現(xiàn)代電力電子技術(shù)前言

電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù)是高等工科院校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化以及機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。

電力電子技術(shù)橫跨電力、電子和控制三個(gè)領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)之一，是弱電對(duì)強(qiáng)電實(shí)現(xiàn)控制的橋梁和紐帶，也是從事相關(guān)工作的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員所必須掌握的知識(shí)之一。

本書(shū)共7章。第1章緒論，主要介紹電力電子技術(shù)的概念，電能變換及控制的方法，電力電子技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)。第2章講述電力電子器件，介紹各類(lèi)半導(dǎo)體電力電子器件的基本工作原理和工作特性。第3～6章分別介紹整流電路、直流斬波電路、逆變電路、交流調(diào)壓和變頻電路的基本工作原理和特性，包括單相三相可控整流電路、有源逆變電路、直流斬波電路、復(fù)合斬波電路、無(wú)源逆變電路、脈寬調(diào)制型（PWM）逆變電路、交流調(diào)壓電路、交交變頻電路等，每章后面都應(yīng)用MATLAB仿真軟件對(duì)相關(guān)電路進(jìn)行仿真，使廣大讀者能夠清晰并直觀(guān)地掌握電路特性。第7章電力電子技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)，詳細(xì)介紹開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和SPWM逆變器的MATLAB設(shè)計(jì)與仿真。應(yīng)用MATLAB仿真應(yīng)用軟件，讀者能夠建立模型并仿真，利用計(jì)算機(jī)觀(guān)察電路的仿真運(yùn)行狀態(tài)，加深對(duì)理論分析結(jié)果的理解，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的吸收。

本書(shū)內(nèi)容的選取原則是： 以電工、電子學(xué)和控制理論最基本的原理為起點(diǎn)，完整、系統(tǒng)地講述電力電子變換和控制技術(shù)的基本知識(shí)、新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景。

本書(shū)編寫(xiě)注意文字流暢、概念清晰、敘述深入淺出，便于學(xué)生閱讀。除第1章及第7章外每章均有小結(jié)，有利于復(fù)習(xí)。

編寫(xiě)分工為： 上海工程技術(shù)大學(xué)李媛媛副教授編寫(xiě)第1、2、6、7章，王宇嘉副教授編寫(xiě)第3、5章，張穎副教授編寫(xiě)第4章。上海工程技術(shù)大學(xué)張莉萍教授為本書(shū)的主審。在本書(shū)編寫(xiě)的過(guò)程中，得到了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)教師的支持和幫助，編者對(duì)所有給予本書(shū)幫助的老師表示衷心的感謝，也向?yàn)楸緯?shū)編寫(xiě)整理付出辛勤勞動(dòng)的碩士研究生閆華山、劉學(xué)晶同學(xué)，向進(jìn)行仿真程序調(diào)試的魏然、黃牡丹、喬木、王晶晶等同學(xué)表示感謝。

由于時(shí)間倉(cāng)促，編者水平有限，殷切希望各校教師、學(xué)生、專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員以及廣大讀者對(duì)本書(shū)的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)及疏漏、錯(cuò)誤之處給予批評(píng)、指正。

編者2014年3月

第1章緒論1

1.1電力電子技術(shù)概述1

1.2電能變換及控制的方法1

1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展史2

1.4電力電子技術(shù)的特點(diǎn)3

1.5電力電子技術(shù)的應(yīng)用4

第2章電力電子器件7

2.1電力電子器件概述7

2.2電力二極管8

2.2.1電力二極管的基本結(jié)構(gòu)與工作原理8

2.2.2電力二極管的基本特性10

2.2.3電力二極管的主要參數(shù)11

2.2.4電力二極管的主要類(lèi)型12

2.3電力晶體管12

2.3.1電力晶體管的基本結(jié)構(gòu)與工作原理13

2.3.2電力晶體管的工作特性13

2.3.3電力晶體管的主要參數(shù)16

2.4晶閘管17

2.4.1晶閘管的基本結(jié)構(gòu)與工作原理17

2.4.2晶閘管的工作特性18

2.4.3晶閘管的主要參數(shù)21

2.4.4晶閘管的主要類(lèi)型23

2.5電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管26

2.5.1電力MOSFET的基本結(jié)構(gòu)與工作原理26

2.5.2電力MOSFET的工作特性27

2.5.3電力MOSFET的主要參數(shù)29

2.6絕緣柵雙極型晶體管29

2.6.1IGBT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理29

2.6.2IGBT的工作特性30

2.6.3IGBT的擎住效應(yīng)31

2.7其他新型電力電子器件33

2.8電力電子器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路34

2.8.1晶閘管SCR的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器34

2.8.2GTO的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器35

2.8.3晶體管的驅(qū)動(dòng)器36

2.8.4MOSFET和IGBT的驅(qū)動(dòng)器37

2.8.5電力電子器件的緩沖電路38

2.8.6過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)40

2.9初識(shí)MATLAB仿真模塊中的電力電子器件42

本章小結(jié)43

第3章整流電路44

3.1概述44

3.2單相可控整流電路44

3.2.1單相半波可控整流電路44

3.2.2單相橋式全控整流電路48

3.2.3單相橋式半控整流電路51

3.3三相可控整流電路54

3.3.1三相半波可控整流電路54

3.3.2三相全波可控整流電路65

3.4有源逆變電路72

3.4.1整流與逆變的關(guān)系72

3.4.2電源間能量的變換關(guān)系72

3.4.3有源逆變電路的工作原理73

3.4.4三相半波共陰極逆變電路75

3.5整流電路的MATLAB仿真實(shí)例77

3.5.1感容濾波的單相橋式不可控整流電路77

3.5.2電感性負(fù)載單相橋式全控整流電路79

3.5.3三相全橋不可控整流電路82

3.5.4三相全橋全控整流電路86

本章小結(jié)88

第4章直流斬波電路90

4.1概述90

4.2直流斬波電路的工作原理91

4.2.1斬波電路的基本原理91

4.2.2基本直流斬波電路92

4.3復(fù)合斬波電路104

4.3.1電流可逆斬波電路104

4.3.2橋式可逆斬波電路105

4.3.3直流直流變換電路的比較110

4.4斬波電路的MATLAB仿真實(shí)例110

4.4.1Buck降壓電路110

4.4.2Boost升壓電路111

4.4.3BuckBoost升降壓電路114

本章小結(jié)115

第5章逆變電路116

5.1逆變電路概述116

5.1.1晶閘管逆變電路的換流問(wèn)題116

5.1.2逆變電路的類(lèi)型119

5.2無(wú)源逆變電路124

5.2.1無(wú)源逆變電路的工作原理124

5.2.2電流型逆變電路125

5.2.3電壓型逆變電路129

5.3強(qiáng)迫換流式逆變電路133

5.3.1串聯(lián)二極管式電流源型逆變器結(jié)構(gòu)134

5.3.2工作過(guò)程(換流機(jī)理)134

5.4脈寬調(diào)制型(PWM)逆變電路136

5.4.1基本原理137

5.4.2正弦脈寬調(diào)制方法140

5.4.3電流滯環(huán)控制PWM143

5.5逆變電路的MATLAB仿真實(shí)例144

5.5.1單相方波逆變電路144

5.5.2雙極性SPWM單相逆變器145

5.5.3倍頻SPWM逆變器147

5.5.4三相SPWM逆變器148

本章小結(jié)150

第6章交流調(diào)壓和變頻電路151

6.1交流調(diào)壓電路151

6.1.1單相交流調(diào)壓電路151

6.1.2三相交流調(diào)壓電路156

6.2交交變頻電路160

6.2.1單相交交變頻電路160

6.2.2三相交交變頻電路162

6.3MATLAB仿真實(shí)例167

本章小結(jié)170

第7章電力電子技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)172

7.1開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的MATLAB設(shè)計(jì)與仿真172

7.1.1開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介172

7.1.2開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)172

7.1.3整流穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源MATLAB仿真173

7.2SPWM逆變器的MATLAB設(shè)計(jì)與仿真177

7.2.1SPWM逆變器的基本原理177

7.2.2SPWM調(diào)制的相關(guān)技術(shù)177

7.2.3SPWM逆變器MATLAB仿真178

參考文獻(xiàn)1812100433B

第一章 電力半導(dǎo)體器件的基本原理、特性及參數(shù)

1.1 電力半導(dǎo)體器件發(fā)展史及評(píng)述

1.2 半導(dǎo)體整流器

1.2.1 結(jié)型整流管

1.2.2 其它類(lèi)型的整流管

1.3 雙極型晶體管

1.3.1 晶體管工作原理及靜態(tài)輸出特性

1.3.2 晶體管開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)

1.3.3 二次擊穿和安全工作區(qū)

1.3.4 晶體管的電壓參數(shù)說(shuō)明

1.3.5 晶體管的主要參數(shù)

1.4 逆阻型晶閘管及其派生器件

1.4.1 晶閘管的工作原理及靜態(tài)特性

1.4.2 晶閘管的開(kāi)關(guān)過(guò)程及動(dòng)態(tài)參數(shù)

1.4.3 晶閘管的di/dt耐量及工作壽命

1.4.4 逆阻型晶閘管的參數(shù)

1.4.5 有關(guān)晶閘管派生器件的說(shuō)明

1.5 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VDMOS），

1.5.1 VDMOS工作原理及靜態(tài)輸出特性

1.5.2 VDMOS管的電容，

1.5.3 VDMOS管的柵電荷曲線(xiàn)

1.5.4 VDMOS管的參數(shù)及安全工作區(qū)

1.6 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

1.6.1 IGBT的工作原理及靜態(tài)輸出特性

1.6.2 IGBT的參數(shù)特點(diǎn)

1.6.3 IGBT的過(guò)載能力

1.7 MOS柵控晶閘管（MCT）

1.7.1 MCT工作原理

1.7.2 MCT的特點(diǎn)

1.7.3 MCT和IGBT的性能比較

1.8 靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）和晶體管（SIT）

1.8.1 靜電感應(yīng)器件工作原理

1.8.2 SITH和SIT的靜態(tài)特性

1.8.3 靜電感應(yīng)器件的動(dòng)態(tài)性能

思考與練習(xí)一

第二章 AC/DC變換技術(shù)

2.1 AC/DC變流器的分類(lèi)

2.2 單相半波整流電路

2.2.1 不可控整流電路

2.2.2 可控整流電路

2.3 單相全波可控整流電路

2.3.1 單相半控橋式整流電路

2.3.2 單相全控橋式整流電路

2.3.3 有源逆變

2.3.4 單相雙重變流器

2.4 三相AC/DC變流器

2.4.1 三相半波可控整流電路

2.4.2 換相重疊——電源變壓器漏感的影響

2.4.3 三相半控橋式整流電路

2.4.4 三相全控橋式整流電路

2.4.5 三相雙重變流器

2.5 高頻整流問(wèn)題

2.5.1 概述

2.5.2 影響高頻整流效率的幾個(gè)問(wèn)題

2.6 相控整流電路的主要性能指標(biāo)

2.7 電力公害及其改善措施

2.7.1 簡(jiǎn)述

2.7.2 網(wǎng)側(cè)電流諧波的抑制技術(shù)

2.7.3 改善功率因數(shù)的措施

思考與練習(xí)二

第三章 AC/AC變換技術(shù)

3.1 逆阻型晶閘管的關(guān)斷問(wèn)題

3.2 AC/AC變換的工作原理

3.2.1 工作原理

3.2.2 a調(diào)制工作方式的實(shí)現(xiàn)

3.3 AC/AC變換器典型電路

3.3.1 三脈波單相負(fù)載AC/AC變換器

3.3.2 三脈波和六脈波三相負(fù)載AC/AC變換器

……

第四章 DC/AC變換技術(shù)

第五章 DC/DC變換技術(shù)

第六章 諧振開(kāi)關(guān)技術(shù)

第七章 電力電子裝置及系統(tǒng)的可靠性

參考文獻(xiàn) 2100433B