電力電子技術是研究應用電力半導體開關器件實現電能的變換及控制的一門技術,又稱為功率電子技術。它有4種電能轉換方式:交流變直流、直流變交流、交流變交流、直流變直流。電力電子技術日新月異的快速發展使其成為世界各國工業自動化控制和機電一體化技術領域的先頭兵。《高等學校應用型特色規劃教材:電力電子技術與應用》面向應用型人才培養,以了解基本技術體系、掌握基本理論分析方法、培養基本應用能力為目標。全書共8章,包括緒論、電力電子器件、直流-直流變換電路、直流-交流變換電路、交流-直流變換電路、交流-交流變換電路、軟開關技術和電力電子技術的典型應用。
本書可作為大、中專院校師生的教學用書或自學參考書,也可作為相關技術人員的參考資料。
以應用型人才為培養目標,注重關鍵知識點的學習,不追求理論深度和內容的廣度。 突出實用性、基6出性、應用性,把實際應用與理論結合起來,做到重點突出、敘述簡潔、易教易學。 遵循“定性為主、分析為輔、強調應用、聯系實際”的原則,注意融合電力電子新器件及其應用技術。
現代工業、交通運輸、軍事裝備、尖端科技的進步以及人類生活質量和生存環境的改善都依賴于高品質的電能。隨著科學技術的發展,全控型器件的應用越來越廣泛,以器件為核心的電力電子新技術成為現代科學進步的重要標志之一,如汽車、飛機、自來水供水系統、電子技術、無線電與電視、農業機械化、計算機、電話、空調與制冷、高速公路、航天、互聯網、成像技術、家電、保健科技、石化、激光與光纖、核能利用和新材料等科技成果幾乎都不同程度地應用了電力電子技術,可以說,電力電子技術已經廣泛應用到社會的方方面面。
目前電力電子器件的單管容量和開關頻率提高十分快速,形成了現代電力電子技術高壓、大功率的許多研究熱點,如高頻化和低電磁干擾(EMI)的大功率變換、多電平變換技術等。1997年,美國海軍提出了電力電子積木(PEBB)的概念,即使用標準化的電力電子單元,將許多電力電子單元組裝形成一臺電力電子裝置,使電力電子裝置的維護變得十分簡單。1998年,美國電力電子系統中心(CPES)又提出了電力電子集成技術的思想,研制了集成電力電子模塊(IPEM)。IPEM分為三部分,即主電路、驅動控制電路、傳感器與磁性元件檢測電路。目前IPEM分為有源IPEM(包括功率器件、驅動控制電路、傳感器等有源部件)和無源IPEM(包括磁性元件、電容、電阻等無源元件)兩種。電力電子集成技術將是未來電力電子技術的重要發展方向。
本書的特點有:①面向“應用型本科”學生,強調“實用、夠用”的原則;②致力于將本課程涉及的四大變換工作原理、電路性質、分析方法講清、講透、概念準確;③以應用型人才為培養目的,講清關鍵知識點,不追求理論深度和內容的廣度;④突出實用性、基礎性、應用性,把實際應用與理論結合起來,做到重點突出、敘述簡潔、易教易學。
本書遵循“定性為主、輔以分析、強調應用、聯系實際”的原則,注意融合電力電子新器件及其應用技術。全書共8章,包括緒論、電力電子器件、直流-直流變換電路、直流-交流變換電路、交流-直流變換、交流-交流變換電路、軟開關技術和電力電子技術的典型應用。每章后面都附有思考與練習題,以幫助學生鞏固所學的知識。書后還附有電力電子技術與應用實驗指導。
本書第1章、第3~6章的編寫及全書的修改、統稿由李鵬飛完成,第8章由施金良編寫,第2章和第7章由劉顯榮編寫,王華斌博士參與了第8章的圖文整理工作,重慶科技學院自動化2008級本科部分同學和自動化2008級應用本科李明偉、吳勇等同學對全書的圖文進行了整理,自動化系同行教師詳細、認真地閱讀了全部書稿,并提出了許多寶貴意見和建議,在此表示衷心的感謝。本書編寫中引用了國內外眾多專家、學者的著作以及論文等文獻資料,在此表示衷心的感謝。
由于作者水平有限,時間倉促,書中難免有疏漏和不妥之處,敬請讀者批評指正。
編 者
第1章 緒論
1.1 電力電子器件概述與發展
1.2 電力電子技術的應用
1.3 課程性質與學習方法
第2章 電力電子器件
2.1 電力電子器件概述
2.1.1 電力電子器件的分類
2.1.2 電力電子器件的使用特點
2.1.3 電力電子器件的現狀和發展趨勢
2.2 不可控型器件——電力二極管
2.2.1 電力二極管的工作原理和基本特性
2.2.2 電力二極管的主要參數
2.2.3 電力二極管的主要類型
2.3 半控型器件——晶閘管及其派生器件
2.3.1 晶閘管的結構和工作原理
2.3.2 晶閘管的特性
2.3.3 晶閘管的主要參數
2.3.4 晶閘管的派生器件
2.4 全控型器件
2.4.1 電力晶體管
2.4.2 電力場效應管
2.4.3 絕緣柵雙極晶體管
2.4.4 門極可關斷晶閘管
2.4.5 靜電感應晶體管
2.4.6 靜電感應晶閘管
2.4.7 MOS控制晶閘管
2.4.8 集成門極換流晶閘管
2.5 功率模塊與功率集成電路
2.5.1 IPM的結構
2.5.2 IPM的內置功能
2.5.3 IPM的保護功能
2.6 電力電子器件驅動與保護電路
2.6.1 晶閘管觸發電路
2.6.2 GTO驅動電路
2.6.3 GTR驅動電路
2.6.4 IGBT驅動電路
2.7 電力電子器件的串聯與并聯運行
2.7.1 電力電子器件的串聯運行
2.7.2 電力電子器件的并聯運行
2.7.3 電力MOSFET和IGBT并聯運行的特點
本章小結
思考與練習
第3章 直流-直流變換電路
3.1 直流PWM控制基礎
3.2 直流斬波器的基本電路
3.2.1 降壓型斬波電路
3.2 12升壓型斬波電路
3.2.3 升-降壓型斬波電路
3.2.4 丘克電路
3.3 變壓器隔離的DC/DC變換器
3.3.1 正向激勵變換器
3.3.2 反向激勵直流變換電路
3.3.3 其他典型直流變換電路
本章小結
思考與練習
第4章 直流-交流變換電路
4.1 逆變概念
4.1.1 逆變的定義
4.1.2 逆變電路的分類
……
第5章 交流-直流變換電路
第6章 交流-交流變換電路
第7章 軟開關技術
第8章 電力電子技術的典型應用
附錄 電力電子技術與應用實驗指導
參考文獻