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内容简介

　　对电力电子器件从应用角度进行讲解；专门讲解其驱动技术，以促进应用；通过简单的各种电能变换电路讲解说明电力电子技术的基本技术和基本方法，对于典型的四开关桥式电路或六开关桥式电路，则分别对其各方面的应用加以讲解以明确其异同；详细讲解在开关电源和变频器中的应用；每一章都有课外实验指导，便于学习者课外研修和深造。

目录

前言
第1章绪论 1
1.1电力电子系统的构成 l
1.1.1电能变换需求 1
1.1.2应用实例——降压斩波电路 2
1.1.3 PWM波形的产生原理 4
1.1.4电力电子系统的构成与
主要指标 6
1.2现代电力电子技术的特点 lO
1.2.1 电力电子集成电路的形态 10
1.2.2广泛使用自动控制技术进行电量
稳定控制 l2
1.2.3在开关控制信号产生和电量自动
控制中采用微处理器技术 23
1.3主要分析方法 23
1.3.1波形分析法 23
1.3.2物理实验法 24
1.3.3数学模型分析法 24
1.3.4 MATLAB数字仿真方法 25
本章小结 26
习题与思考题 27
动手操作问题 27
第2章电力电子开关原理与使用 29
2.1 独立电力电子器件开关过程分析与
各种开关形态 29
2. 1.1理想开关与开关损耗 29
2.1.2电力电子开关的实际开关特性 31
2.1.3具体开关类型分类 33
2.2实际电力电子器件 35
2.2.1电力晶体管 35
2.2.2电力场效应晶体管 37
2.2.3绝缘栅双极型晶体管 40
2.3电力电子器件的驱动 42
2.3.1 电力电子器件驱动电路概述 42
2.3.2 CTR的驱动电路 42
2.3.3 MOSFET和IGBT的驱动电路 43
2.4电力电子器件的保护 49
2.4.1故障的种类 49
2.4.2器件的保护 51
本章小结 55
习题与思考题 56
动手操作问题 57
第3章基于斩波原理的可控直流电路、
集成模块与装置 58
3.1直流斩波电路与应用模块 58
3. 1.1升压斩波电路 58
3.1.2升降压斩波电路 65
3.1.3半桥式可逆斩波电路 65
3.1.4桥式斩波电路 66
3.2 DC DC变换模块 72
3.2.1技术情况 72
3.2.2模块电源的选择与应用 73
3.2.3模块电源应用注意事项 74
3.3开关电源 75
3.3.1开关电源的基本工作原理 75
3.3.2隔离式高频变换电路 78
3.4有源功率因数校正器 86
3.4.1 有源电力滤波器和有源功率因数
校正器 86
3.4.2有源功率因数校正技术的应用 89
3.5 DC DC变换器反馈控制器设计 91
3.5.1 DC DC变换器的建模 92
3.5.2控制器设计 93
本章小结 97
习题与思考题 98
动手操作问题 98
第4章直流32流变换器——
逆变技术 100
4.1 逆变类型与方波脉冲宽度调制
（PWM） ：100
4.1.1 电压源型和电流源型逆变电路 100
4.1.2电压源型单相全桥式方波逆
变器 100
4.1.3三相桥式方波逆变电路 105
?4.2单相电压型全桥式逆变器的正弦脉冲
宽度调制（SPWM）控制 108
4.2.1 SPWM原理 108
4.2.2 SPWM的单极性控制与双极性
控制 110
4.3三相电压型PWM逆变器 ll3
4.3.1三相电压型SPWM逆变器 114
4.3.2其他三相电压型逆变器的PWM
控制方式 118
4.4电流型逆变器 120
4.4.1单相电流型PWM逆变器电路 120
4.4.2三相电流型PWM逆变器电路 121
4.4.3电流型PWM逆变器的控制
策略 121
4.5空间矢量PWM 122
4.5.1 空间矢量脉冲宽度调制
( SVPWM)的工作原理 122
4.5.2 SVPWM算法的实现 125
4.6用于变频器的逆变器制动与制动
电阻 131
4.6.1用于变频器的逆变器制动 13l
4.6.2逆变器制动电阻选择方法 l32
4.7基于智能功率模块(IPM)的桥式
电路技术 135
4.7.1 IPM模块 135
4.7.2与光耦合器的连接 138
本章小结 一l44
习题与思考题 145
动手操作问题 145
第5章基于PWM方法的可控
整流技术 147
5.1同步整流 一147
5.1.1应用同步整流技术的原因 l47
5.1.2同步整流的基本原理 1钾
5.2同步整流电路的分类 148
5.2.1 自驱动同步整流电路 l48
5.2.2控制驱动同步整流电路 149
5.3电压型PWM整流电路 155
5.3.1单相电压型PWM整流电路拓扑
结构和工作原理 156
5.3.2单相电压型PWM整流电路的运行
方式 ”l59
5.3.3三相电压型PWM整流电路 160
5.4电流型PWM整流电路 l61
5.4.1单相电流型PWM整流器拓扑
结构 162
5.4.2三相电流型PWM整流器拓扑
结构 162
5.5PWM整流电路的控制 162
5.5.1直流电压控制 一163
5.5.2交流电流控制 一l63
5.6带有源前端的能量回馈变频器 168
5.6.1工作原理 168
5.6.2 PWM整流电路的更多控制策略 170
5.6.3双PWM变流电路的整体控制
策略 ”l70
本章小结 一173
习题与思考题 174
动手操作问题 一175
第6章交流·交流电能变换的主要
技术 l76
6.1双向开关构成 一176
6. 2斩控式交流调压电路 l79
6. 2.1单相斩控式交流调压电路 179
6.2.2三相斩控式交流调压电路 180
6.3交一交矩阵变换器 182
6.3.1矩阵变换器的拓扑结构 182
6.3.2矩阵变换器的开关传递函数 l84
6.4矩阵变换器的控制策略 185
6.4.1直接函数法 l86
6.4.2空间矢量调制法 186
6.4.3双电压控制法 187
6.4.4电流滞环跟踪控制法 187
6.5矩阵变换器的换流方法 188
6.5.1四步换流策略 l89
6.5.2两步换流策略 190
6.5.3智能换流策略 193
本章小结 193
习题与思考题 l94
动手操作问题 194
附录 ”195
附录A部分大学生电子设计竞赛题 195
附录B部分电力电子元器件参数 205
参考文献 217

前言/序言

　　电力电子技术( Power Electronic Technology)，是一种涉及电力（电能）处理的电子技术。电能就在我们周围，是广泛提供的、也正被广泛使用的能源，所以电力电子技术是最重要和应用最广泛的技术之一。就电力电子技术所具有的处理电能的对象属性来看，它是一种有历史渊源的电气技术，从电能发明之后就开始存在了。但是，从所使用的技术手段来看，还是有了很大的变化，从先前的基于电磁作用构成的有触点的继电器开关进化到基于半导体技术的无触点的电子开关。
　　“电力电子技术”是电类专业的重要核心课程。电力电子技术与电类主要应用技术，如电动机控制、新能源的转换和电源技术，有着直接的关联。因此，如何在理论中结合应用，如何在教学中说明技术，是一个不能忽视和回避的问题。从电力电子技术的应用形态来看，电力电子电路是一种在控制信号作用下进行电能转换的电路，因此，有关的实际电路技能是在电力电子技术学习中必须要加以考虑和培养的。电力电子电路所用的电力电子器件都是工作在开关状态的，表现为明显的非线性，其理论分析不是那么简单和优美，也要求我们在教学中注意讲解这些分析方法并应用这些方法。电力电子电路的一个主要的特点就是其可控性，是一种工作状态可控的电子电路，这种可控的实施依赖于电力电子电路所带负载的情况，也依赖于电力电子电路所处通道或环路的性能，要求在理解和使用电力电子技术中掌握必要的控制思想。
　　以提高电力电子技术的实用性为目标，本书编写的特点如下：
　　1)电力电子电路是由电力电子器件和其电连接所构成的。为此，本书以例题的形式讲解了分立器件和快速发展的集成器件（电路）的常用典型型号。这样，可以更加全面、具体和更加接近实际应用情况，既有助于理论的消化理解，又便于使用所学的技术。
　　2)以实际应用情况为准绳，去除无用或陈旧的内容，如传统的晶闸管技术。
　　3)电力电子技术是一门应用性的技术，实际实验是很重要的。在计算机普及、元器件便宜和课外电子制作增多的情况下，学生可以进行一些课外学习实践。因此，本书在每一章之后都给出了动手操作的问题。
　　电力电子技术是与模拟电子技术和数字电子技术相对应的电子技术，属于我们通常对电气部件所称谓的硬件技术。这样，它就要与其他电气技术一起使用，要有给它提供电能的电源，要带必要的负载，要接受电子信号的控制，形成确定的电路应用关系与特点。在第1章中，为了说明电力电子技术的应用关系，首先给出一个应用实例，再通过这个实例，对电力电子技术的应用相关要素和基本指标加以说明，以达到对电力电子技术的基本应用形态有所了解的目的。在该章的最后，概括介绍了现代电力电子技术在设计和使用中的主要特点。电力电子技术中的主体是电力电子电路，电路中的核心部件就是电力电子开关。因此，开关的工作情况是需要使用者了解和掌握的最基本的内容。从使用的角度看待电力电子开关，涉及开关的基本原理、使用特点和相关应用电路。尤为重要的是开关过程和开关特性，它决定着电力电子器件的开关频率和功耗等工作性能。
　　第2章首先对各种开关的形态，用于分析的理想情况或实际的应用情况做了必要的介绍和描述，有助于透彻理解和认识电力电子开关的状态和性质；然后对实际的电力电子开关——电力电子器件，从使用的角度做了必要的介绍和分析，并介绍了常用的具体电力电子器件；最后对典型电力电子器件的应用问题，如何驱动和保护等问题进行了讲解。
　　在实际中经常需要可控的直流电能，即可控的直流电压和直流电流，达到这个要求最简单的方法是对输入的直流电能用电力电子开关进行控制。在第3章中，首先介绍了基本的直流斩波电路，也叫斩波器，以这些基本斩波电路为基础，可以制作集成的直流变直流的模块（DC/DC模块）；本章后面还对斩波电路、变压器和整流电路构成的开关稳压电源做了详细的介绍。第4章首先介绍了方波逆变器的拓扑结构、波形特点和应用实例，然后重点讲解了正弦脉宽调制( SPWM)的主要技术，最后讲解了最主要的空间矢量脉冲宽度调制( SVPWM)，并简单介绍了逆变器的使用情况。整流技术是电力电子技术中最基础的技术，它和模拟电子技术中的二极管整流不同之处在于，它是一种可控整流技术。在第5章中，首先讲解了同步整流( SR)技术，接着讲解了PWM整流技术。
　　交流一交流变流电路是把一种形式的交流变成另一种形式的交流电路。这一类的电能变换技术主要有两种，较为传统的交流调压技术和近年来刚刚开始应用的矩阵变换器调频技术，这些内容在第6章进行了介绍。在大学生电子设计竞赛中，有一类和电力电子技术相关的题目，构思巧妙，还可以制作，对于理论联系实际、锻炼动手能力有很大的促进作用。所以在附录A中收录了一些相关的大学生电子设计竞赛题，在附录B中给出了书中所介绍的元器件的具体参数，便于实际使用。
　　在本书编写过程中，参考和引用了许多技术文献，一一列入参考文献，如有疏漏，敬请谅解。
　　本书由黑龙江大学王丁、八一农垦大学朱学东、黑龙江大学沈永良和哈尔滨电视大学方圆编著，王丁制定编写大纲和统稿。第3章第2节、小结、习题与思考题、动手操作问题及附录A由沈永良编著，第6章第1~5节由朱学东编著，第2章第2节、目录、参考文献和附录B由方圆编著，其余部分均由王丁编著。
　　本书由浙江工业大学李久胜教授主审，并提出了许多宝贵意见和建议。他精湛的专业技术和严谨的审稿作风使我们获益颇多，在此表示衷心的感谢。
　　感谢黑龙江大学邓自立先生在本书的编写中给出的指教和对作者工作的持续关注；感谢黑龙江大学的黑龙江省控制理论和控制工程重点学科对有关工作提供的条件；感谢黑龙江大学教改项目的支持；感谢黑龙江大学周士超、郑庆伟、张振涛、郑金祥、刘化伟、林政树、邓学超、王一飞、孙祖祥、孙妍、孙丹丹、陈震、詹勇、李颖、邝静婷、宁馨、程国光、何璐、李通和赵荣健在本书编写过程中所做的工作。
　　由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，希望广大读者批评指正。
　　编著者

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