入谐波滤波器（LCL/LCL-T等）的具体设计步骤和参数计算。更别提那些实际调试中经常遇到的棘手问题，例如共模/差模干扰的抑制、屏蔽层的有效处理方法，以及如何依据IEC/GB标准进行电磁兼容性测试前的预评估。书中的内容更多停留在变频器内部拓扑结构和基本控制算法的介绍层面，这对于一个期望从理论深入到实践的工程师来说，信息密度是不够的。我希望看到的是图文并茂的故障案例分析，例如，由于布线不当导致的误触发、过流保护失效等实际场景的剖析，并附上不同EMC等级要求下的实际设计选型参考，而不是仅仅停留在教科书式的理论阐述上。这种对“工程实现细节”的缺失，让这本书的实用价值大打折扣。

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这本书的**编程与软件调试部分**给人的感觉是浮于表面，缺乏对实际底层代码逻辑的揭示。现代变频器不再仅仅是硬件的堆砌，其灵魂在于嵌入式系统中的控制算法实现。我原本指望书中能提供更详尽的关于DSP或微控制器上实现FOC（磁场定向控制）或SVC（矢量控制）的**伪代码结构**，或者至少对SVPWM（空间矢量脉宽调制）算法的**数学推导和查表优化**进行细致的讲解。然而，书中的相关章节更多是概念性的描述，例如“通过反馈回路实现闭环控制”，而没有触及到如何选择合适的采样时钟、如何处理死区时间补偿的软件算法、以及如何通过调试工具（如示波器或逻辑分析仪）来验证PWM波形的准确性。对于想深入理解变频器内部“黑匣子”工作原理的读者来说，这种层面的讲解是远远不够的，它更像是一本关于“使用说明书”的解读，而非“设计手册”的剖析。

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