电力电子技术

绪论 1

0.1 什么是电力电子技术 1

0.2 电力电子技术的发展与现状 2

0.3 电力电子技术的应用 4

0.4 本课程的内容 5

第1章 电力电子器件及其应用 7

1.1 概述 7

1.2 功率二极管 7

1.2.1 功率二极管的工作特性 8

1.2.2 功率二极管的主要参数 10

1.3 晶闸管 11

1.3.1 晶闸管的基本工作原理 12

1.3.2 晶闸管的工作特性 12

1.3.3 晶闸管的主要参数 15

1.3.4 晶闸管的派生器件 17

1.4 功率晶体管 19

1.4.1 GTR的基本工作特性 19

1.4.2 GTR的主要参数 21

1.4.3 GTR的二次击穿现象与安全工作区 22

1.5 功率场效应晶体管 22

1.5.1 功率场效应晶体管的基本工作特性 23

1.5.2 功率场效应晶体管的主要参数与安全工作区 25

1.6 绝缘栅双极型晶体管 26

1.6.1 IGBT的基本工作特性 27

1.6.2 IGBT的主要参数与安全工作区 29

1.7 其他新型电力电子器件 30

1.8 电力电子器件的驱动控制电路 32

1.8.1 典型的晶闸管触发电路 32

1.8.2 典型的GTR驱动电路 35

1.8.3 典型的P-MOSFET和IGBT驱动电路 38

1.9 电力电子器件的缓冲电路 40

1.9.1 缓冲电路的作用与基本类型 40

1.9.2 缓冲电路的参数设计 40

1.10 电力电子器件的过压、过流保护 42

1.11 应用示例 44

思考题与习题 46

第2章 直流-直流变换技术 48

2.1 概述 48

2.2 降压式变换器 49

2.2.1 Buck电路的基本结构及工作机理分析 49

2.2.2 Buck电路稳态工作过程分析 50

2.3 升压式变换器 55

2.3.1 Boost电路基本结构及工作机理分析 55

2.3.2 Boost电路稳态工作过程分析 55

2.4 升降压式变换器 59

2.4.1 Buck-Boost电路基本结构及工作机理分析 59

2.4.2 Buck-Boost电路稳态工作过程分析 60

2.5 库克变换器 64

2.5.1 Cuk电路基本结构及工作机理分析 64

2.5.2 Cuk电路稳态工作过程分析 64

2.6 正激式变换器 67

2.6.1 正激变换电路基本结构及工作机理分析 67

2.6.2 正激电路稳态工作过程分析 68

2.7 反激式变换器 72

2.7.1 反激变换电路基本结构及工作机理分析 72

2.7.2 稳态工作过程分析 72

2.8 桥式变换器 75

2.8.1 半桥变换电路基本结构及工作机理分析 75

2.8.2 稳态工作过程分析 76

2.8.3 全桥变换器 77

2.8.4 防止桥式电路的直流偏磁 78

2.9 多象限直流变换器 78

2.9.1 两象限直流-直流变换器 79

2.9.2 四象限直流变换电路 80

2.10 其他典型直流变换器 82

2.11 应用示例 83

思考题与习题 86

第3章 直流-交流变换技术 88

3.1 概述 88

3.2 单相桥式方波逆变 88

3.2.1 电路工作过程分析 89

3.2.2 相关参数分析 90

3.3 移相控制单相方波逆变 93

3.4 矩形波调制单相逆变 95

3.5 单相SPWM逆变 97

3.6 电流跟踪控制单相逆变 104

3.7 特定谐波消除控制单相逆变 105

3.8 三相方波逆变 106

3.9 三相SPWM逆变 113

3.10 空间电压矢量控制的三相PWM逆变 116

3.11 逆变器输出滤波器的设计 123

3.12 应用示例 126

思考题与习题 126

第4章 交流-直流变换技术 128

4.1 概述 128

4.2 不控整流电路 128

4.2.1 单相桥式不控整流电路纯电阻负载工作分析 128

4.2.2 单相桥式不控整流电路阻容负载工作分析 130

4.2.3 倍压、倍流不控整流电路 133

4.2.4 三相桥式不控整流电路纯电阻负载工作分析 134

4.2.5 三相桥式不控整流电路阻容负载工作分析 136

4.3 单相桥式全控整流电路 139

4.3.1 单相桥式全控整流电路电阻负载工作分析 139

4.3.2 单相桥式全控整流电路阻感负载工作分析 142

4.3.3 单相桥式全控整流电路带反电动势负载的工作分析 144

4.4 三相桥式全控整流电路 147

4.4.1 三相桥式全控整流电路电阻负载工作分析 148

4.4.2 三相桥式全控整流电路阻感负载工作分析 153

4.4.3 三相桥式全控整流电路带反电动势负载工作分析 158

4.5 换流过程及其对整流电路性能的影响 158

4.6 相控整流电路的有源逆变 162

4.6.1 单相桥式全控整流电路的有源逆变工作分析 162

4.6.2 三相桥式全控整流电路的有源逆变工作分析 163

4.6.3 逆变颠覆与最小逆变角的限制 164

4.7 整流电路的谐波和功率因数 166

4.8 PWM整流电路 168

4.8.1 含Boost APFC的单相PWM整流电路 169

4.8.2 含Flyback APFC的单相PWM整流电路 178

4.9 电压型三相PWM整流电路 185

4.10 同步开关整流 189

4.11 应用示例 191

思考题与习题 194

第5章 交流-交流变换技术 196

5.1 概述 196

5.2 单相交流调压电路 196

5.2.1 相控单相交流调压电路 197

5.2.2 PWM斩控单相交流调压电路 203

5.2.3 晶闸管交流调功器和交流无触点开关 207

5.3 三相交流调压电路 209

5.3.1 三相相控交流调压电路 209

5.3.2 PWM斩控三相交流调压电路 213

5.4 交-交变频电路 214

5.4.1 单相相控交-交变频电路 215

5.4.2 三相相控交-交变频电路 220

5.4.3 矩阵式变频电路 223

5.5 组合式交流变换电路 227

5.6 应用示例 231

思考题与习题 232

第6章 软开关与多电平变换技术 234

6.1 概述 234

6.1.1 硬开关与软开关 234

6.1.2 零电压开关与零电流开关 235

6.1.3 软开关电路的分类 235

6.1.4 典型的软开关应用电路 238

6.2 多电平变换技术 243

6.2.1 多电平逆变电路的主要拓扑结构 244

6.2.2 多电平逆变器的主要调制策略 246

思考题与习题 248

参考文献 250