现代电力电子技术

第1章绪论1

1.1电力电子技术概述1

1.2电能变换及控制的方法1

1.3电力电子技术的发展史2

1.4电力电子技术的特点3

1.5电力电子技术的应用4

第2章电力电子器件7

2.1电力电子器件概述7

2.2电力二极管8

2.2.1电力二极管的基本结构与工作原理8

2.2.2电力二极管的基本特性10

2.2.3电力二极管的主要参数11

2.2.4电力二极管的主要类型12

2.3电力晶体管12

2.3.1电力晶体管的基本结构与工作原理13

2.3.2电力晶体管的工作特性13

2.3.3电力晶体管的主要参数16

2.4晶闸管17

2.4.1晶闸管的基本结构与工作原理17

2.4.2晶闸管的工作特性18

2.4.3晶闸管的主要参数21

2.4.4晶闸管的主要类型23

2.5电力MOS场效应晶体管26

2.5.1电力MOSFET的基本结构与工作原理26

2.5.2电力MOSFET的工作特性27

2.5.3电力MOSFET的主要参数29

2.6绝缘栅双极型晶体管29

2.6.1IGBT的基本结构与工作原理29

2.6.2IGBT的工作特性30

2.6.3IGBT的擎住效应31

2.7其他新型电力电子器件33

2.8电力电子器件驱动与保护电路34

2.8.1晶闸管SCR的触发驱动器34

2.8.2GTO的触发驱动器35

2.8.3晶体管的驱动器36

2.8.4MOSFET和IGBT的驱动器37

2.8.5电力电子器件的缓冲电路38

2.8.6过电流保护和过电压保护40

2.9初识MATLAB仿真模块中的电力电子器件42

本章小结43

第3章整流电路44

3.1概述44

3.2单相可控整流电路44

3.2.1单相半波可控整流电路44

3.2.2单相桥式全控整流电路48

3.2.3单相桥式半控整流电路51

3.3三相可控整流电路54

3.3.1三相半波可控整流电路54

3.3.2三相全波可控整流电路65

3.4有源逆变电路72

3.4.1整流与逆变的关系72

3.4.2电源间能量的变换关系72

3.4.3有源逆变电路的工作原理73

3.4.4三相半波共阴极逆变电路75

3.5整流电路的MATLAB仿真实例77

3.5.1感容滤波的单相桥式不可控整流电路77

3.5.2电感性负载单相桥式全控整流电路79

3.5.3三相全桥不可控整流电路82

3.5.4三相全桥全控整流电路86

本章小结88

第4章直流斩波电路90

4.1概述90

4.2直流斩波电路的工作原理91

4.2.1斩波电路的基本原理91

4.2.2基本直流斩波电路92

4.3复合斩波电路104

4.3.1电流可逆斩波电路104

4.3.2桥式可逆斩波电路105

4.3.3直流直流变换电路的比较110

4.4斩波电路的MATLAB仿真实例110

4.4.1Buck降压电路110

4.4.2Boost升压电路111

4.4.3BuckBoost升降压电路114

本章小结115

第5章逆变电路116

5.1逆变电路概述116

5.1.1晶闸管逆变电路的换流问题116

5.1.2逆变电路的类型119

5.2无源逆变电路124

5.2.1无源逆变电路的工作原理124

5.2.2电流型逆变电路125

5.2.3电压型逆变电路129

5.3强迫换流式逆变电路133

5.3.1串联二极管式电流源型逆变器结构134

5.3.2工作过程(换流机理)134

5.4脉宽调制型(PWM)逆变电路136

5.4.1基本原理137

5.4.2正弦脉宽调制方法140

5.4.3电流滞环控制PWM143

5.5逆变电路的MATLAB仿真实例144

5.5.1单相方波逆变电路144

5.5.2双极性SPWM单相逆变器145

5.5.3倍频SPWM逆变器147

5.5.4三相SPWM逆变器148

本章小结150

第6章交流调压和变频电路151

6.1交流调压电路151

6.1.1单相交流调压电路151

6.1.2三相交流调压电路156

6.2交交变频电路160

6.2.1单相交交变频电路160

6.2.2三相交交变频电路162

6.3MATLAB仿真实例167

本章小结170

第7章电力电子技术的应用与实训172

7.1开关稳压电源的MATLAB设计与仿真172

7.1.1开关电源简介172

7.1.2开关电源的特点172

7.1.3整流稳压开关电源MATLAB仿真173

7.2SPWM逆变器的MATLAB设计与仿真177

7.2.1SPWM逆变器的基本原理177

7.2.2SPWM调制的相关技术177

7.2.3SPWM逆变器MATLAB仿真178

参考文献1812100433B

电力电子学电力电子变换和控制技术是高等工科院校电气工程及其自动化、自动化以及机电一体化等专业学生必修的一门专业基础课。

电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电对强电实现控制的桥梁和纽带，也是从事相关工作的专业技术人员所必须掌握的知识之一。

本书共7章。第1章绪论，主要介绍电力电子技术的概念，电能变换及控制的方法，电力电子技术的发展及特点。第2章讲述电力电子器件，介绍各类半导体电力电子器件的基本工作原理和工作特性。第3～6章分别介绍整流电路、直流斩波电路、逆变电路、交流调压和变频电路的基本工作原理和特性，包括单相三相可控整流电路、有源逆变电路、直流斩波电路、复合斩波电路、无源逆变电路、脉宽调制型（PWM）逆变电路、交流调压电路、交交变频电路等，每章后面都应用MATLAB仿真软件对相关电路进行仿真，使广大读者能够清晰并直观地掌握电路特性。第7章电力电子技术的应用与实训，详细介绍开关稳压电源和SPWM逆变器的MATLAB设计与仿真。应用MATLAB仿真应用软件，读者能够建立模型并仿真，利用计算机观察电路的仿真运行状态，加深对理论分析结果的理解，同时增强对知识的吸收。

本书内容的选取原则是： 以电工、电子学和控制理论最基本的原理为起点，完整、系统地讲述电力电子变换和控制技术的基本知识、新技术的发展和应用前景。

本书编写注意文字流畅、概念清晰、叙述深入浅出，便于学生阅读。除第1章及第7章外每章均有小结，有利于复习。

编写分工为： 上海工程技术大学李媛媛副教授编写第1、2、6、7章，王宇嘉副教授编写第3、5章，张颖副教授编写第4章。上海工程技术大学张莉萍教授为本书的主审。在本书编写的过程中，得到了学院领导和相关教师的支持和帮助，编者对所有给予本书帮助的老师表示衷心的感谢，也向为本书编写整理付出辛勤劳动的硕士研究生闫华山、刘学晶同学，向进行仿真程序调试的魏然、黄牡丹、乔木、王晶晶等同学表示感谢。

由于时间仓促，编者水平有限，殷切希望各校教师、学生、专业技术人员以及广大读者对本书的内容、结构及疏漏、错误之处给予批评、指正。

编者2014年3月

第一章 电力半导体器件的基本原理、特性及参数

1.1 电力半导体器件发展史及评述

1.2 半导体整流器

1.2.1 结型整流管

1.2.2 其它类型的整流管

1.3 双极型晶体管

1.3.1 晶体管工作原理及静态输出特性

1.3.2 晶体管开关工作状态

1.3.3 二次击穿和安全工作区

1.3.4 晶体管的电压参数说明

1.3.5 晶体管的主要参数

1.4 逆阻型晶闸管及其派生器件

1.4.1 晶闸管的工作原理及静态特性

1.4.2 晶闸管的开关过程及动态参数

1.4.3 晶闸管的di/dt耐量及工作寿命

1.4.4 逆阻型晶闸管的参数

1.4.5 有关晶闸管派生器件的说明

1.5 功率场效应晶体管（VDMOS），

1.5.1 VDMOS工作原理及静态输出特性

1.5.2 VDMOS管的电容，

1.5.3 VDMOS管的栅电荷曲线

1.5.4 VDMOS管的参数及安全工作区

1.6 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）

1.6.1 IGBT的工作原理及静态输出特性

1.6.2 IGBT的参数特点

1.6.3 IGBT的过载能力

1.7 MOS栅控晶闸管（MCT）

1.7.1 MCT工作原理

1.7.2 MCT的特点

1.7.3 MCT和IGBT的性能比较

1.8 静电感应晶闸管（SITH）和晶体管（SIT）

1.8.1 静电感应器件工作原理

1.8.2 SITH和SIT的静态特性

1.8.3 静电感应器件的动态性能

思考与练习一

第二章 AC/DC变换技术

2.1 AC/DC变流器的分类

2.2 单相半波整流电路

2.2.1 不可控整流电路

2.2.2 可控整流电路

2.3 单相全波可控整流电路

2.3.1 单相半控桥式整流电路

2.3.2 单相全控桥式整流电路

2.3.3 有源逆变

2.3.4 单相双重变流器

2.4 三相AC/DC变流器

2.4.1 三相半波可控整流电路

2.4.2 换相重叠——电源变压器漏感的影响

2.4.3 三相半控桥式整流电路

2.4.4 三相全控桥式整流电路

2.4.5 三相双重变流器

2.5 高频整流问题

2.5.1 概述

2.5.2 影响高频整流效率的几个问题

2.6 相控整流电路的主要性能指标

2.7 电力公害及其改善措施

2.7.1 简述

2.7.2 网侧电流谐波的抑制技术

2.7.3 改善功率因数的措施

思考与练习二

第三章 AC/AC变换技术

3.1 逆阻型晶闸管的关断问题

3.2 AC/AC变换的工作原理

3.2.1 工作原理

3.2.2 a调制工作方式的实现

3.3 AC/AC变换器典型电路

3.3.1 三脉波单相负载AC/AC变换器

3.3.2 三脉波和六脉波三相负载AC/AC变换器

……

第四章 DC/AC变换技术

第五章 DC/DC变换技术

第六章 谐振开关技术

第七章 电力电子装置及系统的可靠性

参考文献 2100433B