电力电子技术及应用

目 录 第1章 绪论 ………………………………………………………………………………… 1 1.1 电力电子技术与电子技术 ……………………………………………………… 1 1.2 电力电子技术的内容 …………………………………………………………… 1 1.3 电力变换的种类和变流技术 …………………………………………………… 2 1.4 与相关学科的关系 ……………………………………………………………… 2 1.5 电力电子技术的应用 …………………………………………………………… 3 1.5.1 电力电子技术在各种电源技术中的应用 ……………………………… 3 1.5.2 电力电子技术在变频器中的应用 ……………………………………… 4 1.5.3 电力电子技术在电力系统中的应用 …………………………………… 4 1.5.4 电力电子技术在新能源汽车中的应用 ………………………………… 8 1.6 电力电子技术的诞生与发展 …………………………………………………… 8 本章小结 ……………………………………………………………………………… 11 习题 …………………………………………………………………………………… 11 第2章 电力电子器件及应用 …………………………………………………………… 12 2.1 电力电子器件的特点和分类 …………………………………………………… 12 2.1.1 电力电子器件的特点 ………………………………………………… 12 2.1.2 电力电子器件的分类 ………………………………………………… 13 2.1.3 电力电子器件的封装 ………………………………………………… 13 2.2 功率二极管 ……………………………………………………………………… 14 2.2.1 结型功率二极管基本结构和工作原理 ……………………………… 14 2.2.2 结型功率二极管的基本特性 ………………………………………… 15 2.2.3 快速功率二极管 ……………………………………………………… 17 2.2.4 肖特基势垒二极管 …………………………………………………… 18 2.2.5 功率二极管的主要参数 ……………………………………………… 19 2.2.6 功率二极管的应用特点 ……………………………………………… 19 2.3 晶闸管 …………………………………………………………………………… 20 2.3.1 晶闸管的结构和工作原理 …………………………………………… 20 2.3.2 晶闸管的特性和参数 ………………………………………………… 22 2.3.3 晶闸管派生器件 ……………………………………………………… 25 2.4 可关断晶闸管 …………………………………………………………………… 27 Ⅳ 2.5 功率场效应晶体管 ……………………………………………………………… 28 2.6 绝缘栅双极晶体管 ……………………………………………………………… 32 2.7 电力电子器件的集成和新型半导体材料 ……………………………………… 35 2.7.1 电力电子器件的集成 ………………………………………………… 35 2.7.2 新型半导体材料 ……………………………………………………… 35 2.8 电力电子器件的保护和缓冲 …………………………………………………… 36 2.8.1 电力电子器件的保护 ………………………………………………… 36 2.8.2 RCD 缓冲电路 ………………………………………………………… 37 本章小结 ……………………………………………………………………………… 38 习题 …………………………………………………………………………………… 39 第3章 DC-DC变换器(直流斩波电路)………………………………………………… 41 3.1 Buck变换器 …………………………………………………………………… 42 3.2 Boost变换器 …………………………………………………………………… 45 3.3 Cuk变换电路 …………………………………………………………………… 47 3.4 复合型变换电路 ………………………………………………………………… 49 3.5 变压器隔离型 DC-DC 变换电路 ……………………………………………… 53 3.6 DC-DC 斩波器的 Matlab仿真 ………………………………………………… 56 3.6.1 降压式直流斩波电路(Buck)仿真 …………………………………… 56 3.6.2 升压式直流斩波电路(Boost)仿真 …………………………………… 58 本章小结 ……………………………………………………………………………… 60 习题 …………………………………………………………………………………… 60 第4章 AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)………………………………………… 61 4.1 单相半波整流电路 ……………………………………………………………… 61 4.1.1 单相半波不可控整流电路 …………………………………………… 62 4.1.2 单相半波相控整流电路 ……………………………………………… 64 4.2 单相桥式整流电路 ……………………………………………………………… 69 4.2.1 单相桥式不可控整流电路 …………………………………………… 69 4.2.2 单相桥式相控整流电路 ……………………………………………… 69 4.2.3 单相全波可控整流电路 ……………………………………………… 73 4.3 三相半波整流电路 ……………………………………………………………… 74 4.3.1 三相半波相控整流电路(共阴极) …………………………………… 74 4.3.2 三相半波相控整流电路(共阳极) …………………………………… 78 4.4 三相桥式相控整流电路 ………………………………………………………… 79 4.5 变压器漏感对整流电路的影响 ………………………………………………… 85 4.6 整流电路的谐波和功率因数 …………………………………………………… 86 4.7 有源逆变电路 …………………………………………………………………… 88 4.7.1 逆变的概念 …………………………………………………………… 88 4.7.2 三相桥式整流电路的有源逆变工作状态 …………………………… 89 Ⅴ 4.7.3 逆变失败与*小逆变角的限制 ……………………………………… 90 4.8 晶闸管直流电动机系统 ………………………………………………………… 91 4.8.1 工作于整流状态时 …………………………………………………… 91 4.8.2 工作于有源逆变状态时 ……………………………………………… 94 4.8.3 直流可逆电力拖动系统 ……………………………………………… 94 4.9 AC-DC 变换器的 Matlab仿真 ………………………………………………… 96 4.9.1 单相半波晶闸管可控整流电路仿真 ………………………………… 96 4.9.2 单相桥式相控整流电路仿真 ………………………………………… 100 4.10 三相桥式全控整流电路实训 ………………………………………………… 103 本章小结 ……………………………………………………………………………… 105 习题 …………………………………………………………………………………… 105 _x00B_第5章 DC-AC逆变器(无源逆变电路) ……………………………………………… 107 5.1 DC-AC 逆变器概述 …………………………………………………………… 107 5.1.1 逆变器的基本原理 …………………………………………………… 107 5.1.2 逆变器的分类 ………………………………………………………… 110 5.2 电压型逆变器 ………………………………………………………………… 111 5.2.1 电压型方波逆变器 …………………………………………………… 111 5.2.2 电压型正弦波逆变器(PWM 控制技术)…………………………… 117 5.3 电流型逆变器 ………………………………………………………………… 126 5.4 单相全桥逆变电路 Matlab仿真……………………………………………… 130 5.5 DC-AC 逆变器的实训(车载逆变器实训)…………………………………… 132 本章小结 ……………………………………………………………………………… 134 _x00B_习题 …………………………………………………………………………………… 134 实践任务 ……………………………………………………………………………… 135 _x00B_第6章 AC-AC变换器 ………………………………………………………………… 136 6.1 AC-AC 变换器概述 …………………………………………………………… 136 6.2 交流调压电路 ………………………………………………………………… 137 6.2.1 单相交流调压电路 …………………………………………………… 137 6.2.2 三相交流调压电路 …………………………………………………… 140 6.3 交流调功电路 ………………………………………………………………… 142 6.4 AC-AC 变频电路 ……………………………………………………………… 144 6.4.1 单相 AC-AC 变频电路 ……………………………………………… 144 6.4.2 三相 AC-AC 变频电路 ……………………………………………… 148 6.5 单相交流调压电路的 Matlab仿真 …………………………………………… 150 6.6 AC-AC 变换器的实训 ………………………………………………………… 152 6.6.1 单相晶闸管交流调压电路实训 ……………………………………… 152 6.6.2 单相双向晶闸管交流调压电路实训 ………………………………… 153 _x00B_本章小结 ……………………………………………………………………………… 154 Ⅵ 习题 …………………………………………………………………………………… 155 实践任务 ……………………………………………………………………………… 155 _x00B_第7章 交直流调速技术 ………………………………………………………………… 156 7.1 交直流调速技术概述 ………………………………………………………… 156 7.1.1 交直流调速技术的发展及应用概况 ………………………………… 156 7.1.2 调速系统的稳态指标 ………………………………………………… 157 7.1.3 比例-积分控制规律和无静差调速系统 …………………………… 159 7.2 直流调速技术 ………………………………………………………………… 162 7.2.1 直流调速方式及调速用可控直流电源 ……………………………… 162 7.2.2 晶闸管-直流电动机开环调速系统存在的问题 …………………… 165 7.2.3 单闭环直流调速系统 ………………………………………………… 165 7.2.4 转速-电流双闭环直流调速系统 …………………………………… 170 7.2.5 单闭环直流调速系统 Matlab仿真 ………………………………… 173 7.2.6 单闭环晶闸管直流调速系统实训 …………………………………… 177 7.3 交流调速技术 ………………………………………………………………… 181 7.3.1 交流调速方式 ………………………………………………………… 181 7.3.2 交流异步电动机的软起动与降压节能原理 ………………………… 182 7.3.3 交流变频调速 ………………………………………………………… 185 7.3.4 矢量控制与直接转矩控制 …………………………………………… 194 7.3.5 变频器的应用 ………………………………………………………… 198 7.4 西门子 MM440变频器实训 ………………………………………………… 203 7.4.1 变频器的面板操作与运行 …………………………………………… 203 7.4.2 变频器的外部运行操作 ……………………………………………… 206 7.4.3 变频器的模拟信号操作控制 ………………………………………… 209 7.4.4 变频器的多段速运行操作 …………………………………………… 212 本章小结 ……………………………………………………………………………… 215 习题 …………………………………………………………………………………… 215 _x00B_参考文献 …………………………………………………………………………………… 217