This best-selling book employs a theoretical, practical, multidisciplinary approach to provide introductory users with a broad understanding of modern electric power. The scope of the book reflects the rapid changes that have occurred in power technology over the past few years–allowing the entrance of power electronics into every facet of industrial drives, and expanding the field to open more career opportunities. The author covers thefundamentals of electricity, magnetism and circuits, mechanics and heat, electrical machines and transformers, electrical and electronic drives, and electric utility power systems . For managers of electrical utilities, electricians, electrical contractors and electrical maintenance personnel.

在准备本书第6版时，我想将一些对电力系统有较大影响的新内容介绍给大家，其中有以下5部分内容。

第13章、12.23～12.26节介绍了双馈感应电机的原理与特性。该电机的调速可通过在定子加固定频率交流电，而在转子通入可变频率交流电来实现，故名为“双馈”。双馈电机原来用作变速电动机来驱动大型水泵等负载，现在，该电机在风力发电中作为双馈发电动机使用。由于风力发电的重要性，有必要在本书中介绍这种特殊的电机。

第21章、21.45～21.51节对PWM的相关内容作了重要的修改，增加了新的内容及图片。

第23章介绍了几种电动机调速的电子控制方法。23.31～23.40节特别介绍了直接转矩控制（DTC）方法，与应用PWM及矢量控制方法不用，DTC使用了砰砰控制法，其对速度及转矩的控制与其他方法不同，该章根据感应电机原理，对此做了直观的分析。

第24章、24.28～24.35节讨论了风能、风力发电。分析了几种各具特点的风力发电方法。

第28章、28.20～28.24节介绍了轻型直流输电方案，随着IGBT的功率容量的提高，可在直流输电装置中使用IGBT将电能输向远端。故数十兆瓦容量的变流器可应用高频的PWM技术，使滤波器的体积大大下降，更重要的是变流器可根据需要吸收或发出无功功率。

本书第6版的教师手册有了重要变化，题解由手写版改为电脑排版，使之便于阅读。另外，相关信息及工程应用（包括题解）公布在Theodore Wildi Web（http://www.wildi-theo.com）上。

本书第6版中新的内容大约有50页，这些新内容与原书已有的数百页中的内容相关。以单独写书介绍风力发电为例，需200页左右的篇幅描述感应电机原理、电力电子技术、速度调节等内容。而本书的完整的知识体系，使得介绍新技术时无需对基础知识作重新讲解，也帮助读者了解这些知识是如何贯穿在一起的。

技术发展综述

本书的更新着眼于计算机技术在工业控制及自动化中的应用。通过计算机可以模拟继电器及其触点，计算机控制的通/断控制可通过键盘编程的虚拟继电器及其触点来取消硬件的布置及连线。借助于互联网，可将可编程序逻辑控制器（PLC）与整个工业制造过程结合起来，从而将管理、销售、采购及消费满意度有机地结合。

电力电子技术已广泛应用于电气传动领域，传动系统不仅仅具有直流电动机或交流电动机，而且包括相应的电子控制器。即“驱动”一词涉及电动机及其驱动器，且能控制电动机的转矩与速度。在教学中应充分注意上述变化。

技术发展涵盖以下内容：1）大容量电力电子器件的发展，如绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）的工作频率可达到20kHz，而晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）的容量可达到数千安电流，电压也达到5kV。2）另一重要的因素是微处理器计算能力的提高，它能以惊人的速度进行信号的实时处理。

高开关频率的IGBT使脉宽调制（PWM）技术可应用于变流器，实现对感应电动机的转矩和速度控制。

多数工业驱动系统的容量范围为分马力至500马力，该容量范围的电动机驱动器中的功率器件可使用IGBT。使用IGBT的驱动器具有低维护成本、高效、更高的生产率等特点，这促进了电动机驱动器的更新换代。因此，在动态性能要求较高的场合，维护方便的交流调速系统也在取代直流调速系统。

变流器技术的快速发展影响了工业、商业活动的各个环节，应用这些新技术，电梯、电动机车、电驱动舰船、伺服机构、加热系统、通风系统、空调系统、风扇、压缩机及大量的工业生产流水线等装置或系统得到了提升。

相对稳定50余年的输电、配电系统也受此影响发生了变化。如同步调相机、变频机组等大型旋转电机已被完全没有旋转部件的固态变流器所取代。

大功率静态开关、晶闸管可控电容器、可进行相位补偿的变流器等装置随着相关技术的发展而出现。新的电力潮流控制方法，FACTS（Flexible AC Transmission System）可使输配电系统能传输更大的功率，以满足日益增长的电力需求。由于变流器的反应速度很快，它可以稳定受到外界干扰的电网。

一个很重要的事实是：所有这些技术发展都基于共同的基础。换句话说，使用在电动机驱动系统中的变流器与在电力系统潮流控制中应用的变流器是相似的。这样，本书所有内容都前后连贯起来，方便了使用电机、驱动与电力系统教材的老师与学生。

一些重要章节的简述

第2章介绍了如何列写电路方程。大多数学生知道如何求解这些方程，但却在列写方程时遇到困难。作者介绍了易于掌握的AC/DC电路求解过程，读者可由此受益。

.　　VIVII第11章介绍特殊变压器，其中包括高频变压器。高频变压器与变流器的高频化紧密相关，该变压器的体积随频率升高而下降。

第16章介绍同步发电机，该发电机体积增大时，效率及单位体积输出功率会增大。这个概念有助于设计此类发电机。

第18章介绍单相感应电动机的等效电路，该电路是依据三相感应电动机近似后得到的。

第21章介绍电力电子技术，讨论变流器、PWM技术等，如何使IGBT变流电路产生任意频率、任意波形的输出电能的方法。

第23章介绍交流电动机的电子控制，包括变速运行时感应电机特性、PWM驱动器、磁通矢量控制等内容。

第29章介绍电力传输、分配的固态控制器，解释电力传输中的电子控制技术，讨论了与电能质量相关的暂降、暂升、谐波、电压下降等概念。改善电力质量的电子控制方法对电力系统的重要性日益加强。

第30章讨论谐波，介绍谐波如何影响电容、电感、电缆、变压器的性能，影响电力系统的质量。该章以简单的语言说明谐波是怎样产生的，又是如何消除的。

本书读者对象

本书讨论的内容所需的基础知识为电路理论、代数及三角学等。

本书写作时对复杂问题进行了易于理解的处理，故适用各种类型的读者。它即适合大专院校2年制的电类学科，由于其涉及面很广，也适合4年制的相关学科。许多学校将此书作为电力系统课程的教材。工业实践环节的指导老师也可在该书中找到许多可直接应用于实验室或电气工业中的相关信息。该书也可应用于继续教育，书中的众多样例方便自学。

每章结尾的习题分为3个层次：初级、中级和高级。为方便读者解题，在书的后面附有题解。读者也可在书后的参考文献（包括图书、论文、网站等）中找到更进一步的信息。

快速浏览本书，可发现书中照片的重要性。通过图表和图片，可展示各装置、系统的结构及使用场合。不少学生可能从未去过相关工厂，未近距离观察过输配电系统，但照片可帮助他们了解这些装置、电机等。

通过31章的内容，读者可了解如何将不同的概念结合在一起，如同步电动机的术语及功率方程与输电线的类似。而与输电线相关的无功功率是变流器中的重要概念。因此，在某一方面得到的知识可应用到另外场合。其结果是：对电机、驱动与电力系统的学习将成为充满挑战、发人深省的体验。

为了表达实际的电机和电力系统，应该关注转动惯量、材料的物理极限及由于发热引起的问题，这涉及多学科研究领域。总之，本书采用理论、实际及多学科分析来帮助读者对电气工程技术作全面的了解，使各位掌握更多的相关知识从而具有更多的就业机会。

最后，对本书的使用作一下说明：电力工业，尤其在快速功率半导体器件方面在过去10年中得到了快速发展。电机、驱动及电力系统的更新换代需要时间，在此期间，本书涉及的相关技术不会有较大的变化。因此，本书第6版将会使用较长一段时间。

致谢

作者深深感谢对本书第6版以及前几版的写作做出贡献的以下人士：

教授及审核者：Robert T.H.Alden, Professor Emeritus, McMaster University; Ramon E.Ariza, Delgado Community College; Fred E.Eberlin, Educational Consultant; David Krispinsky.Rochester Institute of Technology: Athulu Kulatunga, Southeast Missouri State University; Rick Miller, Ferrls State University; M.H.Nehir, Montana State University； Martin M.Peros, Seneca College; James E.Roach, Bob Jones University; Chandra Sekhur.Purdue University; Gerald Sevigny, Southern Maine Technical College; Philippe Viarouge and Hoang Le-Huy, Laval University; Stacy Wilson, Western Kentucky University; and Thomas Young, Rochester Institute of Technology.

特别感谢对本书提出非常有价值建议的Scott Norr(University of Minnesota-Duluth)和Andrzej Trzynadlowski(University of Nebraska-Reno)。

商业、工程界及相关学会人士：Gilbert Sybille of Hydro-Quebec Power System Simulation Laboratory (IREQ), André Duponl, Raj Kapila, G. Linhofer, and Katherine Sahapoglu of ABB; Roger Bullock, Gerry Goyette, Jim McCormick, James Nanney, Darryl J.Van Son, and Roddy Yates of Baldor Electric Company; Jacques Bédard, Guy Goupil, and Michel Lessard of Lab-Volt Ltd.; Richard B.Dubé of General Eleclric Company; Abdel-Aty Edric and Ashock Sundaram of Eleclric Power Research Institute; Nell H.Woodley of Weslinghouse Electric Corporalion; Maurice Larabie, Jean-Louis Matin, and Bernard Oegema of Schneider Canada; Carl Tobie of Edison Electric Institute; Damiano Esposilo and Vance E.Gulliksen of Carnival Cruise Lines; Scott Lindsay of Daiya Control Systems; Louis Bélisle and Jean Lamontagne of Lumen; Benoit Arsenault and Les Halmos of Allen Bradley.

我也在这里感谢出版商Charles E.Stewart，Jr，Prentice Hall公司的副主编Mayda Bosco，及高级编辑Alexandrina B.Wolf，感谢他们对本书出版的各种帮助。

感谢我的儿子，Karl，他对本书的最新版本的文字处理付出了辛勤的劳动。

感谢我的妻子，Rachel，我在假期忙于写作、咨询及教学时，她一直支持我的工作。

许多教师、学生、工程师、技术人员通过wildi@wildi-theo.com邮箱提出了问题和建议，非常感谢！希望大家继续关心本书。

Theodore Wildi

↑折 叠

序言

出版者的话

文艺复兴以来，源远流长的科学精神和逐步形成的学术规范，使西方国家在自然科学的各个领域取得了垄断性的优势；也正是这样的传统，使美国在信息技术发展的六十多年间名家辈出、独领风骚。在商业化的进程中，美国的产业界与教育界越来越紧密地结合，信息学科中的许多泰山北斗同时身处科研和教学的最前线，由此而产生的经典科学著作，不仅擘划了研究的范畴，还揭示了学术的源变，既遵循学术规范，又自有学者个性，其价值并不会因年月的流逝而减退。

近年，在全球信息化大潮的推动下，我国的信息产业发展迅猛，对专业人才的需求日益迫切。这对我国教育界和出版界都既是机遇，也是挑战；而专业教材的建设在教育战略上显得举足轻重。在我国信息技术发展时间较短的现状下，美国等发达国家在其信息科学发展的几十年间积淀和发展的经典教材仍有许多值得借鉴之处。因此，引进一批国外优秀教材将对我国教育事业的发展起到积极的推动作用，也是与世界接轨、建设真正的世界一流大学的必由之路。

机械工业出版社华章公司较早意识到“出版要为教育服务”。自1998 年开始，我们就将工作重点放在了遴选、移译国外优秀教材上。经过多年的不懈努力，我们与Pearson、McGraw-Hill、Elsevier、John Wiley & Sons、CRC、Springer等世界著名出版公司建立了良好的合作关系，从他们现有的数百种教材中甄选出Thomas L.Floyd、Charles K.Alexander、Behzad Razavi、John G.Proakis、Stephen Brown、Allan R.Hambley、Albert Malvino、Mark I.Montrose、David A.Johns 、Peter Wilson 、H.Vincent Poor、Dikshitulu K.Kalluri 、Bhag Singh Guru、Stephane Mallat等大师名家的经典教材，以“国外电子与电气工程技术丛书”为总称出版，供读者学习、研究及珍藏。这些书籍在读者中树立了良好的口碑，并被许多高校采用为正式教材和参考书籍。其影印版“经典原版书库”作为姊妹篇也越来越多地被实施双语教学的学校所采用。

权威的作者、经典的教材、一流的译者、严格的审校、精细的编辑，这些因素使我们的图书有了质量的保证。随着电气与电子信息学科建设的不断完善和教材改革的逐渐深化，教育界对国外电气与电子信息教材的需求和应用都将步入一个新的阶段，我们的目标是尽善尽美，而反馈的意见正是我们达到这一终极目标的重要帮助。华章公司欢迎老师和读者对我们的工作提出建议或给予指正，我们的联系方法如下：

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