Introduction to Modern Power Electronics

Introduction to Modern Power Electronics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Wiley
作者:Andrzej M. Trzynadlowski
出品人:
页数:436 pages
译者:
出版时间:2010-03-15
价格:USD 125.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780470401033
丛书系列:
图书标签:
  • 英文原版
  • 科技
  • 电力电子
  • power_electronics
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  • 现代电力电子
  • 功率转换
  • 电力变换
  • 开关电源
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  • 整流器
  • 电力系统
  • 电子工程
  • 可再生能源
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具体描述

A Thorough Overview of the Tools and Techniques of Modern Power Electronics—Now Fully Updated

Over the past decade, the field of power electronics has seen a surge of new trends and novel applications—from the growing significance of PWM rectifiers and multilevel inverters to the widespread use of power converters in electric and hybrid vehicles and renewable energy systems. This new edition of Introduction to Modern Power Electronics provides comprehensive coverage of everything from the basic principles and methods of electronic power conversion to the latest developments in the field.

More concise and user-friendly than other textbooks on the subject, this streamlined guide presents essential material that can be covered easily in a one-semester course. It defines the basic types of power conversion and control, presents the electronic converters that process power for a variety of applications, and describes the various semiconductor power switches and complimentary components and systems of the converters. This Second Edition also features:

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In-depth discussions of all power conversion types: ac-to-dc, ac-to-ac, dc-to-dc, and dc-to-ac

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An overview of advanced control methods used in today's power electronic converters

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A new chapter on the applications of power electronics in clean energy systems

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An extensive body of examples, exercises, computer assignments, and simulations

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An Instructor's Manual with solutions to all problems

In addition, a companion set of forty-eight PSpice text files of typical power conversion circuits is available online, constituting a virtual laboratory of power electronics. This valuable teaching tool contains models of most of the converters covered in the book, giving students the opportunity to tinker with the converters and see how they actually work.

Ideal for undergraduate students specializing in electrical engineering, industrial engineering, or renewable energy, Introduction to Modern Power Electronics is also a handy reference tool for graduate students and practicing engineers.

深入解析现代电力电子学:从基础到前沿的全面指南 本书旨在为读者提供一个全面且深入的现代电力电子学知识体系,内容涵盖从基本理论、关键器件到复杂系统设计的全方位探讨。本书内容结构严谨,逻辑清晰,尤其侧重于当前工业界和学术研究热点,如高频开关技术、先进控制策略以及新能源并网应用。 第一部分:电力电子基础与核心器件 本部分奠定了电力电子系统的理论基石,并详细剖析了支撑现代电力转换的核心半导体器件。 第一章:电力电子学概述与发展趋势 电力电子学的定义、历史沿革及其在现代能源系统中的战略地位。我们将探讨电力电子技术如何推动能源效率的提升和可持续发展的实现。内容涉及电力电子在电源、运动控制、可再生能源接入以及电动汽车等领域的应用概览,并对未来技术发展方向进行展望,如基于宽禁带半导体(SiC/GaN)的超高频电力转换技术。 第二章:电力电子器件基础 深入讲解构成功率变换器的基本元件。 功率半导体器件的物理机制: 重点介绍晶闸管(SCR)、功率型场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及快速恢复二极管(FRD)的结构、工作原理、性能指标(如导通损耗、开关损耗)和安全工作区(SOA)。 新型宽禁带器件(SiC/GaN): 详细分析碳化硅MOSFET和氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)的独特优势,包括其高温工作能力、更高的开关频率和更低的开关损耗,并对比其在不同功率等级应用中的适用性。 驱动与保护电路设计: 探讨如何为这些先进器件设计稳定、可靠的驱动电路,包括隔离、电平移动、死区时间控制以及过流、过温保护机制。 第三章:功率半导体器件的散热与热管理 有效的热管理是保障电力电子系统可靠性的关键。本章从热力学角度分析器件的结温、封装热阻,并详细介绍各种散热技术,包括自然冷却、强制风冷、液体冷却以及先进的封装集成散热方案。 第二部分:经典与现代功率变换电路 本部分专注于电力电子变换电路的拓扑结构、工作模式分析及其在实际应用中的选择与优化。 第四章:直流-直流(DC-DC)变换器 全面覆盖非隔离和隔离型DC-DC拓扑。 非隔离变换器: 详细分析降压(Buck)、升压(Boost)、巴克-升(Buck-Boost)及其耦合电感形式(如SEPIC、Cuk)的工作原理、传递函数推导、元件选择标准以及纹波分析。 隔离型变换器: 重点研究正激(Forward)、反激(Flyback)、半桥(Half-Bridge)、全桥(Full-Bridge)以及高频隔离的LLC谐振变换器。探讨变压器设计在实现隔离、电压匹配和能量传输中的核心作用。 第五章:交流-直流(AC-DC)整流技术 本章侧重于电网侧接入的功率因数校正(PFC)技术和高功率密度整流器。 无源与有源PFC: 阐述传统二极管整流的缺点,深入分析单级PFC和两级PFC(Boost PFC、Interleaved PFC)的工作原理、输入电流波形整形以及对电网谐波注入的抑制。 矩阵变换器(Matrix Converter): 介绍直接交流-交流变换技术,及其在无需直流环节、实现高功率密度应用中的潜力。 第六章:直流-交流(DC-AC)逆变技术 逆变器是驱动交流电机和连接电池系统的核心。 脉宽调制(PWM)技术: 详细介绍正弦波PWM、空间矢量调制(SVM)的原理、谐波分析及其在三相逆变器中的应用,以优化输出电压质量和开关频率利用率。 多电平逆变器: 探讨级联H桥(CHB)、中点钳位(NPC)和飞跨电容(FSD)等拓扑结构,分析它们在降低输出谐波、减小开关应力方面的优势,特别是在高压大功率领域。 第七章:交流-交流(AC-AC)变换器 着重于交流电压的直接变换,例如交流调压器和环形矩阵变换器。 第三部分:高级控制与系统集成 本部分将理论知识提升至系统层面,探讨电力电子系统的实时控制、建模与集成应用。 第八章:电力电子系统的建模与分析 掌握分析复杂电力电子系统动态特性的工具。 平均模型建立: 介绍如何使用平均状态空间法、平均模型法对开关变换器进行建模,以进行线性化分析。 小信号分析与传递函数: 导出力学模型的传递函数,为后续的反馈控制设计奠定基础。 开关建模: 讨论如何精确模拟开关动作对系统动态的影响。 第九章:闭环控制策略 详细阐述实现高精度、高动态响应控制所需的关键技术。 线性控制: 深入讲解PID控制器的设计、补偿器的选择(如Type II, Type III)及其在环路稳定性分析(如波德图分析)中的应用。 平均电流模式控制与峰值电流模式控制: 对比两种主流的内环电流控制策略,探讨其平均性和峰值电流模式的稳定性(如峰值电流模式的斜坡补偿)。 现代数字控制技术: 介绍数字控制器的实现,包括采样对策(如零阶保持)、量化误差分析以及采用先进控制如滑模控制(SMC)、预测控制(MPC)在电力电子系统中的应用前景。 第十章:电力电子系统的保护与可靠性 系统级的故障诊断与应对机制。讨论过压、过流保护的快速响应设计、软件与硬件保护的协同工作机制,以及系统冗余设计对提升运行可靠性的重要性。 第四部分:关键应用技术 本部分聚焦于现代电力电子技术在核心工业和能源领域中的集成与实践。 第十一章:电动机驱动系统 电力电子在工业自动化中的核心应用。 变频器(VFD)基础: 介绍使用IGBT/MOSFET构建的三相逆变器驱动结构。 无传感器与矢量控制: 深入讲解磁场定向控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)的原理,实现对永磁同步电机(PMSM)和异步电机的高性能转矩与速度控制。 开关的优化应用: 探讨如何利用SiC器件实现超高频驱动,减小电机体积和转矩脉动。 第十二章:可再生能源并网技术 电力电子在构建智能电网中的关键作用。 光伏(PV)系统设计: 讨论最大功率点跟踪(MPPT)算法(如扰动观察法、增量电导法)在DC-DC和DC-AC级联中的实现。 电网接口逆变器控制: 重点研究并网点的电流控制、下垂控制(Droop Control)在微电网中的应用,以及应对电网电压波动和电能质量问题的策略(如谐波和无功补偿)。 第十三章:储能系统(ESS)与电动汽车(EV)动力系统 电池管理系统(BMS)接口: 探讨DC-DC变换器在电池充放电过程中的双向能量流控制。 电动汽车集成: 分析车载充电机(OBC)、DC-DC变换器以及驱动逆变器之间的系统集成和热集成挑战。探讨高压平台下的隔离技术要求。 全书特点: 本书的讲解深入且注重工程实践,不仅提供了丰富的数学推导和理论分析,还包含了大量实际的电路实例、实验数据和工程案例分析,帮助读者将理论知识迅速转化为解决实际问题的能力。对于致力于电力电子设备研发、系统集成或从事相关学术研究的人员,本书是不可或缺的参考资料。

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读后感

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用户评价

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自从拿到《现代电力电子技术导论》,我的工作思路就发生了翻天覆地的变化。此前,我在处理高频开关电源的效率问题上一直感到束手无策,总是在效率和成本之间难以权衡。然而,当我深入阅读书中关于“功率器件损耗分析”和“无损开关技术”的章节时,我找到了突破口。作者并非简单地罗列公式,而是深入剖析了不同功率器件在不同工作状态下的损耗机制,并详细介绍了如何通过优化门极驱动波形、采用优化的开关策略来降低开关损耗。书中对多种软开关技术的比较分析,让我对LLC谐振变换器、移相全桥等拓扑结构有了更深刻的理解,并能够根据实际应用场景选择最合适的方案。更让我惊喜的是,书中还触及了一些前沿的研究方向,例如宽禁带半导体器件(SiC和GaN)的应用前景,以及它们在提高功率密度和效率方面的巨大潜力。这让我意识到,电力电子技术的发展日新月异,持续学习和更新知识库是多么重要。这本书就像一个睿智的导师,不仅教会我“怎么做”,更指引我“往哪里做”,极大地提升了我的工作效率和解决复杂问题的能力。

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这本《现代电力电子技术导论》在我手中沉甸甸的,仿佛承载着电力电子领域过去与未来的重量。我曾以为这会是一本枯燥的技术手册,但翻开第一页,就被作者清晰的逻辑和生动的阐述所吸引。书中对每一个概念的讲解都力求通俗易懂,即使是像“软开关”、“功率变换器拓扑”这样看似晦涩的词汇,也在作者的笔下变得鲜活起来。我尤其欣赏书中丰富的图例和实验案例,它们不仅仅是文字的补充,更是帮助我构建直观理解的关键。例如,在介绍DC-DC变换器时,作者不仅提供了详尽的电路分析,还辅以实际电路图和示波器波形截图,让我仿佛置身于实验室内,亲手操作一般。这种“学以致用”的教学方式,极大地激发了我深入研究的兴趣。我曾苦恼于高压电力设备的设计难题,读完相关章节后,我恍然大悟,原来许多看似棘手的技术瓶颈,都有其内在的理论基础和巧妙的解决方案。这本书不只是传授知识,更是在培养一种解决问题的思维方式,一种对电力电子领域的热情。它为我打开了一扇窗,让我得以窥见这个充满挑战与机遇的精彩世界。

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当我拿起《现代电力电子技术导论》时,我正在为我所在的电动汽车项目寻找更高效、更可靠的电机驱动方案。书中关于“永磁同步电机(PMSM)的控制策略”的章节,如同一股清泉,瞬间解决了我的困惑。作者没有回避控制理论的复杂性,而是通过清晰的数学建模和详细的仿真分析,将向量控制、直接转矩控制等核心算法一一剖析。我特别喜欢书中对不同控制算法在动态响应、稳态精度和抗扰性方面的对比分析,这让我能够根据实际的驾驶需求,选择最适合的控制策略。此外,书中还讨论了如何优化PWM调制技术,以降低开关损耗并提高输出波形质量,这对于提高电动汽车的续航里程至关重要。我甚至被书中关于“电动汽车能量回收系统”的设计思路所启发,开始思考如何在制动过程中更有效地将动能转化为电能。这本书不仅仅是一本教材,更是一本启迪思想的宝库,它让我对未来电动汽车的技术发展有了更清晰的认识,也为我提供了解决具体问题的宝贵思路。

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《现代电力电子技术导论》这本书,对我而言,不仅仅是一次知识的获取,更是一次思维的升华。我一直认为,电力电子技术的研究,最终是服务于人类社会的可持续发展。书中对“可再生能源并网技术”的深入探讨,让我看到了电力电子在构建绿色能源体系中的核心作用。作者详细介绍了光伏发电、风力发电系统并网时所需的关键技术,例如逆变器的拓扑选择、并网电流的谐波抑制、电压频率的稳定控制等。我尤其被书中关于“微电网技术”的介绍所吸引,它描绘了一个更加灵活、智能和分布式的能源未来。书中对于这些复杂系统的建模和仿真分析,让我能够更深入地理解其运行机制和面临的挑战。这不仅仅是理论知识的堆砌,更是作者对电力电子技术未来发展方向的深刻洞察。读完这本书,我仿佛看到了一条通往更清洁、更可持续能源未来的道路,而电力电子技术正是铺就这条道路的重要基石。这本书让我更加坚定了我在这个领域继续探索和贡献的决心。

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老实说,起初我对《现代电力电子技术导论》并没有抱太高的期望,以为会是一本充斥着枯燥公式和理论推导的书。然而,这本书却以一种意想不到的方式吸引了我。作者在论述时,总能巧妙地将复杂的理论与实际应用相结合。比如,在讲解“电磁兼容性(EMC)”时,书中并非简单地列出各种干扰源和抑制措施,而是通过分析实际电路中的电磁辐射路径,并给出了具体的设计建议,例如如何合理布局PCB、如何选择合适的滤波器等。这对于我这个在产品开发初期经常被EMC问题困扰的工程师来说,简直是雪中送炭。书中对“功率因数校正(PFC)”的讲解也尤为精彩,它不仅介绍了传统的升压式PFC电路,还深入探讨了交错并联、多相PFC等高级技术,并分析了它们各自的优缺点。这种系统性的讲解,让我对PFC技术有了全面而深入的认识。我甚至开始尝试根据书中的指导,对我们现有的产品进行EMC优化和PFC改进,并取得了显著的效果。这本书不仅仅是一本技术参考书,更像是一本实践指南,它让我能够更好地理解和解决我们在工程实践中遇到的各种挑战。

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