高清PDF带书签《电力电子技术》 第3版 周渊深，宋永英，吴迪 编著 2016年版 高清晰可复制文字

前 言
近年来， 电力电子设备的数量和品种急剧增长， 生产第一线迫切需要大量的具有一定理论基础和较高实践技能的工程技术人员对其进行操作和维护。 为适应社会和经济发展对电力电子技术应用性技能型人才培养的需求， 我们编写了本书。
“电力电子技术” 是一门实践性很强的课程， 有大量的波形需要分析、 计算。 作者结合科研工作， 运用面向电气原理结构图的图形化仿真技术， 对书中所讨论的大部分变换电路进行了仿真实验， 并在此基础上进行了实物实验， 获得了相应的仿真实验和实物实验波形。 通过对理论分析波形、 仿真实验波形和实物实验波形的分析对比， 大大增加了读者的感性认识。 本书内容全面， 涵盖了课堂教学、 实验教学和课程设计各个教学环节， 特别是强调实践能力的培养。书中的 MATLAB 图形化仿真技术对学生更好地掌握电力电子技术和提高应用能力具有重要作用， 可以弥补教学实验设备短缺的不足， 对提高教学效果起到了事半功倍的作用。
本书除 “绪论” 外， 第 1 章介绍了功率二极管、 晶闸管、 门极关断 （GTO）闸管、 大功率晶体管 （GTR）、 功率场效应晶体管 （P⁃MOSFET）、 绝缘栅双极型晶体管 （ IGBT） 等典型电力电子器件的结构、 工作原理、 特性和主要参数；讨论了如器件的驱动、 保护和缓冲等应用问题。 第 2 章介绍了交流 － 直流变换技术， 具体分析了典型单相和三相整流电路的组成、 工作原理、 波形分析和基本计算。 第 3 章介绍了直流 － 交流变换技术， 从不同的换流方式出发， 分析了有源逆变和无源逆变 （变频） 电路， 讨论了 PWM 调制技术。 第 4 章介绍了交流 － 交流变换技术， 分析了以晶闸管器件为基础的交流开关、 交流调功和交流调压电路， 交 － 交变频也归在此章。 第 5 章介绍了以全控型器件为基础的直流 － 直流变换技术。 第 6 章介绍了用于消除开关损耗的软开关技术。 在第 2 ～ 6章每章的后面安排了典型变换电路的仿真实验内容， 用以验证理论分析的有效
性。 附录安排了课程设计大纲及任务书内容。
和本书第 2 版相比较， 在变流电路方面增加了多相整流、 PWM 整流器、SVPWM、 多重化逆变、 变换电路的谐波分析等内容； 精简了部分传统内容， 整流和逆变部分增加了较多的例题； 运用新版 MATLAB 仿真软件进行了变流电路仿真， 增加了大量原创性的仿真实例。 纵观全书， 仿真实验和课程设计内容达到全书内容的一半以上。
全书按 48 ～ 56 理论教学课时编写； 仿真实验可在课后或校内专业实习中完成； 课程设计时间以 1. 5 ～ 2 周为宜。
全书由周渊深教授统稿， 并编写了绪论和第 1、 3、 5、 6 章的理论部分； 吴迪博士编写了第 2、 4 章的理论部分； 宋永英高级实验师编写了附录， 并提供了全书的实验波形。 全书的仿真实验内容由周渊深、 宋永英、 吴迪共同编写。 朱希荣老师参加了校稿工作， 周玉琴同志绘制了全书插图。 在本书的编写过程中参阅和利用了部分兄弟院校的教材内容， 在此向这些资料的作者一并致谢。在本书的编写及审定过程中， 得到了江苏省电子信息重点专业 （类） 建设基金和连云港市 521 人才培养工程基金资助， 在此一并表示感谢。
由于作者水平有限， 书中难免存在不妥之处， 请读者原谅， 并提出宝贵意见。 特别是仿真实验模型只是作者依据自己的理解进行搭建的， 不是唯一更不是最优的， 期待读者提出更好的方案与作者交流。
为了配合本书的教学， 本书为读者提供了电子教案， 与教材配套的仿真模型和习题答案可向编者索取， 编者电子信箱 zys62＠ 126. com。
编 者

内容索引：

前言
0 绪 论 ……………………………………… 1
0. 1 电力电子技术与信息电子技术 ………… 1
0. 2 电力电子技术的研究内容 ……………… 1
0. 3 电力电子器件 …………………………… 1
0. 4 电力电子变流技术 ……………………… 2
0. 5 电力电子技术的发展 …………………… 3
0. 6 电力电子变流技术的应用 ……………… 4
0. 7 本课程的任务与要求 …………………… 5
第 1 章 电力电子器件 ……………………… 6
1. 1 功率二极管 ……………………………… 6
1. 1. 1 功率二极管及其工作原理 ………… 6
1. 1. 2 功率二极管的伏安特性 …………… 6
1. 1. 3 功率二极管的主要参数 …………… 7
1. 1. 4 功率二极管的型号和选择原则 …… 7
1. 1. 5 功率二极管的主要类型 …………… 8
1. 2 晶闸管 …………………………………… 8
1. 2. 1 晶闸管的结构、 电气符号和外形 ………………… 9
1. 2. 2 晶闸管的工作原理 ………………… 10
1. 2. 3 晶闸管的特性 ……………………… 12
1. 2. 4 晶闸管的主要参数 ………………… 13
1. 2. 5 普通晶闸管的型号和选择原则 …… 17
1. 2. 6 晶闸管的其他派生器件 …………… 18
1. 3 门极关断 （GTO） 晶闸管……………… 21
1. 3. 1 GTO 的结构和工作原理…………… 22
1. 3. 2 GTO 的特性和主要参数…………… 23
1. 4 大功率晶体管 （GTR） ………………… 24
1. 4. 1 GTR 的结构和工作原理…………… 24
1. 4. 2 GTR 的特性和主要参数…………… 25
1. 5 功率场效应晶体管 （P⁃MOSFET） …… 26
1. 5. 1 P⁃MOSFET 的结构和工作原理 …… 26
1. 5. 2 P⁃MOSFET 的特性和主要参数 …… 27
1. 6 绝缘栅双极型晶体管 （IGBT） ……… 29
1. 6. 1 IGBT 的结构和工作原理 ………… 29

1. 6. 2 IGBT 的特性和主要参数 ………… 30
1. 6. 3 IGBT 的擎住效应 ………………… 31
1. 7 其他新型电力电子器件 ………………… 32
1. 7. 1 MOS 控制晶闸管 （MCT） ……… 32
1. 7. 2 集成门极换流晶闸管 （IGCT） … 32
1. 7. 3 功率模块与功率集成电路 ………… 33
1. 7. 4 静电感应晶体管 （SIT） ………… 33
1. 7. 5 静电感应晶闸管 （SITH） ……… 34
1. 8 电力电子器件的驱动 34 ……………………
1. 8. 1 晶闸管的门极驱动 （触发） 34 ………
1. 8. 2 电流型全控电力电子器件的门极驱动 ………………………………… 35
1. 8. 3 电压型全控电力电子器件的门极驱动 ………………………………… 38
1. 9 电力电子器件的保护 …………………… 40
1. 10 典型电力电子器件的 MATLAB 仿真模型 …………………………………… 41
1. 10. 1 二极管的仿真模型 ……………… 41
1. 10. 2 晶闸管的仿真模型 ……………… 42
1. 10. 3 GTO 的仿真模型 ………………… 43
1. 10. 4 IGBT 的仿真模型 ………………… 45
1. 10. 5 MOSFET 的仿真模型 …………… 46
1. 10. 6 理想开关的仿真模型 …………… 47
习题 ……………………………………………48
第 2 章 交流 － 直流变换电路及其仿真 ………………………………… 51
2. 1 带滤波电路的不可控整流电路 ………… 51
2. 1. 1 带滤波电路的单相桥式不可控整流电路 ………………………………… 51
2. 1. 2 带滤波电路的三相桥式不可控整流电路 ………………………………… 52
2. 2 晶闸管单相可控整流电路 ……………… 54
2. 2. 1 单相半波可控整流电路 （电阻性负载） ……………………………… 54

2. 2. 2 单相半波可控整流电路 （阻 － 感性负载） ……………………………… 57
2. 2. 3 单相半波可控整流电路 （阻 － 感性负载加续流二极管） ……………… 58
2. 2. 4 单相桥式全控整流电路 （电阻性负载） ……………………………… 60
2. 2. 5 单相桥式全控整流电路 （阻 － 感性负载） ……………………………… 63
2. 2. 6 单相桥式全控整流电路 （反电动势负载） ……………………………… 65
2. 2. 7 单相桥式半控整流电路 （阻 － 感性负载、 不带续流二极管） ………… 65
2. 2. 8 单相桥式半控整流电路 （带续流二极管） …………………………… 67
2. 3 三相半波可控整流电路 ………………… 71
2. 3. 1 三相半波可控整流电路 （电阻性负载） ……………………………… 71
2. 3. 2 三相半波可控整流电路 （阻 － 感性负载） ……………………………… 74
2. 3. 3 三相半波共阳极可控整流电路 …… 77
2. 4 三相桥式全控整流电路 ………………… 77
2. 4. 1 三相桥式全控整流电路 （电阻性负载） ……………………………… 77
2. 4. 2 三相桥式全控整流电路 （阻 － 感性负载） ……………………………… 80
2. 5 三相桥式半控整流电路 ………………… 83
2. 5. 1 三相桥式半控整流电路 （电阻性负载） ……………………………… 83
2. 5. 2 三相桥式半控整流电路 （阻 － 感性负载） ……………………………… 84
2. 6 整流电路的谐波和功率因数 …………… 84
2. 6. 1 谐波 ………………………………… 84
2. 6. 2 功率因数 …………………………… 85
2. 6. 3 交流侧谐波和功率因数分析 ……… 86
2. 6. 4 直流侧输出电压和电流的谐波分析 ………………………………… 88
2. 7 相控整流电路的组合 …………………… 90
2. 7. 1 带平衡电抗器的双反星形大功率相控整流电路 ……………………… 90
2. 7. 2 带平衡电抗器的 12 脉波大功率相控整流电路 ……………………… 95
2. 7. 3 两个三相桥式整流电路串联连接的 12 脉波整流电路 ……………… 97
2. 8 变压器漏抗对整流电路的影响 ………… 99
2. 9 晶闸管相控电路的驱动控制 ………… 102
2. 9. 1 单结晶体管触发电路 …………… 102
2. 9. 2 同步信号为锯齿波的触发电路 … 107
2. 9. 3 集成触发电路 …………………… 110
2. 9. 4 触发电路的定相 ………………… 112
2. 10 PWM 整流器 ………………………… 114
2. 10. 1 电压型 PWM 整流器原理分析 … 114
2. 10. 2 电流型 PWM 整流器原理分析 … 120
2. 11 交流 － 直流变换电路的仿真 ………… 121
2. 11. 1 电力电子变流器中典型环节的仿真模型 ……………………………… 121
2. 11. 2 晶闸管单相半波和双半波可控整流电路的仿真 ……………………… 124
2. 11. 3 晶闸管单相桥式可控整流电路的仿真 ……………………………… 136
2. 11. 4 晶闸管三相可控整流电路的仿真 ……………………………… 149
2. 11. 5 相控组合整流电路的仿真 ……… 164
2. 11. 6 多相整流电路的谐波分析仿真 ……………………………… 171
2. 11. 7 考虑变压器漏感时三相半波整流电路的仿真 ……………………… 174
2. 11. 8 二极管不可控整流电路的仿真 ……………………………… 176
2. 11. 9 单相 PWM 整流器的仿真 ……… 180习题…………………………………………… 182
第 3 章 直流 － 交流变换电路及其仿真………………………………… 186
3. 1 逆变的概念 …………………………… 186
3. 1. 1 逆变电路的基本类型 …………… 186
3. 1. 2 逆变电路中的换流方式 ………… 187
3. 2 电网电压换流式有源逆变电路 ……… 188
3. 2. 1 单相双半波有源逆变电路 ……… 188
3. 2. 2 逆变失败与最小逆变角的限制 … 190
3. 2. 3 有源逆变的应用———两组晶闸管反并联时电动机的可逆运行 …… 191

3. 3 器件换流式无源逆变电路 …………… 192
3. 3. 1 电压型和电流型无源逆变电路 ……………………………… 192
3. 3. 2 器件换流式电压型无源逆变电路 ……………………………… 193
3. 3. 3 器件换流式电流型无源逆变电路 ……………………………… 199
3. 4 强迫换流式无源逆变电路 …………… 203
3. 4. 1 180°导电型的晶闸管交 － 直 － 交电压型变频器 …………………… 203
3. 4. 2 120°导电型的晶闸管交 － 直 － 交电流型变频器 …………………… 205
3. 5 负载换流式无源逆变电路 …………… 208
3. 5. 1 并联谐振式电流型逆变电路 …… 208
3. 5. 2 串联谐振式电压型逆变电路 …… 211
3. 6 多重逆变电路和多电平逆变电路 …… 212
3. 6. 1 多重逆变电路 …………………… 212
3. 6. 2 多电平逆变电路 ………………… 214
3. 7 脉宽调制 （PWM） 逆变器技术 ……… 215
3. 7. 1 电压正弦脉宽调制的工作原理 … 216
3. 7. 2 电流正弦脉宽调制的工作原理 … 221
3. 7. 3 电压空间向量 SVPWM 的工作原理 ……………………………… 222
3. 8 直流 － 交流变换电路的仿真 ………… 228
3. 8. 1 晶闸管有源逆变电路的仿真 …… 228
3. 8. 2 方波无源逆变电路的仿真 ……… 235
3. 8. 3 负载换流式无源逆变电路的仿真 ……………………………… 245
3. 8. 4 多重逆变电路的仿真 …………… 249
3. 8. 5 电压 SPWM 逆变电路的仿真 …… 255
3. 8. 6 电流跟踪型 PWM 逆变电路的仿真 ……………………………… 262
3. 8. 7 空间矢量 SVPWM 逆变电路的仿真 ……………………………… 263
3. 8. 8 三电平 SPWM 逆变器的仿真 …… 266习题…………………………………………… 269
第 4 章 交流 － 交流变换电路及其仿真………………………………… 271
4. 1 概述 …………………………………… 271
4. 2 交流调压电路 ………………………… 271

4. 2. 1 相控式交流调压电路 …………… 272
4. 2. 2 斩波式交流调压电路 …………… 279
4. 3 晶闸管交流调功器和交流开关 ……… 283
4. 3. 1 晶闸管交流调功器 ……………… 284
4. 3. 2 晶闸管交流开关 ………………… 285
4. 3. 3 交流电力控制技术的应用 ……… 285
4. 4 交 － 交变频器 ………………………… 288
4. 4. 1 晶闸管单相交 － 交变频电路 …… 289
4. 4. 2 晶闸管三相交 － 交变频电路 …… 290
4. 5 交流 － 交流变换电路的仿真 ………… 292
4. 5. 1 晶闸管单相交流调压电路的仿真 ……………………………… 292
4. 5. 2 晶闸管三相交流调压电路的仿真 ……………………………… 301
4. 5. 3 晶闸管交 － 交变频电路的仿真 … 306习题…………………………………………… 311
第 5 章 直流 － 直流变换电路及其仿真………………………………… 313
5. 1 直流斩波器 …………………………… 313
5. 2 单管非隔离直流斩波器 ……………… 315
5. 2. 1 降压式直流斩波电路（Buck 变换器） ………………… 315
5. 2. 2 升压式直流斩波电路（Boost 变换器） ………………… 317
5. 2. 3 升 － 降压式直流斩波电路（Buck⁃Boost 变换器） …………… 318
5. 2. 4 Cuk 直流斩波电路 ……………… 320
5. 2. 5 Sepic 直流斩波电路 ……………… 322
5. 2. 6 Zeta 直流斩波电路 ……………… 323
5. 2. 7 电流可逆二象限直流斩波电路 … 325
5. 2. 8 电压可逆二象限直流斩波电路 … 325
5. 2. 9 H 桥式直流斩波电路 …………… 326
5. 3 变压器隔离的直流 － 直流变换器 …… 327
5. 3. 1 单端正激变换器 ………………… 327
5. 3. 2 单端反激变换器 ………………… 329
5. 3. 3 半桥式隔离的降压变换器 ……… 329
5. 3. 4 全桥式隔离的降压变换器 ……… 330
5. 4 直流 － 直流变换电路的仿真 ………… 330
5. 4. 1 单管非隔离变换电路的仿真 …… 330
5. 4. 2 H 桥式直流变换器的仿真 ……… 343

5. 4. 3 带变压器隔离的直流 － 直流变换器的仿真 …………………………… 352
习题…………………………………………… 359
第 6 章 软开关电路及其仿真…………… 361
6. 1 软开关的基本概念 …………………… 361
6. 2 软开关电路的分类 …………………… 363
6. 3 典型的软开关电路 …………………… 366
6. 3. 1 准谐振 （QRC） 变换电路 ……… 366
6. 3. 2 零开关 PWM （ZS⁃PWM）变换电路 ………………………… 368
6. 3. 3 零转换 PWM （ZT⁃PWM）变换电路 ………………………… 371

6. 4 软开关电路的仿真 …………………… 375
6. 4. 1 准谐振 （QRC） 变换电路的仿真 ……………………………… 375
6. 4. 2 零开关 PWM （ZS⁃PWM）变换电路的仿真 ………………… 381
6. 4. 3 零转换 PWM （ZT⁃PWM）变换电路的仿真 ………………… 385
习题…………………………………………… 392
附录 电力电子技术课程设计…………… 394
参考文献 ……………………………………… 399

投稿会员：可爱莹