电力电子技术创新实践教程

前    言
电力电子技术是自动化专业、电气工程及其自动化专业重要的专业基础课之一，它是电子学、电力学与控制理论相结合的新型交叉技术。该技术广泛应用于各行各业，不仅应用于传统工业领域，而且在交通运输、电力系统等领域的应用也越来越广泛。
为更好地帮助读者将理论知识和实践联系起来，提高创新实践能力，本书对电力电子技术重要的基础知识进行归纳整理，使其便于认知、记忆和理解，同时在详细讲解电力电子技术重要基础实验的基础上，融入了大量的复杂设计性实验和实践应用案例，并且每个实验都提供了视频参考学习资料，便于直观学习。
本书内容包括绪论、电力电子技术基础、电力电子技术电能变换实验、电力电子线路的运动控制及电力电子技术实践应用，共5章。其中，前两章介绍电力电子技术相关理论知识；第3章介绍电力电子技术重要的基础实验，重点讲述三相半波可控整流电路实验、三相半波有源逆变电路实验、三相桥式全控整流及有源逆变电路实验、单相交流调压电路实验、单相桥式全控整流及有源逆变电路实验、直流斩波电路的性能研究实验；第4章介绍电力电子线路的运动控制，重点讲述电力电子技术在直流电机和三相异步电机调速中的应用；第5章介绍电力电子技术实践应用，重点讲述直流软开关电源、正弦波逆变器、直流电机调速器、太阳能控制器、机器人用伺服驱动器、矢量变频器、永磁同步电机控制器、基于LabVIEW的直流电机控制器的设计与调试，以及MATLAB在电力电子技术仿真中的应用。
本书前两章由何奇文、李大双编写，第3章由李大双、韦吉爵编写，第4章由郑瀚、韦吉爵编写，第5章由何奇文、李大双、郑瀚、韦吉爵编写。全书由何奇文统稿。
由于时间有限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。

在新工科背景下，各高校对在实践教学中如何提高学生的工程应用能力、创新实践能力提出了更高的要求。电力电子技术在交通运输、电力系统等领域的应用越来越广泛，是自动化专业、电气工程及其自动化专业的重要专业基础课之一。本书共5章，第1章介绍电力电子技术的概念、发展、应用，第2章介绍电力电子器件，第3章介绍电力电子技术中重要的基础实验，第4章介绍电力电子技术在电机控制中的应用，第5章介绍电力电子技术的实践应用案例。本书对电力电子技术重要的基础知识进行了归纳整理，并融入了实验和实践应用案例。本书适合作为普通高等学校自动化、电气工程及其自动化等专业的教材，也适合作为高职高专院校相关专业的教材和工程技术人员的参考用书。

在新工科背景下，各高校对在实践教学中如何提高学生的工程应用能力、创新实践能力提出了更高的要求。电力电子技术在交通运输、电力系统等领域的应用越来越广泛，是自动化专业、电气工程及其自动化专业的重要专业基础课之一。本书共5章，第1章介绍电力电子技术的概念、发展、应用，第2章介绍电力电子器件，第3章介绍电力电子技术中重要的基础实验，第4章介绍电力电子技术在电机控制中的应用，第5章介绍电力电子技术的实践应用案例。本书对电力电子技术重要的基础知识进行了归纳整理，并融入了实验和实践应用案例。本书适合作为普通高等学校自动化、电气工程及其自动化等专业的教材，也适合作为高职高专院校相关专业的教材和工程技术人员的参考用书。

何奇文，男，河池学院物理与机电工程学院副院长，教授，高级工程师。曾主持完成广西自然科学基金项目"新型单光子探测技术在农业与食品检测中的应用研究”（桂科自0899024）、广西教育厅科研项目"无线传感网络中的机器人控制算法关键技术研究”（2013YB205）、广西教育厅科研项目"基于ARM10嵌入式智能家居的设计与实现”（200708LX320）以及广西高校教学改革研究项目"地方本科院校电类专业实践教学运行机制的改革与实践结题文件”（2009C073）等，参与完成国家自然科学基金项目"面向CV-SLAM的图像特征提取与匹配算法研究” (61640305)（排名第3）、广西自然科学基金面上项目"改进人工鱼群算法及其在多机器人定位与导航中应用”（2013GXNSFBA019282）（排名第2）、图像特征提取与匹配的室内机器人定位研究 (2018GXNSFAA281164)（排名 3）等科研项目研究；河池学院协同创新中心"桂西北物联网技术应用与自动控制协同创新中心”负责人。公开发表学术论文30多篇，其中被EI检索7篇，ISTP检索5篇，已授权发明专利10余项，实用新型专利20余项。曾获得广西区级教学成果二等奖（排名第3）和校级教学成果二等奖（排名第1）。

目 录 
第1章 绪论 1 
1.1 电力电子技术的概念 1 
1.2 电力电子技术的发展 2 
1.3 电力电子技术的应用 3 
第2章 电力电子器件 5 
2.1 电力电子器件概述 5 
2.2 不可控器件—电力二极管 6 
2.3 半控型器件—晶闸管 8 
2.4 典型的全控型器件 11 
2.4.1 门极可关断晶闸管 11 
2.4.2 电力晶体管 12 
2.4.3 电力场效应晶体管 14 
2.4.4 绝缘栅双极晶体管 16 
2.5 其他新型电力电子器件 19 
2.5.1 MOS控制晶闸管MCT 19 
2.5.2 静电感应晶体管SIT 19 
2.5.3 静电感应晶闸管SITH 19 
2.5.4 集成门极换流晶闸管IGCT 19 
2.5.5 基于宽禁带半导体材料的电力电子器件 19 
2.5.6 功率集成电路与集成电力电子模块 20 
第3章 电力电子技术电能变换实验 21 
3.1 三相半波可控整流电路实验 21 
3.1.1 实验目的 21 
3.1.2 实验器件 21 
3.1.3 实验电路及原理 21 
3.1.4 实验内容 25 
3.1.5 预习要求 25 
3.1.6 思考题 25 
3.1.7 实验方法 25 
3.1.8 实验报告 27 
3.1.9 注意事项 27 
3.2 三相半波有源逆变电路实验 27 
3.2.1 实验目的 27 
3.2.2 实验器件 27 
3.2.3 实验电路及原理 28 
3.2.4 实验内容 30 
3.2.5 预习要求 30 
3.2.6 思考题 30 
3.2.7 实验方法 30 
3.2.8 实验报告 30 
3.2.9 注意事项 30 
3.3 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 31 
3.3.1 实验目的 31 
3.3.2 实验器件 31 
3.3.3 实验电路及原理 31 
3.3.4 实验内容 37 
3.3.5 预习要求 38 
3.3.6 思考题 38 
3.3.7 实验方法 38 
3.3.8 实验报告 39 
3.3.9 注意事项 39 
3.4 单相交流调压电路实验 39 
3.4.1 实验目的 39 
3.4.2 实验器件 39 
3.4.3 实验电路及原理 40 
3.4.4 实验内容 42 
3.4.5 预习要求 43 
3.4.6 思考题 43 
3.4.7 实验方法 43 
3.4.8 实验报告 44 
3.4.9 注意事项 44 
3.5 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验 45 
3.5.1 实验目的 45 
3.5.2 实验器件 45 
3.5.3 实验电路及原理 45 
3.5.4 实验内容 46 
3.5.5 预习要求 47 
3.5.6 思考题 47 
3.5.7 实验方法 47 
3.5.8 实验报告 48 
3.5.9 注意事项 48 
3.6 直流斩波电路的性能研究实验 48 
3.6.1 实验目的 48 
3.6.2 实验器件 48 
3.6.3 实验电路及原理 49 
3.6.4 实验内容 52 
3.6.5 预习要求 52 
3.6.6 思考题 52 
3.6.7 实验方法 52 
3.6.8 实验报告 54 
3.6.9 注意事项 54 
第4章 电力电子线路的运动控制 55 
4.1 直流电机单闭环不可逆直流调速系统设计 55 
4.1.1 实验目的 55 
4.1.2 实验器件 55 
4.1.3 实验电路及原理 55 
4.1.4 实验内容 58 
4.1.5 预习要求 58 
4.1.6 思考题 58 
4.1.7 实验方法 58 
4.1.8 实验报告 62 
4.1.9 注意事项 62 
4.2 直流电机双闭环不可逆直流调速系统设计 62 
4.2.1 实验目的 62 
4.2.2 实验器件 63 
4.2.3 实验电路及原理 63 
4.2.4 实验内容 64 
4.2.5 预习要求 64 
4.2.6 思考题 64 
4.2.7 实验方法 65 
4.2.8 实验报告 67 
4.2.9 注意事项 67 
4.3 双闭环三相异步电机调压调速系统实验 68 
4.3.1 实验目的 68 
4.3.2 实验器件 68 
4.3.3 实验电路及原理 68 
4.3.4 实验内容 69 
4.3.5 预习要求 69 
4.3.6 思考题 70 
4.3.7 实验方法 70 
4.3.8 实验报告 72 
4.3.9 注意事项 72 
4.4 双闭环三相异步电机串级调速系统实验 73 
4.4.1 实验目的 73 
4.4.2 实验器件 73 
4.4.3 实验电路及原理 73 
4.4.4 实验内容 75 
4.4.5 预习要求 75 
4.4.6 思考题 75 
4.4.7 实验方法 75 
4.4.8 实验报告 76 
4.4.9 注意事项 76 
第5章 电力电子技术实践应用 77 
5.1 直流软开关电源的设计与调试 77 
5.2 正弦波逆变器的设计与调试 82 
5.2.1 实验目的 82 
5.2.2 实验器件 82 
5.2.3 实验电路及原理 83 
5.2.4 实验内容 87 
5.2.5 思考题 87 
5.2.6 实验方法 87 
5.2.7 注意事项 87 
5.3 直流电机调速器的设计与调试 88 
5.3.1 实验目的 88 
5.3.2 直流电机PWM调速工作原理 88 
5.3.3 H型PWM变换电路 89 
5.3.4 实验条件及运行结果 90 
5.4 太阳能控制器的设计与调试 90 
5.4.1 锂离子电池充电方式 91 
5.4.2 太阳能充电器硬件设计 91 
5.5 机器人用伺服驱动器的设计与调试 97 
5.6 矢量变频器的设计与调试 102 
5.7 永磁同步电机控制器的设计与调试 122 
5.8 基于LabVIEW的直流电机控制器的设计与调试 131 
5.8.1 实验目的 131 
5.8.2 实验内容 131 
5.8.3 实验方法 131 
5.8.4 注意事项 135 
5.9 MATLAB在电力电子技术仿真中的应用 135

在新工科背景下，各高校对在实践教学中如何提高学生的工程应用能力、创新实践能力提出了更高的要求。电力电子技术在交通运输、电力系统等领域的应用越来越广泛，是自动化专业、电气工程及其自动化专业的重要专业基础课之一。本书共5章，第1章介绍电力电子技术的概念、发展、应用，第2章介绍电力电子器件，第3章介绍电力电子技术中重要的基础实验，第4章介绍电力电子技术在电机控制中的应用，第5章介绍电力电子技术的实践应用案例。本书对电力电子技术重要的基础知识进行了归纳整理，并融入了实验和实践应用案例。本书适合作为普通高等学校自动化、电气工程及其自动化等专业的教材，也适合作为高职高专院校相关专业的教材和工程技术人员的参考用书。

何奇文，男，河池学院物理与机电工程学院副院长，教授，高级工程师。曾主持完成广西自然科学基金项目"新型单光子探测技术在农业与食品检测中的应用研究”（桂科自0899024）、广西教育厅科研项目"无线传感网络中的机器人控制算法关键技术研究”（2013YB205）、广西教育厅科研项目"基于ARM10嵌入式智能家居的设计与实现”（200708LX320）以及广西高校教学改革研究项目"地方本科院校电类专业实践教学运行机制的改革与实践结题文件”（2009C073）等，参与完成国家自然科学基金项目"面向CV-SLAM的图像特征提取与匹配算法研究” (61640305)（排名第3）、广西自然科学基金面上项目"改进人工鱼群算法及其在多机器人定位与导航中应用”（2013GXNSFBA019282）（排名第2）、图像特征提取与匹配的室内机器人定位研究 (2018GXNSFAA281164)（排名 3）等科研项目研究；河池学院协同创新中心"桂西北物联网技术应用与自动控制协同创新中心”负责人。公开发表学术论文30多篇，其中被EI检索7篇，ISTP检索5篇，已授权发明专利10余项，实用新型专利20余项。曾获得广西区级教学成果二等奖（排名第3）和校级教学成果二等奖（排名第1）。