第 1 章 绪论………………………………………………1
1. 1 电力电子技术概述…………………………………1
1. 1. 1 电力电子技术研究的内容……………………1
1. 1. 2 电力电子变换的类型 ………………………… 2
1. 1. 3 电力电子技术和其他学科的关系 …………… 2
1. 2 电力电子技术的发展 ……………………………… 4
1. 2. 1 电力电子技术的发展史 ……………………… 4
1. 2. 2 电力电子技术的未来前景 …………………… 5
1. 3 电力电子技术的应用 ……………………………… 6
第 2 章 电力电子器件 ……………………………………… 9
2. 1 电力二极管 ………………………………………… 9
2. 1. 1 电力电子器件概念及分类 …………………… 9
2. 1. 2 电力二极管概述 ……………………………… 10
2. 1. 3 PN 结与电力二极管工作原理 ……………… 11
2. 1. 4 电力二极管基本特性 ………………………… 12
2. 1. 5 电力二极管主要参数 ………………………… 13
2. 2 晶闸管 ……………………………………………… 14
2. 2. 1 晶闸管结构 …………………………………… 15
2. 2. 2 晶闸管工作原理 ……………………………… 15
2. 2. 3 晶闸管基本特性 ……………………………… 17
2. 2. 4 晶闸管主要参数 ……………………………… 19
2. 3 门极可关断晶闸管 ………………………………… 21
2. 3. 1 GTO 结构 ……………………………………… 21
2. 3. 2 GTO 工作原理 ………………………………… 21
2. 3. 3 GTO 基本特性 ………………………………… 22
2. 3. 4 GTO 主要参数 ………………………………… 22
2. 4 电力晶体管 ………………………………………… 23
2. 4. 1 GTR 结构 ……………………………………… 23
2. 4. 2 GTR 工作原理 ………………………………… 24
2. 4. 3 GTR 基本特性 ………………………………… 25
2. 4. 4 GTR 主要参数 ………………………………… 25
2. 4. 5 击穿和安全工作区 …………………………… 26
2. 5 电力 MOSFET ……………………………………… 27
2. 5. 1 电力 MOSFET 结构 …………………………… 27
2. 5. 2 电力 MOSFET 工作原理 ……………………… 28
2. 5. 3 电力 MOSFET 基本特性 ……………………… 28
2. 5. 4 电力 MOSFET 主要参数 ……………………… 29
2. 6 绝缘栅双极型晶体管 ……………………………… 29
2. 6. 1 IGBT 结构 …………………………………… 30
2. 6. 2 IGBT 工作原理 ……………………………… 30
2. 6. 3 IGBT 基本特性 ……………………………… 31
2. 6. 4 IGBT 主要参数 ……………………………… 32
2. 7 新型器件及发展 …………………………………… 32
2. 7. 1 MOS 控制晶闸管 MCT ……………………… 32
2. 7. 2 静电感应晶体管 SIT ………………………… 33
2. 7. 3 静电感应晶闸管 SITH ……………………… 33
2. 7. 4 集成门极换流晶闸管 IGCT ………………… 33
2. 7. 5 功率模块与功率集成电路 …………………… 33
2. 7. 6 基于新型材料的电力电子器件 ……………… 34
2. 8 电力电子器件的系统组成 ………………………… 35
2. 8. 1 电力电子器件的驱动电路 …………………… 35
2. 8. 2 电力电子器件保护 …………………………… 37
2. 8. 3 缓冲电路 ……………………………………… 39
2. 9 电力电子器件应用案例 …………………………… 39
2. 9. 1 开关电源概述 ………………………………… 39
2. 9. 2 GTR 测试方法 ………………………………… 40
第 3 章 直流-直流变换电路 ……………………………… 44
3. 1 直流-直流变换电路的工作原理 ………………… 44
3. 2 基本斩波电路 ……………………………………… 45
3. 2. 1 降压斩波电路 ………………………………… 46
3. 2. 2 升压斩波电路 ………………………………… 48
3. 2. 3 升降压斩波电路 ……………………………… 50
3. 2. 4 库克斩波电路 ………………………………… 51
3. 3 间接直流-直流变换电路 ………………………… 52
3. 3. 1 正激变换电路 ………………………………… 53
3. 3. 2 反激变换电路 ………………………………… 54
3. 3. 3 推挽式变换电路 ……………………………… 55
3. 3. 4 半桥式变换电路 ……………………………… 56
3. 3. 5 全桥式变换电路 ……………………………… 57
3. 4 直流-直流变换电路的应用 ……………………… 58
3. 4. 1 降压斩波电路供电的直流调压调速 ………… 58
3. 4. 2 电流可逆斩波电路供电的直流调压调速 …… 59
3. 4. 3 桥式可逆斩波电路供电的直流调压调速 …… 60
第 4 章 逆变电路 ………………………………………… 64
4. 1 概述 ………………………………………………… 65
4. 1. 1 逆变的基本原理 ……………………………… 65
4. 1. 2 逆变电路的分类 ……………………………… 66
4. 1. 3 逆变装置的性能指标 ………………………… 67
4. 2 电压型逆变电路 …………………………………… 69
4. 2. 1 电压型单相逆变电路 ………………………… 69
4. 2. 2 电压型三相逆变电路 ………………………… 75
4. 3 电流型逆变电路 …………………………………… 79
4. 3. 1 电流型单相逆变电路 ………………………… 79
4. 3. 2 电流型三相逆变电路 ………………………… 82
4. 4 逆变电路的脉冲宽度调制技术———PWM 逆变电路
……………………………………………………… 85
4. 4. 1 PWM 控制的基本原理 ……………………… 86
4. 4. 2 逆变电路 PWM 波形产生的方法 …………… 87
4. 4. 3 桥式 SPWM 逆变电路………………………… 88
4. 4. 4 SPWM 逆变电路调制信号的调制方式 ……… 90
4. 4. 5 PWM 逆变电路控制信号的产生 …………… 92
4. 5 逆变电路的应用 …………………………………… 95
4. 5. 1 逆变技术的应用领域 ………………………… 95
4. 5. 2 逆变电路在静止无功发生器中的应用 ……… 96
4. 5. 3 无换向器电动机调速系统 …………………… 97
4. 5. 4 电动汽车空调系统的压缩机控制 …………… 98
4. 5. 5 不间断电源中逆变技术的应用 ……………… 99
第 5 章 整流电路 ………………………………………… 103
5. 1 概述 ……………………………………………… 103
5. 1. 1 整流电路的分类 …………………………… 104
5. 1. 2 整流电路的性能指标 ……………………… 104
5. 2 相控式单相可控整流电路 ……………………… 105
5. 2. 1 相控式整流电路的基本概念 ……………… 105
5. 2. 2 相控式单相全控桥整流电路 ……………… 107
5. 2. 3 相控式单相半控桥整流电路 ……………… 112
5. 3 相控式三相可控整流电路 ……………………… 116
5. 3. 1 相控式三相半波可控整流电路 …………… 116
5. 3. 2 相控式三相全控桥整流电路 ……………… 124
5. 3. 3 带平衡电抗器的双反星形相控整流电路 … 134
5. 4 相控式整流电路的谐波分析、功率因数及其改善方法
…………………………………………………… 138
5. 4. 1 相控式整流电路直流侧谐波分析 ………… 138
5. 4. 2 相控式整流电路交流侧谐波和功率因数分析
……………………………………………… 139
5. 4. 3 整流电路对公用电网的影响 ……………… 141
5. 4. 4 改善方法 …………………………………… 141
5. 5 交流侧电感对整流电路的影响 ………………… 146
5. 6 相控式整流电路工作在有源逆变状态 ………… 149
5. 6. 1 电网-直流电动机之间的能量转换 ………… 150
5. 6. 2 有源逆变电路的工作原理 ………………… 151
5. 6. 3 有源逆变失败的原因与最小逆变角的确定 ……
……………………………………………… 153
5. 7 整流电路的应用 ………………………………… 155
5. 7. 1 晶闸管直流电动机系统 …………………… 155
5. 7. 2 交流绕线式异步电动机的串级调速和双馈调速
……………………………………………… 160
5. 7. 3 在高压直流输电中的应用 ………………… 161
5. 7. 4 整流电路在不间断电源中的应用 ………… 163
5. 7. 5 整流电路在开关电源中的应用 …………… 163
5. 7. 6 整流电路在城市轨道交通和电气化铁路中的应
用 …………………………………………… 165
第 6 章 交流-交流变换电路 …………………………… 169
6. 1 交流-交流变换电路概述 ………………………… 169
6. 2 交流电力控制电路 ……………………………… 170
6. 2. 1 交流调压电路 ……………………………… 170
6. 2. 2 交流调功电路 ……………………………… 177
6. 2. 3 交流电力电子开关 ………………………… 178
6. 3 变频电路 ………………………………………… 179
6. 3. 1 交交变频电路 ……………………………… 179
6. 3. 2 交直交变频电路 …………………………… 183
6. 4 交交变换电路的应用 …………………………… 183
6. 4. 1 交流调光台灯电路 ………………………… 183
6. 4. 2 异步电动机软启动器 ……………………… 183
6. 4. 3 无功补偿装置 ……………………………… 184
6. 4. 4 三相异步电动机变频调速装置 …………… 186
第 7 章 软开关技术 ……………………………………… 189
7. 1 软开关技术概述 ………………………………… 189
7. 1. 1 软开关的概念 ……………………………… 190
7. 1. 2 软开关的特性 ……………………………… 190
7. 1. 3 软开关的分类 ……………………………… 191
7. 2 软开关技术的典型电路 ………………………… 191
7. 2. 1 准谐振型电路 ……………………………… 191
7. 2. 2 移相全桥型零电压软开关 PWM 电路……… 193
7. 2. 3 零转换 PWM 电路…………………………… 195
参考文献 …………………………………………………… 198