電力電子學

電力電子學是一門利用電力電子器件對電能進行變換與控制的交叉技術學科，它包括對電壓、電流、頻率和相位的波開分析和電能變換與控制方法的研究等方面。該學科方向由三部分內容組成，即電力電子器件、電力電子電路、電力電子系統及其控制。本書的目的是著生研究各種電能變換電路的基本工作原理、電路結構、電氣性能、波形分析方法和參數計算等，並培養學生的設計和實驗調試能力。本書可作為電氣工程及自動化專業本科教材，也可作為電氣工程領域及工業自動化領域研究生的參考書。

第1章 緒論

1. 1 概述

1. 2 電力電子學的發展歷程

1. 3 電力電子學的任務及面臨的問題

1. 4 電力電子學的應用領域

1. 5 電力電子學的未來前景

1. 6 電力電子的基本變換形式

1. 7 說明

第2章 電力電子器件的原理與特性

2. 1 電力電子器件的發展. 分類與應用

2. 1. 1 電力電子器件及其發展現狀

2. 1. 2 常用電力電子器件的分類及其應用領域

2. 1. 3 電力電子器件的發展趨勢

2. 2 功率二極體

2. 2. 1 功率二極體的基本特性

2. 2. 2 二極體的基本應用

2. 3 晶閘管 SCR

2. 3. 1 結構與工作原理

2. 3. 2 晶閘管的基本特性

2. 3. 3 晶閘管的主要特性參數

2. 3. 4 晶閘管家族的其他主要電力電子器件

2. 4 可關斷晶閘管 GTO

2. 4. 1 結構與工作原理

2. 4. 2 特性與參數

2. 5 電力晶體管 GTR或BJT

2. 5. 1 電力晶體管的結構

2. 5. 2 特性與參數

2. 5. 3 GTR的二次擊穿與安全工作區

2. 6 電力場效應晶體管 電力MOSFET

2. 6. 1 概述

2. 6. 2 電力MOSFET的靜態特性與參數

2. 6. 3 電力MOSFET的動態特性和參數

2. 7 絕緣柵雙極晶體管 1GBT

2. 7. 1 IGBT的工作原理

2. 7. 2 IGBT的基本特性

2. 7. 3 擎住效應

2. 7. 4 IGBT的安全工作區

2. 8 其他新型場控器件

2. 8. 1 MOS控制晶閘管MCT

2. 8. 2 集成門極換流晶閘管IGCT

2. 8. 3 靜電感應晶體管SIT

2. 8. 4 靜電感應晶閘管SITH

2. 8. 5 智能功率模塊IPM

2. 9 小結

第3章 相控整流電路

3. 1 概述

3. 1. 1 整流電路的分類

3. 1. 2 可控整流電路的一般結構

3. 1. 3 學習整流電路的基本方法

3. 2 單相橋式全控整流電路

3. 2. 1 可控整流的基本概念

3. 2. 2 電阻性負載單相橋式全控整流電路

3. 2. 3 電感性負載單相橋式全控整流電路

3. 2. 4 電動機負載單相橋式全控整流電路

3. 3 單相橋式半控整流電路

3. 3. 1 電感性負載單相橋式半控整流電路

3. 3. 2 反電勢負載單相橋式半控整流電路

3. 4 三相半波可控整流電路

3. 4. 1 電阻性負載

3. 4. 2 電感性負載

3. 5 三相橋式全控整流電路

3. 5. 1 三相橋式全控整流電路的工作原理及波形

3. 5. 2 基本電量計算

3. 6 三相橋式半控整流電路

3. 6. 1 電阻性負載

3. 6. 2 電感性負載工作原理及失控現象

3. 7 整流器交流側電抗對整流電路的影響

3. 7. 1 換流期間電壓電流波形分析

3. 7. 2 換相壓降的計算和整流電路的輸出外特性

3. 7. 3 重疊角r的計算

3. 8 小結

3. 9 習題

第4章 有源逆變與相控變流器特性

4. 1 有源逆變電路的工作原理

4. 1. 1 有源逆變的工作原理

4. 1. 2 實現有源逆變的條件

4. 2 三相有源逆變電路

4. 2. 1 三相半波逆變電路的工作原理

4. 2. 2 三相橋式全控有源逆變電路

4. 2. 3 有源逆變失敗的原因與控制角的限制

4. 3 有源逆變的應用

4. 3. 1 高壓直流輸電

4. 3. 2 繞線式非同步電動機晶閘管串級調速

4. 3. 3 兩組變流器反並聯的直流可逆電力拖動系統

4. 4 整流電路的功率因數及其改善的方法

4. 4. 1 整流電路的功率因數

4. 4. 2 提高功率因數的措施

4. 5 小結

4. 6 習題

第5章 直直變換器

5. 1 降壓變換器

5. 1. 1 連續導電模式

5. 1. 2 不連續導電模式

5. 2 升壓變換器

5. 2. 1 連續導電模式

5. 2. 2 不連續導電模式

5. 3 升-降壓變換器

5. 3. 1 連續導電模式

5. 3. 2 不連續導電模式

5. 4 丘克變換器

5. 5 多象限直流變換器

5. 5. 1 橋臂式二象限直流變換器

5. 5. 2 混合橋式二象限直直變換器

5. 5. 3 四象限直直變換器

5. 6 多相多重直直變換器

5. 7 帶隔離變壓器的直直變換器

5. 7. 1 正激式 Forward 變換器

5. 7. 2 反激式 Flyback 變換器

5. 7. 3 推挽式變換器

5. 7. 4 半橋式變換器

5. 7. 5 全橋式變換器

第6章 無源逆變電路

6. 1 無源逆變電路的原理

6. 1. 1 單相半橋逆變電路

6. 1. 2 單相全橋逆變電路

6. 1. 3 推挽式單相逆變電路

6. 1. 4 三相橋式逆變電路

6. 2 逆變器基本類型和性能指標

6. 2. 1 逆變器基本類型

6. 2. 2 逆變器輸出波形性能指標

6. 3 三相逆變器工作原理

6. 3. 1 電壓型三相逆變器工作原理

6. 3. 2 電流型三相逆變器工作原理

6. 4 PWM技術

6. 4. 1 正弦脈衝寬度調製原理

6. 4. 2 SPWM的基波電壓

6. 4. 3 對脈寬調製的制約條件

6. 4. 4 同步調製與非同步調製

6. 4. 5 脈寬調製逆變器的基本控制方法

6. 5 逆變器輸出的其他控制方法

6. 5. 1 電流跟蹤控制

6. 5. 2 開關頻率恆定的電流跟蹤型PWM控制技術

6. 5. 3 電壓空間矢量PWM控制 磁鏈跟蹤控制

6. 6 三電平逆變器的原理與電路

6. 6. 1 電路原理

6. 6. 2 三電平逆變器的輸出波形

6. 7 多重化技術

6. 7. 1 多重電流型逆變器

6. 7. 2 多重電壓型逆變器

6. 8 習題

第7章 PWM整流電路及其應用

7. 1 脈衝整流電路的基本原理及分類

7. 1. 1 基本原理

7. 1. 2 PWM整流器的分類與對偶性

7. 2 電壓型PWM整流器

7. 2. 1 單相PWM整流器主電路結構及工作原理

7. 2. 2 主要方程式及相量圖

7. 2. 3 工作模式及能量關係

7. 2. 4 電壓型三相PWM整流器主電路結構及工作原理

7. 2. 5 電壓型PWM整流器的控制

7. 3 電流型PWM整流器

7. 3. 1 單相PWM整流器主電路結構及其工作原理

7. 3. 2 主要方程式及相量圖

7. 3. 3 工作模式及能量關係

7. 3. 4 單相電流型晶閘管PWM整流器工作原理

7. 3. 5 三相電流型PWM整流器主電路結構及其工作原理

7. 4 電流型PWM整流器與電壓型PWM整流器的性能特點比較

7. 5 PWM整流器的應用

7. 5. 1 PWM整流器在電力機車上的應用

7. 5. 2 PWM整流器在大容量通用變頻器中的應用

7. 5. 3 有源電子負載

7. 5. 4 可再生能源和儲能系統與電網間的互聯

7. 6 小結

7. 7 習題

第8章 諧振變換器

8. 1 概述

8. 2 諧振電路的基本概念,

8. 2. 1 串聯諧振電路工作原理

8. 2. 2 並聯諧振電路工作原理

8. 2. 3 高階諧振電路

8. 3 負載諧振換流器

8. 3. 1 串聯負載諧振換流器

8. 3. 2 並聯負載諧振換流器

8. 3. 3 高階諧振換流器

8. 3. 4 E類換流器

8. 4 諧振開關換流器

8. 4. 1 零電流諧振開關換流器

8. 4. 2 零電壓諧振開關換流器

8. 5 諧振直流連接逆變器

8. 6 雙向諧振換流器

8. 7 小結

8. 8 習題

第9章 交流調壓電路及交交變頻電路

9. 1 概述

9. 1. 1 交流電力控制電路基本類型及其應用

9. 1. 2 交交變頻電路基本類型及其應用

9. 2 單相交流調壓電路

9. 2. 1 電阻負載工況分析

9. 2. 2 感性負載工況分析

9. 3 三相交流調壓電路

9. 3. 1 主電路基本形式

9. 3. 2 控制原則及工作條件分析

9. 3. 3 三相交流調壓電路典型波形分析

9. 4 其他類型的交流電力控制電路

9. 4. 1 交流調功電路

9. 4. 2 交流電力電子開關

9. 4. 3 交流斬波調壓電路

9. 5 三相交交變頻電路

9. 6 交交變頻電路的運行方式及性能特點

9. 6. 1 有環流與無環流運行方式

9. 6. 2 輸出電壓的控制

9. 6. 3 輸入側功率因數

9. 7 其他類型的交交變頻電路

9. 7. 1 三倍倍頻電路

9. 7. 2 負載換流的倍頻電路

9. 7. 3 矩陣式交交變頻電路

9. 8 習題

第10章 電力電子裝置對電網的影響及其抑制措施

10. 1 概述

10. 1. 1 諧波污染

10. 1. 2 功率因數

10. 1. 3 電磁干擾

10. 2 諧波的特性及其抑制

10. 2. 1 諧波產生機理

10. 2. 2 諧波抑制的方法

10. 3 功率因數校正

10. 3. 1 基本概念

10. 3. 2 功率因數校正電路

10. 4 電磁干擾的分類及其抑制

10. 4. 1 電磁干擾的分類

10. 4. 2 電磁干擾抑制

第11章 電力電子器件的應用基礎

11. 1 晶閘管觸發電路

11. 1. 1 晶閘管對觸發電路的基本要求

11. 1. 2 觸發電路的型式

11. 1. 3 單結晶體管移相觸發電路

11. 2 可關斷晶閘管 GTO 的門控電路

11. 2. 1 門極驅動特性

11. 2. 2 門極控制信號波形分析

11. 2. 3 GTO的門控電路

11. 3 電力MOSFET和IGBT的柵控電路及其模塊

11. 3. 1 電力MOSFET的柵極驅動電路

11. 3. 2 IGBT的柵極驅動電路

11. 4 電力電子器件的串並聯應用及系統容量擴展

11. 4. 1 晶閘管的串並聯

11. 4. 2 GTO的串並聯應用

11. 4. 3 功率MOSFET的並聯應用

11. 4. 4 IGBT的串並聯應用

11. 5 器件使用中的保護措施

11. 5. 1 晶閘管的保護措施

11. 5. 2 功率MOSFET的保護

11. 5. 3 GTO的過電流保護

11. 5. 4 IGBT的保護

11. 6 電力電子器件的緩衝電路

11. 6. 1 緩衝電路的作用與基本類型

11. 6. 2 緩衝電路的基本結構

11. 7 器件的散熱

11. 7. 1 散熱的原理與重要性

11. 7. 2 散熱器及其安裝

11. 8 習題

參考文獻