電力電子技術（簡體書）

本書為“十三五”職業教育規劃教材。全書內容分為電力電子器件、電力電子電路及其控制和應用、電力電子磁性元件三部分。首部分內容包括常用電力電子器件（功率二極管、晶閘管、功率MOSFET和IGBT）的工作原理、特性、參數、驅動電路及保護方法；第二部分包括直流-直流變換電路、直流-交流變換（逆變）電路、交流-交流變換電路、交流-直流變換（整流）電路、軟開關技術及LLC諧振變換電路在內的常用電力電子變流電路的電路結構、工作原理、參數計算、控制方法及應用；第三部分為電力電子磁性元件理論及設計，包括磁的基本理論、磁性材料特性、變壓器和電感設計。本書可作為高職高專院校電氣自動化技術、機電一體化技術等電類專業的教材，也可供相關專業工程技術人員參考。為方便教學，本書配有電子課件、習題答案等，凡選用本書作為教材的學校，可登錄網站免費下載或來電索取。

電力電子技術是對電能進行變換和控制的技術，其在工業生產、交通運輸、電力系統、新能源利用及家電產品等領域有著廣泛的應用，諸如變頻器、開關電源、不間斷電源、太陽能及風能發電、有源功率因數校正、高壓直流輸電、電力有源濾波等都是電力電子技術的具體應用。近年來，隨著電力電子器件的迅速發展及部分新電路拓撲的研究及實用化，電力電子技術的內容得到了極大的豐富。考慮到電力電子器件和電路拓撲的新發展，編寫緊密結合行業發展現狀的電力電子技術教材有著重要的現實意義。本書以“新”和“實用化”為出發點，在內容上具有以下特點：
（1）結合行業發展和應用現狀，電力電子器件的介紹以功率二極管和全控型器件功率MOSFET和IGBT為主，並引入新型器件如碳化矽二極管等；驅動電路以行業實際使用的實用電路為主：器件參數的介紹以實際使用時需重點關注的參數為主。
（2）電力電子主功率電路拓撲方面，對晶閘管可控整流部分內容適當簡化，但基於其在大容量電力系統等方面的應用，仍然介紹了晶閘管變流電路的基本原理和分析方法。本書重點突出基於高頻化PWM或PFM控制、採用全控型器件的電力電子變流電路，包括升／降壓斬波電路、反激、雙管正激、推挽、半橋和全橋直流—直流變換電路；SPWM逆變、PWM整流、PWM交流變換及基於軟開關技術的LLC諧振變換電路等。
（3）在電力電子技術的應用方面，突出開關電源、變頻器、太陽能光伏並網發電等內容的介紹。
（4）鑑於磁性元件在電力電子電路中的重要地位，專門編寫了電力電子磁性元件理論及設計章節，在系統介紹磁路基礎理論和常用磁性材料特性的基礎上，對變壓器、電感的工作狀態和設計方法進行了較為詳細的分析。
（5）本書立體化配套資源豐富，重點知識點配有教學動畫、視頻、微課等，以二維碼的形式植入；另附有精美電子課件、習題答案、模擬試捲和題庫等。
本書由包爾恆擔任主編，霍海鋒、何玲和鄧桂芳擔任副主編，陳宇瑩、曹薇和王思婷三位老師也參與了本書部分內容的編寫工作。全書由包爾恆統稿。
本書由電力電子行業專家、珠海英搏爾電氣股份有限公司技術總監高軍擔任主審。高軍博士對本書提出了許多寶貴意見和建議，在此表示衷心的感謝。本書編寫中參考了國內外眾多專家、學者的著作、教材和論文等文獻資料，在此一併表示衷心的感謝。
由於編者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，懇切希望讀者批評指正。

前言
緒論
第1章電力電子器件
1.1電力電子器件概述及分類
1.2不可控器件――功率二極管
1.2.1功率二極管的基本特性
1.2.2功率二極管的主要參數
1.2.3功率二極管的主要類型
1.3半控型器件――晶閘管
1.3.1晶閘管的結構與基本特性
1.3.2晶閘管的主要參數
1.4典型的全控型器件
1.4.1功率場效應晶體管
1.4.2絕緣柵雙極晶體管
1.5電力電子器件的驅動
1.5.1晶閘管驅動
1.5.2功率MOSFET和IGBT的
驅動
1.6電力電子器件及裝置的保護
1.6.1過電流保護及過電壓保護
1.6.2過熱保護
1.7電力電子器件的串並聯使用
1.7.1晶閘管的串並聯使用
1.7.2功率MOSFET和IGBT的並聯
習題與思考題
第2章直流直流變換電路
2.1基本斬波電路
2.1.1降壓斬波電路
2.1.2升壓斬波電路
2.1.3電流可逆斬波電路
2.1.4橋式可逆斬波電路
2.2隔離型直流直流變換電路
2.2.1反激電路
2.2.2正激電路
2.2.3半橋電路
2.2.4推挽電路
2.2.5全橋電路
2.2.6隔離型直流直流變換電路的
整流電路
2.3直流直流變換電路的控制技術
2.3.1直流直流變換電路PWM控制的
基本原理
2.3.2電壓/電流型控制模式
2.4開關電源
2.4.1開關電源主功率電路
2.4.2開關電源控制電路
習題與思考題
第3章直流交流變換電路
3.1概述
3.1.1逆變的概念
3.1.2特殊交流電源的分類
3.1.3逆變電路的基本用途及分類
3.2電壓型方波逆變電路
3.2.1單相電壓型方波逆變電路
3.2.2三相電壓型方波逆變電路
3.3正弦脈寬調製逆變電路
3.3.1正弦脈寬調製技術的理論基礎
3.3.2單相SPWM逆變電路
3.3.3三相SPWM逆變電路
3.3.4逆變器輸出濾波器的設計
3.4逆變電路的應用――太陽能光伏
發電技術
3.4.1光伏電池及其電氣特性
3.4.2最大功率點跟蹤技術
3.4.3光伏發電系統電路拓撲
3.4.4並網光伏發電電路拓撲的
設計原則
習題與思考題
第4章交流交流變換電路
4.1交流無觸點雙向開關
4.2單相交流調壓電路
4.2.1相位控制式單相交流調壓
電路
4.2.2斬波控制式單相交流調壓
電路
4.3三相交流調壓電路
4.3.1相位控制式三相交流調壓
電路
4.3.2斬波控制式（PWM）三相交流
調壓電路
4.4交流調功電路
4.5交交變頻電路
4.5.1單相輸出交交變頻電路
4.5.2三相輸出交交變頻電路
4.6間接交流交流變換電路
4.6.1變壓變頻電源――變頻器
4.6.2恒壓恒頻電源――UPS
習題與思考題
第5章交流直流變換電路
5.1單相可控整流電路
5.1.1相位控制整流的概念及原理
5.1.2單相橋式全控整流電路
5.2三相橋式可控整流電路
5.2.1電阻負載
5.2.2阻感負載
5.2.3反電動勢負載
5.3可控整流電路的有源逆變
工作狀態
5.4晶閘管整流裝置的觸發控制
5.5PWM整流技術及功率因數控制
5.5.1ACDC電路的輸入電流諧波
分量
5.5.2功率因數和THD
5.5.3單相橋式不可控整流器的有源
功率因數校正（APFC）
5.5.4單相橋式PWM整流器
5.5.5PWM整流器交流側功率因數
5.5.6單相半橋式和三相橋式PWM整流
電路
習題與思考題
第6章軟開關技術及LLC諧振變換
電路
6.1概述
6.2軟開關的基本概念
6.2.1硬開關與軟開關
6.2.2零電壓開關與零電流開關
6.3高效率軟開關電路拓撲――
LLC諧振變換電路
6.3.1LLC諧振變換電路拓撲結構及
增益頻率特性
6.3.2半橋LLC諧振變換電路工作過程
分析
6.3.3LLC諧振變換電路的特點
6.3.4LLC諧振變換電路的控制
習題與思考題
第7章電力電子磁性元件理論及
設計
7.1磁場及磁路基礎知識
7.1.1磁場的基本物理量
7.1.2電磁基本定律
7.1.3鐵磁物質的磁化曲線
7.1.4磁路及基本定律
7.2磁性元件
7.2.1電感
7.2.2變壓器
7.3電力電子裝置常用的軟磁材料
7.3.1軟磁鐵氧體材料
7.3.2合金磁材料
7.3.3金屬磁粉心磁性材料
7.4磁心的工作狀態
7.5高頻變壓器設計
7.5.1磁心結構
7.5.2最大磁感應強度的選擇
7.5.3高頻變壓器設計方法
（AP法）
7.5.4高頻變壓器設計舉例
7.6電感設計
7.6.1直流濾波電感的限制條件
7.6.2電感計算方法
7.6.3AP法初選電感磁心
7.6.4電感設計舉例
參考文獻
〖＝（〗19910111213141516171724272828323233343435353637374042434444474849505253535657586162636363636465656871717577788080838691939495969698101101102104105105108110110113115116116116117123124128130130132134135137138142143145146147147147147148148148149153153155156156156157159161163164165167168172174176177177178178179183183184185189194〖＝〗緒論4
一、電力電子技術及其研究意義4
二、電力電子技術的發展史5
三、電力電子技術的應用7
四、教材內容簡介及使用說明11
第1章電力電子器件13
1.1電力電子器件概述及分類13
1.2不可控器件――功率二極管14
1.2.1功率二極管的基本特性15
1.2.2功率二極管的主要參數16
1.2.3功率二極管的主要類型17
1.3半控型器件――晶閘管19
1.3.1晶閘管的結構與基本特性19
1.3.2晶閘管的主要參數20
1.4典型的全控型器件21
1.4.1功率場效應晶體管
（MOSFET）22
1.4.2絕緣柵雙極晶體管（IGBT）28
1.5電力電子器件的驅動31
1.5.1晶閘管驅動31
1.