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。
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（如宽禁带器件等最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。
本书的撰写有两个目的：一是通过大量例子和图例为学生提供学习电力电子基本概念的简单途径；二是展现电力电子技术在现代和传统能源转换系统中的应用。学生可以通过仿真和数值例子来掌握复杂的概念。
本书专门为电气工程专业的高年级本科生和研究生编写，以帮助他们更多地了解电力电子技术在电机驱动、风能和太阳能系统中的应用为目的。本书可作为能源转换、电力电子和先进电力电子课程的教科书。如果学习过前两门课程，那么应该已经对电路理论有所了解。第1章和第2章的部分内容，以及第3、4章可用作本科生能源转换课程教材。第1章和第2章的部分内容，以及第5、7、8章可用作本科生的电力电子课程教材。第6章和第9～12章可作为研究生的先进电力电子课程教材。
半导体材料和固态开关是电力电子的支柱。通过第1章的内容，学生会熟悉一些半导体材料和固态开关器件，还将了解太阳电池板和风力发电机作为间歇式能源的特点，以及对开关功率变换器的要求。本章简要介绍了电机驱动技术，该技术是纯电动和混合动力汽车动力系统、机器人等机电设备的基础。本章包括25幅图、25个方程式、7个示例和16道习题。
第2章将学习线性、非线性和开关电路之间的区别。通过求解线性电路的一些例子，回顾了矢量变换和拉普拉斯变换。推导了开关电路中电感伏秒平衡和电容安秒平衡，并给出了开关损耗的计算方法。在本章还将学习如何将三相系统从abc坐标系转换为空间矢量或dq0坐标系。本章包括28幅图、159个方程式、23个示例和16道习题。
磁路是电感、电机和机电执行器的基础。第3章将学习如何求解磁路并计算磁路中的能量。特别是了解磁心中的非理想效应和损耗计算。本章还将学习利用电感和变压器的等效电路对磁心进行建模。本章包括27幅图、173个方程式、25个示例和52道习题。
电机在风力发电机、机器人以及混合动力和纯电动汽车中起着至关重要的作用。第4章通过磁场计算得出电磁力和转矩，对异步（感应）和同步电机的稳态电路进行建模和分析。本章包括31幅图、131个方程式、16个示例和31道习题。
DC-DC变换器用于直流电源、电池储能和太阳能系统。在第5章，分析了变换器在两种稳态工作的情况，即连续和不连续传导模式。本章介绍了DC-DC变换器的主要拓扑结构，Buck、Boost、Buck-Boost、隔离Buck-Boost（反激）、双向半桥和双向全桥DC-DC变换器，其原理也可以扩展到对其他开关电路的分析。本章包括34幅图、134个方程式、16个示例和33道习题。
电力电子技术在能源转换系统中的应用原 书 前 言第6章介绍了Buck、Boost和Buck-Boost变换器的动态行为。将学习如何获取动态行为并使用平均技术来简化模型，以及如何推导变换器传递函数，以便使用根轨迹技术设计控制方案。本章包括20幅图、73个方程式、7个示例和14道习题。
第7章介绍了DC-AC变换器（逆变器）及其开关调制技术，利用逆变器可以从直流电源得到可调交流电源。本章的重点是单相和三相两电平电压源型逆变器。在本章中介绍了不同的脉冲宽度调制（PWM）技术，以及级联H桥和二极管钳位多电平逆变器。本章包括51幅图、104个方程式、23个示例和39道习题。
在第8章将了解单相和三相电路的无源和有源AC-DC变换器（整流器）之间的差异，以及有源整流器如何调节其输出直流电压，减少总谐波失真（THD），并通过控制交流侧电流与电压同相来实现单位功率因数。本章包括29幅图、64个方程式、10个示例和20道习题。
逆变器是风能和太阳能转换系统的最后一级。在第9章中，将学习电网交互式逆变器的基本控制方案，以及对逆变器程序控制，使其在电网跟随式控制和电网构建控制下运行，并在异常条件下提供辅助支撑服务。本章包括37幅图、66个方程式、12个示例和22道习题。
第4章介绍了交流电机的稳态分析，在第10章介绍了dq0坐标系中交流电机的动力学模型。并对笼型和绕线转子感应电机建模，然后对双馈感应发电机（DFIG）进行建模。也学习了表面安装式永磁（SPM）电机和内置式永磁（IPM）电机的动态模型。本章包括21幅图、97个方程式、6个示例和10道习题。
电机驱动装置是许多机电系统（如电动汽车和机器人）的重要组成部分。第11章将学习如何控制逆变器以设计可调电压和电流源。并为笼型感应电机构建标量速度控制器，为笼型感应电机和永磁电机构建矢量控制方案。本章包括12幅图、44个方程式、3个示例和6道习题。
第12章将分析高速开关导致的静电和磁耦合，以及快速开关的逆变器如何在电机驱动中产生高频电压、漏电流和行波。本章包括12幅图、40个方程式、2个示例和8道习题。
我想对我的研究生们给予我的帮助表示感谢，同时也感谢我的家人和朋友们的支持。最后，我要特别感谢我亲爱的妻子Fariba，感谢她在本书写作出版期间对我一如既往的支持。
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
电力电子技术在能源转换系统中的应用目录第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
7.6特定次谐波消除脉宽调制（SHE-PWM）227
7.7滞环脉宽调制（HPWM）230
7.8多电平逆变器232
7.8.1CHB多电平逆变器232
7.8.2CHB多电平逆变器的SPWM技术234
7.8.3不对称三相CHB多电平逆变器236
7.8.4二极管箝位多电平逆变器240
7.9习题243
第8章整流器的稳态分析与控制248
8.1单相二极管整流器248
8.2单相两级Boost PFC整流器255
8.3单相PWM整流器257
8.4三相二极管整流器262
8.5三相二极管整流器滤波器267
8.6三相PWM整流器270
8.7习题273
第9章并网逆变器的控制与动力学276
9.1并网逆变器的稳态运行276
9.2电网交互式逆变器和PQ控制器279
9.3电网交互式逆变器和电网电压支撑283
9.4并网逆变器和直流母线电压调节285
9.4.1太阳能系统中的最大功率点跟踪285
9.4.2直流母线电压控制器286
9.5并网逆变器的稳定性287
9.6相位检测和逆变器同步292
9.6.1三相系统的基本锁相环(PLL)控制方案292
9.6.2三相系统的直接相角检测293
9.7电网交互式逆变器和负序及谐波补偿296
9.8太阳能转换系统中的单相逆变器297
9.9电网交互式逆变器的孤岛检测功能300
9.9.1电网阻抗和电压检测302
9.10电网构建和并联逆变器304
9.10.1并网逆变器的下垂控制304
9.10.2电网构建式逆变器集中控制技术307
9.11习题308
第10章交流电机动力学312
10.1笼型感应电机的动力学312
10.1.1dq0参考坐标系中笼型感应电机模型314
10.1.2dq坐标系中感应电机框图317
10.1.3dq坐标系中感应电机的转矩表达式320
10.2双馈感应发电机的动力学326
10.2.1dq0参考坐标系中的DFIG模型326
10.2.2DFIG模型框图328
10.2.3dq坐标系中DFIG的电气转矩表达式328
10.3永磁同步电机的动力学332
10.3.1abc参考坐标系中的永磁电机模型332
10.3.2dq0参考坐标系中的永磁电机模型333
10.3.3永磁电机动态模型框图334
10.3.4IPM电机动态模型框图335
10.4习题339
第11章电机驱动系统中逆变器的控制341
11.1感应电机的标量控制341
11.2交流电机的矢量控制3
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