Principles of Electric Machines with Power Electronic Applications

Principles of Electric Machines with Power Electronic Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:El-Hawary, Mohamed E.
出品人:
页数:496
译者:
出版时间:2002-6
价格:1096.00 元
装帧:HRD
isbn号码:9780471208129
丛书系列:
图书标签:
  • 电力拖动与运动控制
  • 清华教材
  • 电力机电原理
  • 电力电子
  • 电机控制
  • 电力系统
  • 电气工程
  • 电力应用
  • 电机设计
  • 变流器
  • 能量转换
  • 电机驱动
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具体描述

A thoroughly updated introduction to electric machines and adjustable speed drives All machines have power requirements, and finding the right balance of economy and performance can be a challenge to engineers. Principles of Electric Machines with Power Electronic Applications provides a thorough grounding in the principles of electric machines and the closely related area of power electronics and adjustable speed drives. Designed for both students and professionals seeking a foundation in the fundamental structure of modern-day electric power systems from a technical perspective, this lucid, succinct guide has been completely revised and updated to cover: The fundamental underpinnings of electromechanical energy conversion devices Transformers Induction machines Synchronous machines DC machines Power electronic components, systems, and their applications to adjustable speed drives Enhanced by numerous solved problems, sample examinations and test sets, and computer-based solutions assisted by MATLAB scripts, this new edition of Principles of Electric Machines with Power Electronic Applications serves equally well as a practical reference and a handy self-study guide to help engineers maintain their professional edge in this essential field.

深入探索现代电力电子技术与电能转换的核心原理 本书旨在为读者提供一个坚实且全面的基础,深入剖析现代电力电子技术在电能转换领域的应用,并以此为基石,系统性地阐述与之紧密相关的电动机驱动原理。我们将跳脱出纯粹的理论框架,着重于知识的实际应用与工程实践,为读者构建起从基础概念到高级应用的清晰脉络。 第一部分:电力电子变换器的基础与应用 本部分将聚焦于电力电子变换器,它们是现代电力系统实现高效、灵活电能转换的“心脏”。我们将从最基本的半导体器件入手,深入理解二极管、晶闸管、GTO、IGBT、MOSFET等关键器件的导通、关断特性、损耗机理以及它们在不同电路拓扑中的作用。 直流-直流变换器 (DC-DC Converters): Buck 变换器 (降压变换器): 详细解析其工作原理,包括连续导通模式 (CCM) 和断续导通模式 (DCM) 下的电感电流、电容电压纹波以及输出电压控制策略。我们将探讨占空比控制、频率调制以及更复杂的数字控制算法,并分析不同控制模式下的瞬态响应和稳定性。 Boost 变换器 (升压变换器): 同样深入分析 CCM 和 DCM 模式,以及其升压能力与输入电流特性。我们将比较 Buck 和 Boost 变换器的适用场景,以及它们在能量存储和电池管理系统中的应用。 Buck-Boost 变换器 (升降压变换器): 重点讲解其反极性输出特性,以及在需要输出电压大于或小于输入电压的场景下的优势。我们将分析其控制的复杂性以及在隔离型 DC-DC 变换器设计中的基础作用。 SEPIC 和 Cuk 变换器: 介绍这些具有隔离功能的 DC-DC 变换器,分析它们在降低传导损耗、提高电磁兼容性方面的特点,以及在特种电源设计中的应用。 多相变换器和矩阵变换器: 探讨这些高级拓扑结构如何通过增加开关器件和改变连接方式来提高功率密度、降低纹波,并实现更宽的电压和电流调节范围。我们将分析其在新能源并网、电动汽车充电等领域的潜在应用。 直流-交流变换器 (DC-AC Converters) - 逆变器 (Inverters): 单相逆变器: 从最基本的半桥和全桥逆变器开始,分析其产生方波、准方波和正弦波输出的原理。我们将深入研究脉宽调制 (PWM) 技术,包括正弦脉宽调制 (SPWM)、三角载波调制、空间矢量脉宽调制 (SVPWM) 等,并分析不同调制策略对输出波形质量、谐波含量和开关损耗的影响。 三相逆变器: 详细讲解三相逆变器在工业驱动、并网逆变器等领域的重要性。我们将重点分析 SVPWM 技术在三相系统中的应用,如何实现对三相电压和电流的精确控制,以及如何最大化利用直流侧电压。 多电平逆变器: 介绍 NPC (Neutral Point Clamped)、多级级联和飞跨电容式等主流多电平逆变器拓扑。我们将分析它们如何通过增加直流侧的连接点来提高输出电压等级,降低开关器件的电压应力,从而减小谐波含量,提高系统效率。 交流-直流变换器 (AC-DC Converters) - 整流器 (Rectifiers): 不可控整流器: 从单相和三相的半波、全波桥式整流器开始,分析其基本工作原理,输出电压纹波和电流畸变。 可控整流器 (相控整流器): 重点讲解晶闸管在相控整流器中的应用,如何通过触发角控制来实现对输出直流电压的调节,以及其在工业电源、电解等领域的应用。 有源功率因数校正 (APFC): 深入分析 APFC 的原理,如何利用电力电子变换器来改善输入电流波形,实现高功率因数。我们将探讨峰值电流模式、平均电流模式等控制方法,以及 APFC 在电源适配器、开关电源等产品中的重要性。 交错并联整流器: 介绍交错并联技术如何降低输入电流纹波,提高功率密度,以及其在服务器电源、通信电源等高可靠性电源中的应用。 电力电子系统的电磁兼容性 (EMC) 与热管理: EMI/EMC 产生机理: 分析电力电子器件开关过程中产生的电磁干扰 (EMI),以及如何通过滤波、屏蔽、布局优化等手段来满足电磁兼容性 (EMC) 标准。 热管理: 讲解电力电子器件的功耗来源,以及散热设计的重要性。我们将讨论传导散热、对流散热、辐射散热等方式,以及散热器的选择和设计原则。 第二部分:现代电动机驱动技术 本部分将聚焦于各种电动机的驱动原理,并重点强调电力电子技术在实现高效、精确控制中的作用。我们将深入理解电动机的电磁耦合特性,以及如何通过先进的控制策略来优化其性能。 直流电动机 (DC Motors): 永磁直流电机 (PMDC) 与他励直流电机: 分析其基本结构、工作原理和转矩-速度特性。 直流电机调速: 探讨通过改变电枢电压、电枢电流和励磁电流来实现调速的方法。我们将详细介绍斩波器 (chopper) 在直流电机调速中的应用,以及其对转速和转矩的控制精度。 交流电动机 (AC Motors): 感应电动机 (Induction Motors): 鼠笼式感应电机: 详细分析其定子磁场、转子感应电流以及转矩产生机理。我们将探讨其 V/f 恒压频比调速方法,以及它在工业中的广泛应用。 绕线式感应电机: 讲解其转子绕组的特性,以及通过外加电阻来实现起动转矩和调速的方法。 矢量控制 (Field-Oriented Control, FOC): 重点讲解 FOC 在感应电动机控制中的革命性意义。我们将深入解析坐标变换 (Clark/Park 变换)、磁场定向控制原理,以及如何实现对转矩和磁链的解耦控制,从而获得类似直流电机的高性能。 直接转矩控制 (Direct Torque Control, DTC): 介绍 DTC 的基本思想,以及它如何通过直接控制磁链和转矩来实现快速动态响应。我们将比较 FOC 和 DTC 的优缺点。 同步电动机 (Synchronous Motors): 永磁同步电机 (PMSM): 深入分析 PMSM 的结构特点,以及其在电动汽车、工业机器人等领域的优势。我们将重点讲解 PMSM 的 FOC 控制,以及如何实现高效率和高功率密度。 磁阻同步电机 (SynRM): 介绍 SynRM 的工作原理,以及其无转子绕组的结构优势。我们将探讨其控制方法,以及在节能应用中的潜力。 交流同步电机 (AC Synchronous Motors): 分析其励磁方式,以及在需要精确转速控制的场景下的应用。 特种电动机: 步进电机 (Stepper Motors): 讲解其工作原理,包括永磁式、磁阻式和混合式步进电机。我们将分析其脉冲控制方式,以及在自动化、打印机等领域的应用。 直流无刷电机 (Brushless DC Motors, BLDC): 深入分析 BLDC 的结构,以及其电子换向原理。我们将讲解如何通过霍尔传感器或反电动势检测来实现换向,以及其在风扇、电动工具等领域的应用。 伺服电机 (Servo Motors): 介绍伺服电机作为闭环控制系统的组成部分,重点分析其与编码器、驱动器和控制器的配合,实现高精度的位置、速度和转矩控制。 第三部分:综合应用与前沿技术 本部分将把前两部分的内容融会贯通,深入探讨电力电子技术在现代工程领域的具体应用,并展望未来发展趋势。 电动汽车驱动系统: 电机选型与匹配: 分析不同类型电动机在电动汽车中的适用性,以及功率、效率、成本的权衡。 逆变器与变流器设计: 讲解电动汽车驱动逆变器对高功率密度、高效率和高可靠性的要求,以及基于 IGBT 和 MOSFET 的功率模块的应用。 电池管理系统 (BMS) 与充电技术: 简要介绍 BMS 的作用,以及 DC-DC 变换器在电池充放电管理中的关键地位。 可再生能源并网: 光伏发电系统: 介绍并网逆变器的基本原理,如何将直流光伏电能转换为交流并入电网,以及最大功率点跟踪 (MPPT) 技术。 风力发电系统: 分析不同类型风力发电机(如永磁同步发电机、感应发电机)的特点,以及相应的变流器拓扑和控制策略。 工业自动化与智能制造: 伺服驱动系统: 详细分析伺服驱动器如何配合伺服电机实现高精度的运动控制,以及其在机器人、数控机床等领域的应用。 电机效率优化: 探讨通过先进控制算法和拓扑结构来提高电机运行效率,降低能耗。 未来发展趋势: 宽禁带半导体器件 (SiC, GaN): 介绍碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等新型半导体材料在电力电子领域带来的机遇,如更高的开关频率、更低的损耗和更高的工作温度。 智能化与数字化: 探讨人工智能、机器学习等技术在电机控制、故障诊断和系统优化中的应用。 集成化与模块化: 分析电力电子器件和系统的集成化发展趋势,以及多功能功率模块的应用。 本书力求通过清晰的逻辑结构、严谨的数学推导、丰富的工程实例和深入的原理剖析,帮助读者全面掌握现代电力电子技术和电能转换的核心知识,并为他们在相关工程领域的学习和实践打下坚实的基础。

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读后感

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老实说,这本书的阅读体验颇具挑战性,但绝对是高回报的投入。它没有刻意去迎合初学者的习惯,而是选择了直面学科的深度和复杂性。在阅读到关于电力电子变流器控制策略的那一部分时,我不得不放慢速度,反复咀嚼每一个论述。作者在数学推导上的严谨性令人赞叹,每一个步骤都无可挑剔,这对于希望未来从事硬件设计或高级控制研究的读者来说,是无价的财富。我曾经花了好几个小时去理解书中关于磁路等效电路建模的那一节,那种从物理实体到抽象模型的转化过程,书中描述得极其到位,甚至连非线性磁化特性对动态响应的影响都考虑进去了。这本书的价值在于它提供了一个坚实的理论基石,而不是停留在表面的“如何操作”的层面。它要求你思考“为什么会这样”,并能用一套完整的数学框架来证明“必然如此”。对于那些希望跳出“会用工具”的阶段,真正理解底层原理的工程师而言,这本书简直是一本武功秘籍。

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我必须承认,我是在一个非常忙碌的时期开始接触这本书的,一开始有些担心时间分配的问题。然而,这本书的编排结构有一种奇妙的魔力,它能让你心甘情愿地投入时间。它在理论讲解之后,往往会紧跟着一系列精心设计的例题,这些例题的选择极其巧妙,它们不仅仅是公式的简单套用,更多的是对前文理论在特定工程场景下的应用和深化。我尤其喜欢它对不同工作模式下电机性能变化的描述,比如在过载或动态启动瞬间的电流和转矩响应,书中通过详实的图表和详细的数学模型,将这些“危险”但关键的时刻可视化了。这种对极端工况的关注,体现了作者深厚的工程经验。阅读过程中,我感觉自己仿佛在进行一次高强度的思维体操训练,虽然过程耗费脑力,但结束后带来的那种知识充实的满足感是其他读物难以比拟的。它教会我的不仅仅是知识点,更是一种系统性的工程思维方式。

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这本书的参考价值远远超出了教科书的范畴。我发现自己经常在处理实际项目问题时,会不自觉地拿起它来查阅特定的章节。它对于一些交叉学科问题的处理尤为出色,比如当讨论到如何用电力电子技术优化电机驱动系统的效率时,书中没有将电机和驱动器割裂开来,而是从整个“机电一体化”的视角进行综合分析。这种跨领域的整合能力,是当前工程教育中非常稀缺的品质。例如,在关于无刷直流电机(BLDC)的章节中,它对如何根据负载特性来优化反电动势波形,以及如何选择合适的驱动器拓扑结构进行了深入的权衡讨论,这在很多只侧重于单方面讲解的资料中是看不到的。这本书更像是一部详尽的“工具箱指南”,里面装满了解决实际问题的成熟方案和背后的科学原理,而且所有内容都经过了高度的提炼和验证。

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从排版和可读性的角度来看,这本书展现了出版界的高水准。字体选用清晰易读,页边距设计合理,使得在长时间阅读中眼睛的疲劳感明显减轻。更重要的是,书中对术语的引入和使用保持了高度的一致性,从始至终都严格遵循了标准的行业惯例,这对于学习和后续的交流至关重要,避免了因术语混淆而产生的理解偏差。即便是涉及到一些非常前沿或小众的电机控制算法时,作者也会用非常清晰的语言去解释其核心思想,而不是仅仅堆砌复杂的算法符号。这种对读者体验的细致关怀,使得学习过程变得更加顺畅。对于我个人而言,这本书已经从一本参考资料升级为我工作台面上不可或缺的“镇纸”,每次翻开都能带来新的启发和对基础知识的重新确认。它无疑是该领域内一本值得反复研读的里程碑式的著作。

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这本书的封面设计得非常专业,那种深邃的蓝色调和清晰的字体搭配,立刻给人一种严谨、可靠的感觉。初次翻开它,我立刻被其内容组织结构的逻辑性所吸引。作者似乎非常懂得如何引导读者,从最基础的电磁原理入手,层层递进,将复杂的电机理论娓娓道来。我特别欣赏它在概念阐述上的深度和广度,很多在其他教材中一笔带过的细节,在这里都被剖析得淋漓尽致。例如,在讨论交流电机绕组设计时,书中不仅给出了理论公式,还结合了实际应用中的限制条件进行了深入分析,让人感觉自己不仅仅是在学习知识,更像是在和一位经验丰富的工程师进行面对面的交流。书中的插图清晰明了,很多示意图的设计都极具洞察力,能让人瞬间抓住问题的核心。那种感觉就像是,原本混沌不清的电磁场图像,突然被一束强光照亮,一切都变得豁然开朗。尤其是对各种电机工作原理的对比分析,简直是一场精彩的逻辑盛宴,让我对不同类型电机之间的优缺点有了更深刻的理解。

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