基于MATLAB的电力电子技术和交直流调速系统仿真 陈中著 9787302370499 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈中著 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302370499

商品编码：29671164931

包装：平装

出版时间：2014-11-01

基本信息

书名:基于MATLAB的电力电子技术和交直流调速系统仿真

定价：39.00元

售价：26.1元,便宜12.9元,折扣66

作者:陈中著

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-11-01

ISBN：9787302370499

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink环境下的电力系统模块库（PowersystemBlockset）是由加拿大HydroQuebec和TESCIMInternation公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机控制系统、电力传输系统等领域的仿真。

本书主要是在顾春雷和陈中编著的《电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真》基础上进行扩展的，增加了一部分内容，并修正了某些错误，电力电子内容主要是以冷增祥、徐以荣编著的《电力电子技术基础》为蓝本，交直流调速主要是以陈伯时编著的《电力拖动自动控制系统》为蓝本进行仿真的。

内容提要

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本书主要介绍了基于MATLAB的电力电子技术和交直流调速系统仿真，在适当阐述工作原理基础上，重点介绍系统的仿真模型建立方法和仿真结果分析，对于不能直接调用的仿真模块进行了修改并说明其工作原理。 全书共分7章，章为基础篇，着重介绍MATLAB基本操作与模块库中模块浏览； 第2~7章为电力电子和交直流调速系统仿真模型的建立和仿真结果分析。全书提供了一些应用实例。 本书特点是将电力电子技术、交直流调速系统与MATLAB仿真有机地结合在一起，叙述简洁，概念清楚。本书适合作为高等院校电气、自动化专业高年级本科生、研究生及高校教师的教学参考书，同时可供相关人员参考。

目录

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章　MATLAB简介与基本操作
　1.1　MATLAB简介
　1.2　Simulink/SimPowerSystems模型窗口
　　1.2.1　Simulink的工作环境
　　1.2.2　模型窗口工具栏
　1.3　有关模块的基本操作及仿真步骤
　1.4　测量模块及显示和记录模块的使用
　1.5　建立子系统和系统模型的封装
　1.6　Simulink模型库中的模块
　1.7　SimPowerSystems模型库浏览
　1.8　仿真算法介绍
　1.9　S函数的编写
第2章　电力电子整流电路仿真
　2.1　电力电子仿真常用的测量模块简介
　2.2　单相桥式整流电路仿真
　　2.2.1　单相全控桥式整流电路仿真
　　2.2.2　单相半控桥式整流电路的仿真
　2.3　三相半波可控整流电路仿真
　　2.3.1　三相半波可控整流电路接纯电阻负载仿真
　　2.3.2　三相半波可控整流电路接反电动势负载仿真
　　2.3.3　考虑交流电源存在电感三相不可控整流电路仿真
　　2.3.4　考虑交流电源侧存在电感三相半波可控整流电路仿真
　2.4　三相全控桥式整流电路仿真
　2.5　三相半控桥式整流电路仿真
第3章　电力电子有源逆变仿真
　3.1　半波可控整流电路接电动势性质负载的仿真
　3.2　考虑交流电源存在电感的有源逆变仿真
　3.3　三相全控桥式整流电路有源逆变工作状态仿真
　3.4　整流电路的电流畸变系数和有功功率测量的仿真
第4章　电力电子无源逆变仿真
　4.1　负载换流逆变器仿真
　　4.1.1　RLC串联谐振逆变器仿真
　　4.1.2　并联谐振逆变器仿真
　4.2　强迫换流电压型逆变器仿真
　　4.2.1　单相桥式串联电感式逆变器仿真
　　4.2.2　三相串联电感式逆变器仿真
　　4.2.3　串联二极管式逆变器仿真
　　4.2.4　具有辅助换流晶体管逆变器仿真
　4.3　强迫换流电流型逆变器仿真
　4.4　全控型电力电子电压型逆变器仿真
　　4.4.1　单相全桥逆变器仿真
　　4.4.2　三相电压型逆变器仿真
　4.5　多重逆变电路仿真
　　4.5.1　二重单相电压型逆变电路仿真
　　4.5.2　三相电压型逆变器多重化仿真
　　4.6　正弦波脉宽逆变器仿真
　　4.7　跟踪型PWM控制技术仿真
　　4.7.1　单相半桥式跟踪PWM逆变器仿真
　　4.7.2　三相桥式跟踪PWM逆变器仿真
第5章　交流调压和直流变换仿真
　5.1　交流调压仿真
　　5.1.1　单相交流调压仿真
　　5.1.2　三相交流调压仿真
　5.2　直流变换器仿真
　　5.2.1　降压式(buck)斩波器仿真
　　5.2.2　升压式(boost)斩波器仿真
　　5.2.3　升/降压斩波器仿真
　5.3　输人和输出隔离直流变换器仿真
　　5.3.1　单端反激式电路仿真
　　5.3.2　单端正激式变换电路仿真
　　5.3.3　推挽式直流变换电路仿真
　　5.3.4　半桥式直流变换电路仿真
　　5.3.5　全桥式直流变换电路仿真
第6章　直流调速系统的仿真
　6.1　单闭环直流调速系统仿真
　　6.1.1　晶闸管一直流电动机开环调速系统的仿真
　　6.1.2　单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真
　　6.1.3　单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真
　　6.1.4　单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真
　　6.1.5　单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真
　　6.1.6　单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真
　　6.1.7　单闭环转速负反馈调速系统定量仿真
　6.2　双闭环及PwM直流调速系统仿真
　　6.2.1　转速、电流双闭环直流调速系统定量仿真
　　6.2.2　转速超调的抑制——转速微分负反馈仿真
　　6.2.3　a一口配合控制调速系统仿真
　　6.2.4　逻辑无环流可逆直流调速系统仿真
　　6.2.5　PwM直流调速系统仿真
第7章　交流调速系统的MA3、LAB仿真
　7.1　交流调速系统仿真中常用模块简介
　7.2　单闭环交流调压调速系统的建模仿真
　　7.2.1　调压调速基本工作原理
　　7.2.2　调压调速的建模与仿真
　7.3　变频调速系统的建模与仿真
　　7.3.1　SPwM内置波调速系统仿真
　　7.3.2　SPw外置波调速系统仿真
　7.4　电流滞环跟踪控制调速系统仿真
　7.5　电压空间矢量调速系统的建模与仿真
　　7.5.1　电压空间：PWM矢量控制技术
　　7.5.2　电压空间.PWM矢量控制技术仿真
　7.6　转速开环恒压频比的交流调速系统仿真
　7.7　转差频率改进方案的仿真
　7.8　转速、磁链闭环控制的矢量控制系统仿真
　　7.8.1　矢量控制系统的基本思路
　　7.8.2　按转子磁链定向矢量控制方案
　　7.8.3　转速、磁链闭环矢量控制系统仿真
　7.9　定子磁链定向控制直接转矩控制系统仿真
　　7.9.1　按定子磁链定向控制直接转矩控制系统的基本原理
　　7.9.2　按定子磁链定向控制直接转矩控制系统仿真
　7.10　绕线式转子异步电动机双馈调速系统仿真
　　7.10.1　绕线式异步电动机串级工作原理
　　7.10.2　绕线式异步电动机串级调速系统仿真
参考文献

作者介绍

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陈中 盐城工学院教师，连续多年指导学生进行毕业设计及学科竞赛，拥有丰富的教学经验。发表过一批关于单片机的论文，反响良好。已出版著作四部。

文摘

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序言

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电力电子技术在现代工业中的地位与发展 电力电子技术，作为一门融合了电力学、电子学、控制理论以及计算机技术的新兴交叉学科，在当今的工业生产和能源利用领域扮演着至关重要的角色。它深刻地改变了电能的产生、传输、分配以及使用的模式，是实现能源高效化、智能化和绿色化的关键支撑。从庞大的工业电机驱动到精密的消费电子产品，从可再生能源并网到电动汽车的动力系统，电力电子技术无处不在，其发展水平直接关系到一个国家制造业的竞争力以及可持续发展能力。 核心技术解析：电力电子变换器 电力电子技术的核心在于电力电子变换器。这些变换器能够对电能进行高效、精确的控制，实现直流到直流 (DC-DC)、交流到直流 (AC-DC)、直流到交流 (DC-AC) 以及交流到交流 (AC-AC) 的各种能量转换。 AC-DC变换器 (整流器): 将交流电转换为直流电，是交流电网连接到各种直流负载（如计算机电源、LED照明、电动汽车充电桩）的基础。随着对电能质量要求的提高，无谐波、高功率因数的有源整流器正成为研究的热点。 DC-DC变换器 (直流斩波器): 在保持输入输出均为直流电的情况下，改变电压的幅值。常见的拓扑包括降压型 (Buck)、升压型 (Boost)、升降压型 (Buck-Boost) 等。它们广泛应用于便携式电子设备、开关电源、以及电动汽车电池管理系统 (BMS) 中，实现不同电压等级之间的转换，以满足不同组件的需求。 DC-AC变换器 (逆变器): 将直流电转换为交流电。这是电力电子技术中最具挑战性和应用最广泛的领域之一。例如，在太阳能光伏发电系统中，逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为可接入电网的交流电。在电机驱动领域，逆变器是实现电机精确速度和转矩控制的关键，尤其是在交直流调速系统中。 AC-AC变换器 (交流变压变频器): 直接将一个频率和/或幅值的交流电转换为另一个频率和/或幅值的交流电，无需经过直流环节。这类变换器在工业驱动领域，尤其是对交流电机进行调速时，能够实现更高的效率和更好的动态性能。 电力电子器件：核心的“开关” 电力电子变换器的实现依赖于各种高性能的电力电子器件，它们扮演着“开关”的角色，通过快速、精确的开关动作来实现电能的转换和控制。 二极管: 最简单的电力电子器件，具有单向导电性，常用于整流电路。 晶闸管 (Thyristor): 能够承受高电压、大电流，但触发控制相对复杂，主要用于高功率场合，如高压直流输电 (HVDC) 和一些工业驱动。 可关断晶闸管 (GTO - Gate Turn-off Thyristor): 在晶闸管的基础上增加了门极关断功能，提高了控制灵活性。 功率三极管 (Power Transistor): 包括双极型功率晶体管 (BJT) 和场效应功率晶体管 (MOSFET)。MOSFET 以其高速开关特性、低导通损耗和易于驱动的优点，在低压、高频应用中占据主导地位。 绝缘栅双极型晶体管 (IGBT): 结合了 MOSFET 的易于驱动和 BJT 的高功率承载能力，成为目前中高功率应用中最主流的电力电子器件。 碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 器件: 新一代宽禁带半导体材料的电力电子器件，具有更高的击穿电压、更低的导通损耗、更快的开关速度和更高的工作温度，正逐渐取代传统的硅基器件，为电力电子技术的发展开辟新的可能。 电力电子技术在交直流调速系统中的应用 交直流调速系统是电力电子技术在电机驱动领域最经典和重要的应用之一。随着工业自动化的发展，对电机速度和转矩的精确控制需求日益增长，而传统的直流电机调速方式存在效率低、维护量大等缺点，逐步被交流电机调速所取代。电力电子技术的发展，特别是高效、可靠的变频器出现，使得交流电机的调速性能可以媲美甚至超越直流电机。 直流电机调速: 早期通过改变电枢电压或励磁电流来调节直流电机的转速。这种方法实现简单，但存在效率不高、励磁损耗大等问题。 交流电机调速: 笼型异步电机调速: 笼型异步电机结构简单、坚固耐用、价格低廉，是工业应用中最广泛的电机类型。其调速方法多样，但电力电子技术使得其调速性能得到了极大的提升。 变压调速 (V/f 控制): 最基本和最常见的调速方式，通过改变电压和频率的比例来保持恒定的磁通，从而实现一定范围内的平滑调速。 矢量控制 (Vector Control): 将电机控制分解为转子磁场定向控制，实现对电机转矩的独立控制，具有优异的动态响应和精确的转速控制能力，是现代高性能交流电机驱动的核心技术。 直接转矩控制 (Direct Torque Control - DTC): 一种无需电机模型，直接根据转矩方程来控制电机转矩的方法，响应速度快，控制简单。 同步电机调速: 同步电机在恒速运行时效率高，但在调速应用中，需要复杂的控制策略。电力电子变频器使得同步电机的调速成为可能，尤其是在对效率和功率密度要求极高的场合，如电动汽车和部分工业应用。 仿真技术在电力电子领域的意义 电力电子系统的设计和优化涉及复杂的电路、器件和控制算法。在实际搭建原型之前，通过仿真技术对系统进行全面的分析和验证，能够显著缩短研发周期，降低实验成本，并提高设计的鲁棒性。 电路级仿真: 能够精确模拟电力电子器件的开关行为、电路的瞬态响应和稳态性能，分析损耗、电压应力等关键参数。 系统级仿真: 能够评估整个电力电子系统的性能，包括控制策略的有效性、与上层系统的交互、以及在不同工况下的表现。 参数优化与设计改进: 通过仿真，工程师可以快速探索不同的设计方案，优化器件选型、控制参数，以及拓扑结构，从而找到最优的设计。 故障诊断与保护策略研究: 仿真能够模拟各种故障场景，帮助设计和验证系统的保护机制，确保系统的安全可靠运行。 面向未来的发展趋势 电力电子技术仍在以前所未有的速度发展。面向未来，其发展趋势主要体现在以下几个方面： 更高效率和更低损耗: 随着新型电力电子器件（如 SiC、GaN）的广泛应用，以及先进的控制策略的开发，电力电子变换器的效率将不断提升，能量损耗进一步降低，这对于节能减排具有重要意义。 更高功率密度和小型化: 通过提高开关频率、优化散热设计以及集成化技术，电力电子设备的功率密度将不断提高，体积和重量将显著减小，这对于便携式设备、电动汽车和航空航天等领域至关重要。 更智能化的控制: 结合人工智能 (AI) 和机器学习技术，电力电子系统将具备更强的自适应性、自诊断能力和预测维护能力，实现更高级别的智能化控制。 电能质量的提升: 随着电力电子系统在电网中应用的增加，其对电能质量的影响也日益受到关注。无谐波、高功率因数的变换器设计以及电网谐波治理技术将是重要的发展方向。 电力电子技术的集成应用: 在可再生能源发电、智能电网、电动汽车、工业自动化等多个领域，电力电子技术将与其他先进技术深度融合，共同推动能源革命和产业升级。 电力电子技术作为现代工业的“心脏”，其重要性不言而喻。对这一学科的深入理解和掌握，将为工程师和研究人员在各个相关领域的设计、研发和创新提供坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在职工程师，时间成本是非常重要的考量因素。我购买这本书的目的很明确：快速掌握使用MATLAB/Simulink对电力电子系统进行精确建模和性能评估的能力。这本书在满足这一需求方面做得非常出色。它没有过多地纠缠于MATLAB软件本身的宏观操作，而是聚焦于如何将电力电子的物理模型准确地映射到Simulink的模块库中。书中对不同开关器件（如IGBT、MOSFET）在仿真中的等效电路选择和参数匹配给出了详尽的建议，这些都是我在以往的自学中常常感到困惑的“陷阱”。例如，关于开关损耗的建模，很多教程只停留在理想开关层面，但这本书深入探讨了如何加入导通电阻和开关时间对仿真结果的修正，使得仿真结果与实际测量值更加贴近。这对于需要进行系统级设计验证的工程师来说，是不可或缺的能力。整体来看，这本书的知识密度非常高，但得益于作者清晰的结构梳理，使得消化这些知识的过程相对高效和顺畅，真正实现了“工具+应用”的高度结合。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得很简洁大气，封面上的文字排版也显得专业且严谨，初次拿到手里，就有一种“这是本硬核技术书”的感觉。我是在准备毕业设计时接触到这本书的，当时需要做一个关于电力电子变换器的仿真项目，但对MATLAB Simscape Electrical模块的理解还停留在比较基础的阶段。这本书的结构安排非常清晰，从基础的电力电子器件模型入手，逐步过渡到复杂的交直流调速系统。作者在讲解每个控制策略时，不仅仅是给出仿真框图，还会配上详细的原理分析和参数设置说明，这一点对于我这种既需要理解理论又需要动手实现的学习者来说，简直是太友好了。特别是书中关于PWM控制算法的实现部分，图文并茂地展示了MATLAB代码片段和仿真结果波形，让我少走了很多弯路。阅读过程中，我发现作者对细节的把控非常到位，即便是像采样时间、离散化方法这些容易被忽略但对仿真精度影响巨大的参数，书里都有着墨强调。这本书更像是一位经验丰富的工程师在手把手地教你如何高效地利用MATLAB进行电力电子系统的建模与仿真，而不是简单地堆砌公式和代码。这本书的价值在于它架起了一座理论知识与工程实践之间的桥梁，让原本抽象的电力电子概念变得可视化、可操作化。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对技术书籍的阅读通常采取“跳读”策略，只关注与我当前任务最相关的章节。但这本关于MATLAB仿真的书，却让我有种想从头到尾仔细研读的冲动。它的叙述风格非常注重逻辑的连贯性，仿佛在讲述一个完整的故事，从最简单的整流电路开始，一步步构建起复杂的系统。我特别欣赏作者在引入新概念时，总是先回顾一下上一个知识点，确保读者没有遗漏任何关键的铺垫。比如，在讲解异步电机矢量控制时，作者没有直接跳到复杂的磁场定向理论，而是先用几页篇幅回顾了三相交流电的旋转磁场概念，并通过MATLAB的坐标变换模块演示了Clarke和Park变换的实际效果。这种循序渐进的教学方式，极大地降低了复杂控制理论的学习门槛。更重要的是，书中提供的案例文件质量极高，可以直接在Simulink环境中运行，修改参数后观察系统响应的变化，这种即时反馈机制是自学仿真技术最宝贵的资源。我尝试着用书中的方法搭建了一个电压源逆变器（VSI）的仿真模型，仅仅是调整了书中所述的死区时间补偿参数，输出波形的谐波含量立刻有了显著变化，这种直观的感受是看纯理论教材无法体会的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量令人印象深刻，这对于一本技术参考书来说，非常重要。清晰的图表和高分辨率的仿真波形截图，保证了视觉信息的准确传达，尤其是在涉及到复杂的时域波形对比时，这一点尤为关键。我发现书中对不同工作模式下的系统动态响应描述得尤其到位。比如，在分析直流电机带负载启动过程时，书中不仅展示了转速和电流的上升曲线，还结合了MATLAB调试器中的变量监视功能，展示了内环电流控制和外环速度控制环路中的误差信号变化趋势。这种多维度、全景式的仿真结果展示，让读者能够深入理解控制系统内部各个环节的相互作用和耦合关系。此外，本书对于一些常见问题的故障排除思路也很有启发性。当我的仿真模型出现不收敛或者输出结果异常时，我常常会翻阅书中关于“仿真参数设置与收敛性处理”的那一章，里面提供的调试清单和经验总结，往往能迅速帮我定位问题所在。这本书的价值远超一本教程，它更像是一本“实战手册”，记录了许多宝贵的调试经验。

评分☆☆☆☆☆

我尝试过很多国内外的电力电子仿真书籍，但坦率地说，很多要么理论过于深奥导致仿真实现困难，要么过于偏重软件操作而缺乏必要的电力电子理论深度。而陈中的这本著作，巧妙地找到了一个完美的平衡点。它非常适合那些已经掌握了电力电子基础理论，但苦于无法有效将其转化为MATLAB仿真实现的应用型读者。书中对交直流调速系统这一复杂应用场景的剖析，展现了作者深厚的工程背景。特别是对系统稳定性和抗干扰性仿真测试的章节设计，非常具有前瞻性。它引导读者思考的不是“如何仿真出某个状态”，而是“如何在仿真中测试系统的鲁棒性”。例如，书中演示了如何通过Simulink的“信号注入”模块，模拟电网侧的电压跌落，并观察变流器控制系统如何通过快速电流内环来抑制对负载侧输出电压的影响。这种从“实现”到“验证”的思维跨越，极大地提升了阅读体验和实际应用价值。这本书绝对是电力电子专业学生和初级工程师工具箱里不可或缺的一员。