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内容简介

　　本书筛选了常用变换电路，在精讲原理的同时，增加了检测算法和控制策略的分析及仿真，同时附有典型的DSP程序代码，以方便读者更加深刻理解电能变换与控制技术的原理与应用。
　　全书共分为6章,主要讲述电能信号检测与处理所需要的一些基础知识，PWM的控制方法，常用的DC/DC变换（包括升压Boost、降压Buck、具有隔离功能DC/DC变换等）的基本原理、控制方法、仿真及实现,PWM变流器统一控制模型与原理，典型电能变换装置原理及实现的方法,以及电能变换装置中常用电感、变压器的设计方法。

作者简介

　　巫付专，中原工学院电机电器CAD及其控制方向教授。发表有关电机电器CAD及其控制方向的论文近30余篇。《微机原理及应用》中央民族大学出版社。1999年。《电气控制及PLC》电子工业出版社。 2006年。从事单片机、DSP、控制与特种电机的教学。指导全国电子大赛获一、二等奖。

目　　录

第1章　电能信号的检测与处理　
　1.1　信号分析与处理基础　
　　1.1.1　周期信号的傅里叶级数表示　
　　1.1.2　离散信号　　
　　1.1.3　快速傅里叶变换　
　1.2　信号检测方法　
　　1.2.1　均方根法　
　　1.2.2　傅里叶法　
　　1.2.3　瞬时无功功率理论　
　　1.2.4　其他检测方法　
　1.3　信号滤波器　
　　1.3.1　滤波器概述　
　　1.3.2　模拟滤波器　
　　1.3.3　数字滤波器　　

第1章　电能信号的检测与处理　 
　1.1　信号分析与处理基础　 
　　1.1.1　周期信号的傅里叶级数表示　 
　　1.1.2　离散信号　　 
　　1.1.3　快速傅里叶变换　 
　1.2　信号检测方法　 
　　1.2.1　均方根法　 
　　1.2.2　傅里叶法　 
　　1.2.3　瞬时无功功率理论　 
　　1.2.4　其他检测方法　 
　1.3　信号滤波器　 
　　1.3.1　滤波器概述　 
　　1.3.2　模拟滤波器　 
　　1.3.3　数字滤波器　　 
　1.4　信号检测调理电路设计　 
　　1.4.1　检测元件及电路　 
　　1.4.2　调理电路设计　 
　1.5　锁相环技术　　 
　　1.5.1　锁相环基本原理　 
　　1.5.2　锁相环的捕捉、跟踪过程与倍频　 
　思考与练习　 
　 第2章　PWM控制原理与方法　　 
　　　　2.1　正弦脉宽调制SPWM　 
　　2.1.1　SPWM原理 
　　2.1.2　产生SPWM的算法　 
　　2.1.3　SPWM的仿真及DSP程序实现　　 
　2.2　空间矢量SVPWM　 
　　2.2.1　三相空间矢量电压的分布　 
　　2.2.2　空间电压矢量的合成　 
　　2.2.3　SVPWM的仿真及DSP程序实现 
　2.3　滞环控制产生PWM的控制方法　 
　　　2.3.1　滞环比较控制方式的原理　 
　　2.3.2　滞环比较控制分析　 
　　2.3.3　滞环控制仿真与DSP程序的实现 
　2.4　三角波比较法　 
　　2.4.1　PI调节　 
　　2.4.2　三角波比较法的原理 
　　2.4.3　三角波比较控制仿真及DSP程序的实现 
　2.5　PWM波其他控制方法简介　 
　　2.5.1　定频电流滞环最优矢量控制　 
　　2.5.2　不定频电流滞环最优矢量控制　 
　思考与练习　 
　 第3章　DCDC变换原理与控制　　　 
　3.1　降压斩波变换电路　 
　　3.1.1　降压斩波变换电路组成及工作原理　　 
　　3.1.2　降压斩波变换电路稳态分析　 
　　3.1.3　降压斩波变换电路状态空间平均模型　 
　　3.1.3　降压斩波变换电路仿真　　 
　3.2　升压斩波变换电路　 
　　3.2.1　升压斩波变换电路组成及工作原理　 
　　3.2.2　升压斩波变换电路稳态分析　 
3.2.3　升压斩波变换电路状态空间平均模型　 
　　3.2.4　升压斩波变换电路系统仿真　 
　3.3　带变压器隔离的DCDC变换电路　 
　　3.3.1　单端DCDC变换电路原理及设计　 
　　3.3.2　双端推挽式（PUSHPULL）DCDC变换电路　 
　　3.3.3　半桥式DCDC变换电路原理及设计　　 
　　3.3.4　全桥DCDC变换电路原理　 
　3.4　其他形式的DCDC变换电路　　 
　　3.4.1　直接半桥DCDC变换电路　 
　　3.4.2　直接全桥DCDC变换电路　 
　　3.4.3　多相、多重DCDC变换电路简介　 
　思考与练习　　 
　 第4章　AC/DC、DC/AC变换原理与控制　 
　4.1　PWM变流器的工作原理　 
　　4.1.1　PWM变流器的分类　 
　　4.1.2　电压型PWM变流器数学模型　 
　4.2　AC/DC变换　 
　　4.2.1　AC/DC变换的控制策略　 
　　4.2.2　基于SVPWM的控制方法分析　 
　　4.2.3　AC/DC变换仿真与DSP程序的实现　 
　4.3　DC/AC变换　 
　　4.3.1　DC/AC变换的原理　 
　　4.3.2　DC/AC变换的控制策略　 
　　4.3.3　DC/AC变换仿真与DSP程序的实现　　 
　思考与练习（四）　 
　 第5章　电能变换的其他应用　　 
　5.1　静止无功发生器　 
　　5.1.1　静止无功发生器的工作原理及主电路设计　 
　　5.1.2　静止无功发生器的检测算法　 
　　5.1.3　静止无功发生器的控制策略　　 
　　5.1.4　静止无功发生器仿真与DSP程序的实现　 
　5.2　有源电力滤波器　 
　　5.2.1　有源电力滤波器的工作原理及主电路设计　 
　　5.2.2　有源电力滤波器的检测算法　 
　　5.2.3　有源电力滤波器的控制策略　 
　　5.2.4　有源电力滤波器仿真及DSP程序实现的流程　 
　5.3　动态电压恢复器　 
　　5.3.1　动态电压恢复器工作原理及分类　　 
　　5.3.2　动态电压恢复器检测算法　 
　　5.3.3　动态电压恢复器的补偿策略　 
　　5.3.4　动态电压恢复器主要参数的确定　 
　　5.3.5　动态电压恢复器仿真与DSP程序实现的流程　 
　5.4　有源功率因数校正器　 
　　5.4.1　有源功率因数校正的基本原理 
　　…… 
第6章　磁性元件的设计 
主要参考文献

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前　　言

　　前言
　　近年来在我国经济持续高速发展的背景下，传统能源的消耗量也大幅增长，由此引发的能源短缺和环境污染等问题成为制约我国经济又好又快发展的瓶颈，为此，发展新能源产业势在必行.《中国新能源产业发展与安全报告（2011—2012）》指出，我国新能源产业总体而言对外依存度较高，风能产业、光伏产业、生物质能产业与地热产业的关键设备及核心技术尚需从欧美引进.随着我国新能源产业迅速发展，国家科研投入的不断加大，作为新能源产业关键设备的核心技术之一——电能变换与控制技术，近年来在高校和科研院所也涌现出了大批科研成果.例如，仅2012年11月19~20日在福州大学召开的国家自然科学基金电工学科08/10年度批准项目交流会上，就有120余项研究成果公布，其理论水平和实验室级的成果已接近或达到欧美水平.然而这些成果在工业化的过程中却出现了严重的滞后.本书编写的初衷是想搭建一个由科研成果到工业产品转化的桥梁，使具备电力电子技术基础知识的读者，能迅速掌握常用电能变换与控制技术，并能胜任该方向的研究与应用工作.
　　本书的特点为：在筛选了常用变换电路并精讲其原理的同时，增加了检测算法和控制策略的分析以及该电路的模型仿真，同时附有典型的DSP程序代码，以方便读者更加深刻理解电能变换与控制技术的原理与应用。

前言 
　　近年来在我国经济持续高速发展的背景下，传统能源的消耗量也大幅增长，由此引发的能源短缺和环境污染等问题成为制约我国经济又好又快发展的瓶颈，为此，发展新能源产业势在必行.《中国新能源产业发展与安全报告（2011—2012）》指出，我国新能源产业总体而言对外依存度较高，风能产业、光伏产业、生物质能产业与地热产业的关键设备及核心技术尚需从欧美引进.随着我国新能源产业迅速发展，国家科研投入的不断加大，作为新能源产业关键设备的核心技术之一——电能变换与控制技术，近年来在高校和科研院所也涌现出了大批科研成果.例如，仅2012年11月19~20日在福州大学召开的国家自然科学基金电工学科08/10年度批准项目交流会上，就有120余项研究成果公布，其理论水平和实验室级的成果已接近或达到欧美水平.然而这些成果在工业化的过程中却出现了严重的滞后.本书编写的初衷是想搭建一个由科研成果到工业产品转化的桥梁，使具备电力电子技术基础知识的读者，能迅速掌握常用电能变换与控制技术，并能胜任该方向的研究与应用工作. 
　　本书的特点为：在筛选了常用变换电路并精讲其原理的同时，增加了检测算法和控制策略的分析以及该电路的模型仿真，同时附有典型的DSP程序代码，以方便读者更加深刻理解电能变换与控制技术的原理与应用。 
　　全书共分为6章.第1章主要讲述信号检测与处理所需要的一些基础知识，包括信号的检测方法与滤波、锁相环技术、瞬时无功理论及坐标变换等.第2章主要讲述PWM的控制方法，包括正弦脉宽调制SPWM、空间矢量SVPWM、滞环控制和三角波比较控制，在三角波比较控制中增加了PID调节的基本原理和离散数学模型.第3章主要讲述常用的DC/DC变换（包括升压Boost、降压Buck、具有隔离功能DC/DC变换等）的基本原理、控制方法、仿真及实现.第4章主要讲述PWM变流器统一控制模型与原理，在此基础上分析了AC/DC和DC/AC变换的基本原理、控制方法、仿真及DSP实现.其中AC/DC变换采用SVPWM控制技术实现，DC/AC变换采用SPWM控制技术实现.第5章讲述典型电能变换装置原理及实现的方法，包括静止无功发生器、有源电力滤波器、动态电压恢复器、功率因数校正器和统一电能质量调节器.其中，静止无功发生器采用滞环控制技术实现；有源电力滤波器采用三角波比较控制技术实现.第6章主要讲述电能变换装置中常用电感、变压器的设计方法.同时，在各章主要内容的后面附有典型的程序，程序代码都经过了调试，但限于篇幅的原因有一定的删减，仅供学习使用.本书中针对不同变换所采用的控制技术和仿真参数选取以及DSP程序并非最优，主要目的是为了便于对相关原理的学习与理解，在实际中具体采用哪种控制技术和仿真参数可视情况选取。 
　　考虑到与其他电力电子技术教材的区别与分工.本书在编写中，简要介绍了电能变换的基本原理和基本概念.着重分析了典型电能变换电路检测算法和控制策略，对应用相对较少AC/AC变换，晶闸管整流的AC/DC变换等本书没有涉及，建议修完电力电子技术和DSP课程后使用.本书可作为电气工程及其自动化、自动化本科生或研究生的专业教材使用，也可作为从事智能电网、柔性输电及新能源发电等相关科技人员的参考书。 
　　本书第1章的第1、2、3节主要由王双红编写；第2章主要由巫付专编写；第3章的第1、2节由新疆塔里木大学刘媛杰编写；第4章由郑州职业技术学院朱海云编写；第1章第4、5节和第5章的第1、3节由彭圣编写；第6章主要由王耕编写；裴素萍编写了第3章的第3节和第5章第4节；燕山大学沈虹编写了第2章第5节和第5章第2、5节；侯婷婷、韩梁、冯占伟编写了第1、3、5、6章的控制部分及应用实例.赵义勇、王小星、曾幼涵和巫曦等同学完成了部分图例的输入工作.感谢恩耐基电气有限公司王斌斌，北京鼎英科技有限公司的马海波，杭州和利时自动化有限公司封燕芳，武汉大学的严攀以及李建等老师提供的帮助，本书最后由巫付专和沈虹负责统稿。 
　　本书的主审王晓雷教授在百忙之中认真地阅读了本书，提出了许多建设性的意见，在此表示衷心的感谢。 
　　由于编写者水平所限，经验不足、参阅文献有限，书中的缺点和错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。 
　　编者 
　　2014年4月

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前言
　　本书的特点为：在筛选了常用变换电路并精讲其原理的同时，增加了检测算法和控制策略的分析以及该电路的模型仿真，同时附有典型的DSP程序代码，以方便读者更加深刻理解电能变换与控制技术的原理与应用。
　　全书共分为6章.第1章主要讲述信号检测与处理所需要的一些基础知识，包括信号的检测方法与滤波、锁相环技术、瞬时无功理论及坐标变换等.第2章主要讲述PWM的控制方法，包括正弦脉宽调制SPWM、空间矢量SVPWM、滞环控制和三角波比较控制，在三角波比较控制中增加了PID调节的基本原理和离散数学模型.第3章主要讲述常用的DC/DC变换（包括升压Boost、降压Buck、具有隔离功能DC/DC变换等）的基本原理、控制方法、仿真及实现.第4章主要讲述PWM变流器统一控制模型与原理，在此基础上分析了AC/DC和DC/AC变换的基本原理、控制方法、仿真及DSP实现.其中AC/DC变换采用SVPWM控制技术实现，DC/AC变换采用SPWM控制技术实现.第5章讲述典型电能变换装置原理及实现的方法，包括静止无功发生器、有源电力滤波器、动态电压恢复器、功率因数校正器和统一电能质量调节器.其中，静止无功发生器采用滞环控制技术实现；有源电力滤波器采用三角波比较控制技术实现.第6章主要讲述电能变换装置中常用电感、变压器的设计方法.同时，在各章主要内容的后面附有典型的程序，程序代码都经过了调试，但限于篇幅的原因有一定的删减，仅供学习使用.本书中针对不同变换所采用的控制技术和仿真参数选取以及DSP程序并非最优，主要目的是为了便于对相关原理的学习与理解，在实际中具体采用哪种控制技术和仿真参数可视情况选取。
　　考虑到与其他电力电子技术教材的区别与分工.本书在编写中，简要介绍了电能变换的基本原理和基本概念.着重分析了典型电能变换电路检测算法和控制策略，对应用相对较少AC/AC变换，晶闸管整流的AC/DC变换等本书没有涉及，建议修完电力电子技术和DSP课程后使用.本书可作为电气工程及其自动化、自动化本科生或研究生的专业教材使用，也可作为从事智能电网、柔性输电及新能源发电等相关科技人员的参考书。
　　本书第1章的第1、2、3节主要由王双红编写；第2章主要由巫付专编写；第3章的第1、2节由新疆塔里木大学刘媛杰编写；第4章由郑州职业技术学院朱海云编写；第1章第4、5节和第5章的第1、3节由彭圣编写；第6章主要由王耕编写；裴素萍编写了第3章的第3节和第5章第4节；燕山大学沈虹编写了第2章第5节和第5章第2、5节；侯婷婷、韩梁、冯占伟编写了第1、3、5、6章的控制部分及应用实例.赵义勇、王小星、曾幼涵和巫曦等同学完成了部分图例的输入工作.感谢恩耐基电气有限公司王斌斌，北京鼎英科技有限公司的马海波，杭州和利时自动化有限公司封燕芳，武汉大学的严攀以及李建等老师提供的帮助，本书最后由巫付专和沈虹负责统稿。
　　本书的主审王晓雷教授在百忙之中认真地阅读了本书，提出了许多建设性的意见，在此表示衷心的感谢。

前  言


	　近年来在我国经济持续高速发展的背景下，传统能源的消耗量也大幅增长，由此引发的能源短缺和环境污染等问题成为制约我国经济又好又快发展的瓶颈，为此，发展新能源产业势在必行.《中国新能源产业发展与安全报告（2011—2012）》指出，我国新能源产业总体而言对外依存度较高，风能产业、光伏产业、生物质能产业与地热产业的关键设备及核心技术尚需从欧美引进.随着我国新能源产业迅速发展，国家科研投入的不断加大，作为新能源产业关键设备的核心技术之一——电能变换与控制技术，近年来在高校和科研院所也涌现出了大批科研成果.例如，仅2012年11月19~20日在福州大学召开的国家自然科学基金电工学科08/10 年度批准项目交流会上，就有120余项研究成果公布，其理论水平和实验室级的成果已接近或达到欧美水平.然而这些成果在工业化的过程中却出现了严重的滞后.本书编写的初衷是想搭建一个由科研成果到工业产品转化的桥梁，使具备电力电子技术基础知识的读者，能迅速掌握常用电能变换与控制技术，并能胜任该方向的研究与应用工作. 
　　本书的特点为：在筛选了常用变换电路并精讲其原理的同时，增加了检测算法和控制策略的分析以及该电路的模型仿真，同时附有典型的DSP程序代码，以方便读者更加深刻理解电能变换与控制技术的原理与应用。 
　　全书共分为6章.第1章主要讲述信号检测与处理所需要的一些基础知识，包括信号的检测方法与滤波、锁相环技术、瞬时无功理论及坐标变换等.第2章主要讲述PWM的控制方法，包括正弦脉宽调制SPWM、空间矢量SVPWM、滞环控制和三角波比较控制，在三角波比较控制中增加了PID调节的基本原理和离散数学模型.第3章主要讲述常用的DC/DC变换（包括升压Boost、降压Buck、具有隔离功能DC/DC变换等）的基本原理、控制方法、仿真及实现.第4章主要讲述PWM变流器统一控制模型与原理，在此基础上分析了AC/DC和DC/AC变换的基本原理、控制方法、仿真及DSP实现.其中AC/DC变换采用SVPWM控制技术实现，DC/AC变换采用SPWM控制技术实现.第5章讲述典型电能变换装置原理及实现的方法，包括静止无功发生器、有源电力滤波器、动态电压恢复器、功率因数校正器和统一电能质量调节器.其中，静止无功发生器采用滞环控制技术实现；有源电力滤波器采用三角波比较控制技术实现.第6章主要讲述电能变换装置中常用电感、变压器的设计方法.同时，在各章主要内容的后面附有典型的程序，程序代码都经过了调试，但限于篇幅的原因有一定的删减，仅供学习使用.本书中针对不同变换所采用的控制技术和仿真参数选取以及DSP程序并非最优，主要目的是为了便于对相关原理的学习与理解，在实际中具体采用哪种控制技术和仿真参数可视情况选取。 
　　考虑到与其他电力电子技术教材的区别与分工.本书在编写中，简要介绍了电能变换的基本原理和基本概念.着重分析了典型电能变换电路检测算法和控制策略，对应用相对较少AC/AC变换，晶闸管整流的AC/DC变换等本书没有涉及，建议修完电力电子技术和DSP课程后使用.本书可作为电气工程及其自动化、自动化本科生或研究生的专业教材使用，也可作为从事智能电网、柔性输电及新能源发电等相关科技人员的参考书。 
　　本书第1章的第1、2、3节主要由王双红编写；第2章主要由巫付专编写；第3章的第1、2节由新疆塔里木大学刘媛杰编写；第4章由郑州职业技术学院朱海云编写；第1章第4、5节和第5章的第1、3节由彭圣编写；第6章主要由王耕编写；裴素萍编写了第3章的第3节和第5章第4节；燕山大学沈虹编写了第2章第5节和第5章第2、5节；侯婷婷、韩梁、冯占伟编写了第1、3、5、6章的控制部分及应用实例.赵义勇、王小星、曾幼涵和巫曦等同学完成了部分图例的输入工作.感谢恩耐基电气有限公司王斌斌，北京鼎英科技有限公司的马海波，杭州和利时自动化有限公司封燕芳，武汉大学的严攀以及李建等老师提供的帮助，本书最后由巫付专和沈虹负责统稿。 
　　本书的主审王晓雷教授在百忙之中认真地阅读了本书，提出了许多建设性的意见，在此表示衷心的感谢。 
　　由于编写者水平所限，经验不足、参阅文献有限，书中的缺点和错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。 
                                                                 编者 
                                                                     2014年4月

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