電力電子器件及應用技術（簡體書）

本書在“基於創新思維的工作過程系統化”教學改革成果基礎上，結合作者多年的工程應用經驗進行編寫。全書注重所述知識的工程應用，使讀者在掌握電力電子技術的同時能夠快速掌握工程項目開發的思路、方法、經驗，並培養運用理論解決項目中出現問題的能力。全書設有6個項目，主要內容為常用電力電子器件的工作原理與使用特性，以及由這些器件組成的經典電路和典型應用案例。全書著重突出電力電子器件的應用技能培養，為教學方便同時引入基於MATLAB的圖形化仿真技術，通過電路仿真實例使學生能夠更好地掌握常用電力電子器件的工作原理與應用方法，理論與實際緊密結合，提高學生的創新精神與實踐能力。本書內容豐富、結構合理、圖文並茂、可操作性強。 本書提供免費的電子教學課件和工作頁習題參考答案等資源，詳見前言。

電力電子技術是以電力為對象的電子技術。它是一門利用各種電力電子器件，對電能進行電壓、電流、頻率和波形等方面的控制和變換的學科。它包括電力電子器件、電力和控制三部分，是涵蓋電力、電子和控制三大電氣工程技術的交叉學科。“電力電子技術”課程為電力類、自動化類和控制類等專業一門重要的專業必修課，掌握好本課程內容對上崗就業非常重要。本書在作者多年的工程應用經驗基礎上進行編寫，以培養工程應用型人才為主要目標，注重應用能力的培養。
本書的內容敘述堅持繁簡得當、深入淺出的原則。在“基於創新思維的工作過程系統化”教學改革成果基礎上，以典型工作任務為原型，按照工作過程循序漸進地進行課程開發和知識條理化，著重加強工程實踐能力、工程設計能力的培養。全書設有6個項目，涉及的電力電子器件有電力二極管、普通晶閘管、雙向晶閘管、電力晶體管、電力MOSFET和IGBT，包含電力電子技術AC-DC、DC-DC、AC-AC和DC-AC四個方面的電能變換電路。
各個項目的內容相對獨立，可進行適當的選擇和組合。每個項目以電力電子器件為基礎，以各種電力變換電路為重點，結合應用案例和電路仿真，重點分析各種電路的結構特點和工作原理，然後介紹器件的選型與檢測、電路的安裝與調試，以及器件的應用知識等。本書建議理實一體化教學方式，採用學時為56～64，各校可根據具體情況進行適當調整。仿真實驗可在課後或校內專業實訓中完成。
“電力電子技術”課程內容中有大量的波形需要分析、計算。作者結合企業工程項目實踐，運用MATLAB電路仿真軟件，對書中所討論的大部分變換電路進行了仿真實驗，並在此基礎上進行了電路實際安裝與調試，獲得了相應的實驗波形，通過對理論波形和實驗波形的分析，大大地增加讀者的感性認識。書中的MATLAB圖形化仿真技術對學生更好地掌握電力電子技術和提高應用能力具有重要作用，可以彌補部分學校教學實驗設備短缺的不足，對提高教學效果起到了事半功倍的作用。
本書為應用型本科、高職院校“電力電子技術”課程的教材，也可作為開放大學、成人教育、自學考試的教材，以及自學者與工程技術人員的學習參考書。
本書由天津中德應用技術大學教師劉藝柱、邢國麟，天津石油職業技術學院教師王鎖庭編著。編寫分工如下：邢國麟編寫項目1和2；劉藝柱編寫項目3～5、王鎖庭編寫項目6。在編寫過程中參考了很多同類教材，在此謹向這些書刊資料的作者表示衷心的感謝！
本書在編寫過程中得到天津中德應用技術大學、萊寶教學儀器科技（北京）有限公司等單位的大力支持和幫助；還得到閆智勇博士、邵青高級工程師、陸岩工程師的傾心指導和審閱，王晨同學參與圖片文字的整理工作，在此一併表示謝意。
由於作者水平有限，書中難免存在錯漏和不足，特別是電路仿真模型，可能不是最優方案，期待讀者提出寶貴意見，不妥之處敬請廣大讀者批評指正。
為了方便教師教學，本書配有免費的電子教學課件和工作頁習題參考答案等資源，請有需要的教師登錄華信教育資源網（http://www.hxedu.com.cn）免費註冊後再進行下載，有問題時請在網站留言或與電子工業出版社聯繫（E-mail：hxedu@phei.com.cn）。

工作頁1 1
項目1 電力二極管的應用 8
1.1　電力二極管的工作原理與技術參數 8
1.1.1 結構和工作原理 8
1.1.2 基本特性 10
1.1.3 主要技術參數 11
1.1.4 主要類型 12
1.2 電阻負載的單相半波不可控整流電路 14
1.2.1 電路結構 14
1.2.2 工作原理 14
1.2.3 數量關係 15
1.2.4 MATLAB電路仿真過程 16
應用案例1 三擋調溫型電熱毯電路 21
1.3 電力二極管的選型與檢測 22
1.3.1 電力二極管的選型 22
1.3.2 電力二極管的檢測 24
1.4 電力二極管應用基礎電路 25
1.4.1 緩衝電路 26
1.4.2 散熱裝置 26
1.4.3 串並聯應用 27
1.5 阻感性負載的單相半波不可控整流電路 28
1.5.1 無續流二極管 28
1.5.2 有續流二極管 29
1.6 單相全波不可控整流電路 30
1.6.1 單相全波整流電路 30
1.6.2 單相橋式整流電路 31
1.7 三相不可控整流電路 33
1.7.1 三相半波不可控整流電路 33
1.7.2 三相橋式不可控整流電路 34
1.7.3 常用整流電路比較 36

工作頁2 37
項目2　普通晶閘管的應用 42
2.1 普通晶閘管的工作原理與技術參數 42
2.1.1 結構和工作原理 42
2.1.2 基本特性 44
2.1.3 主要技術參數 47
2.2 電阻負載的單相半波可控整流電路 50
2.2.1 電路結構 50
2.2.2 工作原理 50
2.2.3 數量關係 51
電路仿真1 單相半波可控整流電路 53
應用案例2 路燈自動控制電路 57
2.3 普通晶閘管的選型與檢測 58
2.3.1 普通晶閘管的選型 58
2.3.2 普通晶閘管的檢測 64
2.4 阻感性負載的單相半波可控整流電路 65
2.4.1 無續流二極管 65
2.4.2 有續流二極管 66
2.5 單相橋式全控整流電路 68
電路仿真2 單相橋式全控整流電路 71
2.6 三相半波可控整流電路 73
電路仿真3 三相半波可控整流電路 75
2.7 三相橋式全控整流電路 78
電路仿真4 三相橋式全控整流電路 80

工作頁3 85
項目3 雙向晶閘管的應用 90
3.1 雙向晶閘管的工作原理與技術參數 90
3.1.1 結構和工作原理 90
3.1.2 基本特性 92
3.1.3 主要技術參數 92
3.2 電阻負載的單相交流調壓電路 93
3.2.1 電路結構 93
3.2.2 工作原理 93
3.2.3 數量關係 94
電路仿真5 單相交流調壓電路 95
應用案例3 無級調溫型電熱毯電路 97
3.3 雙向晶閘管的選型與檢測 97
3.3.1 雙向晶閘管的選型 98
3.3.2 雙向晶閘管的檢測 99
應用案例4　雙向晶閘管的測試 100
3.4 阻感性負載的單相交流調壓電路 101
電路仿真6 阻感性負載的單相交流調壓電路 102
3.5 單相交流調功電路 103
3.5.1 電路結構與工作原理 103
3.5.2 數量關係 104
電路仿真7 單相交流調功電路 104
應用案例5 電熱器具的調溫電路 105
3.6 晶閘管的觸發電路 106
3.6.1 觸發電路基本要求 106
3.6.2 簡易觸發電路 106
3.6.3 單結晶體管及觸發電路 107
3.6.4 雙向觸發二極管電路 109
應用案例6 雙向晶閘管調光電路 110
3.6.5 集成化觸發電路 111
3.7 雙向晶閘管應用基礎電路 112
3.7.1 緩衝電路 112
3.7.2 保護電路 113
3.7.3 器件的串聯與並聯 113
3.7.4 器件的散熱問題 115
應用案例7 晶閘管交流電力電子開關 116
應用案例8 軟啟動器 119

工作頁4 121
項目4 電力晶體管的應用 128
4.1 電力晶體管的工作原理與技術參數 128
4.1.1 結構與工作原理 128
4.1.2 基本特性 130
4.1.3 主要技術參數 131
4.1.4 二次擊穿和安全工作區 132
4.2 直流斬波電路的工作原理及應用 133
4.2.1斬波電路的PWM控制 134
4.2.2 降壓斬波電路 135
電路仿真8 直流降壓斬波電路 137
應用案例9 單端輸出式降壓電源電路 139
4.2.3 升壓斬波電路 140
電路仿真9 升壓斬波電路 141
4.2.4 升/降壓斬波電路 143
電路仿真10 升/降壓斬波電路 146
4.2.5 Cuk斬波電路 148
4.3 電力晶體管的選型與檢測 149
4.3.1 電力晶體管的選型 149
4.3.2 電力晶體管的檢測 150
4.4 電力晶體管應用基礎電路 151
4.4.1 驅動電路 151
4.4.2 保護電路 152
4.4.3 緩衝電路 153
4.4.4 散熱問題 154
4.5 直流PWM控制技術 155
4.5.1 基本工作原理 155
4.5.2 PWM集成控制電路 156
4.6 軟開關技術 158
4.6.1 軟開關基本原理 158
4.6.2 准諧振變換電路 159
應用案例10 有源功率因數校正 161
應用案例11 APFC集成控制電路 163
應用案例12 開關電源電路 164

工作頁5 166
項目5 電力MOSFET的應用 171
5.1 電力MOSFET的工作原理與技術參數 171
5.1.1 結構與工作原理 171
5.1.2 基本特性 172
5.1.3 主要技術參數 174
5.1.4 安全工作區 175
5.2 單相逆變電路 176
5.2.1 逆變電路工作原理 177
5.2.2 單相推挽式逆變電路 178
5.2.3 單相半橋逆變電路 179
5.2.4 單相全橋逆變電路 180
電路仿真11 單相全橋逆變電路 182
應用案例13 高頻電源電路 184
應用案例14 中頻感應加熱電路 184
5.3 電力MOSFET的選型與檢測 185
5.3.1 電力MOSFET的選型 185
5.3.2 電力MOSFET的檢測 185
5.4 電力MOSFET應用基礎電路 187
5.4.1 驅動電路 187
5.4.2 保護電路 189
5.4.3 緩衝電路 190
5.4.4 靜電防護措施 191
5.5 SPWM控制技術 191
5.5.1 方波逆變器存在的問題 191
5.5.2 SPWM基本原理 193
5.5.3 SPWM調製原則 193
5.5.4 SPWM信號調製形式 194
應用案例15 串聯諧振逆變器 196
應用案例16 光伏發電系統 198
應用案例17 磁諧振無線輸電系統E類逆變電路 199
應用案例18 電子鎮流器 200

工作頁6 202
項目6 IGBT的應用 205
6.1 IGBT的工作原理與技術參數 205
6.1.1 結