本书从实际应用出发,较全面地介绍了常用电力电子装置的基本组成、控制方式及其设计思想。本书包括开关电源、逆变器、UPS电源、DCDC电源及电力系统用电力电子装置等内容,并对实际装置原理电路进行了分析,对很多工程实际问题进行了探讨,最后以一个实例说明电力电子装置及其系统的设计过程和方法,帮助读者提高科学研究的能力。
本书可作为高等院校电气工程及其自动化、自动化及相关专业的本科生教材,对从事电力电子变换和控制技术工作的科技人员也很有实际参考价值。
前言
《电力电子装置及系统》是高等院校电气工程及其自动化等专业的一门专业课教材。该书以电力应用为目标,介绍了各类常用的电力电子装置及系统,但因篇幅有限,仅从不同的角度介绍各类装置和部分实用电路,希望读者在学习中能够举一反三,尽快地掌握电力电子装置的基本设计方法。
本书共8章: 第1章绪论,概括地介绍了电力电子装置的主要类型、发展前景及电力电子器件的应用技术; 第2章高频开关电源,简单概括了开关电源的各种拓扑电路,重点分析了单端反激变换器及其高频变压器的设计制作,最后讲述了高频整流器; 第3章逆变器,介绍了恒频恒压、变频调速、感应加热逆变器的电路结构和工作原理,并讨论了实用电路; 第4章不间断电源UPS,讲述了各类UPS电源的工作原理,讨论了UPS电源的锁相和切换技术,并介绍了UPS电源模块化应用; 第5章直流直流变流装置,介绍直流斩波变换的调速系统、具有中间交流环节的直流电源和软开关直流电源; 第6章晶闸管变流装置,介绍了晶闸管作为开关器件的交流调功器、交流调压器、相控调速系统和谐振逆变器,并给出了一个电源装置的完整电路图; 第7章电力系统用电力电子装置,介绍了电力系统的无功补偿、有源滤波和直流输电系统的基本原理及其实用价值; 第8章电力电子装置的研制与试验,通过实例说明了电力电子装置的研制过程和基本设计方法。为适合不同层次的学生学习,本书还简单概括介绍了电力电子技术的基础知识,另有标*号的内容是为优秀学生自学和扩大知识面提供的。
本书的第4~6章由段善旭教授编写,第7章由朝泽云讲师编写,其余各章节由杨荫福教授编写。杨荫福教授负责全书统稿。
李升元高工为本书的第2、6章提供了部分实用电路和资料,在编写过程中还得到华中科技大学陈坚、康勇、邹云屏、徐至新、熊蕊、李晓帆等教授的支持和帮助,在此一并向他们表示衷心的感谢。同时感谢杨莉莎高工、钟和清博士、李勋讲师、陈有谋老师为本书校对、编排付出的辛勤劳动。也感谢李勋讲师、硕士研究生唐军、扶瑞云、丁志亮为本书绘图和稿件整理所做的大量工作。
中国电源学会副理事长陈坚教授在全书定稿前做了仔细的评阅,并提出了许多中肯的宝贵意见,在此表示衷心感谢。此外,对书末所列参考文献的作者也表示衷心的感谢。
由于电力电子装置及其系统包含的内容很多、范围很广,作者水平有限,难免有疏漏和错误之处,恳请广大的读者批评指正。
作者
2006年7月于华中科技大学
目录
第1章绪论
1.1电力电子装置及系统概述
1.1.1电力电子装置及系统的概念
1.1.2电力电子装置的主要类型
1.1.3电力电子装置的应用概况
1.1.4电力电子装置的发展前景
1.2半导体电力电子开关器件
1.2.1电力二极管
1.2.2晶闸管
1.2.3电力晶体三极管
1.2.4电力场效应晶体管
1.2.5绝缘门极双极型晶体管IGBT
*1.2.6MCT和IGCT
1.2.7半导体电力开关模块和电源集成电路
1.3电力电子器件的应用技术
1.3.1散热技术
1.3.2缓冲电路
1.3.3保护技术
习题及思考题
第2章高频开关电源
2.1高频开关电源概述
2.1.1高频开关电源的发展状况
2.1.2高频开关电源的基本组成
2.2单端反激开关电源
2.2.1单端反激电源的基本关系式
2.2.2自激型单端反激开关电源
2.2.3他激型单端反激开关电源
*2.3高频开关变压器
2.3.1磁性材料的基本术语和定义
2.3.2开关变压器常用的磁性材料
2.3.3高频开关电源变压器的设计原则
2.3.4单端反激式开关电源变压器计算
2.4功率因数为1的高频整流器
2.4.1非连续电流模式功率因数校正器
2.4.2连续电流模式功率因数校正器
2.4.3三相高频整流器
习题及思考题
第3章逆变器
3.1恒频恒压正弦波逆变器
3.1.1逆变器概论
3.1.2单相恒压恒频正弦波逆变器实例
3.1.3三相恒压恒频正弦波逆变器
*3.1.4数字化波形控制技术
3.2交流电动机变频调速系统
3.2.1变频调速概论
3.2.2智能功率模块变频调速装置
3.2.3高压变频器
3.3感应加热电源
3.3.1高频谐振逆变器的工作原理
3.3.2高频感应加热电源的控制
习题及思考题
电力电子装置及系统目录第4章不间断电源UPS
4.1UPS的功能及原理
4.1.1概述
4.1.2UPS的类型及其工作原理
4.1.3典型UPS的性能对比
4.1.4UPS的发展方向
4.2UPS的组成和设计
4.2.1蓄电池组
4.2.2整流器和PFC电路
4.2.3逆变器
4.2.4逆变、市电的切换电路
4.2.5滤波电路
4.2.6旁路控制电源和系统辅助电源
4.2.7接地装置、保护和报警系统
4.3UPS输出电压控制
4.3.1UPS输出电压波形控制
4.3.2UPS同步锁相技术
4.3.3UPS交流电压幅值快速检测
*4.4UPS的模块化及串并联冗余技术
4.4.1“冗余式”UPS供电系统结构
4.4.2UPS的模块化系统设计
4.4.3UPS的并联控制策略
习题及思考题
第5章直流直流变流装置
5.1应用直流斩波变换的调速系统
5.1.1直流电动机无触点启动器
5.1.2四象限斩波调速系统
5.2滑差电机调速系统
5.3具有中间变换环节的DC/DC变换器
5.3.1主电路工作原理
5.3.2控制电路工作原理
5.3.3驱动电路及IGBT的短路保护
*5.4高频软开关变换
5.4.1概论
5.4.2移相控制全桥软开关DC/DC变换器
习题及思考题
第6章晶闸管变流装置
6.1晶闸管交流变换器
6.1.1交流调功器
6.1.2过零触发集成电路
6.1.3移相控制交流调压
6.2晶闸管相控调速系统
6.2.1晶闸管相控整流直流电动机调速系统
6.2.2晶闸管相控交流调压调速系统
6.2.3绕线式异步电动机串级调速
6.3交流净化型稳压电源
6.3.1稳压电源类型
6.3.2交流净化型稳压电源
6.4晶闸管谐振型逆变器
6.4.1谐振逆变器主电路结构
6.4.2一个400Hz逆变器实例
习题及思考题
第7章电力系统用电力电子装置
7.1电力系统无功补偿
7.1.1无功补偿装置概述
7.1.2先进静止无功发生器ASVG
7.2电力系统有源滤波装置
7.2.1概述
7.2.2有源滤波器APF
7.2.3三相四线制有源电力滤波器
7.2.4电力有源滤波装置
7.3电力系统谐波与无功功率综合补偿
7.3.1两类逆变器组成综合补偿系统
7.3.2逆变器的控制策略
7.4远距离直流输电系统
7.4.1直流输电的基本原理
7.4.2直流输电特点
7.4.3直流输电的基本结构
7.4.4直流输电的滤波装置
习题及思考题
第8章电力电子装置的研制与试验
8.1电力电子装置的研制流程
8.2研究对象的方案论证
8.2.1研究对象的技术条件
8.2.2文献检索
8.2.3方案论证
8.3主电路设计
8.3.1输出滤波器
8.3.2输出变压器设计
8.3.3缓冲电路设计
8.3.4直流滤波电路设计
8.3.5主开关器件的选择
8.4控制系统及辅助电源设计
8.4.1抗冲击负荷的电路设计
8.4.2调压环节
8.4.3过温保护
8.4.4辅助电源
8.4.5驱动电路
8.5电磁兼容技术和措施
8.5.1电磁兼容性概念
8.5.2常用的抑制电磁干扰的措施
8.5.3电磁兼容性测试
8.5.4电磁兼容设计
*8.6电路仿真
8.6.1电路仿真的意义
8.6.2计算机仿真方法简介
8.6.3电路仿真实例
8.7整机调试与电性能试验
8.7.1印制板的调试
8.7.2主机调试
8.7.3整机调试
8.8结构设计和例行试验
8.8.1结构设计
8.8.2三防处理
8.8.3环境试验
习题及思考题
参考文献