電力電子變換器：PWM策略與電流控製技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[法] 艾瑞剋·孟麥森 著，鼕雷 譯

圖書標籤:

• 電力電子
• PWM
• 電流控製
• 變換器
• 電力係統
• 控製技術
• 電力變換
• 開關電源
• 電機驅動
• 新能源

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111527213

版次：1

商品編碼：11899162

包裝：平裝

叢書名： 國際電氣工程先進技術譯叢

開本：16開

齣版時間：2016-03-01

用紙：膠版紙

頁數：368

編輯推薦

適讀人群 ：電氣工程、機電工程、自動化、新能源等相關專業的人員

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內容簡介

　　本書中，係統地介紹瞭現代電力電子變換裝置及其PWM控製策略，具有內容係統全麵、範例豐富詳盡、原理深入淺齣、理論與實際緊密結閤等特點。第1～9章主要關注脈寬調製技術；第10～16章主要關注電流控製技術。其中，第1章和第2章講述兩種基本的PWM控製策略；第3章介紹PWM控製中的三相逆變器的過調製問題；第4～6章是對不同PWM控製方法的詳細介紹；第7章介紹瞭PWM控製中的電磁乾擾問題；第8章和第9章講述瞭多重與多相功率變換器的PWM控製策略；第10～15章分彆以同步電機和直流電源為例詳細介紹瞭各種不同的電流控製方法；第16章介紹瞭多電平變換器的電流控製方法。

目錄

譯者序
引言
第1章用於兩電平三相電壓型逆變器的載波脈寬調製1
1.1引言1
1.2參考電壓va ref、vb ref、vc ref3
1.3參考電壓Pa ref、Pb ref、Pc ref6
1.4va、vb、vc與Pa、Pb、Pc之間的聯係8
1.5PWM信號的産生8
1.5.1反鋸齒波8
1.5.2傳統鋸齒形載波11
1.5.3三角形載波12
1.5.4說明16
1.6通過參考波形va ref k、vb ref k、vc ref k確定Pa ref k、Pb ref k、Pc ref k16
1.6.1“正弦”調製17
1.6.2“居中”調製18
1.6.3“亞優化”調製19
1.6.4“平頂”和“平底”調製20
1.7總結22
1.8參考文獻22
第2章空間矢量調製策略24
2.1逆變器和空間矢量PWM24
2.1.1問題描述24
2.1.2逆變器模型24
2.1.3空間矢量調製27
2.2通用方法33
2.2.1自由度33
2.2.2全指令域的拓展34
2.2.3空間矢量調製36
2.2.4PWM頻譜38
2.3空間矢量PWM與實現39
2.3.1實現所需硬件及通用結構39
2.3.2工作扇區的確定42
2.3.3空間矢量PWM的一些變種43
2.4總結46
2.5參考文獻46
第3章三相電壓型逆變器的過調製48
3.1背景48
3.2調製策略的比較48
3.2.1引言48
3.2.2“全波”調製49
3.2.3標準調製策略的性能50
3.3調製器的飽和53
3.4改進的過調製56
3.5參考文獻62
第4章脈衝寬度調製的計算與優化策略64
4.1程式化PWM簡介64
4.2PWM的有效頻率範圍65
4.3程式化諧波消除PWM66
4.4優化PWM68
4.4.1簡介68
4.4.2最小化判據68
4.4.3優化結果應用70
4.4.4實時生成原理72
4.5多電平PWM的計算73
4.5.1簡介73
4.5.2三電平PWM的計算74
4.5.3獨立的多電平PWM的計算77
4.6總結78
4.7參考文獻79
第5章Δ�撥駁髦�81
5.1引言81
5.2單相Δ�撥駁髦圃�理81
5.2.1開環或閉環操作82
5.2.2頻率特性82
5.2.3參考信號幅值對頻譜的影響84
5.2.4指令信號頻率對頻譜成分的影響85
5.2.5窄脈衝的缺失85
5.2.6決策要素85
5.2.7非對稱與對稱DSM86
5.3三相情況：矢量DSM87
5.3.1選擇新矢量的判據88
5.3.2三電平三相逆變器93
5.4總結94
5.5參考文獻94
第6章隨機調製策略96
6.1引言96
6.2展布頻譜技術及其應用96
6.3隨機調製技術介紹98
6.3.1PWM的確定性基礎98
6.3.2變頻率隨機PWM98
6.3.3隨機脈衝位置PWM99
6.3.4三相逆變器中的隨機PWM99
6.3.5整體評價99
6.4隨機調製的頻譜分析100
6.4.1電壓頻譜的影響100
6.4.2負載電流頻譜的影響101
6.4.3直流母綫電流影響101
6.4.4對電動機噪聲和振動的影響103
6.5總結106
6.6參考文獻106
第7章調速裝置的電磁兼容：PWM控製策略的影響108
7.1簡介108
7.2EMC研究的目標109
7.3靜止變流器中的EMC機理110
7.3.1引言110
7.3.2EMC標準111
7.3.3標準的測量與仿真112
7.4時域仿真113
7.5頻域建模：工程師的工具114
7.5.1建模的目標114
7.5.2乾擾源建模115
7.5.3逆變器的頻域錶示119
7.6PWM控製120
7.6.1基於載波PWM120
7.7不同基於載波PWM策略的源的比較128
7.7.1正弦交叉比較PWM128
7.7.2諧波注入控製129
7.7.3換相率限製：死區帶PWM控製129
7.8空間矢量PWM130
7.9最小化共模電壓的結構134
7.10總結134
7.11參考文獻135
第8章多相電壓源逆變器137
8.1引言137
8.2電壓源逆變器的矢量建模138
8.2.1n橋臂結構：術語、標記、舉例138
8.2.2平均值控製：PWM140
8.3帶多相負載的逆變器148
8.3.1負載拓撲和相關自由度149
8.3.2實際例子：三相情況152
8.3.3實際例子：五相負載154
8.4總結158
8.5參考文獻158
第9章多電平變換器的PWM策略163
9.1多電平和交錯並聯變換器163
9.2調製器169
9.2.1迴顧：兩電平調製器169
9.2.2多電平調製器172
9.3不同多電平結構的控製信號發生器187
9.3.1“三點”逆變器（中點鉗位逆變器）187
9.3.2飛跨電容逆變器188
9.4總結192
9.5參考文獻193
第10章同步電動機的PI電流控製196
10.1引言196
10.2同步電動機模型196
10.2.1基於定子固定坐標係的同步電動機模型196
10.2.2同步電動機轉子繞組軸綫對齊的鏇轉坐標係（d，q）模型200
10.2.3電磁轉矩的錶示202
10.3同步電動機的典型功率傳輸係統204
10.4同步電動機在定子固定三相坐標係下的PI電流控製205
10.4.1與定子軸對齊的固定三相坐標係下的PI控製器的整定208
10.4.2與定子軸對齊的固定三相坐標係下的PI控製器的結構209
10.5鏇轉坐標係（d，q）下的同步電動機PI電流控製211
10.5.1在（d，q）坐標係下的PI控製器整定211
10.5.2在（d，q）參考坐標係下的PI控製器結構213
10.6總結214
10.7參考文獻215
第11章同步電動機的預測電流控製216
11.1引言216
11.2最小開關頻率預測控製策略217
11.3限製開關頻率的預測控製策略217
11.4同步電動機的限製開關頻率預測電流控製策略218
11.4.1同步電動機帶有可變、受限開關頻率的預測電流控製策略218
11.4.2同步電動機固定開關頻率預測電流控製222
11.5總結225
11.6參考文獻226
第12章同步電動機的滑模電流控製227
12.1引言227
12.2直流電動機的滑模控製227
12.2.1直流電動機的直接滑模電流控製229
12.2.2直流電動機的非直接滑模電流控製231
12.3同步電動機的滑模電流控製236
12.3.1同步電動機定子電流矢量直接滑模控製238
12.3.2同步電動機定子電流矢量非直接滑模控製245
12.4總結250
12.5參考文獻251
第13章大帶寬與固定開關頻率的混閤電流控製器252
13.1引言252
13.2離散輸齣電流調節器的主要類型253
13.2.1引言253
13.2.2滯環調節器253
13.2.3固定頻率滯環調節器254
13.2.4開通觸發電流調節器256
13.2.5關斷觸發控製器260
13.2.6開通或關斷觸發調節器262
13.2.7混閤調製的滯環調節器原理263
13.3極限環分析工具266
13.3.1動力係統簡介；分岔概念266
13.3.2動力係統的分岔概念268
13.3.3龐加萊截麵及分岔圖269
13.3.4電氣工程應用269
13.3.5非綫性電流調節器中極限環的分析271
13.4總結281
13.5參考文獻281
第14章利用自振蕩電流控製器的電流控製283
14.1引言283
14.2自振蕩電流控製器工作原理283
14.2.1兩用的局部環283
14.2.2開關頻率控製的局部控製環284
14.2.3具備低頻電流控製環287
14.2.4調節器的穩定性289
14.3SOCC的改進290
14.3.1靜態誤差的降低290
14.3.2開關頻率控製291
14.3.3初步設計的變化293
14.4SOCC的特性293
14.4.1開關頻率293
14.4.2綫性度295
14.4.3諧波畸變295
14.5SOCC概念的拓展296
14.5.1自振蕩電壓控製296
14.5.2三相SOCC299
14.5.3三相SOVC300
14.5.4高功率有源負載的模擬301
14.5.5檢測電路的模數轉換器302
14.6總結302
14.7參考文獻303
第15章利用諧振校正器的電流與電壓控製策略：固定頻率應用305
15.1引言305
15.2電流控製利用諧振校正器306
15.2.1利用Kessler對稱優化控製306
15.2.2功率控製應用：風力發電機案例308
15.3電壓控製策略315
15.3.1引言315
15.3.2功率控製原理316
15.3.3電容端的電壓控製318
15.3.4參考電壓的確定321
15.3.5功率控製322
15.3.6電壓控製324
15.3.7仿真324
15.4總結330
15.5附錄：變壓器參數330
15.6參考文獻330
第16章多電平變換器的電流控製策略333
16.1引言333
16.2多電平變換器拓撲334
16.2.1多電平結構的主要種類334
16.2.2多單元結構的優缺點336
16.2.3高功率多單元拓撲的演化：層疊式多單元變換器337
16.3控製自由度的建模與分析338
16.3.1瞬態建模338
16.3.2平均值模型339
16.4可用於控製算法的自由度分析339
16.4.1開環PWM調製339
16.4.2拓撲的自由度339
16.4.3指令規則的目標340
16.5控製策略分類341
16.6單相橋臂非直接控製策略342
16.6.1解耦控製原理342
16.6.2綫性和非綫性控製342
16.6.3利用嚴格輸入/輸齣綫性化解耦345
16.6.4利用指令信號之間相移的控製347
16.7單相橋臂直接控製策略350
16.7.1滑模控製350
16.7.2電流控製模式352
16.8控製策略，三相方法355
16.8.1三相係統兩電平逆變器特點355
16.8.2三相N電平係統特點356
16.8.3使用多單元逆變器可用自由度的分析356
16.8.4多電平逆變器自由度應用範例359
16.9多單元變換器特點：需要觀測器361
16.10總結與展望362
16.11參考文獻363
參編人員366

前言/序言

現代電力係統中的關鍵技術：《高頻開關電源設計與優化》 核心關注點：提升效率、減小體積、優化動態性能 在當今能源日益緊張和對電子設備性能要求不斷提高的時代背景下，高頻開關電源（Switch-Mode Power Supply, SMPS）已成為電子信息、新能源接入、工業驅動等諸多領域不可或缺的核心技術。本書《高頻開關電源設計與優化》並非聚焦於電力電子變換器中特定調製方式或電流環路的深入探討，而是緻力於構建一套全麵、係統、麵嚮工程實踐的高頻開關電源整體設計方法論。 本書的編寫遵循從基礎理論到前沿應用的遞進路徑，旨在為電源工程師、電子係統設計師以及相關領域的研究人員提供一套紮實且實用的技術參考。我們深刻認識到，一個高性能的開關電源，其成功不僅依賴於精妙的拓撲選擇，更取決於對磁性元件的閤理設計、熱管理策略的有效實施以及EMI/EMC問題的預先規避。 --- 第一部分：高頻開關電源基礎與拓撲演進 本部分首先迴顧瞭綫性電源的局限性，引齣瞭開關電源作為高效率解決方案的必要性。隨後，我們將重點剖析經典和現代主流的高頻開關拓撲結構。 1.1 開關電源的效率瓶頸與高頻化趨勢 詳細分析瞭器件開關損耗、傳導損耗以及磁性元件損耗的構成，闡明瞭提升效率的內在驅動力——即嚮更高開關頻率發展的必然性。同時，討論瞭頻率提升帶來的挑戰，如對器件耐壓、驅動電路速度以及開關瞬態控製的要求。 1.2 核心拓撲結構精選與適用性分析 不同於傳統教科書對所有拓撲的羅列，本書側重於在高頻應用中錶現優異的幾種拓撲： 正激（Forward）與返侙（Flyback）變換器： 分析其在低功率、隔離應用中的優缺點，特彆關注磁復用技術在減小勵磁電流方麵的應用。 半橋與全橋拓撲（LLC諧振為主）： 深入探討瞭諧振變換器（特彆是LLC結構）如何實現零電壓開關（ZVS），從而極大降低開關損耗，是實現高功率密度關鍵技術的基石。我們詳細分析瞭LLC的增益麯綫特性、工作模式切換點以及如何精確設計諧振元件以適應輸入電壓範圍。 多電平變換器： 針對中高壓應用，介紹瞭幾種提升輸齣電壓質量、降低器件應力的多電平架構，並討論瞭其在復雜波形生成上的優勢。 1.3 磁性元件在係統中的核心地位 高頻化對變壓器和電感提齣瞭嚴苛要求。本章內容側重於非控製策略的優化： 磁芯材料的選擇與損耗模型： 詳細對比瞭鐵氧體、非晶閤金等材料在不同頻率和溫度下的磁通密度特性與損耗密度。 繞組技術的革新： 重點介紹Litz綫在減小集膚效應和鄰近效應中的應用，以及如何通過優化層間絕緣和緊密排綫來降低漏感和雜散電容。 集成化磁性元件的挑戰： 討論瞭將變壓器、電感甚至部分濾波元件集成化對熱管理和EMC設計帶來的新考量。 --- 第二部分：散熱、封裝與可靠性工程 電源的穩定運行和壽命，很大程度上取決於其熱設計和物理封裝。本部分將設計思維從電路原理拓展到物理實現層麵。 2.1 高密度電源的熱傳導與熱耗散路徑分析 開關器件（MOSFET/GaN/SiC）和二極管是主要熱源。本書提供瞭詳細的熱阻計算模型，包括芯片到封裝、封裝到散熱器（或PCB）的熱阻評估。 PCB作為散熱器的優化設計： 探討瞭如何通過增加銅箔麵積、采用熱過孔陣列（Thermal Vias）來構建有效的散熱平麵。 主動與被動散熱策略的權衡： 對比瞭自然對流、強製風冷以及熱管技術在不同功率密度下的經濟性和有效性。 2.2 器件選型與封裝對高頻性能的影響 現代半導體器件的封裝材料和引腳布局對寄生參數有顯著影響。 寄生電感與開關瞬態： 分析瞭引腳電感如何引發振鈴（Ringing）和過衝，進而影響器件的可靠性，並提齣布局層麵的規避措施。 SiC與GaN器件的驅動挑戰： 鑒於這些寬禁帶器件的快速開關特性，本章專門討論瞭高電流、低電感驅動電路的設計，以確保器件的性能潛力能夠完全釋放。 2.3 可靠性分析與環境適應性 電源的設計必須考慮長期工作的可靠性。內容涵蓋瞭MTBF（平均故障間隔時間）的估算方法，以及針對高低溫循環、濕度、振動等環境因素下的設計裕度確定。 --- 第三部分：係統級集成與電磁兼容性（EMC） 高性能電源必須是“安靜”且易於集成的。本部分著重解決實際産品開發中最令人頭疼的EMC問題，以及電源與其他係統間的接口優化。 3.1 電磁兼容性（EMC）的設計先驗性 EMC設計絕非事後補救，而應貫穿於所有設計階段。本書強調“源頭控製”： 輻射發射（RE）的抑製： 詳細分析瞭開關電流迴路的麵積、di/dt（電流變化率）和dv/dt（電壓變化率）如何成為主要的輻射源。介紹如何通過優化PCB布局（如減小迴路麵積、使用高頻地平麵）來從根本上降低輻射。 傳導發射（CE）的控製： 重點討論瞭輸入端濾波網絡的設計，包括共模扼流圈（CM Choke）的選擇標準和布局要求，以滿足CISPR標準的要求。 抗擾度（EMS）的提升： 討論瞭浪湧抗擾度（Surge）和靜電放電（ESD）的防護電路設計，例如TVS管的選型與布局策略。 3.2 濾波器設計與係統噪聲隔離 係統級的噪聲隔離至關重要。我們提供瞭輸齣濾波器的動態特性分析，指導工程師設計能有效應對負載瞬態變化同時抑製高頻噪聲的LC或LCL濾波器。這與僅關注穩定性的常規控製設計是不同的視角。 3.3 並聯與並聯技術的係統優化 在高功率場閤，采用多路並聯是常見的解決方案。本書詳細討論瞭如何通過電流均流（而非簡單的輸齣電阻均流）技術，確保多模塊間負載分配的均衡性，從而避免單模塊過載，延長係統整體壽命。 --- 總結 《高頻開關電源設計與優化》旨在提供一套超越單一控製算法的、麵嚮係統集成、效率提升和物理實現的綜閤指南。我們注重工程實踐中遇到的實際問題，例如磁性元件的製造公差、熱點分布的不可預測性以及復雜的EMC測試要求，力求使讀者能夠設計齣滿足現代電子産品對小型化、高可靠性和高性能需求的開關電源解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書在算法的實現和代碼層麵的探討，簡直是為嵌入式工程師量身定做的“寶典”。它沒有停留在理論推導的層麵，而是直接給齣瞭針對主流微控製器（如DSP和高性能ARM係列）的僞代碼結構和關鍵步驟的優化建議。特彆是關於死區時間補償和磁通平衡算法的數字化實現，書中不僅分析瞭不同離散化方法的精度差異，還探討瞭計算資源受限情況下的實時性權衡。這在很多純理論書籍中是絕對看不到的。對於我們實際進行産品開發的人員來說，理論的價值最終要通過高效、穩定的代碼來實現，而這本書恰恰架起瞭理論與實踐之間最關鍵的橋梁。我甚至可以直接參考書中的流程圖去構建我們的控製軟件框架，極大地節省瞭前期架構設計的時間。

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這本書的排版和印刷質量實在讓人眼前一亮，裝幀設計得很有現代感，拿在手裏沉甸甸的，很有分量。紙張選擇得非常考究，觸感細膩，即便是長時間閱讀也不會感到疲勞。更值得稱贊的是，書中大量的示意圖和仿真波形都清晰銳利，色彩還原度極高，使得復雜的電路拓撲結構和工作原理一目瞭然。對於我們這種需要反復研讀和參考的工程師來說，圖文並茂的呈現方式簡直是福音。很多技術書籍為瞭追求內容的深度而犧牲瞭閱讀體驗，但這本顯然在這方麵下瞭大功夫。封麵的設計也透露齣一種專業而沉穩的氣息，讓人一看到就覺得內容值得信賴。這種對細節的極緻追求，體現瞭齣版社和作者對讀者的尊重，讓整個學習過程變得更加愉悅和高效。初次翻閱時，我就被這種精美的製作水準所摺服，它不僅僅是一本技術手冊，更像是一件工藝品。

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這本書的參考文獻和引述部分做得非常嚴謹和全麵，顯示齣作者紮實的學術功底和廣闊的知識視野。它不僅僅是羅列瞭近十年的頂級期刊和會議論文，更難得的是，作者在關鍵章節的討論中，巧妙地引用瞭那些具有開創性的、甚至是一些相對小眾但卻至關重要的早期研究成果。這種對曆史脈絡的梳理，讓讀者能清晰地看到當前技術是如何一步步發展演變而來的，避免瞭“隻見樹木，不見森林”的弊端。對於需要進行文獻綜述或撰寫技術報告的讀者來說，這本書本身就是一個極佳的、經過篩選和提煉的參考資料庫。通過這些引用，我得以快速定位到幾個我此前未曾注意到的、但對我的研究方嚮極具啓發性的領域，這為我接下來的工作指明瞭新的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭一周時間仔細閱讀瞭關於新型開關器件應用的那幾個章節，作者對IGBT和SiC MOSFET在不同工況下的動態特性描述得極其深入和透徹。特彆是針對高頻脈衝下器件損耗的建模分析部分，提供瞭好幾個不同於傳統教材的視角，讓我對如何優化器件選型有瞭全新的認識。他不僅羅列瞭參數，更重要的是解釋瞭這些參數背後的物理意義及其對實際係統性能的耦閤影響，這一點非常難得。很多書籍隻是告訴你“應該用什麼”，但這本書卻告訴你“為什麼應該用，以及在什麼條件下會失效”。這種深入底層的剖析，對於我們進行前沿課題研究或解決實際工程中的疑難雜癥時，提供瞭堅實的理論支撐和直觀的判斷依據。我尤其欣賞其中對熱管理和EMI抑製的章節，它們不再是簡短的附錄，而是被當作核心內容進行瞭詳細論述。

評分☆☆☆☆☆

從一個剛剛接觸電力電子的新手角度來看，這本書的入門引導部分處理得非常巧妙，沒有采用那種生硬的、直接堆砌公式的傳統方式。作者似乎非常理解初學者的睏惑點，他通過一係列循序漸進的、類比式的講解，將抽象的電磁理論與實際的變換器操作緊密聯係起來。例如，講解電壓應力與電流紋波關係時，他引入瞭一個日常生活中常見的例子作為參照物，使得原本晦澀的數學錶達變得生動易懂。這種“由錶及裏，層層遞進”的敘述邏輯，極大地降低瞭學習麯綫的陡峭程度。我發現自己並沒有因為基礎薄弱而産生畏難情緒，反而是被這種清晰的邏輯鏈條吸引著，主動去探索更深層次的細節。這錶明作者不僅是技術專傢，更是一位高水平的教育者。

評分☆☆☆☆☆

東西不錯的。

評分☆☆☆☆☆

這書買來平時看看，這個係列的書買瞭好幾本瞭，有幸在深圳聽過他的講座，多次購買瞭，送貨快，省心，一直在京東買買買

評分☆☆☆☆☆

字跡清晰，紙張也不錯，應該是正版。

評分☆☆☆☆☆

好！！！！！！！！！！！！

評分☆☆☆☆☆

內容非常精彩，獲益良多，適閤對開關電源環路有過設計調試經驗，有過思考和睏惑的工程師，這本書不適閤初學者。全書側重模擬環路控製，將模擬與數字控製部分剛聯係起來就點到即止瞭，數字控製部分意猶未盡，不過數字控製部分一旦展開講頁數至少增加一倍。作者的思考方式和辯證精神值得學習，能夠看到本質的問題的能力和獨立思考的能力正是工程師要著重培養的。翻譯的大部分內容比較通順，但還是有幾處小錯誤，有機會原版買來再看一遍

評分☆☆☆☆☆

書的內容還行，論文格式編寫，寫的比較有料，不過書裏麵有幾頁是爛瞭。有點傷心，畢竟書那麼貴。

評分☆☆☆☆☆

電力電子技術，這本書講的比較深入。不太好理解，pwm技術本身也比較難學習

評分☆☆☆☆☆

非常好的一本書，很適閤電力專業的人士閱讀

評分☆☆☆☆☆

屬於專業書籍，內容是比較細節的東西，還沒細看