电力变流技术及应用

电力变流技术及应用又称为电力电子学或现代变流技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的一门关于电源的控制技术，包括对电压、电流、频率和相位的变换。电力电子技术由三部分内容组成，即电力电子器件、电力电子电路、电力电子系统及其控制。本课程着重学习电能变换电路的基本工作原理，是自动化、电气工程及其自动化专业的一门重要专业基础课。
针对以应用为主的应用型院校的学生而言，烦琐的理论推导非但不能提升他们的学习热情，反而会让他们觉得枯燥、无味，与实际生活不能紧密连接，不够实用。为此，本教材以“实用、够用、会用”为编写原则，具备的特点有： (1)器件方面重点介绍全控器件的工作方式，尤其是具体的应用方面； (2)介绍了Multisim仿真软件的使用； (3)突出物理概念和工程背景，减少了冗繁的定理、性质、公式的数学推导，使用仿真软件得出各种电路变换的结果； (4)增加了读者能够接受的应用实例和工程应用背景的介绍，以提高教材的趣味性。
全书共8章，第1章介绍用电力电子器件实现能量转换的基本物理，学科的发展、现状和前景。第2章按照电力电子器件的分类——不可控型器件、半控型器件、全控型器件，介绍常用电力电子器件的应用特性和使用过程中的共性技术。第3章至第6章按变换形式分类，依次介绍整流电路、逆变电路、斩波电路、交流交流变流电路的拓扑电路和控制方法，各章均配有对应的仿真电路和使用实例及一定数量的思考题。第7章和第8章介绍PWM控制技术、软开关技术等典型应用。
本书由沈阳工学院金亚玲和辽宁科技学院周璐共同负责全书的编撰工作，大连海洋大学张妍、沈阳工程学院魏静敏和辽宁理工大学刘寅生参与编写，其中第1、2章由魏静敏、金亚玲共同执笔，第3、4、7、8章由刘寅生、金亚玲、周璐共同执笔，第5、6章由张妍和金亚玲共同执笔，全书由金亚玲统稿定稿。
在本书的编写过程中得到了杨玥教授、王艳秋教授的大力支持和帮助，国网辽宁省电力有限公司抚顺供电公司的刘磊同志对本书的应用实例提出宝贵意见，在此一并表示衷心的感谢！
由于编者学识的局限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。
编者2022年2月

《电力电子技术》是自动化、电气工程及其自动化专业一门重要的专业基础课。它是模拟电子技术的后续课，是电机拖动控制系统、变频调速技术的前续课。 面对以应用为主的应用型办学特点，在教材的设计方面先有该章的问题引入，然后进行相应的知识铺垫，并利用该章的知识设计一个小的电力变换系统。该部分知识包括大功率充电器的设计、双向DC-DC变换器的设计（电赛）等电路。该书采用了理论分析和Multisim仿真两种方法对整流电路、逆变电路、斩波电路和交流-交流变换器进行讲解。对PWM控制技术、软开关技术进行了分析。

金亚玲,副教授，自动化专业教研室主任，骨干教师，双师教师；主要教授过《电力电子技术》（校级教改立项负责人）、《工厂供电》（校级项目教学示范课负责人）、《电气控制设备》和《电机测试技术》等课程；获得过校级优秀教师荣誉称号；负责校级《自动化专业特色专业建设》；以主编出版了《自动控制题库及详解》教材、《电力变流技术及应用（版）》、《工厂供电》和参编《自动控制原理》等，指导学生大赛多项一等奖等。

第1章绪论

1.1本课程教学要求

1.2电力电子技术发展概况

1.2.1电力电子技术内涵

1.2.2电力电子器件的发展

1.2.3变流电路的发展

1.2.4控制技术的发展

1.3变流电路分类与功能

1.4电力电子技术应用

1.4.1电源

1.4.2电气传动

1.4.3电力系统

本章小结

习题

第2章电力电子器件

2.1电力电子器件概述

2.1.1电力电子器件的概念和特征

2.1.2应用电力电子器件的系统组成

2.1.3电力电子器件的分类

2.2不可控器件——电力二极管

2.2.1PN结与电力二极管的工作原理

2.2.2电力二极管的主要类型

2.3半控型器件——晶闸管

2.3.1晶闸管的结构与工作原理

2.3.2晶闸管的派生器件

2.4典型全控型器件

2.4.1门极可关断晶闸管

2.4.2电力晶体管

2.4.3电力场效应晶体管

2.4.4绝缘栅双极型晶体管

2.5其他新型电力电子器件

2.5.1MOS控制晶闸管

2.5.2静电感应晶体管

2.5.3静电感应晶闸管

2.5.4集成门极换流晶闸管

2.5.5功率模块与功率集成电路

本章小结

习题

·电力变流技术及应用

目录·

第3章整流电路

3.1单相可控整流电路

3.1.1单相半波可控整流电路

3.1.2单相桥式全控整流电路

3.1.3单相全波可控整流电路

3.1.4单相桥式半控整流电路

3.2三相可控整流电路

3.2.1三相半波可控整流电路

3.2.2三相桥式全控整流电路

知识拓展

本章小结

习题

第4章斩波电路

4.1降压斩波电路

4.1.1降压斩波电路原理分析

4.1.2降压斩波电路仿真分析

4.2升压斩波电路

4.2.1升压斩波电路原理分析

4.2.2升压斩波电路典型应用

4.2.3升压斩波电路仿真分析

4.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路

4.3.1升降压斩波电路

4.3.2升降压斩波电路的仿真分析

4.3.3Cuk斩波电路

4.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路

4.5复合斩波电路

4.5.1电流可逆斩波电路

4.5.2桥式可逆斩波电路

知识拓展

本章小结

习题

第5章交流电力控制电路和交交变频电路

5.1交流调压电路

5.1.1单相交流调压电路

5.1.2三相交流调压电路

5.1.3仿真电路

5.2其他交流电力控制电路

5.3交交变频电路

知识拓展

本章小结

习题

第6章逆变电路

6.1换流方式

6.1.1逆变电路的基本工作原理

6.1.2换流方式分类

6.2电压型逆变电路

6.2.1单相电压型逆变电路

6.2.2三相电压型逆变电路

6.3电流型逆变电路

6.4有源逆变

6.4.1直流发电机电动机系统电能的流转

6.4.2逆变产生的条件

6.4.3三相桥整流电路的有源逆变工作状态

6.4.4逆变失败与小逆变角的限制

知识拓展

本章小结

习题

第7章PWM控制技术

7.1PWM控制的基本原理

7.2PWM逆变电路及其控制方法

7.2.1计算法和调制法

7.2.2异步调制和同步调制

7.2.3规则采样法

7.2.4PWM逆变电路的谐波分析

7.2.5提高直流电压利用率和减少开关次数

7.2.6空间矢量PWM控制

7.2.7PWM逆变电路的多重化

7.3PWM跟踪控制技术

7.3.1滞环比较方式

7.3.2三角波比较方式

7.4PWM整流电路及其控制方法

7.4.1PWM整流电路的工作原理

7.4.2PWM整流电路的控制方法

知识拓展

本章小结

习题

第8章软开关技术

8.1软开关的基本概念

8.1.1硬开关与软开关

8.1.2零电压开关与零电流开关

8.2软开关电路的分类

8.3典型的软开关电路

8.3.1零电压开关准谐振电路

8.3.2谐振直流环

8.3.3移相全桥型零电压开关PWM电路

8.3.4零电压转换PWM电路

8.4软开关技术新进展

知识拓展

本章小结

习题

参考文献

《电力电子技术》是自动化、电气工程及其自动化专业一门重要的专业基础课。它是模拟电子技术的后续课，是电机拖动控制系统、变频调速技术的前续课。 面对以应用为主的应用型办学特点，在教材的设计方面先有该章的问题引入，然后进行相应的知识铺垫，并利用该章的知识设计一个小的电力变换系统。该部分知识包括大功率充电器的设计、双向DC-DC变换器的设计（电赛）等电路。该书采用了理论分析和Multisim仿真两种方法对整流电路、逆变电路、斩波电路和交流-交流变换器进行讲解。对PWM控制技术、软开关技术进行了分析。

金亚玲,副教授，自动化专业教研室主任，骨干教师，双师教师；主要教授过《电力电子技术》（校级教改立项负责人）、《工厂供电》（校级项目教学示范课负责人）、《电气控制设备》和《电机测试技术》等课程；获得过校级优秀教师荣誉称号；负责校级《自动化专业特色专业建设》；以主编出版了《自动控制题库及详解》教材、《电力变流技术及应用（版）》、《工厂供电》和参编《自动控制原理》等，指导学生大赛多项一等奖等。