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內容簡介

《高等電力電子技術》是編者根據電力電子技術教學與科研經驗，在學習、研究國內外教材及相關參考文獻的基礎上編寫而成的，適用於“電力電子技術”課程的研究生教學，是對相關本科教材的深入與完善。本書以“電力電子技術”理論為基礎，從電力電子係統研究與技術角度齣發，深入淺齣地討論瞭電力電子器件、電力電子拓撲基礎、開關變換器的建模、控製係統設計、空間矢量PWM 技術、電力電子技術MATLAB仿真、軟開關變換器、電力電子裝置中的電磁器件與電磁兼容以及電力電子器件的熱設計等內容，為電力電子功率變換係統的研究提供瞭理論基礎。
《高等電力電子技術》可作為電氣工程及自動化等專業和相關研究方嚮的研究生課程教材，同時也可作為本科生和從事電力電子技術及相關研究的工程技術人員的參考書。

作者簡介

前言

第1章 電力電子半導體器件1

1.1 電力電子器件發展概述1

1.1.1 功率二極管1

1.1.2 晶閘管3

1.1.3 電力晶體管4

1.2 功率MOSFET4

1.2.1 溝槽型MOSFET4

1.2.2 “超級結”結構5

1.2.3 COOLMOS6

1.3 絕緣柵雙極型晶體管7

1.3.1 應用於IGBT的新器件製造技術8

1.3.2 穿通型IGBT9

1.3.3 非穿通型IGBT9

1.3.4 場終止型IGBT10

1.3.5 其他新型IGBT11

1.4 集成門極換嚮晶閘管的結構與工作原理11

1.4.1 IGCT的結構和特點11

1.4.2 IGCT的工作原理13

1.5 電力電子器件新材料14

1.5.1 碳化矽材料和碳化矽電力電子器件14

1.5.2 砷化鎵器件18

1.5.3 金剛石電力電子器件18

1.6 電力電子集成技術18

1.6.1 集成技術的不同層次和形式19

1.6.2 電力電子集成發展麵臨的技術問題20

參考文獻21



第2章 電力電子拓撲基礎23

2.1 開關變換器拓撲概述23

2.1.1 開關變換器的基本拓撲23

2.1.2 開關變換器拓撲的基本開關單元26

2.1.3 基本開關變換器的拓撲組閤規則28

2.2 開關變換器拓撲的對偶法設計33

2.2.1 平麵電路的對偶及其對偶規則33

2.2.2 開關變換器的對偶設計37

2.3 開關變換器拓撲的三端開關模型法設計45

2.3.1 基本DC�睤C開關變換器“三端開關”模型電路45

2.3.2 三端開關模型的軟開關變換電路48

2.3.3 PWM軟開關變換器模型電路53

2.4 開關變換器的拓撲疊加設計54

2.4.1 基本開關變換器級聯疊加的基本規則55

2.4.2 基本開關變換器的級聯疊加設計舉例56

2.4.3 DC DC開關變換器級聯疊加時的功率開關單元拓撲簡化58

2.4.4 DC AC開關變換器基本單元的拓撲疊加設計62

參考文獻67



第3章 開關變換器的建模分析69

3.1 概述69

3.2 狀態空間平均法70

3.2.1 狀態空間的基本定義71

3.2.2 開關變換器的狀態方程72

3.2.3 連續導通模式下的狀態空間平均法77

3.2.4 不連續導通模式時的狀態空間平均法78

3.3 PWM開關模型法83

3.3.1 PWM開關的基本定義83

3.3.2 PWM開關的端口特性84

3.3.3 PWM開關的等效電路模型85

3.3.4 開關變換器的PWM開關模型86

3.4 等效變壓器法89

3.4.1 開關電路的等效變壓器描述89

3.4.2 三相VSR等效變壓器dq模型電路91

3.4.3 三相VSR動靜態特性分析94

3.5 開關變換器離散平均模型104

3.5.1 離散化原理和建模分析105

3.5.2 開關變換器的離散平均模型106

參考文獻110



第4章 控製係統設計113

4.1 引言113

4.2 控製結構設計114

4.2.1 問題的提齣114

4.2.2 基於LCL的VSR內環結構設計117

4.2.3 基於LC的VSI內環結構設計121

4.3 調節器結構設計124

4.3.1 問題提齣125

4.3.2 同步坐標係下的調節器結構設計126

4.3.3 靜止坐標係下的調節器結構設計132

4.3.4 不同坐標係下調節器結構比較134

4.4 控製係統調節器參數設計136

4.4.1 基於連續域的調節器參數設計137

4.4.2 基於離散域的調節器參數設計143

參考文獻158



第5章 空間矢量脈寬調製技術160

5.1 二維空間矢量脈寬調製技術160

5.1.1 三相VSR空間電壓矢量分布163

5.1.2 空間電壓矢量的閤成164

5.2 三維空間矢量脈寬調製技術166

5.2.1 三維空間矢量概述167

5.2.2 三相四橋臂逆變器的靜止電壓矢量167

5.2.3 三維空間矢量軌跡閤成169

5.3 三電平空間矢量PWM技術175

5.3.1 三電平空間矢量概述175

5.3.2 查錶式SVPWM矢量發生177

5.3.3 基於參考電壓分解的SVPWM簡化算法182

5.4 三值邏輯空間矢量PWM技術189

5.4.1 三值邏輯PWM信號發生190

5.4.2 三值邏輯空間矢量PWM信號發生192

5.4.3 低電壓應力三值邏輯PWM信號發生197

參考文獻202



第6章 電力電子技術MATLAB仿真204

6.1 概述204

6.1.1 電力電子係統的仿真204

6.1.2 電力電子技術常用仿真軟件205

6.2 Simulink仿真技術與模型庫207

6.2.1 Simulink仿真環境208

6.2.2 Simulink模型庫簡介222

6.2.3 PowerSystem模型庫簡介223

6.3 電力電子典型器件的MATLAB仿真224

6.3.1 電力二極管的仿真225

6.3.2 晶閘管的仿真227

6.3.3 門極可關斷晶閘管的仿真230

6.3.4 絕緣柵雙極型晶體管的仿真232

6.4 電力電子典型電路的MATLAB仿真235

6.4.1 直流斬波電路的仿真235

6.4.2 三相逆變電路的仿真238

6.4.3 三相橋式整流電路的仿真242

6.4.4 交流調壓電路的仿真246

6.5 電力電子典型係統的仿真247

6.5.1 引言247

6.5.2 直流斬波電路控製係統的仿真248

6.5.3 三相逆變電路控製係統的仿真251

參考文獻260



第7章 軟開關變換器261

7.1 概述261

7.1.1 功率器件的開關過程262

7.1.2 軟開關的分類及特徵262

7.2 零轉換PWM變換器266

7.2.1 基本的零電壓轉換PWM變換器266

7.2.2 改進的零電壓轉換PWM變換器267

7.2.3 基本的零電流轉換PWM變換器269

7.2.4 改進的零電流轉換PWM變換器271

7.2.5 零轉換PWM變換器的應用273

7.3 移相控製ZVSPWM全橋變換器276

7.3.1 移相控製ZVSPWM全橋變換器工作原理276

7.3.2 移相控製ZVSPWM全橋變換器軟開關實現條件278

7.3.3 移相控製ZVSPWM全橋變換器的占空比丟失279

7.3.4 移相控製ZVSPWM全橋變換器的優缺點分析280

7.4 移相控製ZVZCSPWM全橋變換器280

7.4.1 變壓器一次側加飽和電感和隔直電容的ZVZCS變換器281

7.4.2 二次側有源鉗位ZVZCS全橋變換器285

7.4.3 其他典型ZVZCS全橋變換器289

參考文獻295



第8章 電力電子裝置中的電磁器件與電磁兼容性297

8.1 概述297

8.2 電磁器件的特點和基本概念298

8.2.1 磁性材料的特性298

8.2.2 磁性材料的工作狀態299

8.2.3 幾種常用磁性材料299

8.2.4 電力電子裝置中的常用電磁器件300

8.3 電磁器件的設計304

8.3.1 變壓器設計304

8.3.2 電抗器設計306

8.3.3 高頻電磁器件的設計舉例308

8.4 磁性器件的測試311

8.4.1 變壓比測量311

8.4.2 極性測試312

8.4.3 輸入阻抗測試312

8.4.4 電感與漏感測試313

8.4.5 變壓器絕緣電阻和抗電強度測試317

8.4.6 溫升測試方法317

8.5 電力電子裝置中的電磁兼容問題318

8.5.1 電力電子技術中電磁乾擾問題318

8.5.2 電力電子技術中電磁乾擾與電磁兼容標準319

8.5.3 電力電子裝置中的電磁乾擾源320

8.5.4 電力電子技術中的電磁兼容設計325

參考文獻334



第9章 電力電子器件的熱設計336

9.1 穩態熱阻與瞬態熱阻336

9.1.1 穩態熱阻336

9.1.2 瞬態熱阻339

9.2 耗散功率與結溫340

9.2.1 開關器件的功率損耗340

9.2.2 VVVF變頻器中功率器件耗散功率的分析343

9.2.3 結溫344

9.3 散熱器常用的冷卻方式及特點346

參考文獻351

附錄352

目錄

前言
第1章 電力電子半導體器件
1.1 電力電子器件發展概述
1.1.1 功率二極管
1.1.2 晶閘管
1.1.3 電力晶體管
1.2 功率MOSFET
1.2.1 溝槽型MOSFET
1.2.2 “超級結”結構
1.2.3 COOLMOS
1.3 絕緣柵雙極型晶體管
1.3.1 應用於IGBT的新器件製造技術
1.3.2 穿通型IGBT
1.3.3 非穿通型IGBT
1.3.4 場終止型IGBT
1.3.5 其他新型IGBT
1.4 集成門極換嚮晶閘管的結構與工作原理
1.4.1 IGCT的結構和特點
1.4.2 IGCT的工作原理
1.5 電力電子器件新材料
1.5.1 碳化矽材料和碳化矽電力電子器件
1.5.2 砷化鎵器件
1.5.3 金剛石電力電子器件
1.6 電力電子集成技術
1.6.1 集成技術的不同層次和形式
1.6.2 電力電子集成發展麵臨的技術問題
參考文獻
第2章 電力電子拓撲基礎
2.1 開關變換器拓撲概述
2.1.1 開關變換器的基本拓撲
2.1.2 開關變換器拓撲的基本開關單元
2.1.3 基本開關變換器的拓撲組閤規則
2.2 開關變換器拓撲的對偶法設計
2.2.1 平麵電路的對偶及其對偶規則
2.2.2 開關變換器的對偶設計
2.3 開關變換器拓撲的三端開關模型法設計
2.3.1 基本DC?DC開關變換器“三端開關”模型電路
2.3.2 三端開關模型的軟開關變換電路
2.3.3 PWM軟開關變換器模型電路
2.4 開關變換器的拓撲疊加設計
2.4.1 基本開關變換器級聯疊加的基本規則
2.4.2 基本開關變換器的級聯疊加設計舉例
2.4.3 DC DC開關變換器級聯疊加時的功率開關單元拓撲簡化
2.4.4 DC AC開關變換器基本單元的拓撲疊加設計
參考文獻
第3章 開關變換器的建模分析
3.1 概述
3.2 狀態空間平均法
3.2.1 狀態空間的基本定義
3.2.2 開關變換器的狀態方程
3.2.3 連續導通模式下的狀態空間平均法
3.2.4 不連續導通模式時的狀態空間平均法
3.3 PWM開關模型法
3.3.1 PWM開關的基本定義
3.3.2 PWM開關的端口特性
3.3.3 PWM開關的等效電路模型
3.3.4 開關變換器的PWM開關模型
3.4 等效變壓器法
3.4.1 開關電路的等效變壓器描述
3.4.2 三相VSR等效變壓器dq模型電路
3.4.3 三相VSR動靜態特性分析
3.5 開關變換器離散平均模型
3.5.1 離散化原理和建模分析
3.5.2 開關變換器的離散平均模型
參考文獻
……
第4章 控製係統設計
第5章 空間矢量脈寬調製技術
第6章 電力電子技術MATLAB仿真
第7章 軟開關變換器
第8章 電力電子裝置中的電磁器件與電磁兼容性
第9章 電力電子器件的熱設計
附錄

前言/序言

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