電力電子技術
宋文勝,周國華
- 出版商: 科學出版
- 出版日期: 2024-05-01
- 定價: $354
- 售價: 8.5 折 $301
- 語言: 簡體中文
- 頁數: 247
- ISBN: 703076546X
- ISBN-13: 9787030765468
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電力電子 Power-electronics
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商品描述
本書是針對電氣工程及其自動化專業基礎課程教學需求而編寫的教材。為了體現電力電子學科的完整性，以及展現該領域最新技術成果和學科發展方向，作者對其內容和結構進行精心編排設計，強調對電力電子學的電路原理、拓撲構建、分析方法的認知和掌握，適應當前新工科專業本科教學的需求。本書內容包括電力電子技術的形成發展與應用領域、電力電子器件的原理與特性、直-直變換電路、相控整流電路、直-交變換電路、脈寬調制技術、交-交變換電路、軟開關技術、交-直脈沖整流與有源功率因數校正電路、電力電子電路中的磁性元件等。
目錄大綱
目錄
第1章 緒論1
1.1 電力電子技術的定義1
1.2 電力電子變換的類型和原理2
1.3 電力電子技術的應用3
習題6
第2章 電力電子器件的原理與特性7
2.1 電力電子器件的分類與損耗7
2.1.1 電力電子器件的分類7
2.1.2 電力電子器件的損耗9
2.2 功率二極管10
2.2.1 功率二極管的基本特性10
2.2.2 功率二極管的主要參數12
2.2.3 功率二極管的主要類型13
2.3 晶閘管13
2.3.1 晶閘管的結構與工作原理14
2.3.2 晶閘管的特性16
2.3.3 晶閘管的主要參數18
2.3.4 晶閘管的主要類型20
2.4 門極關斷晶閘管20
2.5 功率場效應晶體管22
2.5.1 功率MOSFET的基本結構和工作原理22
2.5.2 功率MOSFET的特性23
2.5.3 功率MOSFET的安全工作區25
2.5.4 功率MOSFET的主要參數26
2.6 絕緣柵雙極型晶體管27
2.6.1 IGBT的工作原理27
2.6.2 IGBT的基本特性28
2.6.3 IGBT的擎住效應和安全工作區30
2.6.4 IGBT的主要參數31
2.7 集成門極換向晶閘管31
2.8 寬禁帶電力電子器件32
2.8.1 寬禁帶器件的材料特性32
2.8.2 寬禁帶器件的電氣特性33
2.9 電力電子器件的共性問題35
2.9.1 功率模塊與功率集成電路35
2.9.2 電力電子器件的驅動35
2.9.3 電力電子器件的保護38
2.9.4 電力電子器件的熱問題39
習題40
第3章 直-直變換電路42
3.1 概述42
3.2 Buck變換器44
3.2.1 Buck變換器的由來44
3.2.2 工作原理分析46
3.2.3 邊界條件49
3.3 Boost變換器51
3.3.1 Boost變換器的由來51
3.3.2 工作原理分析51
3.3.3 邊界條件54
3.4 Buck-Boost變換器55
3.4.1 Buck-Boost變換器的由來55
3.4.2 工作原理分析57
3.4.3 邊界條件59
3.5 Cuk變換器59
3.5.1 Cuk變換器的由來59
3.5.2 工作原理分析60
3.6 正激變換器61
3.6.1 正激變換器的由來61
3.6.2 工作原理分析62
3.6.3 雙管正激變換器和推輓變換器64
3.7 反激變換器65
3.7.1 反激變換器的由來65
3.7.2 工作原理分析66
3.8 橋式變換器69
3.8.1 半橋變換器69
3.8.2 全橋變換器71
3.9 直-直變換電路模擬74
3.9.1 模擬概述74
3.9.2 非隔離型直-直變換器模擬75
3.9.3 隔離型直-直變換器模擬77
習題79
第4章 相控整流電路81
4.1 概述81
4.1.1 相控整流電路的類型81
4.1.2 與相控整流電路有關的幾個概念81
4.2 單相橋式全控整流電路82
4.2.1 帶阻性負載的單相橋式全控整流電路82
4.2.2 帶感性負載的單相橋式全控整流電路84
4.2.3 帶反電勢負載的單相橋式全控整流電路87
4.3 三相橋式全控整流電路88
4.3.1 三相半波可控整流電路88
4.3.2 帶阻性負載的三相橋式全控整流電路94
4.3.3 帶感性負載的三相橋式全控整流電路98
4.4 變壓器漏感對整流電路的影響100
4.4.1 換相期間的整流輸出電壓100
4.4.2 換相壓降Ud的計算101
4.4.3 換相重疊角的計算102
4.5 整流電路的諧波和功率因數103
4.5.1 諧波和功率因數的定義103
4.5.2 相控整流電路交流側諧波和功率因數分析105
4.5.3 直流側輸出電壓諧波分析107
4.6 相控有源逆變電路109
4.6.1 相控有源逆變原理及實現條件109
4.6.2 橋式整流電路的有源逆變工作狀態111
4.6.3 逆變失敗與最小逆變角113
4.7 應用案例分析114
4.7.1 直流輸電114
4.7.2 工業用相控整流電源116
習題117
第5章 直-交變換電路與脈寬調制技術119
5.1 電壓型逆變電路工作原理及其方波控制119
5.1.1 單相橋式電壓型逆變電路120
5.1.2 三相橋式電壓型逆變電路工作原理及其方波控制124
5.2 電流型逆變電路工作原理及其方波控制129
5.2.1 單相橋式電流型逆變電路130
5.2.2 三相橋式電流型逆變電路工作原理及其方波控制132
5.3 脈寬調制技術135
5.3.1 脈寬調制的起源與定義135
5.3.2 脈寬調制的基本原理135
5.4 載波脈寬調制技術137
5.4.1 載波脈寬調制的基本原理137
5.4.2 單極性與雙極性調制138
5.4.3 同步與異步調制142
5.4.4 載波脈寬調制的實現方法144
5.5 空間矢量脈寬調制技術146
5.5.1 空間矢量的定義146
5.5.2 空間電壓矢量脈寬調制的原理147
5.5.3 載波脈寬調制與空間電壓矢量調制的內在聯系149
5.6 特定次諧波消除脈寬調制154
5.7 電流滯環跟蹤脈寬調制156
5.8 逆變電路的多重化與多電平化技術157
5.8.1 逆變電路的多重化157
5.8.2 逆變電路的多電平化159
5.9 三相電壓型逆變器的模擬及其應用案例161
習題165
第6章 交-交變換電路167
6.1 交流調壓電路167
6.1.1 相控交流調壓電路167
6.1.2 斬控交流調壓電路170
6.2 交-交變頻電路171
6.2.1 相控交-交變頻電路171
6.2.2 單相交-交變頻電路174
6.2.3 三相交-交變頻電路176
6.2.4 矩陣式變換器176
6.3 交-交變換電路的應用179
6.3.1 交流調壓電路的應用179
6.3.2 矩陣式變換器的應用180
習題180
第7章 軟開關技術182
7.1 軟開關的概念與分類182
7.1.1 軟開關的概念182
7.1.2 軟開關的分類183
7.2 準諧振變換器185
7.2.1 零電壓開關準諧振變換器185
7.2.2 零電流開關準諧振變換器187
7.3 零開關PWM變換器189
7.3.1 零電壓開關PWM變換器189
7.3.2 零電流開關PWM變換器191
7.3.3 移相控制零電壓開關PWM全橋變換器193
7.4 零轉換PWM變換器196
7.4.1 零電壓轉換PWM變換器196
7.4.2 零電流轉換PWM變換器198
習題200
第8章 交-直脈沖整流與有源PFC電路202
8.1 交-直脈沖整流與功率因數校正電路概述202
8.2 電壓型PWM整流電路拓撲與工作原理202
8.2.1 單相電壓型PWM整流電路拓撲與工作原理202
8.2.2 三相電壓型PWM整流電路拓撲與工作原理206
8.3 電壓型PWM整流電路控制方法209
8.3.1 PWM整流電路的控制系統結構209
8.3.2 PWM整流電路的控制方法211
8.4 功率因數校正變換器215
8.4.1 無源PFC電路215
8.4.2 有源PFC電路216
8.5 單相Boost功率因數校正變換電路216
8.5.1 DCM Boost PFC變換電路216
8.5.2 CCM Boost PFC變換電路218
8.5.3 BCM Boost PFC變換電路220
8.5.4 交錯並聯Boost PFC變換電路220
8.6 單相隔離功率因數校正變換電路221
8.6.1 反激PFC變換電路221
8.6.2 正激PFC變換電路222
習題224
第9章 電力電子電路中的磁性元件226
9.1 基礎磁理論226
9.1.1 基本物理關系226
9.1.2 磁路227
9.1.3 磁路與電路的類比228
9.2 常用磁性元件229
9.2.1 電感230
9.2.2 變壓器233
9.3 磁性元件的損耗236
9.3.1 磁性元件的鐵耗236
9.3.2 磁性元件的銅耗238
9.4 常用磁性材料239
9.4.1 磁性材料的分類239
9.4.2 磁芯材料的選用239
9.5 磁性元件設計240
9.5.1 電感設計關鍵240
9.5.2 電感設計步驟241
9.5.3 變壓器設計方法243
9.5.4 變壓器設計步驟244
習題247
參考文獻248
第1章 緒論1
1.1 電力電子技術的定義1
1.2 電力電子變換的類型和原理2
1.3 電力電子技術的應用3
習題6
第2章 電力電子器件的原理與特性7
2.1 電力電子器件的分類與損耗7
2.1.1 電力電子器件的分類7
2.1.2 電力電子器件的損耗9
2.2 功率二極管10
2.2.1 功率二極管的基本特性10
2.2.2 功率二極管的主要參數12
2.2.3 功率二極管的主要類型13
2.3 晶閘管13
2.3.1 晶閘管的結構與工作原理14
2.3.2 晶閘管的特性16
2.3.3 晶閘管的主要參數18
2.3.4 晶閘管的主要類型20
2.4 門極關斷晶閘管20
2.5 功率場效應晶體管22
2.5.1 功率MOSFET的基本結構和工作原理22
2.5.2 功率MOSFET的特性23
2.5.3 功率MOSFET的安全工作區25
2.5.4 功率MOSFET的主要參數26
2.6 絕緣柵雙極型晶體管27
2.6.1 IGBT的工作原理27
2.6.2 IGBT的基本特性28
2.6.3 IGBT的擎住效應和安全工作區30
2.6.4 IGBT的主要參數31
2.7 集成門極換向晶閘管31
2.8 寬禁帶電力電子器件32
2.8.1 寬禁帶器件的材料特性32
2.8.2 寬禁帶器件的電氣特性33
2.9 電力電子器件的共性問題35
2.9.1 功率模塊與功率集成電路35
2.9.2 電力電子器件的驅動35
2.9.3 電力電子器件的保護38
2.9.4 電力電子器件的熱問題39
習題40
第3章 直-直變換電路42
3.1 概述42
3.2 Buck變換器44
3.2.1 Buck變換器的由來44
3.2.2 工作原理分析46
3.2.3 邊界條件49
3.3 Boost變換器51
3.3.1 Boost變換器的由來51
3.3.2 工作原理分析51
3.3.3 邊界條件54
3.4 Buck-Boost變換器55
3.4.1 Buck-Boost變換器的由來55
3.4.2 工作原理分析57
3.4.3 邊界條件59
3.5 Cuk變換器59
3.5.1 Cuk變換器的由來59
3.5.2 工作原理分析60
3.6 正激變換器61
3.6.1 正激變換器的由來61
3.6.2 工作原理分析62
3.6.3 雙管正激變換器和推輓變換器64
3.7 反激變換器65
3.7.1 反激變換器的由來65
3.7.2 工作原理分析66
3.8 橋式變換器69
3.8.1 半橋變換器69
3.8.2 全橋變換器71
3.9 直-直變換電路模擬74
3.9.1 模擬概述74
3.9.2 非隔離型直-直變換器模擬75
3.9.3 隔離型直-直變換器模擬77
習題79
第4章 相控整流電路81
4.1 概述81
4.1.1 相控整流電路的類型81
4.1.2 與相控整流電路有關的幾個概念81
4.2 單相橋式全控整流電路82
4.2.1 帶阻性負載的單相橋式全控整流電路82
4.2.2 帶感性負載的單相橋式全控整流電路84
4.2.3 帶反電勢負載的單相橋式全控整流電路87
4.3 三相橋式全控整流電路88
4.3.1 三相半波可控整流電路88
4.3.2 帶阻性負載的三相橋式全控整流電路94
4.3.3 帶感性負載的三相橋式全控整流電路98
4.4 變壓器漏感對整流電路的影響100
4.4.1 換相期間的整流輸出電壓100
4.4.2 換相壓降Ud的計算101
4.4.3 換相重疊角的計算102
4.5 整流電路的諧波和功率因數103
4.5.1 諧波和功率因數的定義103
4.5.2 相控整流電路交流側諧波和功率因數分析105
4.5.3 直流側輸出電壓諧波分析107
4.6 相控有源逆變電路109
4.6.1 相控有源逆變原理及實現條件109
4.6.2 橋式整流電路的有源逆變工作狀態111
4.6.3 逆變失敗與最小逆變角113
4.7 應用案例分析114
4.7.1 直流輸電114
4.7.2 工業用相控整流電源116
習題117
第5章 直-交變換電路與脈寬調制技術119
5.1 電壓型逆變電路工作原理及其方波控制119
5.1.1 單相橋式電壓型逆變電路120
5.1.2 三相橋式電壓型逆變電路工作原理及其方波控制124
5.2 電流型逆變電路工作原理及其方波控制129
5.2.1 單相橋式電流型逆變電路130
5.2.2 三相橋式電流型逆變電路工作原理及其方波控制132
5.3 脈寬調制技術135
5.3.1 脈寬調制的起源與定義135
5.3.2 脈寬調制的基本原理135
5.4 載波脈寬調制技術137
5.4.1 載波脈寬調制的基本原理137
5.4.2 單極性與雙極性調制138
5.4.3 同步與異步調制142
5.4.4 載波脈寬調制的實現方法144
5.5 空間矢量脈寬調制技術146
5.5.1 空間矢量的定義146
5.5.2 空間電壓矢量脈寬調制的原理147
5.5.3 載波脈寬調制與空間電壓矢量調制的內在聯系149
5.6 特定次諧波消除脈寬調制154
5.7 電流滯環跟蹤脈寬調制156
5.8 逆變電路的多重化與多電平化技術157
5.8.1 逆變電路的多重化157
5.8.2 逆變電路的多電平化159
5.9 三相電壓型逆變器的模擬及其應用案例161
習題165
第6章 交-交變換電路167
6.1 交流調壓電路167
6.1.1 相控交流調壓電路167
6.1.2 斬控交流調壓電路170
6.2 交-交變頻電路171
6.2.1 相控交-交變頻電路171
6.2.2 單相交-交變頻電路174
6.2.3 三相交-交變頻電路176
6.2.4 矩陣式變換器176
6.3 交-交變換電路的應用179
6.3.1 交流調壓電路的應用179
6.3.2 矩陣式變換器的應用180
習題180
第7章 軟開關技術182
7.1 軟開關的概念與分類182
7.1.1 軟開關的概念182
7.1.2 軟開關的分類183
7.2 準諧振變換器185
7.2.1 零電壓開關準諧振變換器185
7.2.2 零電流開關準諧振變換器187
7.3 零開關PWM變換器189
7.3.1 零電壓開關PWM變換器189
7.3.2 零電流開關PWM變換器191
7.3.3 移相控制零電壓開關PWM全橋變換器193
7.4 零轉換PWM變換器196
7.4.1 零電壓轉換PWM變換器196
7.4.2 零電流轉換PWM變換器198
習題200
第8章 交-直脈沖整流與有源PFC電路202
8.1 交-直脈沖整流與功率因數校正電路概述202
8.2 電壓型PWM整流電路拓撲與工作原理202
8.2.1 單相電壓型PWM整流電路拓撲與工作原理202
8.2.2 三相電壓型PWM整流電路拓撲與工作原理206
8.3 電壓型PWM整流電路控制方法209
8.3.1 PWM整流電路的控制系統結構209
8.3.2 PWM整流電路的控制方法211
8.4 功率因數校正變換器215
8.4.1 無源PFC電路215
8.4.2 有源PFC電路216
8.5 單相Boost功率因數校正變換電路216
8.5.1 DCM Boost PFC變換電路216
8.5.2 CCM Boost PFC變換電路218
8.5.3 BCM Boost PFC變換電路220
8.5.4 交錯並聯Boost PFC變換電路220
8.6 單相隔離功率因數校正變換電路221
8.6.1 反激PFC變換電路221
8.6.2 正激PFC變換電路222
習題224
第9章 電力電子電路中的磁性元件226
9.1 基礎磁理論226
9.1.1 基本物理關系226
9.1.2 磁路227
9.1.3 磁路與電路的類比228
9.2 常用磁性元件229
9.2.1 電感230
9.2.2 變壓器233
9.3 磁性元件的損耗236
9.3.1 磁性元件的鐵耗236
9.3.2 磁性元件的銅耗238
9.4 常用磁性材料239
9.4.1 磁性材料的分類239
9.4.2 磁芯材料的選用239
9.5 磁性元件設計240
9.5.1 電感設計關鍵240
9.5.2 電感設計步驟241
9.5.3 變壓器設計方法243
9.5.4 變壓器設計步驟244
習題247
參考文獻248
