《電力電子技術(shù) 第3版》以編者2010年出版的普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材、2011年江蘇省高等學(xué)校精品教材《電力電子技術(shù)第2版》為基礎(chǔ),從電力電子技術(shù)應(yīng)用的角度出發(fā),簡明扼要地介紹了常用的不可控型、半控型和全控型電力電子器件;重點討論了交流直流變換、直流交流變換、交流交流變換、直流直流變換等電力電子變流電路。為強化高等職業(yè)教育的實踐技能培養(yǎng),《電力電子技術(shù) 第3版》介紹了基于MATLAB的圖形化仿真實驗內(nèi)容;镜慕虒W(xué)內(nèi)容均配有仿真實驗實例;另外還安排了課程設(shè)計等實踐內(nèi)容;《電力電子技術(shù) 第3版》內(nèi)容敘述詳細,便于自學(xué);仿真實驗指導(dǎo)循序漸進,便于初學(xué)者掌握!峨娏﹄娮蛹夹g(shù) 第3版》的特色是提供了與理論分析波形相對應(yīng)的仿真實驗波形和實物實驗波形,有利于加強學(xué)生的感性認識。內(nèi)容深入淺出、簡明扼要、實用性較強。和第2版相比,第3版增加了較多的例題和課后習(xí)題、優(yōu)化了直流交流變換電路部分的體系,新增了一定數(shù)量的仿真實驗內(nèi)容。
《電力電子技術(shù) 第3版》適用的讀者對象是電類相關(guān)專業(yè)的高職高專院校的學(xué)生,同時也可供從事電力電子技術(shù)工作的工程技術(shù)人員參考。
1. 為強化實踐技能的培養(yǎng),介紹了基于MATLAB的圖形化仿真技術(shù);镜慕虒W(xué)內(nèi)容均配有仿真實驗實例,另外安排了課程設(shè)計等實踐內(nèi)容。提供了與理論分析相對應(yīng)的仿真實驗和實物實驗波形,有利于加強學(xué)生的感性認識。
2. 教材內(nèi)容敘述詳細,便于自學(xué);仿真實驗指導(dǎo)循序漸進,便于初學(xué)者掌握。
3. 和第2版教材相比較,降低了難度,增加了一定數(shù)量的仿真實驗案例和較多的例題。每章后增加了類型多樣化的課后習(xí)題,并有配套的習(xí)題解答。
近年來,電力電子設(shè)備的數(shù)量和品種急劇增長,生產(chǎn)第一線迫切需要大量的、具有一定理論基礎(chǔ)和較高實踐技能的工程技術(shù)人員對其進行操作和維護。為適應(yīng)社會和經(jīng)濟發(fā)展對電力電子技術(shù)應(yīng)用性技能型人才培養(yǎng)的需求,我們編寫了《電力電子技術(shù) 第3版》。
“電力電子技術(shù)”是一門實踐性很強的課程,有大量的波形需要分析、計算。作者運用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的圖形化仿真技術(shù),對書中所討論的大部分變流電路進行了仿真實驗,在此基礎(chǔ)上進行了實物實驗,獲得了相應(yīng)的仿真實驗和實物實驗波形。通過對理論分析波形、仿真實驗波形和實物實驗波形的分析比較,增強了讀者的感性認識。《電力電子技術(shù) 第3版》內(nèi)容涵蓋了課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計多個教學(xué)環(huán)節(jié),特別強調(diào)實踐能力的培養(yǎng)。書中的MATLAB圖形化仿真技術(shù)對學(xué)生更好地掌握電力電子技術(shù)和提高應(yīng)用能力具有重要作用,可以彌補教學(xué)實驗設(shè)備短缺的不足,對提高教學(xué)效果起到事半功倍的作用。
《電力電子技術(shù) 第3版》除“緒論”外,第1章介紹了功率二極管、晶閘管、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、大功率晶體管(GTR)、功率場效應(yīng)晶體管(PMOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等典型電力電子器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和主要參數(shù)。第2章介紹了交流直流變換技術(shù),具體分析了典型單相和三相整流電路的組成、工作原理、波形分析和基本計算。第3章介紹了直流交流變換技術(shù),從不同的換流方式出發(fā),分析了有源逆變和無源逆變(變頻)電路,討論了PWM調(diào)制技術(shù)。第4章介紹了交流交流變換技術(shù),分析了以晶閘管器件為基礎(chǔ)的交流調(diào)壓電路、交流開關(guān)和交流調(diào)功電路,交交變頻也歸在此章。第5章介紹了以全控型器件為基礎(chǔ)的直流直流變換技術(shù)。在第2~5章,每章的后面均安排了典型變換電路的仿真實驗內(nèi)容,以驗證理論分析的有效性。第6章安排了課程設(shè)計大綱及任務(wù)書內(nèi)容,給出了課程設(shè)計指導(dǎo)書。
和《電力電子技術(shù) 第3版》第2版相比,第3版針對高職高專院校教學(xué)特點,精簡了部分傳統(tǒng)內(nèi)容,降低了難度,整流和逆變部分增加了較多的例題;優(yōu)化了直流交流變換電路部分的體系,運用新版MATLAB仿真軟件進行了變流電路仿真,新增了一定數(shù)量的仿真實驗內(nèi)容?v觀《電力電子技術(shù) 第3版》,仿真實驗、課程設(shè)計等實踐性內(nèi)容達到《電力電子技術(shù) 第3版》的一半以上。另外,受篇幅限制,又考慮到各校實驗設(shè)備型號不一致,且一般都有自己的實驗指導(dǎo)書,為此刪去了第2版中“實驗指導(dǎo)書”這部分的內(nèi)容。
《電力電子技術(shù) 第3版》按48~56理論教學(xué)課時編寫;仿真實驗可在課后或校內(nèi)專業(yè)實習(xí)中完成;課程設(shè)計時間以2周為宜!峨娏﹄娮蛹夹g(shù) 第3版》由周淵深教授主編,宋永英高級實驗師參編。周淵深編寫了緒論和第1、2、3、4、5章的理論部分,宋永英編寫了課程設(shè)計部分,并提供了全部實驗波形,《電力電子技術(shù) 第3版》的仿真實驗內(nèi)容由周淵深和宋永英共同編寫。朱希榮參加了校稿工作,周玉琴繪制了《電力電子技術(shù) 第3版》插圖,《電力電子技術(shù) 第3版》由周淵深統(tǒng)稿。在編寫《電力電子技術(shù) 第3版》的過程中參閱和利用了部分兄弟院校的教材,在此向這些資料的作者一并致謝。為了與軟件版本中的圖形符號一致,書中仿真部分的圖形符號有些沒有采用國標,請讀者諒解。
由于作者水平有限,書中難免存在不妥之處,請讀者原諒,并提出寶貴意見。特別是仿真實驗?zāi)P椭皇亲髡咭罁?jù)對變流電路的原理分析進行搭建的,不是唯一的,更不是最優(yōu)的,期待讀者提出更好的方案與編者交流。
編者
出版說明
前言
緒論
0.1電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)
0.2電力電子技術(shù)的研究內(nèi)容
0.3電力電子器件
0.4電力電子變流技術(shù)
0.5電力電子技術(shù)的發(fā)展
0.6電力電子變流技術(shù)的應(yīng)用
0.7本課程的任務(wù)與要求
第1章電力電子器件
1.1功率二極管
1.1.1功率二極管及其工作原理
1.1.2功率二極管的伏安特性
1.1.3功率二極管的主要參數(shù)
1.1.4功率二極管的型號和選擇原則
1.1.5功率二極管的主要類型
1.2晶閘管
1.2.1晶閘管的結(jié)構(gòu)、電氣符號和外形
1.2.2晶閘管的工作原理
1.2.3晶閘管的伏安特性
1.2.4晶閘管的主要參數(shù)
1.2.5普通晶閘管的型號和選擇原則
1.2.6晶閘管的其他派生器件
1.3門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)
1.3.1GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理
1.3.2GTO的特性和主要參數(shù)
1.4電力晶體管(GTR)
1.4.1GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理
1.4.2GTR的特性和主要參數(shù)
1.5功率場效應(yīng)晶體管(PMOSFET)
1.5.1PMOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理
1.5.2PMOSFET的特性和主要參數(shù)
1.6絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)
1.6.1IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理
1.6.2IGBT的特性和主要參數(shù)
1.7其他新型電力電子器件
1.8典型電力電子器件的MATLAB仿真模型
1.8.1二極管的仿真模型
1.8.2晶閘管的仿真模型
1.8.3GTO的仿真模型
1.8.4IGBT的仿真模型
1.8.5MOSFET的仿真模型
1.8.6理想開關(guān)(Ideal Switch)的仿真模型
1.9典型電力電子器件的測試實驗
1.9.1晶閘管的簡單測試
1.9.2雙向晶閘管的簡單測試
1.9.3小功率光控晶閘管的簡單測試
1.9.4可關(guān)斷晶閘管的測試
1.9.5大功率晶體管的檢測方法
1.9.6功率場效應(yīng)晶體管的檢測方法
1.10習(xí)題
第2章交流直流變換電路及其仿真
2.1晶閘管單相可控整流電路
2.1.1單相半波可控整流電路(電阻性負載)
2.1.2單相半波可控整流電路(阻感性負載)
2.1.3單相半波可控整流電路(阻感性負載加續(xù)流二極管)
2.1.4單相橋式全控整流電路(電阻性負載)
2.1.5單相橋式全控整流電路(阻感性負載)
2.1.6單相橋式全控整流電路(反電勢負載)
2.1.7單相橋式半控整流電路(阻感性負載、不帶續(xù)流二極管)
2.1.8單相橋式半控整流電路(帶續(xù)流二極管)
2.2三相半波可控整流電路
2.2.1三相半波可控整流電路(電阻性負載)
2.2.2三相半波可控整流電路(阻感性負載)
2.2.3三相半波共陽極可控整流電路
2.3三相橋式全控整流電路
2.3.1三相橋式全控整流電路(電阻性負載)
2.3.2三相橋式全控整流電路(阻感性負載)
2.4三相橋式半控整流電路
2.4.1三相橋式半控整流電路(電阻性負載)
2.4.2三相橋式半控整流電路(阻感性負載)
2.5變壓器漏抗對整流電路的影響
2.6晶閘管相控電路的驅(qū)動控制
2.6.1晶閘管的門極驅(qū)動(觸發(fā))
2.6.2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路
2.6.3同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路
2.6.4集成觸發(fā)電路
2.6.5觸發(fā)電路的定相
2.7交流直流變換電路的仿真
2.7.1電力電子變流器中典型環(huán)節(jié)的仿真模型
2.7.2晶閘管單相半波和雙半波可控整流電路的仿真
2.7.3晶閘管單相橋式可控整流電路的仿真
2.7.4晶閘管三相可控整流電路的仿真
2.7.5考慮變壓器漏感時三相半波整流電路的仿真
2.8習(xí)題
第3章直流交流變換電路及其仿真
3.1逆變的概念
3.1.1逆變電路的基本類型
3.1.2逆變電路的換流方式
3.2電網(wǎng)電壓換流式有源逆變電路
3.2.1單相雙半波有源逆變電路
3.2.2逆變失敗與最小逆變角的限制
3.3器件換流式無源逆變電路
3.3.1電壓型和電流型無源逆變電路
3.3.2器件換流式電壓型無源逆變電路
3.3.3器件換流式電流型無源逆變電路
3.4強迫換流式無源逆變電路
3.4.1180°導(dǎo)電型的晶閘管電壓型逆變電路
3.4.2120°導(dǎo)電型的晶閘管電流型逆變電路
3.5負載換流式無源逆變電路
3.5.1并聯(lián)諧振式電流型逆變電路
3.5.2串聯(lián)諧振式電壓型逆變電路
3.6脈寬調(diào)制(PWM)逆變器技術(shù)
3.6.1電壓正弦脈寬調(diào)制的工作原理
3.6.2電流正弦脈寬調(diào)制的工作原理
3.7直流交流變換電路的仿真
3.7.1晶閘管有源逆變電路的仿真
3.7.2方波無源逆變電路的仿真
3.7.3負載換流式無源逆變電路的仿真
3.7.4電壓SPWM逆變電路的仿真
3.7.5電流跟蹤型PWM逆變電路的仿真
3.8習(xí)題
第4章交流交流變換電路及其仿真
4.1概述
4.2交流調(diào)壓電路
4.2.1相控式交流調(diào)壓電路
4.2.2斬波式交流調(diào)壓電路
4.3晶閘管交流調(diào)功器和交流開關(guān)
4.3.1晶閘管交流調(diào)功器
4.3.2晶閘管交流開關(guān)
4.3.3交流電力控制技術(shù)應(yīng)用
4.4交交變頻器
4.4.1晶閘管單相交交變頻電路
4.4.2晶閘管三相交交變頻電路
4.5交流交流變換電路的仿真
4.5.1晶閘管單相交流調(diào)壓電路的仿真
4.5.2晶閘管無中線三相交流調(diào)壓電路的仿真(電阻性負載)
4.5.3晶閘管交交變頻電路的仿真
4.6習(xí)題
第5章直流直流變換電路及其仿真
5.1概述
5.2直流斬波電路
5.2.1降壓式直流斬波電路(Buck變換器)
5.2.2升壓式直流斬波電路(Boost變換器)
5.2.3升降壓式直流斬波電路(Boost-Buck變換器)
5.2.4Cuk直流斬波電路
5.2.5Sepic直流斬波電路
5.2.6Zeta直流斬波電路
5.2.7 H橋式直流斬波電路
5.3直流直流變換電路的仿真
5.3.1