电力电子技术/南余荣

目 录

0 绪论 1
0．1 电力电子技术的概念与典型应用 1
0．1．1 电力电子技术的概念 1
0．1．2 电力电子技术的典型应用 1
0．2 电力电子技术的研究内容 4
0．2．1 电力电子器件 4
0．2．2 电能变换技术 4
0．3 电力电子技术的发展及趋势 7
0．3．1 电力电子技术的发展概述 7
0．3．2 电力电子技术的发展趋势 10
0．4 本书的内容简介 11
思考题与习题 12
第1章 电力电子器件 13
1．1 电力电子器件概述 13
1．1．1 电力电子器件的基本概念 13
1．1．2 电力电子器件的开关模型与
基本特点 14
1．1．3 电力电子器件的作用 15
1．2 电力二极管 16
1．2．1 PN结的工作原理 16
1．2．2 电力二极管的工作特性 17
1．2．3 电力二极管的主要参数 19
1．2．4 电力二极管的主要类型 21
1．3 晶闸管及其派生器件 22
1．3．1 晶闸管的结构和工作原理 22
1．3．2 晶闸管的基本特性 24
1．3．3 晶闸管的主要特性参数 26
1．3．4 晶闸管的派生器件 29
1．3．5 门极可关断晶闸管GTO 32
1．4 电力晶体管GTR 33
1．4．1 GTR的结构和基本特性 34
1．4．2 GTR的主要参数 35
1．4．3 GTR的二次击穿现象与安全
工作区 36
1．5 电力场效应晶体管Power MOSFET 36
1．5．1 电力MOSFET的结构和
工作原理 37
1．5．2 电力MOSFET的基本特性 38
1．5．3 电力MOSFET的主要参数 39
1．6 绝缘栅双极晶体管IGBT 40
1．6．1 IGBT的结构和工作原理 41
1．6．2 IGBT的基本特性和主要参数 41
1．6．3 IGBT的擎住效应和安全
工作区 43
1．6．4 NPT型IGBT简介 44
1．7 其他电力电子器件 45
1．7．1 智能功率模块与功率集成电路 45
1．7．2 电子注入增强栅晶体管IEGT 46
1．7．3 MOS控制晶闸管MCT 46
1．7．4 集成门极换流晶闸管IGCT 46
1．7．5 静电感应晶体管SIT 48
1．7．6 静电感应晶闸管SITH 49
1．7．7 基于宽禁带半导体材料的
电力电子器件 49
本章小结 50
思考题与习题 51
第2章 电力电子器件的使用 53
2．1 电力电子器件的驱动电路 53
2．1．1 晶闸管触发电路 54
2．1．2 可关断晶闸管的门极驱动电路 59
2．1．3 大功率晶体管的基极驱动电路 60
2．1．4 电力MOSFET的栅极驱动
电路 61
2．1．5 IGBT的门极驱动电路 63
2．2 电力电子器件的保护 64
2．2．1 过电压的产生及过电压保护 64
2．2．2 过电流的产生及过电流保护 67
2．2．3 电力电子器件的热路及过热
保护 69
2．2．4 缓冲电路 71
2．3 电力电子器件的串联和并联使用 77
2．3．1 晶闸管的串联和并联使用原则 77
2．3．2 电力MOSFET和IGBT并联
运行 78
本章小结 78
思考题与习题 79
第3章 直流-直流变换技术 80
3．1 DC-DC变换的基本控制方式 80
3．2 基本斩波电路 81
3．2．1 降压斩波电路 81
3．2．2 升压斩波电路 87
3．2．3 升降压斩波电路 92
3．2．4 Cuk（库克）斩波电路 93
3．2．5 Speic和Zeta斩波电路 95
3．3 组合式斩波电路 97
3．3．1 电流可逆斩波电路 97
3．3．2 桥式可逆斩波电路 97
3．3．3 多相多重斩波电路 98
3．4 隔离型直流变换电路 99
3．4．1 正激电路 99
3．4．2 反激电路 101
3．4．3 半桥电路 103
3．4．4 全桥电路 105
3．4．5 推挽电路 106
3．5 反激式开关电源设计 107
3．5．1 开关电源电路组成 108
3．5．2 开关电源的性能指标 109
3．5．3 反激式开关电源电路分析 110
3．5．4 高频变压器的设计与计算 112
本章小结 115
思考题与习题 115
第4章 直流-交流变换技术 118
4．1 逆变器的分类与换流方式 118
4．1．1 逆变器的分类 118
4．1．2 换流方式 119
4．2 单相方波逆变电路 119
4．2．1 电压型单相方波逆变电路 120
4．2．2 电流型单相方波逆变电路 123
4．3 单相SPWM逆变技术 124
4．3．1 三角波调制法及其控制模式 124
4．3．2 同步调制与异步调制 125
4．3．3 单极性与双极性SPWM模式 126

4．3．4 SPWM的自然取样法和规则
取样法 127
4．3．5 电流跟踪SPWM逆变控制
技术 129
4．4 三相桥式方波逆变电路 131
4．4．1 电压型三相逆变电路 131
4．4．2 电流型三相逆变电路 134
4．5 三相SPWM逆变技术 137
4．5．1 三相SPWM逆变控制与输出
电压波形 137
4．5．2 三相SPWM逆变电路输出
电压波形分析 138
4．5．3 电压空间矢量PWM（SVPWM）
控制技术 141
4．6 多重逆变电路和多电平逆变电路 144
4．6．1 多重逆变电路 144
4．6．2 PWM逆变电路的多重化 147
4．6．3 多电平逆变电路 148
本章小结 149
思考题与习题 149
第5章 交流-直流变换技术 151
5．1 单相可控整流电路 151
5．1．1 单相全控桥式整流电路 151
5．1．2 单相全波可控整流电路 158
5．1．3 其他单相可控整流电路 160
5．2 三相可控整流电路 161
5．2．1 三相半波可控整流电路 161
5．2．2 三相桥式全控整流电路 166
5．2．3 触发电路的定相 173
5．3 变压器漏感对整流电路的影响 175
5．3．1 换相的物理过程和整流
电压波形 175
5．3．2 换相压降和换相重叠角 176
5．4 可控整流电路的有源逆变工作状态 178
5．4．1 单相可控整流电路的有源
逆变分析 178
5．4．2 三相整流电路的有源逆变
工作状态 181
5．4．3 逆变失败与*小逆变角
的限制 184
5．5 电容滤波的不可控整流电路 186

5．5．1 电容滤波的单相不可控
整流电路 186
5．5．2 电容滤波的三相不可控
整流电路 187
5．6 电压型单相PWM整流电路 189
5．6．1 低压大电流高频整流电路 189
5．6．2 电压型单相单管PWM
整流电路 192
5．6．3 电压型单相桥式PWM
整流电路 195
5．7 电压型三相PWM整流电路 198
5．7．1 电压型三相PWM整流电路 198
5．7．2 电流间接控制的三相PWM
整流系统 199
5．7．3 电流直接控制的三相PWM
整流系统 200
本章小结 200
思考题与习题 202
第6章 交流-交流变换技术 205
6．1 交流调压电路 205
6．1．1 单相交流调压电路 205
6．1．2 三相交流调压器 210
6．1．3 PWM斩控三相交流调压电路 213
6．2 交-交变频电路 213
6．2．1 单相交-交变频电路 213
6．2．2 三相交-交变频电路 218
6．3 矩阵式变换器 222
6．3．1 矩阵式变换器的拓扑结构 222
6．3．2 矩阵式变换器的功率开关 223
6．3．3 矩阵式变换器的换流 223
6．3．4 矩阵式变换器的控制原理 224
6．4 其他交流电力控制电路 227
6．4．1 交流调功电路 227
6．4．2 交流电力电子开关 228
本章小结 228
思考题与习题 229



第7章 软开关技术 230
7．1 软开关的基本概念 230
7．1．1 开关过程器件损耗及
开关方式 230
7．1．2 零电压开关与零电流开关 231
7．1．3 软开关电路的分类 232
7．2 准谐振软开关换流器 234
7．2．1 零电流准谐振变换器 235
7．2．2 零电压准谐振变换器 238
7．2．3 谐振型直流连接逆变器 241
7．3 零电压开关谐振变换器 243
7．3．1 全桥零电压开关LLC谐振
变换器 243
7．3．2 移相全桥型零电压开关PWM
直流-直流变换器 252
7．4 零电压转换PWM变换器 254
7．5 软开关技术新进展 255
本章小结 255
思考题与习题 256
第8章 电力电子技术在清洁能源系统中
的应用 257
8．1 清洁能源与组合电路概述 257
8．2 太阳能系统 258
8．3 风能系统 261
8．4 燃料电池能源系统 263
8．5 清洁能源汽车动力系统 264
8．5．1 纯电动汽车 264
8．5．2 混合动力汽车 265
8．6 混合能源发电系统 266
8．7 电力电子在清洁能源系统中应用的
关键技术 267
本章小结 270
思考题与习题 270
参考文献 271