目 錄 第1章 緒論 ………………………………………………………………………………… 1 1.1 電力電子技術與電子技術 ……………………………………………………… 1 1.2 電力電子技術的內容 …………………………………………………………… 1 1.3 電力變換的種類和變流技術 …………………………………………………… 2 1.4 與相關學科的關系 ……………………………………………………………… 2 1.5 電力電子技術的應用 …………………………………………………………… 3 1.5.1 電力電子技術在各種電源技術中的應用 ……………………………… 3 1.5.2 電力電子技術在變頻器中的應用 ……………………………………… 4 1.5.3 電力電子技術在電力系統中的應用 …………………………………… 4 1.5.4 電力電子技術在新能源汽車中的應用 ………………………………… 8 1.6 電力電子技術的誕生與發展 …………………………………………………… 8 本章小結 ……………………………………………………………………………… 11 習題 …………………………………………………………………………………… 11 第2章 電力電子器件及應用 …………………………………………………………… 12 2.1 電力電子器件的特點和分類 …………………………………………………… 12 2.1.1 電力電子器件的特點 ………………………………………………… 12 2.1.2 電力電子器件的分類 ………………………………………………… 13 2.1.3 電力電子器件的封裝 ………………………………………………… 13 2.2 功率二極管 ……………………………………………………………………… 14 2.2.1 結型功率二極管基本結構和工作原理 ……………………………… 14 2.2.2 結型功率二極管的基本特性 ………………………………………… 15 2.2.3 快速功率二極管 ……………………………………………………… 17 2.2.4 肖特基勢壘二極管 …………………………………………………… 18 2.2.5 功率二極管的主要參數 ……………………………………………… 19 2.2.6 功率二極管的應用特點 ……………………………………………… 19 2.3 晶閘管 …………………………………………………………………………… 20 2.3.1 晶閘管的結構和工作原理 …………………………………………… 20 2.3.2 晶閘管的特性和參數 ………………………………………………… 22 2.3.3 晶閘管派生器件 ……………………………………………………… 25 2.4 可關斷晶閘管 …………………………………………………………………… 27 Ⅳ 2.5 功率場效應晶體管 ……………………………………………………………… 28 2.6 絕緣柵雙極晶體管 ……………………………………………………………… 32 2.7 電力電子器件的集成和新型半導體材料 ……………………………………… 35 2.7.1 電力電子器件的集成 ………………………………………………… 35 2.7.2 新型半導體材料 ……………………………………………………… 35 2.8 電力電子器件的保護和緩沖 …………………………………………………… 36 2.8.1 電力電子器件的保護 ………………………………………………… 36 2.8.2 RCD 緩沖電路 ………………………………………………………… 37 本章小結 ……………………………………………………………………………… 38 習題 …………………………………………………………………………………… 39 第3章 DC-DC變換器(直流斬波電路)………………………………………………… 41 3.1 Buck變換器 …………………………………………………………………… 42 3.2 Boost變換器 …………………………………………………………………… 45 3.3 Cuk變換電路 …………………………………………………………………… 47 3.4 復合型變換電路 ………………………………………………………………… 49 3.5 變壓器隔離型 DC-DC 變換電路 ……………………………………………… 53 3.6 DC-DC 斬波器的 Matlab仿真 ………………………………………………… 56 3.6.1 降壓式直流斬波電路(Buck)仿真 …………………………………… 56 3.6.2 升壓式直流斬波電路(Boost)仿真 …………………………………… 58 本章小結 ……………………………………………………………………………… 60 習題 …………………………………………………………………………………… 60 第4章 AC-DC變換器(整流和有源逆變電路)………………………………………… 61 4.1 單相半波整流電路 ……………………………………………………………… 61 4.1.1 單相半波不可控整流電路 …………………………………………… 62 4.1.2 單相半波相控整流電路 ……………………………………………… 64 4.2 單相橋式整流電路 ……………………………………………………………… 69 4.2.1 單相橋式不可控整流電路 …………………………………………… 69 4.2.2 單相橋式相控整流電路 ……………………………………………… 69 4.2.3 單相全波可控整流電路 ……………………………………………… 73 4.3 三相半波整流電路 ……………………………………………………………… 74 4.3.1 三相半波相控整流電路(共陰極) …………………………………… 74 4.3.2 三相半波相控整流電路(共陽極) …………………………………… 78 4.4 三相橋式相控整流電路 ………………………………………………………… 79 4.5 變壓器漏感對整流電路的影響 ………………………………………………… 85 4.6 整流電路的諧波和功率因數 …………………………………………………… 86 4.7 有源逆變電路 …………………………………………………………………… 88 4.7.1 逆變的概念 …………………………………………………………… 88 4.7.2 三相橋式整流電路的有源逆變工作狀態 …………………………… 89 Ⅴ 4.7.3 逆變失敗與*小逆變角的限制 ……………………………………… 90 4.8 晶閘管直流電動機系統 ………………………………………………………… 91 4.8.1 工作于整流狀態時 …………………………………………………… 91 4.8.2 工作于有源逆變狀態時 ……………………………………………… 94 4.8.3 直流可逆電力拖動系統 ……………………………………………… 94 4.9 AC-DC 變換器的 Matlab仿真 ………………………………………………… 96 4.9.1 單相半波晶閘管可控整流電路仿真 ………………………………… 96 4.9.2 單相橋式相控整流電路仿真 ………………………………………… 100 4.10 三相橋式全控整流電路實訓 ………………………………………………… 103 本章小結 ……………………………………………………………………………… 105 習題 …………………………………………………………………………………… 105 _x00B_第5章 DC-AC逆變器(無源逆變電路) ……………………………………………… 107 5.1 DC-AC 逆變器概述 …………………………………………………………… 107 5.1.1 逆變器的基本原理 …………………………………………………… 107 5.1.2 逆變器的分類 ………………………………………………………… 110 5.2 電壓型逆變器 ………………………………………………………………… 111 5.2.1 電壓型方波逆變器 …………………………………………………… 111 5.2.2 電壓型正弦波逆變器(PWM 控制技術)…………………………… 117 5.3 電流型逆變器 ………………………………………………………………… 126 5.4 單相全橋逆變電路 Matlab仿真……………………………………………… 130 5.5 DC-AC 逆變器的實訓(車載逆變器實訓)…………………………………… 132 本章小結 ……………………………………………………………………………… 134 _x00B_習題 …………………………………………………………………………………… 134 實踐任務 ……………………………………………………………………………… 135 _x00B_第6章 AC-AC變換器 ………………………………………………………………… 136 6.1 AC-AC 變換器概述 …………………………………………………………… 136 6.2 交流調壓電路 ………………………………………………………………… 137 6.2.1 單相交流調壓電路 …………………………………………………… 137 6.2.2 三相交流調壓電路 …………………………………………………… 140 6.3 交流調功電路 ………………………………………………………………… 142 6.4 AC-AC 變頻電路 ……………………………………………………………… 144 6.4.1 單相 AC-AC 變頻電路 ……………………………………………… 144 6.4.2 三相 AC-AC 變頻電路 ……………………………………………… 148 6.5 單相交流調壓電路的 Matlab仿真 …………………………………………… 150 6.6 AC-AC 變換器的實訓 ………………………………………………………… 152 6.6.1 單相晶閘管交流調壓電路實訓 ……………………………………… 152 6.6.2 單相雙向晶閘管交流調壓電路實訓 ………………………………… 153 _x00B_本章小結 ……………………………………………………………………………… 154 Ⅵ 習題 …………………………………………………………………………………… 155 實踐任務 ……………………………………………………………………………… 155 _x00B_第7章 交直流調速技術 ………………………………………………………………… 156 7.1 交直流調速技術概述 ………………………………………………………… 156 7.1.1 交直流調速技術的發展及應用概況 ………………………………… 156 7.1.2 調速系統的穩態指標 ………………………………………………… 157 7.1.3 比例-積分控制規律和無靜差調速系統 …………………………… 159 7.2 直流調速技術 ………………………………………………………………… 162 7.2.1 直流調速方式及調速用可控直流電源 ……………………………… 162 7.2.2 晶閘管-直流電動機開環調速系統存在的問題 …………………… 165 7.2.3 單閉環直流調速系統 ………………………………………………… 165 7.2.4 轉速-電流雙閉環直流調速系統 …………………………………… 170 7.2.5 單閉環直流調速系統 Matlab仿真 ………………………………… 173 7.2.6 單閉環晶閘管直流調速系統實訓 …………………………………… 177 7.3 交流調速技術 ………………………………………………………………… 181 7.3.1 交流調速方式 ………………………………………………………… 181 7.3.2 交流異步電動機的軟起動與降壓節能原理 ………………………… 182 7.3.3 交流變頻調速 ………………………………………………………… 185 7.3.4 矢量控制與直接轉矩控制 …………………………………………… 194 7.3.5 變頻器的應用 ………………………………………………………… 198 7.4 西門子 MM440變頻器實訓 ………………………………………………… 203 7.4.1 變頻器的面板操作與運行 …………………………………………… 203 7.4.2 變頻器的外部運行操作 ……………………………………………… 206 7.4.3 變頻器的模擬信號操作控制 ………………………………………… 209 7.4.4 變頻器的多段速運行操作 …………………………………………… 212 本章小結 ……………………………………………………………………………… 215 習題 …………………………………………………………………………………… 215 _x00B_參考文獻 …………………………………………………………………………………… 217