電力電子技術(shù)

前言

　　電力電子技術(shù)是在電子、電力與控制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科，被國際電工委員會(huì)（IEC）命名為電力電子學(xué)（Power Electronics）或稱為電力電子技術(shù)。近20年來，電力電子技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，并取得了迅速的發(fā)展。作為電氣工程及其自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化或相關(guān)本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，電力電子技術(shù)課程講述了電力電子器件、電力電子電路及變流技術(shù)的基本理論、基本概念和基本分析方法為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和電力電子技術(shù)的研究與應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)?！　∪欢?，要編好一本適用于本科生的電力電子技術(shù)教材，對(duì)作者來說卻是一件非常困難的事。首先，電力電子技術(shù)發(fā)展日新月異，新內(nèi)容、新思想、新概念層出不窮，系統(tǒng)闡述則作者水平遠(yuǎn)不能及；其次，本科生課程的主要內(nèi)容應(yīng)能介紹電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論，同時(shí)也應(yīng)反映當(dāng)今電力電子技術(shù)的應(yīng)用，這對(duì)于學(xué)時(shí)較少的本科生課程教學(xué)來說不能不說是一件難以兩全之事；再者，如何通過有限內(nèi)容的闡述與教學(xué)使讀者掌握電力電子技術(shù)研究的思路、方法和規(guī)律，進(jìn)而能舉一反三，則更是難上加難之事?！　”緯诮榻B電力電子技術(shù)基本理論和基本概念的同時(shí)，重視對(duì)研究對(duì)象的問題提出、方案對(duì)比、分析思路等研究能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，并嘗試研究型思維的啟發(fā)與訓(xùn)練。例如，多數(shù)教材在討論DC-DC變換器時(shí)，總是首先給出電路拓?fù)洌缓蠹右苑治?、推演，最后得到相關(guān)理論。而本書在介紹DC-DC變換器時(shí)，注重對(duì)電路拓?fù)錁?gòu)思設(shè)計(jì)與變換器電路分析兩個(gè)方面能力的訓(xùn)練：首先從DC-DC變換器的特定變換功能出發(fā)，提出可能實(shí)現(xiàn)這一變換功能電路拓?fù)涞臉?gòu)造思路，并進(jìn)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?fù)?；其次，在介紹相關(guān)基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，提出了DC-DC變換器的基本分析方法，從而有助于提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

內(nèi)容概要

本書是作者根據(jù)從事電力電子技術(shù)教學(xué)與科研工作的經(jīng)驗(yàn)，并在學(xué)習(xí)、研究國內(nèi)外教材及相關(guān)參考文獻(xiàn)基礎(chǔ)上編寫而成的。    本書在內(nèi)容體系的安排上，針對(duì)本科生教學(xué)的特點(diǎn)，力圖避免新技術(shù)、新理論的簡(jiǎn)單羅列。書中在保留一定的晶閘管相控變流內(nèi)容的同時(shí)，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(tǒng)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(guān)變換器等基本內(nèi)容，為電力電子技術(shù)的應(yīng)用與研究提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。    本書可作為高等院校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的本科生教材，也可供從事電力電子技術(shù)和相關(guān)研究的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  電力電子技術(shù)的定義  1.2  電力電子技術(shù)的發(fā)展  1.3  電力電子技術(shù)的應(yīng)用第2章  電力電子器件及應(yīng)用  2.1  電力電子器件的特點(diǎn)與分類    2.1.1  電力電子器件的特點(diǎn)    2.1.2  電力電子器件的分類  2.2  電力電子器件基礎(chǔ)    2.2.1  PN結(jié)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(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理    2.3.2  結(jié)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(shì)壘二極管    2.3.5  功率二極管的主要參數(shù)    2.3.6  功率二極管的應(yīng)用特點(diǎn)  2.4  晶閘管    2.4.1  基本結(jié)構(gòu)和工作原理    2.4.2  晶閘管特性及主要參數(shù)    2.4.3  晶閘管派生器件及應(yīng)用    2.4.4  晶閘管的觸發(fā)    2.4.5  晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)  2.5  門極可關(guān)斷晶閘管    2.5.1  基本結(jié)構(gòu)和工作原理    2.5.2  可關(guān)斷晶閘管特性    2.5.3  可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)    2.5.4  可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)  2.6  電力晶體管    2.6.1  基本結(jié)構(gòu)和工作原理    2.6.2  GTR特性及主要參數(shù)    2.6.3  電力晶體管的驅(qū)動(dòng)    2.6.4  電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)  2.7  功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管    2.7.1  基本結(jié)構(gòu)和工作原理    2.7.2  功率MOSFET特性及主要參數(shù)    2.7.3  功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)    2.7.4  功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)  2.8  絕緣柵雙極型晶體管    2.8.1  基本結(jié)構(gòu)和工作原理    2.8.2  IGBT特性及主要參數(shù)    2.8.3  IGBT的驅(qū)動(dòng)    2.8.4  IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)  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(fā)展趨勢(shì)  2.11  電力電子器件應(yīng)用共性問題    2.11.1  電力電子器件的保護(hù)    2.11.2  電力電子器件的散熱    2.11.3  電感和電容  本章小結(jié)  思考題第3章  DC-DC變換器  3.1  DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)    3.1.1  Buck型DC-Dc變換器的基本結(jié)構(gòu)    3.1.2  Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)    3.1.3  Boost-Buck型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)    3.1.4  Buck-Boost型DC-DC變換器的基本結(jié)構(gòu)  3.2  DC-DC變換器換流及其特性分析    3.2.1  開關(guān)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(fù)合型DC-Dc變換器    3.3.1  二象限D(zhuǎn)C-DC變換器    3.3.2  四象限D(zhuǎn)c-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(jié)  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(biāo)  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(jié)  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(shù)    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(duì)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?cè)砑皩?shí)現(xiàn)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(tǒng)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(jié)  思考題第6章  AC-AC變換器  6.1  概述  6.2  交流調(diào)壓電路    6.2.1  相控式交流調(diào)壓電路    6.2.2  斬控式交流調(diào)壓電路  6.3  交流電力控制電路    6.3.1  交流調(diào)功電路    6.3.2  交流電力電子開關(guān)  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(jié)  思考題第7章  軟開關(guān)變換器  7.1  概述    7.1.1  功率電路的開關(guān)過程    7.1.2  軟開關(guān)的特征及分類    7.1.3  諧振電路的構(gòu)成與特性  7.2  準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器    7.2.1  零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器    7.2.2  零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器  7.3  PWM軟開關(guān)變換器    7.3.1  零開關(guān)PWM變換器    7.3.2  零轉(zhuǎn)換PWM變換器    7.3.3  移相控制ZVS-PWM全橋變換器  本章小結(jié)  思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　PIC把電力電子變換和控制系統(tǒng)中盡可能多的硬件以芯片的形式封裝在一個(gè)模塊內(nèi)，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(tǒng)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(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的單片集成，也稱智能IGBT。IPM內(nèi)置PWM控制信號(hào)處理功能，具有過電流保護(hù)、過熱保護(hù)和欠電壓保護(hù)，已經(jīng)在大功率逆變電路中得到了廣泛應(yīng)用?！　?.10電力電子器件的發(fā)展趨勢(shì)　　新型電力電子器件呈現(xiàn)出許多優(yōu)勢(shì)，其發(fā)展主要有以下特點(diǎn)：　?。?）集成化。具有主回路、控制回路及檢測(cè)、保護(hù)功能于一體的智能功率集成電路發(fā)展迅速，其中IGBT的智能化模塊IPM已得到了廣泛的應(yīng)用。　?。?）大容量。GTO是容量上與晶閘管最接近的具有自關(guān)斷能力的器件，但存在缺點(diǎn)和問題。由于IGBT、IGC等器件的大容量化及實(shí)用化，IGBT和IGCT將在更多的領(lǐng)域取代GTO。

編輯推薦

　　本書在介紹電力電子技術(shù)基本理論和基本概念的同時(shí)，重視對(duì)研究對(duì)象的問題提出、方案對(duì)比、分析思路等研究能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，并嘗試研究型思維的啟發(fā)與訓(xùn)練。例如，多數(shù)教材在討論DC-DC變換器時(shí)，總是首先給出電路拓?fù)?，然后加以分析、推演，最后得到相關(guān)理論。而本書在介紹DC-DC變換器時(shí)，注重對(duì)電路拓?fù)錁?gòu)思設(shè)計(jì)與變換器電路分析兩個(gè)方面能力的訓(xùn)練：首先從DC-DC變換器的特定變換功能出發(fā)，提出可能實(shí)現(xiàn)這一變換功能電路拓?fù)涞臉?gòu)造思路，并進(jìn)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?fù)?；其次，在介紹相關(guān)基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，提出了DC-DC變換器的基本分析方法，從而有助于提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

圖書封面

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