多电平变换器的理论和应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:何湘宁

出品人:

页数:277

译者:

出版时间:2006-9

价格:29.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111198222

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 多电平变换器
• 逆变器
• 新能源
• 电力系统
• 高电压
• 谐波控制
• 模块化
• 可靠性
• 应用技术

电力电子学前沿：功率半导体器件与先进控制策略 图书定位： 本书旨在深入探讨当代电力电子领域的核心理论、关键技术以及最新的工程实践。它面向高等院校电力电子、自动化、电气工程及其相关专业的本科高年级学生、研究生，以及从事电力电子系统设计、研发和调试的工程师和技术人员。本书不侧重于单一拓扑结构的深入分析，而是宏观地构建电力电子系统从器件选择到系统集成、从基础控制到智能调控的完整知识体系。 核心内容概述： 本书内容涵盖电力电子技术赖以发展的两大基石：先进的功率半导体器件技术和创新的控制算法应用。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度和工程实用性之间取得完美的平衡。 第一部分：功率半导体器件基础与热管理 本部分系统回顾了电力电子系统的“心脏”——功率半导体器件的发展历程与工作机理，并重点剖析了当前工业界和学术界关注的热点。 第一章 功率半导体器件选型与特性分析： 详细阐述了传统的二极管、晶闸管（SCR）的工作原理，随后重点转向现代电力电子的主流器件，包括功率MOSFET、IGBT以及快速恢复二极管（FRD）的结构、导通损耗模型、开关特性（如$dv/dt$和$di/dt$限制）的精确数学描述。内容深入探讨了SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等第三代半导体材料的优越性能，包括其在高频、高温工作条件下的应用潜力、短路保护机制以及对驱动电路提出的新要求。 第二章 器件的驱动与保护： 驱动电路是连接控制系统与功率器件的桥梁，其设计质量直接决定了系统的可靠性和效率。本章详细介绍了隔离驱动的常用技术（光耦、磁耦、电容耦），重点分析了栅极驱动中的米勒效应（Miller Effect）对开关波形的影响及抑制措施。此外，书中对过流、过压保护电路的设计原则进行了详尽的阐述，尤其强调了先进的短路保护技术（如SPC）在IGBT模块中的应用策略和时序控制。 第三章 散热与热设计： 功率损耗导致的温升是限制电力电子设备性能和寿命的关键因素。本章系统地介绍了半导体芯片的热阻模型（从芯片结温到环境温度的传导、对流和辐射热阻），并详细对比了自然冷却、强迫风冷、液冷等散热方案的优劣。内容包含了热界面材料（TIM）的选择标准，以及如何利用有限元分析（FEA）工具进行系统级热仿真以优化散热器的设计。 第二部分：脉冲宽度调制（PWM）技术与开关策略 本部分聚焦于如何精确控制功率变换器的输出特性，这是电力电子技术的核心。与传统的简单正弦脉宽调制（SPWM）不同，本章深入探讨了面向高频、低谐波和多电平结构的高级调制技术。 第四章 基础调制技术与载波比分析： 回顾了单相和三相逆变器的基本线性调制区域和饱和区域。重点分析了载波比（$m$）对输出电压幅值、谐波含量以及开关频率的综合影响。详细讨论了双正弦波调制（DSW）和空间矢量调制（SVM）的基础理论，特别是三相逆变器在直流电压利用率上的提升。 第五章 高级空间矢量调制（SVM）算法： 深入解析了针对不同拓扑（如电压源型、电流源型）的优化SVM策略。内容包括零矢量优化技术（如零矢量在特定位置的分配），以最小化开关损耗的PWM策略，以及针对电机驱动应用中转矩脉动抑制的调制方法。此外，还探讨了应用于矩阵变换器（Matrix Converter）的直接转频调制技术。 第六章 死区时间补偿与谐波抑制： 开关器件的死区时间是导致输出电压波形畸变和低频谐波的主要原因之一。本章构建了死区时间对输出电压影响的精确数学模型，并提出了基于前馈补偿和反馈校正的闭环死区时间补偿方案。对于谐波抑制，书中介绍了针对特定谐波的陷波（Notch）调制技术和随机调制策略，以改善电磁兼容性（EMC）。 第三部分：电源变换拓扑的演进与应用 本部分不局限于传统的分立式变换器，而是聚焦于实现高效率、高功率密度目标的新型拓扑结构和集成技术。 第七章 串联与并联工作模式： 当单个器件无法承受系统所需的电压或电流时，器件的串联与并联成为必然。本章详细分析了器件串联时，均压环路的设计（如采用RC吸收回路或有源均压电路）以应对动态开关过程中的电压不平衡问题。对于并联，则着重于电流的平衡分配，包括电流共享器的设计以及动态负载下的电流再分配机制。 第八章 软开关技术（Soft Switching）： 软开关是实现高频化、高效率的关键技术。本章系统介绍了零电压开关（ZVS）、零电流开关（ZCS）的实现条件和拓扑结构。内容涵盖了谐振型（LLC、LCC）和准谐振型变换器的设计原理、谐振元件的设计与优化，以及如何处理ZVS/ZCS在轻载或重载条件下的失效问题。 第九章 模块化与集成化设计： 探讨了功率电子系统向模块化、集成化发展的趋势。书中分析了混合集成技术（HIL）在功率模块封装中的应用，以及如何通过优化PCB设计（如电流回路的最小化）来降低寄生电感，从而提高系统的工作频率和可靠性。 第四部分：电力电子系统的建模、仿真与状态估计 本部分强调了先进数学工具在电力电子系统设计和运行中的重要性。 第十章 变换器系统的动态建模方法： 详细介绍了适用于不同控制周期的建模技术，包括状态空间平均法（SSA）、平均模型法以及针对开关瞬态的精确离散模型。书中将侧重于如何利用这些模型为设计高级控制器（如预测控制）提供理论基础。 第十一章 现代控制理论在电力电子中的应用： 超越传统的PI控制，本章深入探讨了先进控制方法的应用，如滑模变结构控制（SMC）在抑制扰动和参数变化方面的优势；自适应控制在参数变化工况下的鲁棒性；以及模型预测控制（MPC）在多变量耦合系统中的应用潜力。 第十二章 传感器技术与状态观测： 高质量的反馈信号是实现精确控制的前提。本章对比了电流传感器（如霍尔效应、分流器）和电压传感器（如光耦隔离、高压差分放大器）的精度和带宽。重点介绍了基于观测器理论（如卡尔曼滤波KF、扩展卡尔曼滤波EKF）的状态估计方法，用于在不直接测量某些关键变量（如内回路电流、直流母线电压纹波）时实现精确的系统状态重构。 结语： 本书的撰写秉持着严谨的学术态度和务实的工程精神，旨在为读者提供一个全面、深入、与时俱进的电力电子技术学习平台。通过对器件、控制、拓扑和建模的系统性梳理，读者将能够掌握设计和分析现代高效能电力电子系统的核心能力。

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这本书在探讨多电平变换器在储能系统中的应用方面，真是做到了面面俱到。作为一名储能系统工程师，我深知如何高效、稳定地将电池能量输出到电网，或者为负载供电，是储能系统的核心。这本书为我提供了许多宝贵的理论和技术支持。书中详细分析了各种多电平拓扑（如NPC、CHB、MMC等）在储能系统中的优势，例如如何实现高效率、低谐波输出，以及如何更好地匹配电池的特性。我尤其对书中关于“双向功率流控制”、“电池电压均衡”、“以及与电网的并网控制”等内容的讨论非常感兴趣。书中介绍了如何通过先进的控制算法，实现储能系统在充电和放电过程中的高效转换，同时保证电池组的电压均衡，延长电池的使用寿命。此外，书中还详细讲解了如何利用多电平变换器实现储能系统与电网的平滑并网，包括如何控制功率因数、抑制涌流、以及应对电网电压和频率的波动。对于MMC在大型储能电站中的应用，书中更是进行了深入的剖析，展示了其在大规模储能系统中的高效率、高可靠性以及灵活性。这本书为我设计和优化储能系统提供了全面的技术指导。

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在深入阅读《多电平变换器的理论和应用技术》的过程中，我最先被吸引的是其对多电平变换器核心控制算法的深入剖析。作为一名需要进行大量仿真和实验验证的科研人员，我深知一个优秀的控制算法对于多电平变换器的性能至关重要。这本书在这方面确实做到了业界标杆的水准。书中详细介绍了各种调制策略，从基本的载波PWM到复杂的空间矢量PWM（SVM），并针对不同的拓扑结构（如NPC、CHB、MMC等）提出了相应的优化方案。我尤其对书中关于“载波移相PWM（Carrier-Shifted PWM）”和“三角波PWM（Triangular Wave PWM）”在降低开关损耗和提高效率方面的比较分析印象深刻。同时，书中还深入讲解了如何通过“谐波注入（Harmonic Injection）”和“零序列注入（Zero Sequence Injection）”等方法，来优化输出电压波形，降低总谐波失真（THD）。对于MMC这样复杂的拓扑，书中更是花费了大量篇幅来介绍其子模块的控制策略，包括“开关频率（Switching Frequency）”和“子模块电容电压均衡”等关键技术。我通过书中提供的详细数学推导和仿真模型，能够清晰地理解这些控制算法的原理和实现细节，这为我开展相关的理论研究和工程实践提供了坚实的支撑。

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不得不说，《多电平变换器的理论和应用技术》在高级调制策略的阐述上，真的是做到了精益求精。我一直对多电平变换器的输出谐波控制问题感到头疼，而这本书给了我非常满意的答案。作者不仅仅局限于传统的PWM方法，而是详细介绍了许多先进的调制技术，比如空间矢量调制（SVM）的各种变种，以及针对不同拓扑（如MMC、T-type等）的优化调制方法。其中，关于MMC（模块化多电平变换器）的详细讲解，让我对这种在大功率电力传输领域日益重要的技术有了全新的认识。书中不仅解释了MMC的工作原理，还深入分析了其在电网稳定、可再生能源接入等方面的优势，并通过大量的仿真数据和实际案例，展示了如何通过精确控制每个子模块的开关状态，来实现对输出电压的精确控制，并有效抑制谐波。特别是对于MMC中电容器电压的均衡问题，作者提供了多种控制算法，并对这些算法的性能进行了详细的比较，这对于设计稳定可靠的MMC系统至关重要。我对于书中关于“零序列注入（Zero Sequence Injection）”和“谐波注入（Harmonic Injection）”等调制方法的讨论尤为感兴趣，它们是如何通过巧妙地在电压空间矢量中引入某些特定谐波，来达到减小输出总谐波失真（THD）或优化开关损耗的目的，这是一种非常巧妙的工程设计思路。这本书让我意识到，多电平变换器的性能提升，很大程度上取决于调制策略的创新，而本书无疑为这一领域的探索提供了宝贵的指引。

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《多电平变换器的理论和应用技术》这本书在讲解多电平变换器的效率优化和损耗分析方面，可以说是做到了极致。在电力电子领域，提高效率、降低损耗一直是追求的目标，尤其是在高功率应用中，哪怕是很小的效率提升，也能带来巨大的经济效益和环境效益。本书在这方面提供了非常系统和深入的分析。作者首先详细地分析了多电平变换器中各种损耗的来源，包括开关损耗、传导损耗、磁性元件损耗等，并针对不同的拓扑结构（如NPC、CHB、MMC等），给出了精确的损耗计算模型。更重要的是，书中提出了多种优化策略来降低损耗。例如，通过优化载波频率、改进调制策略（如采用谐波注入或零序列注入），以及选择合适的半导体器件，都可以显著降低开关损耗。同时，书中还详细介绍了如何通过优化磁性元件的设计，如变压器和电感器，来减小传导损耗和铁损。我特别欣赏书中关于“混合多电平拓扑”的介绍，这种拓扑能够结合不同拓扑的优点，进一步提高效率和降低成本。书中还提供了详细的仿真结果和实验数据来验证这些优化策略的有效性，这让我能够更直观地理解如何将理论知识转化为实际的工程应用，对于提升我的项目设计能力非常有帮助。

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这本《多电平变换器的理论和应用技术》确实是一本非常扎实的著作，虽然我才刚刚开始深入研读，但其严谨的学术态度和细致的讲解已经给我留下了深刻印象。特别是关于多电平变换器拓扑结构的介绍，作者并没有停留在简单的列举，而是花了大量的篇幅去剖析每种拓扑的优缺点，从开关损耗、电磁干扰（EMI）、谐波含量、器件数量、控制复杂度等多个维度进行了对比分析，这对于我们选择最适合特定应用场景的拓扑非常有帮助。例如，对于级联H桥（CHB）和NPC（中点箝位）变换器，作者不仅解释了它们基本的开关模式，还深入探讨了在高功率应用中，如何通过优化调制策略来减少共模电压，从而降低对绝缘的要求，这一点对于电力电子设备在恶劣环境下的可靠性至关重要。此外，书中对三电平NPC变换器的载波移相PWM（Phase-Shifted PWM）和空间矢量PWM（Space Vector PWM）的详细推导和仿真结果分析，让我对如何提高输出波形质量、降低谐波注入有了更直观的认识。我尤其欣赏的是，作者没有回避实际工程中遇到的挑战，例如电容的均衡、dV/dt效应的抑制等，并且提出了多种有效的解决方案，这些都是从实践中提炼出来的宝贵经验。对于像我这样需要将理论知识转化为实际产品开发的工程师来说，这本书无疑提供了一个坚实的理论基础和丰富的实践指导。它不是那种泛泛而谈的书籍，而是能够真正帮助读者深入理解并解决实际问题的工具。

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在阅读《多电平变换器的理论和应用技术》的过程中，我发现该书在讲解多电平变换器故障诊断与容错控制方面，展现出了极高的专业水准。在很多实际应用中，多电平变换器可能会因为器件损坏、控制失效等原因发生故障，如何及时准确地诊断故障，并采取有效的容错策略，保证系统的持续运行，是一个非常重要的课题。这本书在这方面提供了非常详尽的指导。书中不仅介绍了各种故障模式，例如IGBT的短路、开路，或者电容的失效等，还详细阐述了如何通过监测关键参数（如电流、电压、开关信号等）来快速定位故障。更重要的是，书中提供了多种针对不同拓扑（如NPC、CHB、MMC等）的容错控制策略。例如，在NPC变换器中，当一个开关器件发生故障时，如何通过调整调制策略，继续保持输出的基波电压，或者如何将故障器件旁路，确保系统继续运行，这些都得到了详细的说明。对于MMC这样由大量子模块组成的复杂系统，书中更是详细介绍了如何通过识别故障子模块，并将其从正常运行回路中隔离，同时重新分配其他子模块的电压，来维持整个系统的正常工作。这些容错技术对于提高系统的可靠性和可用性，具有极其重要的意义。

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这本《多电平变换器的理论和应用技术》在探讨多电平变换器与电网交互的和谐性方面，表现得尤为出色。作为一名电网研究者，我一直关注如何在不影响电网稳定性和电能质量的前提下，最大化新能源发电的效益。本书对此提供了详尽的论述。作者不仅深入剖析了各种多电平拓扑的谐波特性，更重要的是，它提供了多种抑制谐波、改善功率因数、甚至实现电网支撑功能的先进控制策略。例如，书中对MMC在直流输电（HVDC）和柔性交流输电（FACTS）中的应用进行了详细的分析，解释了MMC如何通过精确控制子模块的电压，实现对交流电压幅值、相位、以及零序分量的灵活控制，从而有效地补偿电网的无功功率，改善电网的功率因数，甚至在电网发生故障时提供暂态稳定支撑。我特别关注到书中关于“频率响应控制”和“阻尼控制”的章节，这些技术能够让多电平变换器在新能源发电波动时，提供类似传统发电机的惯性响应，从而提高电网的整体稳定性。书中还详细介绍了如何通过对多电平变换器的输出进行滤波，或者优化调制策略，来满足严格的电网谐波标准。这些知识对于理解和设计未来智能电网中的电力电子接口至关重要。

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我是一名在工业自动化领域工作的工程师，负责设计和优化各种电机驱动系统。过去，我一直使用传统的两电平或三电平PWM逆变器，但随着对效率和电能质量要求的不断提高，我开始关注多电平变换器。这本《多电平变换器的理论和应用技术》为我打开了一个全新的世界。书中关于中点箝位（NPC）和T型（T-type）变换器在电机驱动中的应用，给我留下了深刻的印象。作者详细分析了这些拓扑如何减少电机端电压的谐波，从而降低电机损耗、提高电机寿命，以及减少电磁噪声。特别是在高压电机驱动领域，作者介绍了如何通过级联H桥或MMC来实现更高的电压等级，并降低开关器件的电压应力，从而使用更低压的器件，降低成本和提高可靠性。我尤其欣赏书中关于“载波移相PWM（Carrier-Shifted PWM）”和“谐波注入PWM（Harmonic Injection PWM）”在降低电机输出谐波方面的比较分析。这些精细的调制技术，能够显著改善电机的运行性能。此外，书中还提到了多电平变换器在电动汽车、轨道交通等领域的应用案例，这些都为我未来的项目提供了宝贵的参考。这本书让我认识到，多电平变换器不仅仅是“电平更多”那么简单，而是涉及一系列复杂的理论和技术，而这本书恰恰是系统学习这些知识的绝佳选择。

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这本书对于多电平变换器在新能源并网领域的应用，简直就是一本百科全书。我一直从事光伏发电相关的研究，在将逆变器接入电网的过程中，如何保证电能质量、降低谐波注入、以及如何实现高功率因数等问题，一直是我的关注焦点。这本书就详细地解答了这些困惑。作者在介绍不同多电平拓扑（例如，级联H桥、NPC、FC、MMC等）的适用性时，结合了实际的电网接入要求，如IEEE 519等谐波标准，并给出了相应的解决方案。书中对MMC在海上风电、直流输电等大功率应用中的优势进行了深入的分析，特别是其固有的模块化特性，使得故障容错能力大大增强，以及其在平滑直流电压、减少开关损耗方面的卓越表现。我还特别注意到了书中关于“虚拟同步机（Virtual Synchronous Machine, VSM）”控制策略的介绍，这种控制方式能够模拟传统同步发电机的惯性响应，为电网提供频率支撑，这对于解决新能源并网导致的电网惯量不足问题，具有非常重要的现实意义。书中还提供了详细的仿真和实验验证，使得理论知识更加生动和可信。我从中获得的不仅仅是技术知识，更是一种解决实际工程问题的思路和方法。

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这本《多电平变换器的理论和应用技术》在探讨多电平变换器在航空航天领域的应用方面，也提供了令人耳目一新的视角。在航空航天领域，对电源系统的效率、功率密度、可靠性以及电磁兼容性（EMC）都有着极其严苛的要求。书中关于如何在有限空间内实现高功率密度，以及如何有效抑制电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）问题，提供了许多创新的解决方案。作者在介绍不同拓扑（如NPC、T-type、CHB等）时，特别强调了它们在减小体积、降低重量和提高效率方面的潜力。例如，书中详细介绍了如何通过优化开关频率和选择合适的器件，来提高功率密度，同时保证系统的稳定运行。此外，书中还重点探讨了多电平变换器在电能管理系统、电动飞行器推进系统等方面的应用，并给出了相应的技术挑战和解决方案。我特别欣赏书中关于“开关损耗的优化”、“热管理”以及“高频共模电压抑制”等内容的讨论，这些都是在航空航天应用中必须重点考虑的因素。书中提供的详细分析和实例，让我对多电平变换器在航空航天领域的广阔前景有了更深刻的认识，也为我未来的研究方向提供了新的启发。

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还不错，学到不少知识，只是这些拓扑好像实用到产品的不多

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