电力电子系统与控制

电力电子学中电力电子变换和控制技术是一门发展非常迅速的技术，同时也是高等工科院校自动化专业、电气工程专业以及机电一体化等专业学生必修的一门专业基础课程。

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，是实现通过弱电方式控制强电设备的桥梁和纽带，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。

本书共分7章。第1章主要介绍电力电子技术的基本概念、电能变换及控制的方法，以及电力电子技术的发展和特点等；第2章主要介绍常用的电力电子器件的结构、工作原理和特性等；第3~6章分别对电力电子技术中常见的整流电路、逆变电路、斩波电路、交流调压和变频电路的基本工作原理和特性进行阐述，其中主要包括单相和三相可控整流电流、有源逆变电路、直流斩波电路、复合斩波电路、交流调压电路、交流/交流变换电路等；第7章主要针对目前在直流斩波电路和逆变电路中常用到的PWM控制技术进行详细的介绍。同时，本书各章后均设有小结和习题，以利于学生复习。

本书的内容在选取过程中遵循以电工、电子学和控制理论基本的原理为起点，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原则。本书文字流畅、概念清晰、叙述深入浅出，适合高等院校的学生和自学者使用。

本书的编写人员均具有多年电力电子学一线教学经验。

本书由李媛媛、曾国辉任主编，奚峥皓、阚秀任副主编。其中第1、2章由李媛媛编写，第3章由阚秀编写，第4、6章由曾国辉编写，第5、7章由奚峥皓编写。

在本书编写的过程中，得到上海工程技术大学相关领导和教师的支持和帮助，在此对所有给予本书帮助的人员表示衷心的感谢，也向为本书编写、整理付出辛勤劳动的硕士研究生表示感谢。

由于时间仓促，加之编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者给予批评指正。

编者2018年3月

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

16电力电子技术的展望5

小结12

习题12

第2章电力电子器件13

21电力电子器件概述13

22电力二极管15

221电力二极管的基本结构与工作原理15

222电力二极管的基本特性16

223电力二极管的主要参数18

224电力二极管的主要类型18

23晶闸管19

231晶闸管的基本结构与工作原理19

232晶闸管的工作特性21

233晶闸管的主要参数23

234晶闸管的主要类型26

24典型全控型器件28

241门极可关断晶闸管28

242电力晶体管30

243电力MOS场效应晶体管35

244绝缘栅双极型晶体管38

25其他新型电力电子器件42

251MOS控制晶闸管42

252静电感应晶体管42

253静电感应晶闸管43

254集成门极换流晶闸管43

255电子注入增强栅晶体管43

26电力电子器件驱动与保护电路43

261电力电子器件驱动电路概述43

262晶闸管的触发电路44

263典型全控器件的驱动电路45

264过电压的产生及保护48

265过电流的产生及保护49

266电力电子器件的缓冲电路49

267晶闸管的串联与并联51

268电力MOSFET的并联与IGBT的并联52

小结53

习题53

第3章整流电路55

31概述55

32单相可控整流电路55

321单相半波可控整流电路56

322单相桥式全控整流电路58

323单相桥式半控整流电路62

33三相可控整流电路63

331三相半波可控整流电路64

332三相桥式全控整流电路73

34大功率可控整流电路80

341带平衡电抗器的双反星形可控整流电路80

342整流电路的多重化84

35有源逆变电路85

351整流与逆变的关系85

352电源间能量的变换关系86

353有源逆变电路的工作原理87

354三相半波共阴极逆变电路89

36整流电路的谐波和功率因数90

361整流电路的谐波及功率因数的概念91

362交流输入侧的谐波及功率因数92

363整流输出侧的谐波分析92

小结94

习题95

第4章逆变电路96

41逆变电路的分类和控制方式96

411逆变电路的分类96

412逆变电路的控制方式97

42电压型逆变电路97

421单相电压型逆变电路97

422三相电压型逆变电路101

423方波逆变电路输出电压波形分析103

43电流型逆变电路104

431单相电流型逆变电路105

432三相电流型逆变电路105

44逆变电路在中高压电气传动方面的应用案例——多电平逆变

电路111

441中高压逆变电路的应用场合及中压电压等级问题111

442二极管钳位型多电平逆变电路112

443电容钳位型多电平逆变电路113

444具有独立直流电源的级联型多电平逆变电路114

45逆变电路在电力系统中的应用案例——静止同步补偿器116

46逆变电路在电源技术中的应用案例117

461感应加热电源117

462交流方波电源118

463IGBT逆变式电阻焊机电源118

小结119

习题120

第5章斩波电路121

51概述121

52基本斩波电路123

521降压斩波电路123

522升压斩波电路126

523升降压斩波电路和Cuk斩波电路130

524Sepic斩波电路和Zeta斩波电路134

53复合斩波电路和多相多重斩波电路135

531电流可逆斩波电路135

532桥式可逆斩波电路135

533多相多重斩波电路137

54晶闸管斩波器138

55斩波变阻电路138

56带隔离的直流/直流变流电路139

561正激电路139

562反激电路140

563半桥电路141

564推挽电路142

565全桥电路143

小结144

习题145

第6章交流调压和变频电路146

61间接交流/交流变换电路146

611电流型交流/交流变换电路146

612电压型交流/交流变换电路147

62直接交流/交流变换电路148

621周波变换器148

622矩阵变换器151

63交流调压电路155

631单相交流调压电路155

632三相交流调压电路157

小结159

习题159

第7章PWM控制技术160

71PWM控制的基本原理160

72PWM逆变电路及其控制方法162

721计算法和调制法162

722异步调制和同步调制166

723PWM逆变电路的谐波分析168

724提高直流电压利用率和减少器件的开关次数170

725PWM逆变电路的多重化172

73PWM跟踪控制技术173

731滞环比较方式173

732三角波比较方式175

74PWM整流电路及其控制方法176

741PWM整流电路的工作原理176

742PWM整流电路的控制方法179

743功率开关器件180

小结182

习题182