《電力電子技術》是作者根據從事電力電子技術教學與科研工作的經驗,并在學習、研究國內外教材及相關參考文獻基礎上編寫而成的。《電力電子技術》在內容體系的安排上,針對本科生教學的特點,力圖避免新技術、新理論的簡單羅列。書中在保留一定的晶閘管相控變流內容的同時,較為突出地反映了以全控器件為主的PWM理論體系,較為系統地闡述了電力電子器件、DC-DC變換器、DC-AC變換器(無源逆變電路)、AC-DC變換器(整流和有源逆變電路)、AC-AC變換器以及軟開關變換器等基本內容,為電力電子技術的應用與研究提供了理論和技術基礎。
《電力電子技術》可作為高等院校電氣工程及其自動化、自動化等相關專業的本科生教材,也可供從事電力電子技術和相關研究的工程技術人員參考。
本書在介紹電力電子技術基本理論和基本概念的同時,重視對研究對象的問題提出、方案對比、分析思路等研究能力的訓練和培養,并嘗試研究型思維的啟發與訓練。例如,多數教材在討論DC-DC變換器時,總是首先給出電路拓撲,然后加以分析、推演,最后得到相關理論。而本書在介紹DC-DC變換器時,注重對電路拓撲構思設計與變換器電路分析兩個方面能力的訓練:首先從DC-DC變換器的特定變換功能出發,提出可能實現這一變換功能電路拓撲的構造思路,并進一步加以分析、推演和比較,最終歸納出DC-DC變換器電路的基本拓撲;其次,在介紹相關基礎理論的基礎上,提出了DC-DC變換器的基本分析方法,從而有助于提高學生的自主創新能力。
電力電子技術是在電子、電力與控制技術基礎上發展起來的一門新興交叉學科,被國際電工委員會(IEC)命名為電力電子學(Power Electronics)或稱為電力電子技術。近20年來,電力電子技術已滲透到國民經濟各領域,并取得了迅速的發展。作為電氣工程及其自動化、工業自動化或相關本科專業的一門重要的專業基礎課,電力電子技術課程講述了電力電子器件、電力電子電路及變流技術的基本理論、基本概念和基本分析方法為后續專業課程的學習和電力電子技術的研究與應用打下良好的基礎。
然而,要編好一本適用于本科生的電力電子技術教材,對作者來說卻是一件非常困難的事。首先,電力電子技術發展日新月異,新內容、新思想、新概念層出不窮,系統闡述則作者水平遠不能及;其次,本科生課程的主要內容應能介紹電力電子技術的基礎理論,同時也應反映當今電力電子技術的應用,這對于學時較少的本科生課程教學來說不能不說是一件難以兩全之事;再者,如何通過有限內容的闡述與教學使讀者掌握電力電子技術研究的思路、方法和規律,進而能舉一反三,則更是難上加難之事。
本書在介紹電力電子技術基本理論和基本概念的同時,重視對研究對象的問題提出、方案對比、分析思路等研究能力的訓練和培養,并嘗試研究型思維的啟發與訓練。例如,多數教材在討論DC-DC變換器時,總是首先給出電路拓撲,然后加以分析、推演,最后得到相關理論。而本書在介紹DC-DC變換器時,注重對電路拓撲構思設計與變換器電路分析兩個方面能力的訓練:首先從DC-DC變換器的特定變換功能出發,提出可能實現這一變換功能電路拓撲的構造思路,并進一步加以分析、推演和比較,最終歸納出DC-DC變換器電路的基本拓撲;其次,在介紹相關基礎理論的基礎上,提出了DC-DC變換器的基本分析方法,從而有助于提高學生的自主創新能力。
前言
第1章 緒論
1.1 電力電子技術的定義
1.2 電力電子技術的發展
1.3 電力電子技術的應用
第2章 電力電子器件及應用
2.1 電力電子器件的特點與分類
2.1.1 電力電子器件的特點
2.1.2 電力電子器件的分類
2.2 電力電子器件基礎
2.2.1 PN結原理
2.2.2 電力電子器件的封裝
2.3 功率二極管
2.3.1 結型功率二極管基本結構和工作原理
2.3.2 結型功率二極管的基本特性
2.3.3 快速功率二極管
2.3.4 肖特基勢壘二極管
2.3.5 功率二極管的主要參數
2.3.6 功率二極管的應用特點
2.4 晶閘管
2.4.1 基本結構和工作原理
2.4.2 晶閘管特性及主要參數
2.4.3 晶閘管派生器件及應用
2.4.4 晶閘管的觸發
2.4.5 晶閘管的應用特點
2.5 門極可關斷晶閘管
2.5.1 基本結構和工作原理
2.5.2 可關斷晶閘管特性
2.5.3 可關斷晶閘管的驅動
2.5.4 可關斷晶閘管的應用特點
2.6 電力晶體管
2.6.1 基本結構和工作原理
2.6.2 GTR特性及主要參數
2.6.3 電力晶體管的驅動
2.6.4 電力晶體管的應用特點
2.7 功率場效應晶體管
2.7.1 基本結構和工作原理
2.7.2 功率MOSFET特性及主要參數
2.7.3 功率MOSFET的驅動
2.7.4 功率MOSFET的應用特點
2.8 絕緣柵雙極型晶體管
2.8.1 基本結構和工作原理
2.8.2 IGBT特性及主要參數
2.8.3 IGBT的驅動
2.8.4 IGBT的應用特點
2.9 其他新型電力電子器件
2.9.1 集成門極換流晶閘管(IGCT)
2.9.2 MOS控制晶閘管(MCT)
2.9.3 功率模塊和功率集成電路
2.10 電力電子器件的發展趨勢
2.11 電力電子器件應用共性問題
2.11.1 電力電子器件的保護
2.11.2 電力電子器件的散熱
2.11.3 電感和電容
本章小結
思考題
第3章 DC-DC變換器
3.1 DC-DC變換器的基本結構
3.1.1 Buck型DC-Dc變換器的基本結構
3.1.2 Boost型DC-DC變換器的基本結構
3.1.3 Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結構
3.1.4 Buck-Boost型DC-DC變換器的基本結構
3.2 DC-DC變換器換流及其特性分析
3.2.1 開關變換器中電容、電感的基本特性
3.2.2 Buck變換器換流及其特性分析
3.2.3 Boost變換器換流及其特性分析
3.2.4 Cuk變換器換流及其特性分析
3.3 復合型DC-Dc變換器
3.3.1 二象限DC-DC變換器
3.3.2 四象限Dc-DC變換器
3.3.3 多相多重DC-DC變換器
3.4 變壓器隔離型DC—DC變換器
3.4.1 隔離型Buck變換器-單端正激式變換器
3.4.2 隔離型Buck-Boost變換器-單端反激式變換器
3.4.3 隔離型Cuk變換器
3.4.4 推挽式變換器
3.4.5 全橋變換器
3.4.6 半橋變換器
本章小結
思考題
第4章 DC-AC變換器(無源逆變電路)
4.1 概述
4.1.1 逆變器的基本原理
4.1.2 逆變器的分類
4.1.3 逆變器的性能指標
4.2 電壓型逆變器
4.2.1 電壓型方波逆變器
4.2.2 電壓型階梯波逆變器
4.2.3 電壓型正弦波逆變器
4.3 空間矢量PWM控制
4.3.1 三相VSR空間電壓矢量分布
4.3.2 空間電壓矢量的合成
4.4 電流型逆變器
4.4.1 電流型方波逆變器
4.4.2 電流型階梯波逆變器
本章小結
思考題
第5章 AC-DC變換器(整流和有源逆變電路)
5.1 概述
5.2 不控整流電路
5.2.1 單相不控整流電路
5.2.2 三相不控整流電路
5.2.3 整流濾波電路
5.2.4 倍壓、倍流不控整流電路
5.3 相控整流電路
5.3.1 移相控制技術
5.3.2 三相半波相控整流電路
5.3.3 三相橋式相控整流電路
5.3.4 橋式半控整流電路
5.3.5 變壓器漏感對整流電路的影響
5.4 相控有源逆變電路
5.4.1 相控有源逆變原理及實現條件
5.4.2 逆變失敗與最小逆變角
5.5 PWM整流電路
5.5.1 傳統整流電路存在的問題
5.5.2 電壓型單相單管PWM整流電路
5.5.3 電壓型橋式PWM整流電路
5.5.4 電流型橋式PWM整流電路
5.6 同步整流電路
本章小結
思考題
第6章 AC-AC變換器
6.1 概述
6.2 交流調壓電路
6.2.1 相控式交流調壓電路
6.2.2 斬控式交流調壓電路
6.3 交流電力控制電路
6.3.1 交流調功電路
6.3.2 交流電力電子開關
6.4 交-交變頻電路
6.4.1 相控交-交變頻電路
6.4.2 矩陣式交-交變頻電路
本章小結
思考題
第7章 軟開關變換器
7.1 概述
7.1.1 功率電路的開關過程
7.1.2 軟開關的特征及分類
7.1.3 諧振電路的構成與特性
7.2 準諧振軟開關變換器
7.2.1 零電壓開關準諧振變換器
7.2.2 零電流開關準諧振變換器
7.3 PWM軟開關變換器
7.3.1 零開關PWM變換器
7.3.2 零轉換PWM變換器
7.3.3 移相控制ZVS-PWM全橋變換器
本章小結
思考題
參考文獻
PIC把電力電子變換和控制系統中盡可能多的硬件以芯片的形式封裝在一個模塊內,使之不再有額外的引線連接,不僅極大地方便了使用,而且能大大降低系統成本,減輕重量,縮小體積,大大降低寄生電感,提高電力電子變化和控制的可靠性。
類似功率集成電路的還有許多,其中智能功率模塊專指IGBT、及其輔助器件與其保護和驅動電路的單片集成,也稱智能IGBT。IPM內置PWM控制信號處理功能,具有過電流保護、過熱保護和欠電壓保護,已經在大功率逆變電路中得到了廣泛應用。
2.10電力電子器件的發展趨勢
新型電力電子器件呈現出許多優勢,其發展主要有以下特點:
(1)集成化。具有主回路、控制回路及檢測、保護功能于一體的智能功率集成電路發展迅速,其中IGBT的智能化模塊IPM已得到了廣泛的應用。
(2)大容量。GTO是容量上與晶閘管最接近的具有自關斷能力的器件,但存在缺點和問題。由于IGBT、IGC等器件的大容量化及實用化,IGBT和IGCT將在更多的領域取代GTO。