电力电子整流技术及应用

第1章 概述 1

1.1 整流技术的发展和现状 1

1.2 整流器的主要参数 2

1.2.1 空载输出直流电压Udo 2

1.2.2 额定输出直流电压UdN 4

1.2.3 整流效率ηR和整流因数KR 4

1.2.4 功率因数 4

1.2.5 直流电压调整值和直流电压调整率d 5

1.3 整流器的谐波效应 7

1.4 整流器的热效应和散热设计 11

1.4.1 元器件的散热设计 12

1.4.2 散热器的选用 14

1.4.3 印制电路板的散热设计 15

1.4.4 机箱的散热设计 16

第2章 半导体二极管整流器 21

2.1 半导体二极管 21

2.1.1 半导体二极管的伏-安特性 21

2.1.2 半导体二极管的主要参数 22

2.2 半导体二极管整流电路 24

2.2.1 单相二极管整流电路 24

2.2.2 多相二极管整流电路 30

2.3 半导体二极管模块 35

2.3.1 半导体二极管模块的主要参数 36

2.3.2 单、双二极管模块 36

2.3.3 单相全桥二极管整流模块 39

2.3.4 三相半桥二极管整流模块 41

2.3.5 三相全桥二极管整流模块 42

第3章 晶闸管整流电路 45

3.1 晶闸管 45

3.1.1 晶闸管的工作原理 45

3.1.2 晶闸管的伏-安特性 47

3.1.3 晶闸管的串／并联 61

3.1.4 晶闸管的保护 67

3.2 晶闸管整流电路 78

3.2.1 单相半波晶闸管可控整流电路 78

3.2.2 单相全波晶闸管可控整流电路 84

3.2.3 单相桥式晶闸管可控整流电路 87

3.2.4 单相桥式晶闸管不控整流电路 94

3.2.5 二相零式晶闸管整流电路 95

3.2.6 二相式晶闸管整流电路 96

3.2.7 三相半波晶闸管可控整流电路 96

3.2.8 三相桥式晶闸管可控整流电路 99

3.2.9 多相晶闸管可控整流电路 103

3.2.10 双Y平衡晶闸管可控整流电路 105

3.2.11 三相不可控桥和三相晶闸管可控桥串联的可控整流电路 105

3.3 晶闸管整流电路输出电压的脉动 106

3.4 各种晶闸管整流电路的比较和参数的计算 108

3.5 晶闸管模块 108

3.5.1 晶闸管模块的主要参数 109

3.5.2 普通单、双晶闸管模块 109

3.5.3 普通晶闸管／整流管模块 111

3.5.4 单相半控桥晶闸管模块和单相全控桥晶闸管模块 114

3.5.5 单相半控桥＋整流管模块和单相全控桥＋整流管模块 116

3.5.6 三相半控桥晶闸管模块和三相全控桥晶闸管模块 119

3.5.7 三相半控桥＋整流管模块和三相全控桥＋整流管模块 120

第4章 PWM整流电路 123

4.1 功率场效应晶体管（VMOSFET） 123

4.1.1 VMOSFET的基本结构和工作原理 123

4.1.2 VMOSFET的技术参数 127

4.1.3 VMOSFET的外形和分类 129

4.1.4 应用VMOSFET时应注意的问题 131

4.2 绝缘栅双极晶体管（IGBT） 132

4.2.1 IGBT的结构和特点 132

4.2.2 IGBT的基本特性 133

4.2.3 IGBT的主要参数 139

4.3 PWM整流电路的原理和分类 141

4.3.1 PWM整流电路的原理 141

4.3.2 PWM整流电路的分类 143

4.4 单相电压型全桥式整流电路 144

4.4.1 电路结构和工作原理 144

4.4.2 控制方案和工作原理 146

4.5 单相电压型半桥式整流电路 151

4.5.1 电路结构和工作原理 151

4.5.2 控制方案和工作原理 154

4.6 单相电流型桥式整流电路 157

4.6.1 电路结构和工作原理 157

4.6.2 控制方案和工作原理 162

4.7 三相电压型桥式整流电路 163

4.7.1 电路结构和工作原理 163

4.7.2 控制方案和工作原理 168

4.8 三相电流型半桥式整流电路 170

4.8.1 电路结构和工作原理 170

4.8.2 控制方案和工作原理 176

4.9 VMOSFET模块 178

4.9.1 VMOSFET模块的主要参数 178

4.9.2 一单元VMOSFET模块 178

4.9.3 二单元VMOSFET模块 179

4.9.4 四单元VMOSFET模块 181

4.9.5 六单元VMOSFET模块 182

4.10 IGBT模块 183

4.10.1 IGBT模块的主要参数 183

4.10.2 一单元IGBT模块 183

4.10.3 二单元IGBT模块 185

4.10.4 四单元IGBT模块 186

4.10.5 六单元IGBT模块 187

第5章 具有有源滤波功能的整流器 189

5.1 谐波对市电电网的影响 189

5.2 输入电流的无源整形技术 190

5.2.1 单相LC滤波器 190

5.2.2 三相LC滤波器 192

5.3 单相输入电流的有源整形技术 192

5.3.1 升压式（Boost）APFC整流电路 192

5.3.2 降压式（Buck）APFC整流电路 195

5.3.3 单端反激型（Flyback）APFC整流电路 196

5.4 三相输入电流的有源整形技术 198

5.4.1 三相APFC整流电路的基本电路 199

5.4.2 不解耦三相APFC整流电路 200

5.4.3 部分解耦三相APFC整流电路 200

5.4.4 全解耦三相APFC整流电路 202

第6章 驱动（触发）电路 203

6.1 晶闸管的触发电路 203

6.1.1 可变电阻触发电路 203

6.1.2 阻容移相桥触发电路 203

6.1.3 饱和电抗器触发电路 205

6.1.4 同步电路与定时电路 208

6.1.5 单结晶体管触发电路 208

6.1.6 集成触发电路 226

6.2 VMOSFET的驱动电路 229

6.2.1 VMOSFET对驱动电路的要求 230

6.2.2 VMOSFET的栅极驱动电路 231

6.2.3 集成VMOSFET栅极驱动电路 237

6.3 IGBT的驱动电路 240

6.3.1 IGBT栅极驱动应注意的问题 241

6.3.2 IGBT的栅极驱动电路 242

第7章 专用整流器 246

7.1 电解用整流器［2］ 246

7.2 电镀用整流器 257

7.3 同步电机励磁用整流器 260

7.4 直流电动机调速用整流器 265

7.5 蓄电池充放电用整流器 284

7.6 直流弧焊机用电源 288

第8章 变压器和电感器的设计 315

8.1 磁性材料 315

8.1.1 磁性材料的基本特性 315

8.1.2 低频磁性材料 320

8.1.3 高频磁性材料 326

8.2 整流变压器的设计 341

8.2.1 工频变压器的设计［2］ 341

8.2.2 高频变压器的设计 348

8.3 电感器的设计 359

8.3.1 直流偏压电感器的设计 359

8.3.2 无直流偏压电感器的设计 365

8.3.3 空心电感器的设计 368

8.4 饱和电抗器的设计 370

8.5 平衡电抗器的设计 373

8.6 平波电抗器的设计 375

8.6.1 平波电抗器电感量的计算 375

8.6.2 平波电抗器的设计举例 381

8.7 电流互感器的设计 384

参考文献 388