Advanced Control Techniques for Power Electronics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Morgan & Claypool

作者:Monti, Antonello/ Hudgins, Jerry (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:40

装帧:Pap

isbn号码:9781598292725

丛书系列:

图书标签:

电力电子
高级控制
控制技术
电力系统
电机控制
优化控制
开关电源
能量转换
稳态分析
动态分析

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具体描述

深入探索：现代电力电子与电能变换系统设计内容提要本书旨在为电力电子领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面、深入的视角，专注于当前电力电子系统设计、分析与控制的前沿技术与实用方法。本书内容涵盖了从基础理论到尖端应用的广阔范围，重点强调了提高系统效率、增强动态性能以及确保电网兼容性的关键技术。全书结构严谨，理论阐述详尽，并通过大量的工程实例和仿真分析，确保读者能够将所学知识有效地应用于实际的工业和科研项目中。第一部分：电力电子器件与拓扑结构基础革新本部分首先回顾了当前主流电力电子器件（如SiC MOSFETs、GaN HEMT）的特性、局限性及其在不同工作频率和功率等级下的适用性。随后，重点分析了为应对高频、高功率密度挑战而诞生的新型变换器拓扑。第一章：高频开关器件的物理机制与优化设计深入探讨了宽禁带半导体（WBG）器件，特别是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）在开关损耗、热管理和抗辐射能力方面的优势。分析了它们在栅极驱动回路设计中的特殊考量，包括寄生电感和瞬态电压抑制（TVS）元件的选择。详细阐述了器件结温对可靠性的影响，并介绍了基于热阻矩阵的快速热建模方法。第二章：先进交直流（AC/DC）变换器拓扑本章聚焦于实现单位功率因数（UPF）和低谐波注入的高性能整流技术。详细介绍了无源和有源脉冲宽度调制（PWM）整流器、多电平变换器（如中点钳位、飞跨电容、级联H桥）的设计原理。特别关注了无电解电容（或少电容）的直流链路技术，如利用高频磁元件或准共振结构来减小体积和提高寿命。对高密度直流母线电压平衡和环流抑制机制进行了深入分析。第三章：直流/直流（DC/DC）变换器的效率与功率密度提升本章探讨了面向电池管理系统、数据中心电源和电动汽车充电的下一代DC/DC拓扑。重点分析了谐振式变换器（LLC、LCC）在轻载和重载下的工作特性，以及如何通过频率和占空比解耦控制来优化其性能。此外，还详细介绍了先进的隔离式变换器，如高频磁耦合网络设计、多端口变换器以及集成磁学的应用，旨在显著提高功率密度。第二部分：电能质量与系统级控制策略本部分转向系统级的性能优化，重点研究如何通过先进的控制算法来提升电能质量、提高并网能力，并确保系统在非理想电网条件下的稳定性。第四章：电网接口与并网逆变器的稳定控制本章详细阐述了与电网连接的逆变器（如光伏逆变器、STATCOM）的控制设计。核心内容包括：同步控制技术（如锁相环PLL的抗扰动设计）、输出电流环与电压环的精确设计，以及如何应对电网阻抗变化导致的次同步振荡问题。引入了基于定子磁链观测的无功功率控制方法，以实现更快速的动态响应。第五章：先进调制技术与开关策略深入研究了超越传统正弦PWM的调制技术。详细介绍了空间矢量调制（SVM）在多相系统中的应用，以及如何利用离散-时间模型进行死区时间补偿和开关频率优化。重点探讨了开关频率对谐波含量、器件损耗和滤波器尺寸的权衡，并分析了随机调制和自适应调制的适用场景。第六章：系统级动态建模与稳定性分析本章侧重于电力电子系统的建模与控制器的综合设计。采用状态空间平均法（SSA）对非线性系统进行低频近似建模，并讨论了阻抗建模（如输入阻抗、输出阻抗）在预测环路稳定性中的应用。详述了利用Nyquist判据和增益裕度/相位裕度分析来确保闭环系统稳定性的工程实践。引入了基于Lyapunov函数的设计方法，用于验证控制器的全局稳定性。第三部分：面向高可靠性的诊断、保护与智能化应用本部分关注电力电子系统在实际应用中的可靠性、故障容错能力以及如何融入现代智能电网的需求。第七章：故障检测、隔离与容错技术探讨了电力电子系统关键故障（如开关器件短路/开路、直流环节过压）的实时在线检测方法，包括基于电流频谱分析和电压过冲速率的早期预警机制。详细介绍了故障后系统的重构策略，如采用冗余臂或软件重配置来实现容错运行，确保关键负载不中断供电。第八章：集成化设计与热电磁协同优化本章关注功率密度提升背后的物理挑战。研究了磁性元件（变压器、电感器）与半导体器件在同一封装内集成的可行性与挑战。分析了电磁干扰（EMI）的传播路径和抑制技术，特别是共模（CM）和差模（DM）噪声的消除策略。强调了系统级热管理（包括微通道冷却技术）对器件寿命的决定性影响。第九章：面向电能信息化的数字化控制展望了数字控制平台在电力电子中的应用。详细介绍了高性能数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵（FPGA）在实现复杂控制算法（如模型预测控制MPC）中的优势。探讨了如何利用高速数据采集和实时监测技术，结合数据分析，实现预测性维护和能源调度优化，推动电力电子向自适应和自主运行方向发展。总结本书内容深度融合了电力电子的硬件设计、系统动力学分析和前沿控制理论，旨在为读者提供一个应对未来高功率密度、高效率与高可靠性挑战的知识框架。每章节后的习题和案例分析均源于实际工程问题，确保理论学习与工程实践的紧密结合。