现代电力电子技术(研究生教学用书)

本书阐述现代电力电子技术的基本原理,全书共7章,可分为3个单元：①器件单元：即第1章,着重阐述电路运行条件对功率二极管、Power MOSFET、IGBT和IGCT等器件性能的影响;②PWM硬开关电路单元:由第2～5章组成,分章阐述硬开关环境中用PWM控制的各种变换电路的工作原理,这些电路包含直流变换电路、逆变电路、交流变换电路和整流电路。③PWM软开关电路和PWM多电平电路单元:PWM软开关电路和PWM多电平电路分别代表现代电力电子技术的重要发展前沿,第6章分别阐述控制型、缓冲型和直流谐振型3类PWM软开关电路的工作原理;第7章则分别阐述PWM多重化和PWM中点钳位式两类多电平电路的工作原理。本书结构合理,内容新颖,阐述清楚,可作为电力电子和电力传动专业研究生教材;也可作为从事本专业工作的科技人员的参考书。

目 录 前言 绪论 1 第1章 电路运行条件对电力电子器件性能的影响 8 11 概述 8 111 决定电力电子器件实际效能的主要因素 8 112 电力电子器件的分类 8 12 功率二极管 10 121 结型功率二极管的开关过程分析 10 122 开关环境对二极管开关性能的影响 12 123 二极管的功率损耗 13 124 快速功率二极管 14 125 肖特基势垒二极管 16 13 功率场效应晶体管（Power MOSFET） 18 131 分类和结构 18 132 静态特性 20 133 导通电阻 23 134 安全工作区 26 135 开关过程 30 136 栅极驱动电路 41 1 4 绝缘栅晶体管（IGBT） 54 141 IGBT的结构和工作原理 54 142 特性和工艺 58 143 开关过程分析 62 144 缓冲电路 68 145 驱动电路 75 15 集成门极换流晶闸管（IGCT） 81 151 IGCT开关电路 82 152 VC开通过程分析 83 153 VC关断过程分析 85 1 6 功率集成电路（PIC） 88 161 IGBTIPM 88 162 IGBTPIC 90 163 电力电子集成技术 91 参考文献 92 第2章 PWM直流变换电路 94 2 1 概述 94 211 电力电子电路的分类 94 212 直流变换电路的分类 96 213 直流变换电路的基本用途 97 22 单象限降压型电路 97 221 电路外特性分析 97 222 输出滤波电路的参数选择 101 223 PWM控制电路 103 *224 ZVS PWM BUCK电路 108 23 单象限升压型电路 112 231 电路外特性分析 113 232 考虑电路内阻r0时的工作情况分析 115 *233 ZCS PWM BOOST 电路 116 2 4 单象限隔离型电路 120 241 反激式电路（Flyback电路） 121 242 正激式电路（Forward电路） 130 2 5 电流双象限电路 136 251 双象限电路的分类 136 252 电流双象限电路 137 253 缓冲电路 139 254 电流双象限电路的应用示例 143 26 电压双象限电路 148 261 U0＞0时的工作情况分析 148 262 U0＜0时的工作情况分析 151 263 电压双象限电路在可逆直流调速系统中的应用 151 27 单极性PWM四象限直流变换电路 153 271 四象限桥式直流变换电路的分类 153 272 同频式单极性PWM全桥电路 154 273 倍频式单极性PWM全桥电路 157 28 双极性PWM四象限电路 158 281 电路工作原理分析 158 *282 PWM四象限桥式电路在可逆直流调速系统中的应用 160 参考文献 165 第3章 PWM逆变电路 167 31 概述 167 311 特殊交流电源的分类 167 312 逆变电路的基本用途 168 313 逆变电路的分类 169 32 单相方波逆变电路 170 321 基本假定 172 322 方波逆变电路 172 323 相移式方波逆变电路 176 33 单相SPWM逆变电路 178 331 双极性SPWM逆变电路 178 332 单极性SPWM逆变电路 187 333 单相PWM逆变电路用例 197 34 三相方波逆变电路 200 341 纯阻负载的工作情况分析 201 342 无源感性负载的工作情况分析 204 343 有源负载的工作情况分析 208 344 三相方波逆变电路的特点 211 35 三相SPWM逆变电路 213 351 控制极信号的时序分布 213 352 纯阻负载下的电路工作情况 215 353 感性负载下的电路工作情况 217 36 逆变电路输出电压波形改善 217 361 附加输出滤波器 217 362 PWM技术的优化 219 37 逆变电路的控制 222 371 电压瞬时值单环反馈控制 223 372 电流瞬时值单环反馈控制 225 373 电压电流双环反馈控制 230 374 电压空间矢量控制 230 375 PWM逆变电路的控制手段 240 参考文献 248 第4章 PWM交流变换电路 249 41 概述 249 42 单相交流调压电路 250 421 理想条件下PWM交流调压电路的工作情况 250 422 双向功率开关的连接方式 254 423 网侧功率因数和载波频率的选择 256 424 控制栅压的非互补方式 256 43 三相交流调压电路 259 *44 由半控型器件组成的直接变频电路 260 441 理想条件下三相电流源SCR直接变频电路分析 260 442 同步电动机的调速方法 265 443 变频电路的换流过程分析 266 45 由全控型器件组成的直接变频电路 270 451 电压源双向型直接降频电路 270 452 电压源双向型直接变频电路 278 453 电流源双向型直接降频电路 279 参考文献 283 第5章 PWM整流电路 284 51 概述 284 511 整流电路的理想状态 284 512 传统整流电路存在的问题 286 513 PWM整流电路的分类 288 52 低压大电流高频整流电路 289 521 倍流整流电路 289 522 同步整流电路 293 53 电压型单相单管PWM整流电路 298 531 含Boost APFC的PWM整流电路 300 532 含Flyback APFC的PWM整流电路 307 54 电压型单相桥式PWM整流电路 310 541 理想条件下的电路分析 310 542 实际条件下的电路分析 313 543 输出电压U0的调节 317 544 网侧功率因数λ=-1时的电路分析 319 545 电路的控制 322 55 电压型三相桥式PWM整流电路326 551 电路工作原理分析 327 552 电路的控制 333 553 输出直流电压的估算 336 参考文献 338 第6章 PWM软开关电路 340 61 概述 340 611 高频化与PWM技术 340 612 高频工况下电路开关环境的比较 340 613 软PWM开关电路的分类 341 614 PWM软开关电路存在的问题 341 62 缓冲型PWM软开关电路 342 621 缓冲型PWM软开关电路的分类 342 622 分立式缓冲型软PWM电路 346 623 单相式缓冲型软PWM电路 350 *624 集中式缓冲型软PWM电路 363 63 控制型PWM软开关电路 371 *631 高频感应加热用移相式谐振逆变电路 371 632 移相式高频链软PWM逆变电路 379 64 直流谐振型PWM软开关电路 397 641 SCR集中换流电路 398 642 直流谐振环的基本结构及其存在问题 399 643 有源钳位直流准谐振环 402 644 并联式有源钳位直流谐振环 406 645 谐振型单相软PWM逆变电路 411 参考文献 416 注：带*号为非必读内容。 第7章 PWM多电平电路 418 71 概述 418 711 PWM多电平电路的工作背景 418 712 PWM多电平电路的分类 419 72 多重化方波电路 420 721 多重化方波整流电路 420 722 多重化电压源方波逆变电路 422 723 多重化电流源方波逆变电路 429 73 多重化PWM直流变换电路 431 731 多重化PWM单象限降压型电路 432 *732 多重化PWM双管正激式直流变换电路 433 74 多重化PWM逆变电路 435 741 多重化PWM电压源逆变电路 435 742 多重化PWM电流源逆变电路 443 75 中点钳位式逆变电路 445 751 中点钳位式方波逆变电路 446 752 中点钳位式PWM逆变电路（NPCPWMINV） 451 *753 直接转矩控制在NPCPWMINV中的应用 457 76 中点钳位式直流变换电路（NPCDC/DC） 465 761 间接式NPCDC/DC电路 465 762 直接式NPCDC/DC电路 466 77 中点钳位式PWM整流电路（NPCPWMREC） 468 771 SVPWM的控制算法 468 772 NPCPWMREC的控制 470 *773 直流电源中点电位的控制 473 774 间接式IGCTNPC双向变频调速系统474 参考文献 477