電力電子技術

本教材以作者2016年出版的教育部普通高等教育“十二五”規劃教材、2014年江蘇省高等學校重點教材《電力電子技術第3版》為基礎，繼承了2010年出版的普通高等教育“十一五”規劃教材、2011年江蘇省高等學校精品教材《電力電子技術第2版》的精華，從電力電子技術應用的角度出發，簡明扼要地介紹了常用的不可控型、半控型和全控型電力電子器件；重點介紹了交流直流變換、直流交流變換、交流交流變換、直流直流變換等電力電子變流電路。為強化高等職業教育教學中實踐技能的培養，本書介紹了基於MATLAB的圖形化仿真技術。基本的教學內容均配有仿真實驗的實例，另外安排了課程設計等實踐內容，教材內容敍述詳細，便於自學，仿真實驗安排循序漸進，便於初學者掌握。

本教材的特色是提供了與理論分析波形相對應的仿真實驗波形和實物實驗波形，這有利於加強學生的感性認識。全書內容深入淺出，簡明扼要，實用性較強。和第3版相比，精簡了一些理論性內容，將一些資料性的內容製成電子資源供讀者查閲，升級了仿真模型的軟件版本；增加了第6章電力電子技術應用案例。

本書適用的讀者對象是高職高專電類相關專業的學生，同時也可供從事電力電子技術工作的工程技術人員參考。 ^[2] 

緒論

0.1電力電子技術與信息電子技術

0.2電力電子技術的研究內容

0.3電力電子器件

0.4電力電子變流技術

0.5電力電子技術的發展

0.6電力電子變流技術的應用

0.7本課程的任務與要求

第1章電力電子器件

1.1功率二極管

1.1.1功率二極管及其工作原理

1.1.2功率二極管的伏安特性

1.1.3功率二極管的主要參數

1.1.4功率二極管的型號和選擇原則

1.1.5功率二極管的主要類型

1.2晶閘管

1.2.1晶閘管的結構、電氣符號和外形

1.2.2晶閘管的工作原理

1.2.3晶閘管的伏安特性

1.2.4晶閘管的主要參數

1.2.5普通晶閘管的型號和選擇原則

1.2.6晶閘管的其他派生器件

1.3門極關斷（GTO）晶閘管

1.3.1 GTO晶閘管的結構和工作原理

1.3.2 GTO晶閘管的特性和主要參數

1.4電力晶體管（GTR）

1.4.1 GTR的結構和工作原理

1.4.2 GTR的特性和主要參數

1.5功率場效應晶體管（P-MOSFET）

1.5.1 P-MOSFET的結構和工作原理

1.5.2 P-MOSFET的特性和主要參數

1.6絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

1.6.1 IGBT的結構和工作原理

1.6.2 IGBT的特性和主要參數

1.7其他新型電力電子器件

1.8典型電力電子器件的MATLAB仿真模型

1.8.1二極管的仿真模型

1.8.2晶閘管的仿真模型

1.8.3 GTO晶閘管的仿真模型

1.8.4 IGBT的仿真模型

1.8.5 MOSFET的仿真模型

1.8.6理想開關（Ideal Switch）的仿真模型

1.9典型電力電子器件的測試實驗

1.9.1晶閘管的簡單測試

1.9.2雙向晶閘管的簡單測試

1.9.3小功率光控晶閘管的簡單測試

1.9.4門極關斷晶閘管的測試

1.9.5大功率晶體管的檢測方法

1.9.6功率場效應晶體管的檢測方法

1.10習題

第2章交流-直流變換電路及其仿真

2.1晶閘管單相可控整流電路

2.1.1單相半波可控整流電路（電阻性負載）

2.1.2單相半波可控整流電路（阻-感性負載）

2.1.3單相半波可控整流電路（阻-感性負載加續流二極管）

2.1.4單相橋式全控整流電路（電阻性負載）

2.1.5單相橋式全控整流電路（阻-感性負載）

2.1.6單相橋式全控整流電路（反電動勢負載）

2.1.7單相橋式半控整流電路（阻-感性負載、不帶續流二極管）

2.1.8單相橋式半控整流電路（帶續流二極管）

2.2三相半波可控整流電路

2.2.1三相半波可控整流電路（電阻性負載）

2.2.2三相半波可控整流電路（阻-感性負載）

2.2.3三相半波共陽極可控整流電路

2.3三相橋式全控整流電路

2.3.1三相橋式全控整流電路（電阻性負載）

2.3.2三相橋式全控整流電路（阻-感性負載）

2.4三相橋式半控整流電路

2.4.1三相橋式半控整流電路（電阻性負載）

2.4.2三相橋式半控整流電路（阻-感性負載）

2.5變壓器漏抗對整流電路的影響

2.6晶閘管相控電路的驅動控制

2.6.1晶閘管的門極驅動（觸發）

2.6.2單結晶體管觸發電路

2.6.3同步信號為鋸齒波的觸發電路

2.6.4集成觸發電路

2.6.5觸發電路的定相

2.7交流-直流變換電路的仿真

2.7.1電力電子變流器中典型環節的仿真模型

2.7.2晶閘管單相半波和雙半波可控整流電路的仿真

2.7.3晶閘管單相橋式可控整流電路的仿真

2.7.4晶閘管三相可控整流電路的仿真

2.7.5考慮變壓器漏感時三相半波整流電路的仿真

2.8習題

第3章直流-交流變換電路及其仿真

3.1逆變的概念

3.1.1逆變電路的基本類型

3.1.2逆變電路的換流方式

3.2電網電壓換流式有源逆變電路

3.2.1單相雙半波有源逆變電路

3.2.2逆變失敗與最小逆變角的限制

3.3器件換流式無源逆變電路

3.3.1電壓型和電流型無源逆變電路

3.3.2器件換流式電壓型無源逆變電路

3.3.3器件換流式電流型無源逆變電路

3.4強迫換流式無源逆變電路

3.4.1 180°導電型的晶閘管電壓型逆變電路

3.4.2 120°導電型的晶閘管電流型逆變電路

3.5負載換流式無源逆變電路

3.5.1並聯諧振式電流型逆變電路

3.5.2串聯諧振式電壓型逆變電路

3.6脈寬調製（PWM）逆變器技術

3.6.1電壓正弦脈寬調製的工作原理

3.6.2電流正弦脈寬調製的工作原理

3.7直流-交流變換電路的仿真

3.7.1晶閘管有源逆變電路的仿真

3.7.2方波無源逆變電路的仿真

3.7.3負載換流式無源逆變電路的仿真

3.7.4電壓SPWM逆變電路的仿真

3.7.5電流跟蹤型PWM逆變電路的仿真

3.8習題

第4章交流-交流變換電路及其仿真

4.1概述

4.2交流調壓電路

4.2.1相控式交流調壓電路

4.2.2斬波式交流調壓電路

4.3晶閘管交流調功器和交流開關

4.3.1晶閘管交流調功器

4.3.2晶閘管交流開關

4.4交-交變頻器

4.4.1晶閘管單相交-交變頻電路

4.4.2晶閘管三相交-交變頻電路

4.5交流-交流變換電路的仿真

4.5.1晶閘管單相交流調壓電路的仿真

4.5.2晶閘管無中線三相交流調壓電路的仿真（電阻性負載）

4.5.3晶閘管交-交變頻電路的仿真

4.6習題

第5章直流-直流變換電路及其仿真

5.1概述

5.2直流斬波電路

5.2.1降壓式直流斬波電路（Buck變換器）

5.2.2升壓式直流斬波電路（Boost變換器）

5.2.3升-降壓式直流斬波電路（Boost-Buck變換器）

5.2.4 Cuk直流斬波電路（Cuk變換器）

5.2.5 Sepic直流斬波電路（Sepic變換器）

5.2.6 Zeta直流斬波電路（Zeta斬波器）

5.2.7 H橋式直流斬波電路

5.3直流-直流變換電路的仿真

5.3.1直流斬波電路的仿真

5.3.2 H橋直流變換器的仿真

5.4習題

第6章電力電子技術應用案例

6.1電力電子技術在電源裝置中的應用案例

6.1.1電解電源、電鍍電源和電弧爐直流電源——AC-DC變換電路的應用

6.1.2感應加熱電源、交流方波電源和IGBT逆變式電阻焊機電源——DC-AC變換電路的應用

6.1.3調整變壓器抽頭型或變壓器繞組組合型交流穩壓電源——AC-AC變換電路的應用

6.1.4開關電源、蓄電池充電電源和焊機電源——DC-DC變換電路的應用

6.1.5不間斷電源和應急電源——PWM變換電路的應用

6.2電力電子技術在電氣傳動中的應用案例

6.2.1直流電動機調速系統——AC-DC變換電路的應用

6.2.2交流異步電動機調壓調速系統——AC-AC變換電路的應用

6.2.3繞線轉子異步電動機串級調速系統——AC-DC、DC-AC變換電路的應用

6.2.4交流異步電動機交-直-交變頻調速——AC-DC-AC變換電路的應用

6.2.5交流異步電動機軟起動器——AC-AC變換電路的應用

6.3電力電子技術在電力系統中的應用案例

6.3.1高壓直流輸電技術——AC-DC變換電路的應用

6.3.2無功補償——AC-AC變換電路的應用

6.3.3靜止同步補償器——DC-AC變換電路的應用

6.3.4靜止同步串聯補償器——PWM變流電路的應用

6.4電力電子技術在新能源領域中的應用案例

6.4.1太陽能光伏發電系統

6.4.2風力發電系統

6.5電力電子技術在其他領域的應用案例

6.5.1晶閘管交流電力開關——AC-AC變換電路的應用

6.5.2晶閘管交流調壓電路——AC-AC變換電路的應用

6.5.3動車組列車的變流裝置——PWM變換電路的應用

第7章電力電子技術課程設計

7.1課程設計大綱

7.2課程設計任務書

7.3晶閘管整流器的工程設計指導書

7.3.1晶閘管整流器主電路型式的選擇

7.3.2整流變壓器的選擇

7.3.3整流器件的選擇

7.3.4平波和均衡電抗器的選擇

7.3.5晶閘管的保護

7.3.6觸發裝置的選擇

7.3.7整流器的工程設計舉例 ^[2]