电力电子技术在能源转换系统中的应用

电力电子技术作为能源转换中至关重要的一环，从Si到SiC和GaN这样的宽禁带器件，都在向着高效节能的方向发展。电是现代能源系统的中心，为了实现碳达峰、碳中和，可再生能源需要通过被转化为电力资源加以高效利用，光伏、风力等新能源发电，以及新能源汽车电动化交通等领域的电能高效转换是电力电子应用的重要研究方向。原书作者Behrooz Mirafzal教授是堪萨斯州立大学电力电子研究实验室的创始人和主任。他是可再生能源系统、移动技术和微电网研究领域中智能逆变器和电力电子应用领域研究的领导者。他在各种现代能源转换系统的概念化、开发和分析方面拥有超过 15 年的工业和学术经验。在本书中，他将现代电力电子技术（如宽禁带器件等近期新工业界研究应用成果）与能源转换技术相融合，其中含有大量的插图和实例分析，读者通过对这些例子的学习，将对这些概念有更清晰的理解。

本书对传统和现代能源转换系统的动态和稳态分析进行了全面的讲述。 本书包括可再生能源系统的能源转换技术，电力电子与能源转换、电路和磁路的基本概念、机电系统原理，以及DC-DC变换器、逆变器的稳态和动态分析，整流器的稳态分析，对交流电机等电机驱动控制系统进行了讨论，并对电网交互式逆变器的特性进行了详细的分析。本书适合电力电子与电力传动、自动化、电气工程、电机控制等相关专业的本科生、研究生作为参考书籍，同时也适合从事电力电子能源转换设计工作的工程人员参考。

译者序
原书前言
第1章介绍1
1.1固态开关器件1
1.1.1半导体物理基础1
1.1.2二极管3
1.1.3晶体管4
1.2光伏能源系统的基础知识8
1.3风电系统的基础知识12
1.4电机驱动的基础知识16
1.5纯电动和混合动力汽车的基础知识18
1.6习题20
第2章电路的基本概念22
2.1单相电路22
2.1.1线性电路的相量25
2.1.2线性电路的拉普拉斯变换28
2.1.3二阶系统的动态响应29
2.2固态开关电路31
2.2.1开关电路中的损耗计算32
2.2.2伏秒平衡和安秒平衡35
2.2.3电路中的谐波失真37
2.2.4非正弦电路中的功率因数39
2.3三相电路41
2.3.1不对称三相系统的对称分量42
2.3.2三相系统的空间矢量45
2.3.3三相系统的dq0变换46
2.4瞬时和平均功率49
2.4.1单相电路中的功率49
2.4.2单相电路中的无功功率50
2.4.3三相系统中的功率计算52
2.4.4空间矢量和dq0坐标系中的有功功率和无功功率52
2.5习题54
第3章磁路的基本概念58
3.1安培定律58
3.2磁性材料的磁导率59
3.3磁阻和磁路61
3.4法拉第定律64
3.5自感和互感67
3.6电流对电感的影响73
3.7磁场能量75
3.8交流励磁引起的磁心损耗79
3.8.1磁滞损耗79
3.8.2涡流损耗81
3.9非理想线圈的电路模型81
3.10变压器83
3.10.1单相隔离变压器83
3.10.2单相自耦变压器88
3.11习题89
第4章机电系统原理95
4.1机电系统中产生的力和转矩95
4.1.1能量平衡和受力公式97
4.1.2能量平衡和转矩公式100
4.2三相交流旋转电机104
4.2.1旋转磁场105
4.2.2三相交流电机中的定子绕组和电感107
4.2.3三相感应（异步）电机的电路模型111
4.2.4通过试验确定感应电机模型116
4.2.5三相同步电机的电路模型118
4.2.6通过试验确定同步电机模型119
4.2.7永磁同步电机的转子电路121
4.2.8表面安装式永磁同步电机122
4.2.9内置式永磁同步电机125
4.3开关磁阻电机的基础知识125
4.3.1SRM中的转矩建立126
4.3.2电流调节的电压控制128
4.4习题128
第5章DC-DC变换器的稳态分析133
5.1基本栅极驱动电路133
5.2Buck变换器134
5.2.1CCM Buck变换器134
5.2.2DCM Buck变换器139
5.3Boost变换器142
5.3.1CCM Boost变换器142
5.3.2DCM Boost变换器145
5.4Buck-Boost变换器147
5.4.1CCM Buck-Boost变换器147
5.4.2DCM Buck-Boost变换器150
5.5单端初级电感变换器（SEPIC）153
5.6反激变换器156
5.6.1CCM隔离Buck-Boost变换器（反激变换器）157
5.6.2DCM隔离Buck-Boost变换器（反激变换器）159
5.7正激变换器161
5.8双向半桥和全桥DC-DC变换器165
5.9习题168
第6章DC-DC变换器的动力学174
6.1Buck变换器的动力学174
6.2Boost变换器的动力学180
6.3Buck-Boost变换器的动力学185
6.4SEPIC的动力学189
6.5习题195
第7章逆变器的稳态分析197
7.1单相两电平电压源逆变器197
7.2三相两电平电压型逆变器206
7.3六步换相开关模式208
7.4空间矢量脉宽调制（SVPWM）214
7.5正弦脉宽调制（SPWM）221
7.5.1SVPWM和SPWM中的直流母线利用率223
7.5.2SPWM和SVPWM中的共模电压227
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