《电力电子技术(第2版)》是针对电气工程及其自动化专业基础课程教学需要而编写的教材,其内容经过精选,既保持了学科的完整性,又反映了该领域内的最新技术成果,更注意适应教学的需要。《电力电子技术(第2版)》内容包括功率半导体器件及其驱动与保护、可控整流与有源逆变、直流—直流变换(斩波)、直流—交流逆变电路、PWM逆变及整流、交流调压与调功、交流—交流变换、谐振软开关技术以及电力电子技术在电气工程中的应用等。《电力电子技术(第2版)》配套有电子课件,可赠送给任课教师使用。
《电力电子技术(第2版)》可作为电气工程及其自动化专业的教材,也可供从事电力电子技术、运动控制(交流调速)技术、电力系统及其自动化等领域工作的工程技术人员参考。
其他版本请见:《电力电子技术(第2版)》 针对电气工程及其自动化本科专业的教学需要和应用。 内容按“器件”一“电路”一“应用”安排,系统完整,全面合理。 与后续专业课程有良好衔接,反映最新技术成果。 文字流畅,概念清晰,方便自学,利于复习。 配套电子课件,可赠送给任课教师。
本书是《电力电子技术》(贺益康、潘再平编著,科学出版社,2004年出版)一书的第二版,已列入普通高等教育“十一五”国家级规划教材。为适应目前电气工程及其自动化专业的专业基础课程教学需要,作者对本书第一版进行了修订。在第二版编写中除继续保持前一版的优点外,一方面注意电力电子技术本身学科内容的系统性、完整性和教学所需的循序渐进性,另一方面也突出了电气工程及其自动化专业教学需要、与后续专业课程衔接的针对性以及内容上的新颖性和先进性;同时还根据多年教学实践,在保持章节结构大体不变的前提下,对前一版内容的某些不足、文图错误进行了修正,并增加了一些新内容,具体如下:
(1)删除与本科教学关系较少的一些器件技术性能的介绍,如UAA4002模块;
(2)增加4.4节“双向DC-DC变换器”、4.6节“多相多重斩波电路”及5.4节“三相电压源型逆变电路”;
(3)在5.6.5节“PWM逆变电路输出特性”的正弦脉宽调制方法的采样法中,增加“(2)规则采样法”;
(4)在5.6.5节“PWM逆变电路输出特性”中增加“开关死区对PWM变频器输出的影响”;
(5)在5.6.5节“PWM逆变电路输出特性”中增加“零电压开关准谐振电路”等。
本书作者对在第一版使用中提出意见和建议的读者表示衷心的感谢!同时继续恳切希望广大读者批评指正。
第二版前言
第一版前言
第一章 功率半导体器件
1.1 概述
1.2 大功率二极管
1.3 晶闸管
1.4 大功率晶体管
1.5 功率场效应晶体管
1.6 绝缘栅双极型晶体管
1.7 其他功率开关器件
本章小结
思考题与习题
第二章 功率半导体器件的驱动与保护
2.1 晶闸管的驱动与保护
2.2 电流型全控型器件的驱动
2.3 电压型全控型器件的驱动
2.4 全控型器件的保护
本章小结
思考题与习题
第三章 交流-直流变换
3.1 单相可控整流电路
3.2 三相可控整流电路
3.3 有源逆变电路
3.4 电容滤波的不可控整流电路
3.5 整流电路的谐波及功率因数
3.6 大功率整流电路
本章小结
思考题与习题
第四章 直流-直流变换
4.1 DC-DC变换的基本控制方式
4.2 基本DC-DC变换器
4.3 晶闸管斩波器
4.4 双向DC-DC变换器
4.5 桥式可逆斩波器
4.6 多相多重斩波电路
本章小结
思考题与习题
第五章 直流-交流变换
5.1 逆变电路概述
5.2 负载谐振式逆变电路
5.3 强迫换流式逆变电路
5.4 三相电压源型逆变电路
5.5 逆变电路的多重化及多电平化
5.6 脉宽调制型逆变电路
5.7 PWM整流电路
本章小结
思考题与习题
第六章 交流-交流变换
6.1 交流调压电路
6.2 交-交变频电路
6.3 矩阵式变换电路
本章小结
思考题与习题
第七章 谐振软开关技术
7.1 谐振软开关的基本概念
7.2 典型谐振开关电路
本章小结
思考题与习题
第八章 电力电子技术在电气工程中的应用
8.1 晶闸管-直流电动机调速系统
8.2 晶闸管无换向器电机
8.3 异步电机变频调速系统
8.4 变速恒频发电技术
8.5 有源电力滤波器
8.6 不间断电源
8.7 静止无功补偿
8.8 静止无功发生器
8.9 高压直流输电
8.10 灵活交流输电系统
本章小结
参考文献
2.大功率二极管的开通、关断特性
大功率二极管的工作原理和一般二极管一样都是基于PN结的单向导电性,即加上正向阳极电压时,PN结正向偏置,二极管导通,呈现较小的正向电阻;加上反向阳极电压时,PN结反向偏置,二极管阻断,呈现极大的反向电阻。半导体变流装置就是利用了大功率二极管的这种单向导电性。大功率二极管有别于普通二极管的地方是具有延迟导通和延迟关断的特征,关断时会出现瞬时反向电流和瞬时反向过电压。
(1)大功率二极管的开通过程
大功率二极管的开通需一定的过程,初期出现较高的瞬态压降,过一段时间后才达到稳定,且导通压降很小。上述现象表明大功率二极管在开通初期呈现出明显的电感效应,无法立即响应正向电流的变化。图1-4为大功率二极管开通过程中的管压降u和正向电流id的变化曲线。由图1-4可见,在正向恢复时间t内,正在开通的大功率二极管上承受的峰值电压UDM比稳态管压降高得多,在有些二极管中的峰值电压可达几十伏。
大功率二极管开通时呈现的电感效应与器件内部机理、引线长度、器件封装所采用的磁性材料有关。在高频电路中作为快速开关器件使用时,应考虑大功率二极管的正向恢复时间等因素。