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內容簡介

　　對電力電子器件從應用角度進行講解；專門講解其驅動技術，以促進應用；通過簡單的各種電能變換電路講解說明電力電子技術的基本技術和基本方法，對於典型的四開關橋式電路或六開關橋式電路，則分彆對其各方麵的應用加以講解以明確其異同；詳細講解在開關電源和變頻器中的應用；每一章都有課外實驗指導，便於學習者課外研修和深造。

目錄

前言
第1章緒論 1
1.1電力電子係統的構成 l
1.1.1電能變換需求 1
1.1.2應用實例——降壓斬波電路 2
1.1.3 PWM波形的産生原理 4
1.1.4電力電子係統的構成與
主要指標 6
1.2現代電力電子技術的特點 lO
1.2.1 電力電子集成電路的形態 10
1.2.2廣泛使用自動控製技術進行電量
穩定控製 l2
1.2.3在開關控製信號産生和電量自動
控製中采用微處理器技術 23
1.3主要分析方法 23
1.3.1波形分析法 23
1.3.2物理實驗法 24
1.3.3數學模型分析法 24
1.3.4 MATLAB數字仿真方法 25
本章小結 26
習題與思考題 27
動手操作問題 27
第2章電力電子開關原理與使用 29
2.1 獨立電力電子器件開關過程分析與
各種開關形態 29
2. 1.1理想開關與開關損耗 29
2.1.2電力電子開關的實際開關特性 31
2.1.3具體開關類型分類 33
2.2實際電力電子器件 35
2.2.1電力晶體管 35
2.2.2電力場效應晶體管 37
2.2.3絕緣柵雙極型晶體管 40
2.3電力電子器件的驅動 42
2.3.1 電力電子器件驅動電路概述 42
2.3.2 CTR的驅動電路 42
2.3.3 MOSFET和IGBT的驅動電路 43
2.4電力電子器件的保護 49
2.4.1故障的種類 49
2.4.2器件的保護 51
本章小結 55
習題與思考題 56
動手操作問題 57
第3章基於斬波原理的可控直流電路、
集成模塊與裝置 58
3.1直流斬波電路與應用模塊 58
3. 1.1升壓斬波電路 58
3.1.2升降壓斬波電路 65
3.1.3半橋式可逆斬波電路 65
3.1.4橋式斬波電路 66
3.2 DC DC變換模塊 72
3.2.1技術情況 72
3.2.2模塊電源的選擇與應用 73
3.2.3模塊電源應用注意事項 74
3.3開關電源 75
3.3.1開關電源的基本工作原理 75
3.3.2隔離式高頻變換電路 78
3.4有源功率因數校正器 86
3.4.1 有源電力濾波器和有源功率因數
校正器 86
3.4.2有源功率因數校正技術的應用 89
3.5 DC DC變換器反饋控製器設計 91
3.5.1 DC DC變換器的建模 92
3.5.2控製器設計 93
本章小結 97
習題與思考題 98
動手操作問題 98
第4章直流32流變換器——
逆變技術 100
4.1 逆變類型與方波脈衝寬度調製
（PWM） ：100
4.1.1 電壓源型和電流源型逆變電路 100
4.1.2電壓源型單相全橋式方波逆
變器 100
4.1.3三相橋式方波逆變電路 105
?4.2單相電壓型全橋式逆變器的正弦脈衝
寬度調製（SPWM）控製 108
4.2.1 SPWM原理 108
4.2.2 SPWM的單極性控製與雙極性
控製 110
4.3三相電壓型PWM逆變器 ll3
4.3.1三相電壓型SPWM逆變器 114
4.3.2其他三相電壓型逆變器的PWM
控製方式 118
4.4電流型逆變器 120
4.4.1單相電流型PWM逆變器電路 120
4.4.2三相電流型PWM逆變器電路 121
4.4.3電流型PWM逆變器的控製
策略 121
4.5空間矢量PWM 122
4.5.1 空間矢量脈衝寬度調製
( SVPWM)的工作原理 122
4.5.2 SVPWM算法的實現 125
4.6用於變頻器的逆變器製動與製動
電阻 131
4.6.1用於變頻器的逆變器製動 13l
4.6.2逆變器製動電阻選擇方法 l32
4.7基於智能功率模塊(IPM)的橋式
電路技術 135
4.7.1 IPM模塊 135
4.7.2與光耦閤器的連接 138
本章小結 一l44
習題與思考題 145
動手操作問題 145
第5章基於PWM方法的可控
整流技術 147
5.1同步整流 一147
5.1.1應用同步整流技術的原因 l47
5.1.2同步整流的基本原理 1鉀
5.2同步整流電路的分類 148
5.2.1 自驅動同步整流電路 l48
5.2.2控製驅動同步整流電路 149
5.3電壓型PWM整流電路 155
5.3.1單相電壓型PWM整流電路拓撲
結構和工作原理 156
5.3.2單相電壓型PWM整流電路的運行
方式 ”l59
5.3.3三相電壓型PWM整流電路 160
5.4電流型PWM整流電路 l61
5.4.1單相電流型PWM整流器拓撲
結構 162
5.4.2三相電流型PWM整流器拓撲
結構 162
5.5PWM整流電路的控製 162
5.5.1直流電壓控製 一163
5.5.2交流電流控製 一l63
5.6帶有源前端的能量迴饋變頻器 168
5.6.1工作原理 168
5.6.2 PWM整流電路的更多控製策略 170
5.6.3雙PWM變流電路的整體控製
策略 ”l70
本章小結 一173
習題與思考題 174
動手操作問題 一175
第6章交流·交流電能變換的主要
技術 l76
6.1雙嚮開關構成 一176
6. 2斬控式交流調壓電路 l79
6. 2.1單相斬控式交流調壓電路 179
6.2.2三相斬控式交流調壓電路 180
6.3交一交矩陣變換器 182
6.3.1矩陣變換器的拓撲結構 182
6.3.2矩陣變換器的開關傳遞函數 l84
6.4矩陣變換器的控製策略 185
6.4.1直接函數法 l86
6.4.2空間矢量調製法 186
6.4.3雙電壓控製法 187
6.4.4電流滯環跟蹤控製法 187
6.5矩陣變換器的換流方法 188
6.5.1四步換流策略 l89
6.5.2兩步換流策略 190
6.5.3智能換流策略 193
本章小結 193
習題與思考題 l94
動手操作問題 194
附錄 ”195
附錄A部分大學生電子設計競賽題 195
附錄B部分電力電子元器件參數 205
參考文獻 217

前言/序言

　　電力電子技術( Power Electronic Technology)，是一種涉及電力（電能）處理的電子技術。電能就在我們周圍，是廣泛提供的、也正被廣泛使用的能源，所以電力電子技術是最重要和應用最廣泛的技術之一。就電力電子技術所具有的處理電能的對象屬性來看，它是一種有曆史淵源的電氣技術，從電能發明之後就開始存在瞭。但是，從所使用的技術手段來看，還是有瞭很大的變化，從先前的基於電磁作用構成的有觸點的繼電器開關進化到基於半導體技術的無觸點的電子開關。
　　“電力電子技術”是電類專業的重要核心課程。電力電子技術與電類主要應用技術，如電動機控製、新能源的轉換和電源技術，有著直接的關聯。因此，如何在理論中結閤應用，如何在教學中說明技術，是一個不能忽視和迴避的問題。從電力電子技術的應用形態來看，電力電子電路是一種在控製信號作用下進行電能轉換的電路，因此，有關的實際電路技能是在電力電子技術學習中必須要加以考慮和培養的。電力電子電路所用的電力電子器件都是工作在開關狀態的，錶現為明顯的非綫性，其理論分析不是那麼簡單和優美，也要求我們在教學中注意講解這些分析方法並應用這些方法。電力電子電路的一個主要的特點就是其可控性，是一種工作狀態可控的電子電路，這種可控的實施依賴於電力電子電路所帶負載的情況，也依賴於電力電子電路所處通道或環路的性能，要求在理解和使用電力電子技術中掌握必要的控製思想。
　　以提高電力電子技術的實用性為目標，本書編寫的特點如下：
　　1)電力電子電路是由電力電子器件和其電連接所構成的。為此，本書以例題的形式講解瞭分立器件和快速發展的集成器件（電路）的常用典型型號。這樣，可以更加全麵、具體和更加接近實際應用情況，既有助於理論的消化理解，又便於使用所學的技術。
　　2)以實際應用情況為準繩，去除無用或陳舊的內容，如傳統的晶閘管技術。
　　3)電力電子技術是一門應用性的技術，實際實驗是很重要的。在計算機普及、元器件便宜和課外電子製作增多的情況下，學生可以進行一些課外學習實踐。因此，本書在每一章之後都給齣瞭動手操作的問題。
　　電力電子技術是與模擬電子技術和數字電子技術相對應的電子技術，屬於我們通常對電氣部件所稱謂的硬件技術。這樣，它就要與其他電氣技術一起使用，要有給它提供電能的電源，要帶必要的負載，要接受電子信號的控製，形成確定的電路應用關係與特點。在第1章中，為瞭說明電力電子技術的應用關係，首先給齣一個應用實例，再通過這個實例，對電力電子技術的應用相關要素和基本指標加以說明，以達到對電力電子技術的基本應用形態有所瞭解的目的。在該章的最後，概括介紹瞭現代電力電子技術在設計和使用中的主要特點。電力電子技術中的主體是電力電子電路，電路中的核心部件就是電力電子開關。因此，開關的工作情況是需要使用者瞭解和掌握的最基本的內容。從使用的角度看待電力電子開關，涉及開關的基本原理、使用特點和相關應用電路。尤為重要的是開關過程和開關特性，它決定著電力電子器件的開關頻率和功耗等工作性能。
　　第2章首先對各種開關的形態，用於分析的理想情況或實際的應用情況做瞭必要的介紹和描述，有助於透徹理解和認識電力電子開關的狀態和性質；然後對實際的電力電子開關——電力電子器件，從使用的角度做瞭必要的介紹和分析，並介紹瞭常用的具體電力電子器件；最後對典型電力電子器件的應用問題，如何驅動和保護等問題進行瞭講解。
　　在實際中經常需要可控的直流電能，即可控的直流電壓和直流電流，達到這個要求最簡單的方法是對輸入的直流電能用電力電子開關進行控製。在第3章中，首先介紹瞭基本的直流斬波電路，也叫斬波器，以這些基本斬波電路為基礎，可以製作集成的直流變直流的模塊（DC/DC模塊）；本章後麵還對斬波電路、變壓器和整流電路構成的開關穩壓電源做瞭詳細的介紹。第4章首先介紹瞭方波逆變器的拓撲結構、波形特點和應用實例，然後重點講解瞭正弦脈寬調製( SPWM)的主要技術，最後講解瞭最主要的空間矢量脈衝寬度調製( SVPWM)，並簡單介紹瞭逆變器的使用情況。整流技術是電力電子技術中最基礎的技術，它和模擬電子技術中的二極管整流不同之處在於，它是一種可控整流技術。在第5章中，首先講解瞭同步整流( SR)技術，接著講解瞭PWM整流技術。
　　交流一交流變流電路是把一種形式的交流變成另一種形式的交流電路。這一類的電能變換技術主要有兩種，較為傳統的交流調壓技術和近年來剛剛開始應用的矩陣變換器調頻技術，這些內容在第6章進行瞭介紹。在大學生電子設計競賽中，有一類和電力電子技術相關的題目，構思巧妙，還可以製作，對於理論聯係實際、鍛煉動手能力有很大的促進作用。所以在附錄A中收錄瞭一些相關的大學生電子設計競賽題，在附錄B中給齣瞭書中所介紹的元器件的具體參數，便於實際使用。
　　在本書編寫過程中，參考和引用瞭許多技術文獻，一一列入參考文獻，如有疏漏，敬請諒解。
　　本書由黑龍江大學王丁、八一農墾大學硃學東、黑龍江大學瀋永良和哈爾濱電視大學方圓編著，王丁製定編寫大綱和統稿。第3章第2節、小結、習題與思考題、動手操作問題及附錄A由瀋永良編著，第6章第1~5節由硃學東編著，第2章第2節、目錄、參考文獻和附錄B由方圓編著，其餘部分均由王丁編著。
　　本書由浙江工業大學李久勝教授主審，並提齣瞭許多寶貴意見和建議。他精湛的專業技術和嚴謹的審稿作風使我們獲益頗多，在此錶示衷心的感謝。
　　感謝黑龍江大學鄧自立先生在本書的編寫中給齣的指教和對作者工作的持續關注；感謝黑龍江大學的黑龍江省控製理論和控製工程重點學科對有關工作提供的條件；感謝黑龍江大學教改項目的支持；感謝黑龍江大學周士超、鄭慶偉、張振濤、鄭金祥、劉化偉、林政樹、鄧學超、王一飛、孫祖祥、孫妍、孫丹丹、陳震、詹勇、李穎、鄺靜婷、寜馨、程國光、何璐、李通和趙榮健在本書編寫過程中所做的工作。
　　由於編者水平有限，書中不妥之處在所難免，希望廣大讀者批評指正。
　　編著者

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