前言

　　電力電子裝置（powerelectronicequipment），借助電路、設計理論和相關分析開發(fā)工具，有效利用電力半導體器件（如功率二極管、晶體閘流管、可關斷晶閘管（GTO）、電場控制器件（以IGBT為代表）等），以實現(xiàn)對電能高效變換和控制的電力電子變換系統(tǒng)。作為典型的電力變換裝置，它包括整流裝置（AC/DC）、逆變裝置（DC/AC）、直流變流裝置（DC/DC）、交流變流裝置（AC/AC），以及其它各類電源、電機調速裝置、直流輸電裝置、感應加熱裝置、無功補償裝置、電鍍電解裝置和家用電器變流裝置等，被廣泛應用于交通運輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、環(huán)境保護、新能源系統(tǒng)、高能武器系統(tǒng)等軍用和民用場合。

　　從原理上看，電力電子裝置是通過控制電力半導體器件的開斷來完成功率信號的調制和處理，它作為一種典型的利用弱電信號控制強電信號、利用信息流控制功率流的能量變換裝置，必然會受到電力半導體器件性能的制約，突出表現(xiàn)在它們承受過電壓、過電流和過熱的能力較差�，F(xiàn)場運行經(jīng)驗表明，電動機、變壓器等電力設備通�？梢栽趲妆队陬~定電流下仍然能夠工作數(shù)秒或數(shù)分鐘，相比而言，在同等條件下的電力半導體器件的耐受力卻往往不會超過一秒甚至更短時間，否則就會損壞。因此，在設計電力電子裝置時，不僅需要合理選擇電力半導體器件的電壓、電流等額定參數(shù)，還需要專門采取一些特殊的保護措施，以防止變換裝置內的電力半導體器件因過電壓、過電流、過熱而損壞，尤其是在一些特別重要的軍用和民用場合，更是如此。要達到此目的，除了正確設計裝置本身、選擇合適的控制策略之外，還必須借助一些典型的傳感器技術，既能夠為裝置本身提供必要的控制參變量，如電壓、電流和位置（或者轉速等），還能夠對裝置運行狀態(tài)進行實時感知、預警監(jiān)視、診斷分析、風險評估和故障預測，如獲取與運行條件密切相關的物理量如溫度、冷卻水壓力或風速、濕度、和受力情況等。

　　研究與實踐表明，經(jīng)常應用于電力電子裝置中的典型傳感器技術，主要有：電壓、電流、溫度、濕度、振動、應力、門控、煙霧、液位等傳感器及其信號處理技術，它們對保證電力電子裝置的可靠性和連續(xù)性、提高設備利用率等方面，展現(xiàn)出其獨特的魅力，突出表現(xiàn)為：

　　其一，在電力電子裝置正常運行過程中，借助這些典型傳感器技術，既能夠獲取確保裝置正常運行所必須的參變量，同時系統(tǒng)還能夠實時監(jiān)視該裝置的運行狀態(tài)，方便優(yōu)化其運行或操控方式；

　　其二，當電力電子裝置發(fā)生故障或異常運行時，依據(jù)所獲取的關鍵性狀態(tài)信息，既可以迅速隔離故障而不至于由于故障擴大而帶來災難性的后果，還能提高故障排查的效率和命中率，有利于快速故障定位、及時恢復裝置運行、縮短故障時間；

　　其三，根據(jù)這些典型傳感器技術所獲取的關鍵性狀態(tài)信息，合理控制電力電子裝置中的關鍵性參變量（如電壓和電流等）、合理控制裝置的負荷，進一步改善裝置的健康狀態(tài)，確保裝置安全和可靠運行。

　　工欲善其事，必先利其器。在構建和操控電力電子裝置的過程中，正確選擇并合理使用這些典型傳感器技術，既顯得十分關鍵，也顯得非常必要。技術源于積累，成功源于執(zhí)著。結合作者多年的科研經(jīng)歷來看，電力電子技術和傳感器技術，作為電氣類工程技術人員必須掌握的重要技術，它們具有交叉性強、實踐性強、時效性強等重要特點，并且涉及到的概念多、知識面廣、適用性寬，既難學又難記還難理解，因此，學習起來特別費勁，也很枯燥，如果不與動手實踐相結合，看完書之后，大腦常常一片空白、所獲甚少。為此，作者把從事傳感器技術與大容量電力電子技術開發(fā)與應用過程中所獲得的經(jīng)驗技巧、設計案例和心得體會等入門知識，加以歸類、凝練和拓展，形成本書（“電力電子裝置中的典型傳感器技術”Typicalsensortechnologyappliedinpowerelectronicaequipment）。

　　士雖有學，而行為本焉。作者長期植根于長期所從事的傳感器技術和電力電子技術的相關開發(fā)與研究實踐活動中。因此，作為一本理論聯(lián)系實際的實用教程，本書堅持以有效培養(yǎng)讀者朋友的分析問題、解決問題的能力為宗旨，在撰寫過程中堅持貫徹理論與實踐結合、基礎與應用結合、教學與科研結合的“三結合”原則，摒棄生澀的理論分析。書中所采用的實例電路全為作者原創(chuàng)性科研成果，既有簡潔的理論剖析，也有設計方法和使用技巧的介紹。它們或許在其它圖書中很難見到，因此，本書希望將這些視為一粒粒珍珠，交給讀者朋友，既授人以魚，又授人以漁。當然，除了分析清晰、切中要害、例程完整、實例典型、圖例豐富、技術實用、內容詳實之外，本書還具有如下特色：

　　（1）實踐性強，功底深厚。由于傳感器技術與電力電子技術均是實踐性強、涉及面廣的交叉性學科技術，絕對不能離開相關的工程實際。手腦雙全，是創(chuàng)造教育的目的。為此，作者特植根于長期所從事的傳感器技術和電力電子技術的相關開發(fā)與研究實踐活動中，在撰寫過程中堅持貫徹理論與實踐結合、基礎與應用結合、教學與科研結合的原則，摒棄生澀的理論，避免讀不懂的過程。書中所采用的實例電路全為作者原創(chuàng)科研成果，既有完整的理論分析，也包含寶貴的應用技巧和設計心得，它們在其它圖書中很難見到。一語不能踐，萬卷徒空虛。作者希望將這些視為一粒粒珍珠，交給讀者朋友，既授人以魚，又授人以漁，使讀者學到專業(yè)知識和科研方法，提高工作能力。

　�。�2）針對性強，有的放矢。全書始終面向電子裝置的工程應用，從實際出發(fā)，“弱化理論論述，強調分析設計”，力圖擺脫傳統(tǒng)技術類的枯燥式表達方式。作者在精煉講解應用于電力電子裝置中的常用傳感器的基本原理之后，結合自己的工程經(jīng)歷，詳細分析在實際應用時有關它們的信號處理與變換技術、接口技術、隔離技術和電磁兼容技術等方面的設計技巧、分析方法和調試流程。除此之外，本書還有針對性地講解它們在工程應用中所遇到的關重件的分析計算判據(jù)和選型方法等內容。言之難盡，而試之易知也。所以，本書大膽嘗試將傳感器技術與電力電子技術融合起來進行講解，激發(fā)讀者的動手欲望，有利于培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。

　�。�3）精心組織，方便閱讀。作者站在“弱弱的嫩手”角度，在敘述方法上，以清晰的脈絡、簡潔的語言、豐富的圖例，力求做到由淺入深、循序漸進。在剖析思路方面，力爭堅持兩個統(tǒng)一：

　　其一是將傳感器的基本理論知識與電力電子技術工程實際應用有機結合，而不是割裂實際應用、僅僅簡單羅列電路而已；

　　其二是將“是什么”、“如何干”和“結果如何”辯證統(tǒng)一起來，讓讀者耳目一新，并在輕松地閱讀過程中獲得共鳴、收獲快樂。根據(jù)作者自己多年的科研歷程發(fā)現(xiàn)，決定設計成敗的關鍵往往還不是不會使用相關傳感器，而是對有關基本電路的分析方法的生疏與不了解所致。正是問題激發(fā)我們去學習，去實踐，去觀察。因此，全書注重知識鋪墊，避免一些讀者朋友剛開始不知道從哪里學習，如何開始。讀書之法，在循序而漸進，熟讀而精思。所以，作者開篇不是講解傳感器知識而是溫習KCL和KVL定理、戴維南定理和諾頓定理、分壓器原理以及運算放大器方面的基本內容，再講解應用于電力電子裝置中的典型傳感器的原理、作用特征、電路結構、工藝技巧和使用方法。

　�。�4）例程完整，受眾面廣。許多讀者曾給作者反饋過這樣的信息：他們發(fā)現(xiàn)許多資料上面都是講傳感器原理，緊接著是給出一個簡單電路，雖然電路本身并沒有錯，但是如何確定每一個器件的參數(shù)、如何分析相關環(huán)節(jié)的誤差卻并不完整，這樣就會給零基礎的初學者帶來很多麻煩，造成死記硬背或者生搬硬套。所以本書盡量做到每個例程，無論長短，盡量完整，既給出需求分析，還給出設計計算過程以及相關分析方法及其構建思路，因為盡管很多模塊化電路可以在網(wǎng)上或者參考書中查到，但是，唯獨設計思想、分析思路是需要自己獨立建立的。成功的關鍵不是努力去拷貝別人的特色方式，而是去學習如何發(fā)掘你自己獨特的潛質。所以，我們需要用理論來推動實踐，用實踐來修正或補充理論。因此，在以后的學習和工作中，無論您遇到什么樣的工程實際問題，建議讀者都可以應用這些設計理念創(chuàng)造性地給出設計方案和解決方法，從而達到無招勝有招的目的。

　　本書的寫作框架如圖0-1所示，它包括傳感器部分及其處理電路等相關知識，其中傳感器部分主要由模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器組成，處理電路部分主要由運放電路、隔離電路、濾波器、比較器、光耦、接口電路以及部分典型處理電路等組成。

　　圖0-1本書的寫作框架

　　潤物細無聲。本書希望幫助那些最需要幫助的人，包括那些希望拓展自己基礎的、有經(jīng)驗的設計者、剛剛參加工作的新入門者，作者就是循著這樣的想法來完成這本書的。知之愈明，則行之愈篤；行之愈篤，則知之益明。盡管作者特別想把這本書寫好，但是，畢竟電力電子技術和傳感器技術都是開放性極強的技術，加之作者的眼界有限，僅存一孔之見，定有疏漏甚至是錯誤之處，懇請讀者和同行批評指正，作者不勝感激！

　　作者

　　2015年11月于馨香園