本書對傳統(tǒng)和現代能源轉換系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析進行了全面的講述。 本書包括可再生能源系統(tǒng)的能源轉換技術，電力電子與能源轉換、電路和磁路的基本概念、機電系統(tǒng)原理，以及DC-DC變換器、逆變器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)分析，整流器的穩(wěn)態(tài)分析，對交流電機等電機驅動控制系統(tǒng)進行了討論，并對電網交互式逆變器的特性進行了詳細的分析。
本書適合電力電子與電力傳動、自動化、電氣工程、電機控制等相關專業(yè)的本科生、研究生作為參考書籍，同時也適合從事電力電子能源轉換設計工作的工程人員參考。
電力電子技術作為能源轉換中至關重要的一環(huán)，從Si到SiC和GaN這樣的寬禁帶器件，都在向著高效節(jié)能的方向發(fā)展。電是現代能源系統(tǒng)的中心，為了實現碳達峰、碳中和，可再生能源需要通過被轉化為電力資源加以高效利用，光伏、風力等新能源發(fā)電，以及新能源汽車電動化交通等領域的電能高效轉換是電力電子應用的重要研究方向。原書作者Behrooz Mirafzal教授是堪薩斯州立大學電力電子研究實驗室的創(chuàng)始人和主任。他是可再生能源系統(tǒng)、移動技術和微電網研究領域中智能逆變器和電力電子應用領域研究的領導者。他在各種現代能源轉換系統(tǒng)的概念化、開發(fā)和分析方面擁有超過 15 年的工業(yè)和學術經驗。在本書中，他將現代電力電子技術（如寬禁帶器件等最新工業(yè)界研究應用成果）與能源轉換技術相融合，其中含有大量的插圖和實例分析，讀者通過對這些例子的學習，將對這些概念有更清晰的理解。
本書的撰寫有兩個目的：一是通過大量例子和圖例為學生提供學習電力電子基本概念的簡單途徑；二是展現電力電子技術在現代和傳統(tǒng)能源轉換系統(tǒng)中的應用。學生可以通過仿真和數值例子來掌握復雜的概念。
本書專門為電氣工程專業(yè)的高年級本科生和研究生編寫，以幫助他們更多地了解電力電子技術在電機驅動、風能和太陽能系統(tǒng)中的應用為目的。本書可作為能源轉換、電力電子和先進電力電子課程的教科書。如果學習過前兩門課程，那么應該已經對電路理論有所了解。第1章和第2章的部分內容，以及第3、4章可用作本科生能源轉換課程教材。第1章和第2章的部分內容，以及第5、7、8章可用作本科生的電力電子課程教材。第6章和第9～12章可作為研究生的先進電力電子課程教材。
半導體材料和固態(tài)開關是電力電子的支柱。通過第1章的內容，學生會熟悉一些半導體材料和固態(tài)開關器件，還將了解太陽電池板和風力發(fā)電機作為間歇式能源的特點，以及對開關功率變換器的要求。本章簡要介紹了電機驅動技術，該技術是純電動和混合動力汽車動力系統(tǒng)、機器人等機電設備的基礎。本章包括25幅圖、25個方程式、7個示例和16道習題。
第2章將學習線性、非線性和開關電路之間的區(qū)別。通過求解線性電路的一些例子，回顧了矢量變換和拉普拉斯變換。推導了開關電路中電感伏秒平衡和電容安秒平衡，并給出了開關損耗的計算方法。在本章還將學習如何將三相系統(tǒng)從abc坐標系轉換為空間矢量或dq0坐標系。本章包括28幅圖、159個方程式、23個示例和16道習題。
磁路是電感、電機和機電執(zhí)行器的基礎。第3章將學習如何求解磁路并計算磁路中的能量。特別是了解磁心中的非理想效應和損耗計算。本章還將學習利用電感和變壓器的等效電路對磁心進行建模。本章包括27幅圖、173個方程式、25個示例和52道習題。
電機在風力發(fā)電機、機器人以及混合動力和純電動汽車中起著至關重要的作用。第4章通過磁場計算得出電磁力和轉矩，對異步（感應）和同步電機的穩(wěn)態(tài)電路進行建模和分析。本章包括31幅圖、131個方程式、16個示例和31道習題。
DC-DC變換器用于直流電源、電池儲能和太陽能系統(tǒng)。在第5章，分析了變換器在兩種穩(wěn)態(tài)工作的情況，即連續(xù)和不連續(xù)傳導模式。本章介紹了DC-DC變換器的主要拓撲結構，Buck、Boost、Buck-Boost、隔離Buck-Boost（反激）、雙向半橋和雙向全橋DC-DC變換器，其原理也可以擴展到對其他開關電路的分析。本章包括34幅圖、134個方程式、16個示例和33道習題。
電力電子技術在能源轉換系統(tǒng)中的應用原 書 前 言第6章介紹了Buck、Boost和Buck-Boost變換器的動態(tài)行為。將學習如何獲取動態(tài)行為并使用平均技術來簡化模型，以及如何推導變換器傳遞函數，以便使用根軌跡技術設計控制方案。本章包括20幅圖、73個方程式、7個示例和14道習題。
第7章介紹了DC-AC變換器（逆變器）及其開關調制技術，利用逆變器可以從直流電源得到可調交流電源。本章的重點是單相和三相兩電平電壓源型逆變器。在本章中介紹了不同的脈沖寬度調制（PWM）技術，以及級聯H橋和二極管鉗位多電平逆變器。本章包括51幅圖、104個方程式、23個示例和39道習題。
在第8章將了解單相和三相電路的無源和有源AC-DC變換器（整流器）之間的差異，以及有源整流器如何調節(jié)其輸出直流電壓，減少總諧波失真（THD），并通過控制交流側電流與電壓同相來實現單位功率因數。本章包括29幅圖、64個方程式、10個示例和20道習題。
逆變器是風能和太陽能轉換系統(tǒng)的最后一級。在第9章中，將學習電網交互式逆變器的基本控制方案，以及對逆變器程序控制，使其在電網跟隨式控制和電網構建控制下運行，并在異常條件下提供輔助支撐服務。本章包括37幅圖、66個方程式、12個示例和22道習題。
第4章介紹了交流電機的穩(wěn)態(tài)分析，在第10章介紹了dq0坐標系中交流電機的動力學模型。并對籠型和繞線轉子感應電機建模，然后對雙饋感應發(fā)電機（DFIG）進行建模。也學習了表面安裝式永磁（SPM）電機和內置式永磁（IPM）電機的動態(tài)模型。本章包括21幅圖、97個方程式、6個示例和10道習題。
電機驅動裝置是許多機電系統(tǒng)（如電動汽車和機器人）的重要組成部分。第11章將學習如何控制逆變器以設計可調電壓和電流源。并為籠型感應電機構建標量速度控制器，為籠型感應電機和永磁電機構建矢量控制方案。本章包括12幅圖、44個方程式、3個示例和6道習題。
第12章將分析高速開關導致的靜電和磁耦合，以及快速開關的逆變器如何在電機驅動中產生高頻電壓、漏電流和行波。本章包括12幅圖、40個方程式、2個示例和8道習題。
我想對我的研究生們給予我的幫助表示感謝，同時也感謝我的家人和朋友們的支持。最后，我要特別感謝我親愛的妻子Fariba，感謝她在本書寫作出版期間對我一如既往的支持。
譯者序
原書前言
第1章介紹1
1.1固態(tài)開關器件1
1.1.1半導體物理基礎1
1.1.2二極管3
1.1.3晶體管4
1.2光伏能源系統(tǒng)的基礎知識8
1.3風電系統(tǒng)的基礎知識12
1.4電機驅動的基礎知識16
1.5純電動和混合動力汽車的基礎知識18
1.6習題20
第2章電路的基本概念22
2.1單相電路22
2.1.1線性電路的相量25
2.1.2線性電路的拉普拉斯變換28
2.1.3二階系統(tǒng)的動態(tài)響應29
2.2固態(tài)開關電路31
2.2.1開關電路中的損耗計算32
2.2.2伏秒平衡和安秒平衡35
2.2.3電路中的諧波失真37
2.2.4非正弦電路中的功率因數39
2.3三相電路41
2.3.1不對稱三相系統(tǒng)的對稱分量42
2.3.2三相系統(tǒng)的空間矢量45
2.3.3三相系統(tǒng)的dq0變換46
2.4瞬時和平均功率49
2.4.1單相電路中的功率49
2.4.2單相電路中的無功功率50
2.4.3三相系統(tǒng)中的功率計算52
2.4.4空間矢量和dq0坐標系中的有功功率和無功功率52
2.5習題54
第3章磁路的基本概念58
3.1安培定律58
3.2磁性材料的磁導率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電流對電感的影響73
3.7磁場能量75
3.8交流勵磁引起的磁心損耗79
3.8.1磁滯損耗79
3.8.2渦流損耗81
3.9非理想線圈的電路模型81
3.10變壓器83
3.10.1單相隔離變壓器83
3.10.2單相自耦變壓器88
3.11習題89
電力電子技術在能源轉換系統(tǒng)中的應用目錄第4章機電系統(tǒng)原理95
4.1機電系統(tǒng)中產生的力和轉矩95
4.1.1能量平衡和受力公式97
4.1.2能量平衡和轉矩公式100
4.2三相交流旋轉電機104
4.2.1旋轉磁場105
4.2.2三相交流電機中的定子繞組和電感107
4.2.3三相感應（異步）電機的電路模型111
4.2.4通過試驗確定感應電機模型116
4.2.5三相同步電機的電路模型118
4.2.6通過試驗確定同步電機模型119
4.2.7永磁同步電機的轉子電路121
4.2.8表面安裝式永磁同步電機122
4.2.9內置式永磁同步電機125
4.3開關磁阻電機的基礎知識125
4.3.1SRM中的轉矩建立126
4.3.2電流調節(jié)的電壓控制128
4.4習題128
第5章DC-DC變換器的穩(wěn)態(tài)分析133
5.1基本柵極驅動電路133
5.2Buck變換器134
5.2.1CCM Buck變換器134
5.2.2DCM Buck變換器139
5.3Boost變換器142
5.3.1CCM Boost變換器142
5.3.2DCM Boost變換器145
5.4Buck-Boost變換器147
5.4.1CCM Buck-Boost變換器147
5.4.2DCM Buck-Boost變換器150
5.5單端初級電感變換器（SEPIC）153
5.6反激變換器156
5.6.1CCM隔離Buck-Boost變換器（反激變換器）157
5.6.2DCM隔離Buck-Boost變換器（反激變換器）159
5.7正激變換器161
5.8雙向半橋和全橋DC-DC變換器165
5.9習題168
第6章DC-DC變換器的動力學174
6.1Buck變換器的動力學174
6.2Boost變換器的動力學180
6.3Buck-Boost變換器的動力學185
6.4SEPIC的動力學189
6.5習題195
第7章逆變器的穩(wěn)態(tài)分析197
7.1單相兩電平電壓源逆變器197
7.2三相兩電平電壓型逆變器206
7.3六步換相開關模式208
7.4空間矢量脈寬調制（SVPWM）214
7.5正弦脈寬調制（SPWM）221
7.5.1SVPWM和SPWM中的直流母線利用率223
7.5.2SPWM和SVPWM中的共模電壓227
7.6特定次諧波消除脈寬調制（SHE-PWM）227
7.7滯環(huán)脈寬調制（HPWM）230
7.8多電平逆變器232
7.8.1CHB多電平逆變器232
7.8.2CHB多電平逆變器的SPWM技術234
7.8.3不對稱三相CHB多電平逆變器236
7.8.4二極管箝位多電平逆變器240
7.9習題243
第8章整流器的穩(wěn)態(tài)分析與控制248
8.1單相二極管整流器248
8.2單相兩級Boost PFC整流器255
8.3單相PWM整流器257
8.4三相二極管整流器262
8.5三相二極管整流器濾波器267
8.6三相PWM整流器270
8.7習題273
第9章并網逆變器的控制與動力學276
9.1并網逆變器的穩(wěn)態(tài)運行276
9.2電網交互式逆變器和PQ控制器279
9.3電網交互式逆變器和電網電壓支撐283
9.4并網逆變器和直流母線電壓調節(jié)285
9.4.1太陽能系統(tǒng)中的最大功率點跟蹤285
9.4.2直流母線電壓控制器286
9.5并網逆變器的穩(wěn)定性287
9.6相位檢測和逆變器同步292
9.6.1三相系統(tǒng)的基本鎖相環(huán)(PLL)控制方案292
9.6.2三相系統(tǒng)的直接相角檢測293
9.7電網交互式逆變器和負序及諧波補償296
9.8太陽能轉換系統(tǒng)中的單相逆變器297
9.9電網交互式逆變器的孤島檢測功能300
9.9.1電網阻抗和電壓檢測302
9.10電網構建和并聯逆變器304
9.10.1并網逆變器的下垂控制304
9.10.2電網構建式逆變器集中控制技術307
9.11習題308
第10章交流電機動力學312
10.1籠型感應電機的動力學312
10.1.1dq0參考坐標系中籠型感應電機模型314
10.1.2dq坐標系中感應電機框圖317
10.1.3dq坐標系中感應電機的轉矩表達式320
10.2雙饋感應發(fā)電機的動力學326
10.2.1dq0參考坐標系中的DFIG模型326
10.2.2DFIG模型框圖328
10.2.3dq坐標系中DFIG的電氣轉矩表達式328
10.3永磁同步電機的動力學332
10.3.1abc參考坐標系中的永磁電機模型332
10.3.2dq0參考坐標系中的永磁電機模型333
10.3.3永磁電機動態(tài)模型框圖334
10.3.4IPM電機動態(tài)模型框圖335
10.4習題339
第11章電機驅動系統(tǒng)中逆變器的控制341
11.1感應電機的標量控制341
11.2交流電機的矢量控制3
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