【现货速发】电力电子技术

前言

Preface
电力电子技术是利用功率半导体器件，对电能进行高效变换和控制的一门技术。自晶闸管问世以来，电力电子技术已经发展了60余年，进入大学课程也有40余年的历史。随着电力电子技术的发展，电力电子技术的教材也在不断更新。回顾课程的教学内容，电路结构从初的晶闸管整流电路，到现在的整流、直流变换、逆变和交流调压变频等多种功率变换电路，电力电子的应用也从工业扩展至电能应用的各个领域。电力电子技术教材涉及的内容也越来越多，为电力电子技术的研究和推广应用发挥了巨大的作用。南京航空航天大学电气工程及其自动化专业是特色本科专业、国防特色重点专业、江苏省品牌专业、江苏省“十二五”重点专业，为我国航空航天、国防工业和新能源产业输送了大批高素质的电气领域高级工程技术人才。本专业采用的《电力电子技术》教材由丁道宏教授主编，1994年第1版，1996年获部级优秀教材一等奖。1999年该书修订再版后被审订为“九五”重点教材。随着电力电子技术的快速发展，原教材已然不能满足技术更新和新时代人才培养的需求，原有的教学内容存在较大程度的滞后，因此需要对该教材进行新编。
近年来，科技进步和经济发展要求深化教学改革，*高等学校电气类专业教学指导委员会从拓宽专业基础面、优化教学体系和高校人才培养需求出发，对电力电子技术教材做出如下要求：以典型器件为基础，以电路拓扑为重点，以分析仿真为手段，以典型应用为目标，要体现教材的先进性、创新性和实用性。基于此，本教材在内容编排上做了诸多改进，其主要特色如下：
（1）从应用的角度介绍电力电子器件。电力电子器件是变换电路的基本元件，也是电力电子技术发展的基石。器件的特性直接影响电路的性能，器件的参数设计是电力电子变换电路重要的设计环节。电力电子器件种类很多，本教材保留了功率二极管、晶闸管、MOSFET和IGBT等常规器件，删减了门极关断晶闸管、集成门极换流晶闸管等低频功率器件内容，同时引入氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等近年涌现的宽禁带功率器件，对上述器件的结构和工作原理仅做必要介绍，重点放在器件的外特性和参数设计上，从应用的角度对器件内容重新进行编排。
（2）突出全控型器件电路，压缩晶闸管电路内容。对于电力电子初学者来说，可控整流电路在电路分析方法、工作模态划分、元件参数设计等方面仍是很好的过渡内容，因此本教材保留了典型可控整流电路，如单相桥式、三相桥式，其余如多相整流等内容则做了适当删减，仅在有源逆变中简要介绍换相重叠角概念。在可控整流电路原理介绍中，更多地采用开关模态、等效电路与工作波形相结合的叙述方式，便于学生对电路工作原理的理解吸收。
（3）直流变换是电力电子变换电路的重要内容。在保留基本非隔离型和单端隔离型直流变换器的基础上，本教材增加了双管正激、推挽、半桥和全桥变换器的相关内容。与其他教材不同的是，本教材引入了各种直流变换器的推演方法与特性，目的是拓宽学生视野和思路，理解各类变换器的本质。
（4）高频软开关技术是现代工业电源产品的重要特征。结合编者在软开关技术领域多年的科研经验和总结，在本教材中引入了谐振软开关、零电压开关、零电流开关、零电压转换等多种软开关概念，以全桥变换器、LLC谐振变换器为应用实例，详细阐述上述软开关的实现方法和控制策略。
（5）增加磁性元件（变压器、电感）的详细参数设计方法，并给出具体设计实例。
本教材由南京航空航天大学阮新波教授主编，刘福鑫教授、陈新教授和陈杰副教授参与编著，其中第1、4、5、7、8、10章由阮新波教授编写，第2、3、11章由刘福鑫教授编写，第6、9章由陈新教授编写，第12章和各章习题由陈杰副教授编写。阮新波教授对全书内容进行了统稿和反复修改。南京航空航天大学龚春英教授、肖岚教授对本教材提出了很多宝贵的建议，在此表示衷心的感谢。由于编者水平有限，书中难免有疏漏不妥之处，敬请读者批评指正。
编者

二〇二一年三月

于南京航空航天大学

电力电子技术

本书是在普通高等教育“九五”重点教材《电力电子技术》（丁道宏主编，航空工业出版社，1999年出版）的基础上，根据作者多年从事电力电子技术教学和科研工作的经验重新规划和编写的，是“十三五”江苏省高等学校重点教材。
本书系统阐述了电力电子技术的基本理论和方法，充分考虑本科生的特点，深入浅出地讲述了各种电力电子变换电路拓扑的推演方法、工作原理和分析设计，使学生知其然且知其所以然，融会贯通，为进一步学习和研究打下基础。全书共分12章，包括绪论、相控整流电路、高频功率半导体器件、非隔离型直流变换器、隔离型直流变换器、DC-AC逆变器、缓冲电路、软开关直流变换器、控制电路、驱动电路、电力电子变换器中的磁性元件、电力电子技术的应用等。
本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业、自动化专业及其他相关专业的本科生教材，也可作为从事电力电子技术和相关研究的工程技术人员的参考用书。

阮新波教授于1991年和1996年先后在南京航空航天大学获得学士和博士学位，而后留校任教，2002年被破格评为教授。
阮教授长期从事电力电子与电力传动方面的教学和研究工作，主持国家自然科学基金杰出青年科学基金1项、重点项目1项和面上项目4项，以及省部级和国防项目80多项。获*自然科学一等奖和江苏省科学技术一等奖各1项，省部级科技进步奖二等奖2项；获授权中国发明专利45项，美国专利2项；出版中文专著7部，英文专著3部，发表论文300多篇，其中被SCI收录150多篇。
阮教授是IEEE Fellow、长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、万人计划领军人才、全国科技工作者，享受国务院特殊津贴。现任中国电源学会副理事长，是电源学报编委会常务副主任、副主编，中国电机工程学报、电工技术学报编委；是IEEE Transactions on Industrial Electronics等五份国际重要学术期刊副编辑(Associate Editor)；被IEEE Transactions on Industrial Electronics授予杰出贡献奖，被IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics两次授予*佳副主编奖。

目录
序
前言

第1章绪论
1.1电力电子技术的定义
1.2电力电子技术的发展历史
1.3电力电子技术的应用
习题

第2章相控整流电路
2.1晶闸管
2.1.1基本结构与工作原理
2.1.2晶闸管的稳态特性
2.1.3晶闸管的动态特性
2.1.4晶闸管的主要参数
2.2单相桥式相控整流电路
2.2.1单相桥式全控整流电路
2.2.2单相桥式半控整流电路
2.3三相半波相控整流电路
2.3.1电阻性负载
2.3.2阻感性负载
2.3.3整流变压器容量与整流功率的关系
2.3.4三相半波共阳极相控整流电路
2.4三相桥式相控整流电路
2.4.1电路构成
2.4.2基本工作原理
2.4.3电阻性负载时工作原理
2.4.4阻感性负载时工作原理
2.5带平衡电抗器的双反星形相控整流电路
2.5.1无平衡电抗器的双反星形相控整流电路（六相半波相控整流电路）
2.5.2带平衡电抗器的双反星形相控整流电路
2.5.3参数设计
2.6变压器漏抗对相控整流电路的影响
2.6.1换相的物理过程和整流电压波形
2.6.2换相压降和输出整流电压平均值
2.6.3换相重叠角γ的计算
2.7整流电路的有源逆变工作状态
2.7.1逆变的概念
2.7.2电能的流转
2.7.3三相半波有源逆变电路
2.7.4逆变颠覆与控制角限制
习题

第3章高频功率半导体器件
3.1功率半导体器件分类
3.2功率二极管
3.2.1基本结构与工作原理
3.2.2二极管的稳态特性
3.2.3二极管的动态特性
3.2.4二极管类型
3.2.5二极管的主要参数
3.3双极型功率晶体管
3.3.1基本结构与工作原理
3.3.2BJT的稳态特性
3.3.3BJT的动态特性
3.3.4BJT的主要参数
3.4功率场效应晶体管
3.4.1基本结构与工作原理
3.4.2MOSFET的稳态特性
3.4.3MOSFET的动态特性
3.4.4MOSFET的主要参数
3.4.5宽禁带半导体场效应晶体管
3.5绝缘栅双极型晶体管
3.5.1基本结构与工作原理
3.5.2IGBT的基本特性
3.5.3IGBT的主要参数
习题

第4章非隔离型直流变换器
4.1Buck变换器
4.1.1Buck变换器电路拓扑的推演
4.1.2电流连续时Buck变换器的工作原理和基本关系
4.1.3电流断续时Buck变换器的工作原理与基本关系
4.1.4Buck变换器的外特性和调节特性
4.1.5Buck变换器的参数设计
4.2Boost变换器
4.2.1Boost变换器电路拓扑的推演
4.2.2电流连续时Boost变换器的工作原理和基本关系
4.2.3电流断续时Boost变换器的工作原理和基本关系
4.2.4Boost变换器的外特性和调节特性
4.2.5Boost变换器的参数设计
4.3Buck-Boost变换器
4.3.1Buck-Boost变换器电路拓扑的推演
4.3.2电流连续时Buck-Boost变换器的工作原理和基本关系
4.3.3电流断续时Buck-Boost变换器的工作原理和基本关系
4.3.4Buck-Boost变换器的外特性和调节特性
4.3.5Buck-Boost变换器的参数设计
4.4Cuk变换器
4.4.1Cuk变换器电路拓扑的推演
4.4.2电流连续时Cuk变换器的工作原理和基本关系
4.4.3电流断续时Cuk变换器的工作原理和基本关系
4.4.4Cuk变换器的参数设计
4.4.5两电感有耦合的Cuk变换器
4.5Zeta变换器
4.5.1Zeta变换器电路拓扑的推演
4.5.2电流连续时Zeta变换器的工作原理和基本关系
4.5.3电流断续时Zeta变换器的工作原理和基本关系
4.5.4Zeta变换器的参数设计
4.6SEPIC变换器
4.6.1SEPIC变换器电路拓扑的推演
4.6.2电流连续时SEPIC变换器的工作原理和基本关系
4.6.3电流断续时SEPIC变换器的工作原理和基本关系
4.6.4SEPIC变换器的参数设计
4.7六种非隔离型直流变换器的比较
习题

第5章隔离型直流变换器
5.1正激变换器
5.1.1正激变换器电路拓扑的推演
5.1.2正激变换器的工作原理
5.1.3正激变换器的基本关系
5.1.4双管正激变换器
5.2反激变换器
5.2.1反激变换器电路拓扑的推演
5.2.2反激变换器的工作模式和开关模态
5.2.3电流连续时反激变换器的工作原理与基本关系
5.2.4电流断续时反激变换器的工作原理和基本关系
5.2.5反激变换器的外特性和调节特性
5.2.6反激变换器的参数设计
5.3推挽变换器
5.3.1推挽变换器电路拓扑的推演
5.3.2推挽变换器的工作原理
5.3.3推挽变换器的基本关系
5.4半桥变换器
5.4.1半桥变换器电路拓扑的推演
5.4.2半桥变换器的工作原理
5.4.3半桥变换器的基本关系
5.5全桥变换器
5.5.1全桥变换器电路拓扑的推演
5.5.2全桥变换器的工作原理
5.5.3全桥变换器的基本关系
5.6Buck类变换器的输出整流电路
5.7隔离型Buck类变换器的比较
习题

第6章DC-AC逆变器
6.1电压型逆变器工作原理
6.1.1电压型单相逆变器
6.1.2电压型三相桥式逆变器
6.2电压型逆变器的脉宽调制技术
6.2.1单脉宽调制
6.2.2正弦脉宽调制
6.3电流型逆变器
6.3.1电流型单相逆变器
6.3.2电流型三相逆变器
习题

第7章缓冲电路
7.1开关管的开通和关断特性
7.2基本缓冲电路
7.2.1RCD缓冲电路
7.2.2RLD缓冲电路
7.3无损缓冲电路
7.3.1无损关断缓冲电路
7.3.2无损开通缓冲电路
习题

第8章软开关直流变换器
8.1软开关变换器的分类
8.1.1硬开关的概念
8.1.2软开关的概念
8.1.3软开关直流变换器的分类
8.2准谐振变换器
8.2.1谐振开关
8.2.2零电流开关准谐振变换器
8.2.3零电压开关准谐振变换器

本书是在普通高等教育“九五”重点教材《电力电子技术》（丁道宏主编，航空工业出版社，1999年出版）的基础上，根据作者多年从事电力电子技术教学和科研工作的经验重新规划和编写的，是“十三五”江苏省高等学校重点教材。
本书系统阐述了电力电子技术的基本理论和方法，充分考虑本科生的特点，深入浅出地讲述了各种电力电子变换电路拓扑的推演方法、工作原理和分析设计，使学生知其然且知其所以然，融会贯通，为进一步学习和研究打下基础。全书共分12章，包括绪论、相控整流电路、高频功率半导体器件、非隔离型直流变换器、隔离型直流变换器、DC-AC逆变器、缓冲电路、软开关直流变换器、控制电路、驱动电路、电力电子变换器中的磁性元件、电力电子技术的应用等。
本书可作为高等院校电气工程及其自动化专业、自动化专业及其他相关专业的本科生教材，也可作为从事电力电子技术和相关研究的工程技术人员的参考用书。

阮新波教授于1991年和1996年先后在南京航空航天大学获得学士和博士学位，而后留校任教，2002年被破格评为教授。
阮教授长期从事电力电子与电力传动方面的教学和研究工作，主持国家自然科学基金杰出青年科学基金1项、重点项目1项和面上项目4项，以及省部级和国防项目80多项。获*自然科学一等奖和江苏省科学技术一等奖各1项，省部级科技进步奖二等奖2项；获授权中国发明专利45项，美国专利2项；出版中文专著7部，英文专著3部，发表论文300多篇，其中被SCI收录150多篇。
阮教授是IEEE Fellow、长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、万人计划领军人才、全国科技工作者，享受国务院特殊津贴。现任中国电源学会副理事长，是电源学报编委会常务副主任、副主编，中国电机工程学报、电工技术学报编委；是IEEE Transactions on Industrial Electronics等五份国际重要学术期刊副编辑(Associate Editor)；被IEEE Transactions on Industrial Electronics授予杰出贡献奖，被IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics两次授予*佳副主编奖。