本书内容包括:电力电子器件,交流-直流变换电路及其仿真,直流-交流变换电路及其仿真等。
言近年来,电力电子设备的数量和品种急剧增长,生产第一线迫切需要大量的具有一定理论基础和较高实践技能的工程技术人员对其进行操作和维护。为适应社会和经济发展对电力电子技术应用性技能型人才培养的需求,我们编写了本书。 “电力电子技术”是一门实践性很强的课程,有大量的波形需要分析、计算。作者结合科研工作,运用面向电气原理结构图的图形化仿真技术,对书中所讨论的大部分变换电路进行了仿真实验,并在此基础上进行了实物实验,获得了相应的仿真实验和实物实验波形。通过对理论分析波形、仿真实验波形和实物实验波形的分析对比,大大增加了读者的感性认识。本书内容全面,涵盖了课堂教学、实验教学和课程设计各个教学环节,特别是强调实践能力的培养。书中的MATLAB图形化仿真技术对学生更好地掌握电力电子技术和提高应用能力具有重要作用,可以弥补教学实验设备短缺的不足,对提高教学效果起到了事半功倍的作用。 本书除“绪论”外,第1章介绍了功率二极管、晶闸管、门极关断(GTO)晶闸管、大功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(PMOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等典型电力电子器件的结构、工作原理、特性和主要参数;讨论了如器件的驱动、保护和缓冲等应用问题。第2章介绍了交流-直流变换技术,具体分析了典型单相和三相整流电路的组成、工作原理、波形分析和基本计算。第3章介绍了直流-交流变换技术,从不同的换流方式出发,分析了有源逆变和无源逆变(变频)电路,讨论了PWM调制技术。第4章介绍了交流-交流变换技术,分析了以晶闸管器件为基础的交流开关、交流调功和交流调压电路,交-交变频也归在此章。第5章介绍了以全控型器件为基础的直流-直流变换技术。第6章介绍了用于消除开关损耗的软开关技术。在第2~6章每章的后面安排了典型变换电路的仿真实验内容,用以验证理论分析的有效性。附录安排了课程设计大纲及任务书内容。 和本书第2版相比较,在变流电路方面增加了多相整流、PWM整流器、SVPWM、多重化逆变、变换电路的谐波分析等内容;精简了部分传统内容,整流和逆变部分增加了较多的例题;运用新版MATLAB仿真软件进行了变流电路仿真,增加了大量原创性的仿真实例。纵观全书,仿真实验和课程设计内容达到全书内容的一半以上。 全书按48~56理论教学课时编写;仿真实验可在课后或校内专业实习中完成;实验实训可结合课程教学安排,复杂和大型实验则安排在实习中进行;课程设计时间以15~2周为宜。 全书由周渊深教授统稿,并编写了绪论和第1、3、5、6章的理论部分;吴迪博士编写了第2、4章的理论部分;宋永英高级实验师编写了附录,并提供了全书的实验波形。全书的仿真实验内容由周渊深、宋永英、吴迪共同编写。朱希荣老师参加了校稿工作,周玉琴同志绘制了全书插图。在本书的编写过程中参阅和利用了部分兄弟院校的教材内容,在此向这些资料的作者一并致谢。 由于作者水平有限,书中难免存在不妥之处,请读者原谅,并提出宝贵意见。特别是仿真实验模型只是作者依据自己的理解进行搭建的,不是唯一更不是最优的,期待读者提出更好的方案与作者交流。 为了配合本书的教学,本书为读者提供了电子教案,与教材配套的仿真模型和习题答案可向编者索取,编者电子信箱zys62@126揠漀洀。
录前言0绪论01电力电子技术与信息电子技术02电力电子技术的研究内容03电力电子器件04电力电子变流技术05电力电子技术的发展06电力电子变流技术的应用07本课程的任务与要求第1章电力电子器件11功率二极管111功率二极管及其工作原理112功率二极管的伏安特性113功率二极管的主要参数114功率二极管的型号和选择原则115功率二极管的主要类型12晶闸管121晶闸管的结构、电气符号和外形122晶闸管的工作原理123晶闸管的特性124晶闸管的主要参数125普通晶闸管的型号和选择原则126晶闸管的其他派生器件13门极关断(GTO)晶闸管131GTO的结构和工作原理132GTO的特性和主要参数14大功率晶体管(GTR)141GTR的结构和工作原理142GTR的特性和主要参数15功率场效应晶体管(PMOSFET)151PMOSFET的结构和工作原理152PMOSFET的特性和主要参数16绝缘栅双极型晶体管(IGBT)161IGBT的结构和工作原理162IGBT的特性和主要参数163IGBT的擎住效应17其他新型电力电子器件171MOS控制晶闸管(MCT)172集成门极换流晶闸管(IGCT)173功率模块与功率集成电路174静电感应晶体管(SIT)175静电感应晶闸管(SITH)18电力电子器件的驱动181晶闸管的门极驱动(触发)182电流型全控电力电子器件的门极驱动183电压型全控电力电子器件的门极驱动19电力电子器件的保护110典型电力电子器件的MATLAB仿真模型1101二极管的仿真模型1102晶闸管的仿真模型1103GTO的仿真模型1104IGBT的仿真模型1105MOSFET的仿真模型1106理想开关的仿真模型习题第2章交流-直流变换电路及其仿真21带滤波电路的不可控整流电路211带滤波电路的单相桥式不可控整流电路212带滤波电路的三相桥式不可控整流电路22晶闸管单相可控整流电路221单相半波可控整流电路(电阻性负载)222单相半波可控整流电路(阻-感性负载)223单相半波可控整流电路(阻-感性负载加续流二极管)224单相桥式全控整流电路(电阻性负载)225单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)226单相桥式全控整流电路(反电动势负载)227单相桥式半控整流电路(阻-感性负载、不带续流二极管)228单相桥式半控整流电路(带续流二极管)23三相半波可控整流电路231三相半波可控整流电路(电阻性负载)232三相半波可控整流电路(阻-感性负载)233三相半波共阳极可控整流电路24三相桥式全控整流电路241三相桥式全控整流电路(电阻性负载)242三相桥式全控整流电路(阻-感性负载)25三相桥式半控整流电路251三相桥式半控整流电路(电阻性负载)252三相桥式半控整流电路(阻-感性负载)26整流电路的谐波和功率因数261谐波262功率因数263交流侧谐波和功率因数分析264直流侧输出电压和电流的谐波分析27相控整流电路的组合271带平衡电抗器的双反星形大功率相控整流电路272带平衡电抗器的12脉波大功率相控整流电路273两个三相桥式整流电路串联连接的12脉波整流电路28变压器漏抗对整流电路的影响29晶闸管相控电路的驱动控制291单结晶体管触发电路292同步信号为锯齿波的触发电路293集成触发电路294触发电路的定相210PWM整流器2101电压型PWM整流器原理分析2102电流型PWM整流器原理分析211交流-直流变换电路的仿真2111电力电子变流器中典型环节的仿真模型2112晶闸管单相半波和双半波可控整流电路的仿真2113晶闸管单相桥式可控整流电路的仿真2114晶闸管三相可控整流电路的仿真2115相控组合整流电路的仿真2116多相整流电路的谐波分析仿真2117考虑变压器漏感时三相半波整流电路的仿真2118二极管不可控整流电路的仿真2119单相PWM整流器的仿真习题第3章直流-交流变换电路及其仿真31逆变的概念311逆变电路的基本类型312逆变电路中的换流方式32电网电压换流式有源逆变电路321单相双半波有源逆变电路322逆变失败与最小逆变角的限制323有源逆变的应用——两组晶闸管反并联时电动机的可逆运行33器件换流式无源逆变电路331电压型和电流型无源逆变电路332器件换流式电压型无源逆变电路333器件换流式电流型无源逆变电路34强迫换流式无源逆变电路341180°导电型的晶闸管交-直-交电压型变频器342120°导电型的晶闸管交-直-交电流型变频器35负载换流式无源逆变电路351并联谐振式电流型逆变电路352串联谐振式电压型逆变电路36多重逆变电路和多电平逆变电路361多重逆变电路362多电平逆变电路37脉宽调制(PWM)逆变器技术371电压正弦脉宽调制的工作原理372电流正弦脉宽调制的工作原理373电压空间向量SVPWM的工作原理38直流-交流变换电路的仿真381晶闸管有源逆变电路的仿真382方波无源逆变电路的仿真383负载换流式无源逆变电路的仿真384多重逆变电路的仿真385电压SPWM逆变电路的仿真386电流跟踪型PWM逆变电路的仿真387空间矢量SVPWM逆变电路的仿真388三电平SPWM逆变器的仿真习题第4章交流-交流变换电路及其仿真41概述42交流调压电路421相控式交流调压电路422斩波式交流调压电路43晶闸管交流调功器和交流开关431晶闸管交流调功器432晶闸管交流开关433交流电力控制技术的应用44交-交变频器441晶闸管单相交-交变频电路442晶闸管三相交-交变频电路45交流-交流变换电路的仿真451晶闸管单相交流调压电路的仿真452晶闸管三相交流调压电路的仿真453晶闸管交-交变频电路的仿真习题第5章直流-直流变换电路及其仿真51直流斩波器52单管非隔离直流斩波器521降压式直流斩波电路(Buck变换器)522升压式直流斩波电路(Boost变换器)523升-降压式直流斩波电路(BuckBoost变换器)524Cuk直流斩波电路525Sepic直流斩波电路526Zeta直流斩波电路527电流可逆二象限直流斩波电路528电压可逆二象限直流斩波电路529H桥式直流斩波电路53变压器隔离的直流-直流变换器531单端正激变换器532单端反激变换器533半桥式隔离的降压变换器534全桥式隔离的降压变换器54直流-直流变换电路的仿真541单管非隔离变换电路的仿真542H桥式直流变换器的仿真543带变压器隔离的直流-直流变换器的仿真习题第6章软开关电路及其仿真61软开关的基本概念62软开关电路的分类63典型的软开关电路631准谐振(QRC)变换电路632零开关PWM(ZS僠圀M)变换电路633零转换PWM(ZT僠圀M)变换电路64软开关电路的仿真641准谐振(QRC)变换电路的仿真642零开关PWM(ZS僠圀M)变换电路的仿真643零转换PWM(ZT僠圀M)变换电路的仿真习题附录电力电子技术课程设计参考文献