具体描述
The purpose of this book is to familiarize the reader with all aspects of electrical drives. It contains a comprehensive user-friendly introductory text.
现代电力电子技术在工业驱动系统中的应用与发展 内容提要： 本书深入探讨了现代工业驱动系统的核心——电力电子技术在电机驱动领域的最新进展与实践应用。全书结构严谨，内容涵盖从电力电子器件基础到复杂电机控制策略的全面分析，旨在为电气工程、自动化、机电一体化等领域的工程师、研究人员和高级学生提供一本兼具理论深度与工程实用性的参考指南。 第一章：电力电子技术基础与器件 本章聚焦于支撑现代驱动系统的基础元件。首先，详细介绍了功率半导体器件的演变历程，重点剖析了IGBT（绝缘栅双极晶体管）和SiC（碳化硅）MOSFET在驱动电路中的优缺点及其最新的封装技术对系统性能的影响。深入探讨了开关特性、热管理策略以及如何通过器件选择来优化系统的效率和功率密度。 接着，详细阐述了功率变换器拓扑结构。分析了各类直流斩波器（Buck, Boost, Buck-Boost）和交流调压电路（AC Chopper）的工作原理及其在不同负载条件下的适用性。着重讲解了逆变器拓扑，包括线波型逆变器、多电平逆变器（如NPC、飞嵌式多电平）在提高输出电压质量、减小谐波失真方面的优势和工程实现难度。对于驱动系统中的关键部分——PWM（脉冲宽度调制）技术，本书提供了详尽的分析，涵盖了正弦波PWM、矢量控制PWM（Space Vector Modulation, SVM）的数学模型推导及其在三相逆变器中的具体应用，并讨论了高频开关对电磁兼容性（EMC）的挑战与抑制措施。 第二章：交流电机驱动的经典与先进控制理论 本章是本书的核心部分，专注于如何精确、高效地控制交流电机，特别是感应电机（IM）和永磁同步电机（PMSM）。 对于感应电机，系统性地回顾了传统的V/f控制（恒定伏频比控制）的局限性，随后深入剖析了矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）的理论基础。详细推导了Clark和Park变换，阐述了如何将三相静止坐标系下的量转换到旋转的d-q坐标系下进行解耦控制。针对实际应用中转子磁场定向的精确性问题，本书提供了基于滑模观测器（SMO）和扩展卡尔曼滤波器（EKF）的转子速度和位置估算方法，有效提高了低速和零速运行的性能。 对于永磁同步电机，重点分析了其在电动汽车、机器人和精密机床中的应用。系统介绍了基于磁链的直接转矩控制（DTC）和基于电流环的FOC控制策略的对比。特别关注了PMSM在弱磁调速区域的控制策略，如六步方波换向与正弦波控制的平滑过渡技术。此外，对于高功率密度应用，本书探讨了无位置传感器控制（Sensorless Control）的最新进展，包括高频注入法和MRAS（模型参考自适应系统）在实现宽调速范围内的精确控制中的应用。 第三章：直流电机驱动与特种电机控制 虽然交流电机在工业中占据主导地位，但直流电机在特定场合仍不可替代。本章首先分析了经典的直流他励/并励/串励电机的电气特性与动态模型。着重讲解了基于晶闸管（SCR）和功率MOSFET/IGBT的直流调速系统，包括单相和三相可控整流器的工作原理及其控制方法。 随后，本书扩展到特种电机驱动系统。详细分析了开关磁阻电机（SRM）的非线性磁特性和双凸极结构，重点介绍了SRM的复杂转矩控制策略，包括点火角优化和无传感器运行技术。对于步进电机，探讨了其在开环定位系统中的应用，并对比了全步进、半步进驱动模式的性能差异，以及高细分驱动技术在消除振动方面的作用。 第四章：现代驱动系统中的保护、集成与通信 本章关注驱动系统的工程实现和可靠性。详细论述了电机驱动器中的关键保护功能，包括过流保护（OCP）、过压保护（OVP）、过温保护（OTP）的硬件实现与软件冗余设计。讨论了驱动器与电网侧的接口设计，包括输入滤波器、功率因数校正（PFC）技术（有源和无源PFC）在满足电网谐波标准中的作用。 在系统集成方面，本书探讨了驱动器与上位控制系统之间的通信协议。深入分析了工业以太网（如EtherCAT, PROFINET IRT）和现场总线技术（如CANopen）在实现高速、实时数据交换中的应用，以及如何通过这些网络实现分布式驱动和运动控制。 最后，本章对现代驱动系统中的嵌入式控制平台进行了概述，包括高性能微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）在实现复杂控制算法时的性能权衡与硬件加速技术。 总结： 本书旨在构建一个从电力电子元件到复杂电机控制策略的完整知识体系，强调理论分析与工程实践的紧密结合，为读者在设计、调试和优化现代工业驱动系统时提供坚实的理论基础和实用的技术指导。
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