現代電力電子應用技術

第1章　緒論
1.1　什麽是電力電子技術 　 001
1.1.1　電力電子技術的定義和分類 　 002
1.1.2　電力電子技術學科導向圖 　 003
1.1.3　電力電子變流系統組成 　 005
1.2　電力電子技術的發展史 　 006
1.3　電力電子技術應用 　 008
1.4　電力電子技術學習導圖 　 010
小結 　 012
思考題 　 012

第2章　電力電子技術基礎知識
2.1　開關變流的概念 　 013
2.1.1　基本開關變流電路 　 013
2.1.2　橋式變流電路 　 014
2.1.3　開關變流電路的開關模式 　 015
2.2　電力電子器件 　 016
2.2.1　電力電子器件的概念和特征 　 016
2.2.2　電力電子器件的分類 　 017
2.2.3　不可控電力電子器件——電力二極管 　 017
2.2.4　半控型電力電子器件——晶閘管 　 019
2.2.5　全控型電力電子器件 　 022
2.2.6　寬禁帶器件 　 025
2.3　電力電子器件的驅動 　 027
2.3.1　電流驅動型 　 027
2.3.2　電壓驅動型 　 028
2.4　軟開關技術 　 028
2.4.1　軟開關的基本概念 　 029
2.4.2　軟開關電路的分類 　 030
2.5　濾波器 　 031
2.6　冷卻 　 033
2.7　控制 　 033
2.8　電力電子器件的保護 　 035
2.8.1　過電壓的產生及過電壓保護 　 035
2.8.2　過電流保護 　 036
2.8.3　緩沖電路 　 037
2.9　電力電子器件的串、並聯 　 038
2.9.1　電力電子器件的串聯 　 038
2.9.2　電力電子器件的並聯 　 039
2.10　電力電子電路的MATLAB仿真 　 040
2.10.1　Simulink 的啟動 　 041
2.10.2　仿真的數值算法 　 041
2.10.3　模型庫 　 043
2.10.4　觸發信號發生器 　 043
2.10.5　示波器的使用 　 044
小結 　 046
思考題 　 046
習題 　 047

第3章　交流-直流變換電路
3.1　交流-直流變換電路概述 　 048
3.1.1　整流電路的結構和分類 　 048
3.1.2　不可控整流電路 　 049
3.2　單相橋式相控整流電路 　 054
3.3　三相可控整流電路 　 059
3.3.1　直流電動機調速系統組成 　 059
3.3.2　三相半波可控整流電路 　 060
3.3.3　三相橋式全控整流電路 　 062
3.4　變壓器漏感對整流電路的影響 　 065
3.5　電容濾波 　 067
3.6　PWM 整流電路 　 069
3.6.1　橋式 PWM 整流器 　 070
3.6.2　VIENNA 整流器 　 072
3.7　整流器的設計 　 073
3.7.1　單相橋式可控整流器的設計 　 073
3.7.2　三相橋式可控整流器的設計 　 073
3.7.3　單相橋式PWM整流器的設計 　 074
3.8　MATLAB 仿真 　 075
3.8.1　單相橋式整流電路仿真 　 075
3.8.2　三相橋式整流電路仿真 　 079
小結 　 085
思考題 　 086
習題 　 086

第4章　直流-交流變換電路
4.1　直流-交流變換電路概述 　 088
4.1.1　逆變電路的分類 　 088
4.1.2　逆變電路的性能指標　 089
4.2　有源逆變電路 　 090
4.2.1　有源逆變工作原理 　 091
4.2.2　逆變失敗及措施 　 093
4.3　電壓型逆變電路 　 094
4.3.1　單相電壓型逆變電路　 095
4.3.2　三相電壓型逆變電路　 102
4.4　PWM 逆變電路 　 105
4.4.1　單相SPWM 逆變電路 　 106
4.4.2　三相SPWM 逆變電路 　 109
4.5　電壓型逆變電路參數計算 　 111
4.5.1　單相電壓型全橋逆變器的設計 　 111
4.5.2　三相橋式電壓型逆變器 　 112
4.6　電流型逆變電路 　 113
4.6.1　單相電流型逆變電路 　 113
4.6.2　三相電流型逆變電路 　 115
4.7　逆變電路的軟開關技術 　 116
4.8　逆變電路仿真 　 117
4.8.1　方波無源逆變電路的MATLAB 仿真 　 117
4.8.2　PWM 逆變電路的MATLAB 仿真 　 121
4.8.3　永磁同步電機仿真 　 122
小結 　 130
思考題 　 131
習題 　 131

第5章　直流-直流變換電路
5.1　直流-直流變換電路概述 　 133
5.1.1　DC/DC 變換器的基本控制方式 　 133
5.1.2　DC/DC 變換器的應用 　 134
5.2　非隔離型 DC/DC 變換器 　 135
5.2.1　Buck 變換器 　 135
5.2.2　Boost 變換器 　 140
5.2.3　Buck-Boost 變換器 　 142
5.2.4　Cuk、Sepic 和Zeta變換器 　 143
5.3　雙向 DC/DC 變換器 　 145
5.3.1　半橋式電流可逆斬波電路 　 145
5.3.2　全橋式可逆斬波電路　 146
5.3.3　其他雙向DC/DC變換 　 148
5.4　隔離型直流-直流變換器 　 148
5.4.1　正激變換器 　 148
5.4.2　反激變換器 　 150
5.4.3　全橋變換器 　 152
5.4.4　半橋變換器 　 153
5.4.5　推挽變換器 　 154
5.5　DC/DC 變換器中的軟開關 　 154
5.5.1　Buck 變換器中的軟開關技術 　 155
5.5.2　Boost 變換器中的軟開關技術 　 155
5.5.3　諧振變流電路 　 158
5.6　DC/DC 變換器的參數計算 　 159
5.6.1　Buck 變換器的設計 　 159
5.6.2　Boost 變換器的設計　 160
5.6.3　全橋變換器的設計 　 161
5.7　MATLAB 仿真實例 　 162
5.7.1　Buck 電路仿真 　 162
5.7.2　光伏最大功率跟蹤仿真 　 163
5.7.3　橋式電路給直流電動機供電 　 169
小結 　 172
思考題 　 172
習題 　 172

第6章　交流-交流變換電路
6.1　交流-交流變換電路概述 　 174
6.1.1　交流電力控制電路基本類型及其應用 　 174
6.1.2　交-交變頻電路基本類型及其應用 　 175
6.2　交流調壓電路 　 176
6.2.1　三相異步電動機軟啟動器 　 176
6.2.2　單相相控式交流調壓器 　 178
6.2.3　三相交流調壓電路 　 181
6.2.4　斬控式調壓電路 　 183
6.2.5　交流調壓電路參數計算 　 185
6.3　其他交流電力控制電路 　 186
6.3.1　交流調功電路 　 186
6.3.2　交流電力電子開關 　 188
6.4　交-交直接變頻電路 　 188
6.4.1　交-交變頻基本原理 　 188
6.4.2　交-交變頻電路的運行方式及性能特點 　 190
6.4.3　三相交-交變頻電路 　 192
6.4.4　矩陣式變頻電路 　 194
6.5　交流調壓電路MATLAB 仿真實例 　 197
6.5.1　單相調壓電路仿真 　 197
6.5.2　三相交流調壓電路 　 197
6.5.3　晶閘管單相交-交變頻電路的建模與仿真 　 199
小結 　 202
思考題 　 203
習題 　 203

第7章　多重化和多電平
7.1　多重化技術 　 204
7.1.1　整流電路的多重化 　 204
7.1.2　斬波電路的多重化 　 205
7.1.3　逆變電路的多重化 　 205
7.2　多電平技術 　 208
7.2.1　多電平逆變電路 　 208
7.2.2　二極管鉗位型多電平逆變器 　 209
7.2.3　飛跨電容型多電平逆變器 　 211
7.2.4　級聯H 橋型多電平變換器 　 213
小結 　 214
思考題 　 214
習題 　 215

第8章　電力電子變流電路的實際應用
8.1　交-直-交變頻調速系統 　 216
8.1.1　變頻器主電路和工作原理 　 216
8.1.2　變頻器參數計算 　 217
8.1.3　交流調速系統主要控制方法 　 218
8.1.4　感應電機矢量控制仿真 　 219
8.2　電能路由器 　 222
8.2.1　電能路由器概述 　 222
8.2.2　太陽能電動車電能路由器典型電路 　 224
8.2.3　控制策略 　 227
8.2.4　器件選型和參數計算　 228
8.2.5　仿真 　 229
8.3　其他應用 　 239
8.3.1　風電制氫 　 239
8.3.2　不間斷電源 　 241
8.3.3　高壓直流輸電 　 241
8.3.4　開關電源 　 243
8.3.5　功率因數校正技術 　 245
8.3.6　無功補償裝置 　 246
8.3.7　焊接電源 　 248

第9章　電力電子實驗
實驗一　三相橋式半控整流電路實驗 　 249
實驗二　三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗 　 252
實驗三　非隔離型斬波電路（設計性）實驗 　 255
實驗四　全橋可逆斬波電路實驗 　 259
實驗五　單相交-直-交變頻電路（純電阻）實驗 　 262

附錄　電力電子變換器的設計
1　主電路的設計 　 265
2　控制電路的設計 　 270

參考文獻