《電力電子學基礎》共8章,分別是緒論、電力電子器件及應用、直流一直流變換電路、交流一直流變換電路、直流一交流變換電路、交流一交流變換電路、軟開關變換原理、電力電子裝置中的無源器件。
《電力電子學基礎》力圖達到構(gòu)建一個立體的電力電子學知識體系,不僅從下向上介紹器件、拓撲、控制、應用,還從系統(tǒng)的角度以及控制的角度,將每個層次向外延展、上下溝通,使學生建立起一個完整的電力電子系統(tǒng)概念。
《電力電子學基礎》重點培養(yǎng)學生掌握基本原理的分析方法、基本電路的設計方法、基本系統(tǒng)的控制方法。增加了電力電子器件驅(qū)動電路的詳細介紹;對不同電路拓撲的控制理論和控制方法也分別給出了應用案例;針對實際應用,介紹了主電路中寄生參數(shù)的影響以及應對策略;為了保證電力電子裝置設計的完整性,對電力電子裝置中的無源器件——電感、電容、變壓器、散熱器等的設計原則和方法也做了較為詳細的介紹;針對電力電子裝置的高頻化趨勢,《電力電子學基礎》詳細梳理了諧振電路和軟開關電路的基本原理,采用相平面分析方法可以更加直觀地說明軟開關工作過程以及實現(xiàn)軟開關的條件。
《電力電子學基礎》適用于高等學校自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè),也可供相關工程技術人員參考。
電力電子學是高等學校電氣工程及其自動化專業(yè)、自動化專業(yè)等相關專業(yè)的學生所必修的一門專業(yè)基礎課。本書編寫的主要目的就是使學生能夠“學以致用”,而“用”的本質(zhì)在于融會貫通。為此貫穿本書的一條主線就在于四個層次的不斷遞進:“器件”-“拓撲”-“控制”-“應用”。針對本科教學的特點,學生要在課堂教學之外花費大量時間進行主動學習。因此,為了便于學生自學,也為了相關技術領域的技術人員將本書作為手邊隨時翻閱的參考資料,本書對電力電子學領域的基本概念、原理、方法進行了梳理,對重要的基本原理、動態(tài)過程進行了詳細分析、說明;對重要公式的推導和證明也盡量做到詳細、易懂。
本書在內(nèi)容編寫方面力圖達到構(gòu)建一個立體的電力電子學知識體系,不僅僅自下向上介紹“器件”“拓撲”“控制”“應用”,還從系統(tǒng)的角度以及控制的角度,將每個層次向外延展、上下融通,使學生建立起一個完整的電力電子系統(tǒng)概念。例如,在本書中介紹了“時間尺度”的概念,在分析相同電路或者相同控制方式時,其所呈現(xiàn)的現(xiàn)象之所以不同,就是因為我們觀察系統(tǒng)所用的時間尺度的改變,因此可以使學生對電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)有一個明確的認識。
為了使學生能夠更加靈活地應用電力電子學知識,本書重點培養(yǎng)學生掌握基本原理的分析方法、基本電路的設計方法、基本系統(tǒng)的控制方法。為此增加了電力電子器件驅(qū)動電路的詳細介紹;對不同電路拓撲的控制理論和控制方法也分別給出了應用案例;針對實際應用,介紹了主電路中寄生參數(shù)的影響以及應對策略;為了保證電力電子裝置設計的完整性,對電力電子裝置中的無源器件——電感、電容、變壓器、散熱器等的設計原則和方法也做了較為詳細的介紹;針對電力電子裝置的高頻化趨勢,本書詳細梳理了諧振電路和軟開關電路的基本原理,采用相平面分析方法可以更加直觀地說明軟開關工作過程,以及實現(xiàn)軟開關的條件。本書給學生的建議是:要把電力電子學和嵌入式(DSP/MCU)技術、計算機技術等結(jié)合起來,形成一個有機的整體。
全書按照48-56理論教學課時編寫,由于本書的內(nèi)容較為豐富,采用本書的教師可以很方便地根據(jù)課時安排,對教學內(nèi)容進行選取,其中基本原理作為課堂講授,而知識拓展內(nèi)容、應用案例等可以安排學生自學。有些實際應用內(nèi)容(例如變壓器設計方法)盡管因課時所限無法詳細講授,但是仍然建議告訴學生如果遇到實際問題可以去看這部分內(nèi)容。
第一章 緒論
1.1 電力電子學的構(gòu)成
1.2 電力電子學的發(fā)展
1.3 電力電子學的應用
1.3.1 電力傳動系統(tǒng)
1.3.2 工業(yè)和民用電源系統(tǒng)
1.3.3 電力系統(tǒng)
1.3.4 可再生能源發(fā)電系統(tǒng)
1.3.5 交通運輸系統(tǒng)
1.4 基礎知識
1.4.1 電路的波形及其參數(shù)
1.4.2 直流
1.4.3 正弦波
1.4.4 矩形波
1.4.5 三角波
1.4.6 諧波
1.4.7 功率
1.4.8 理想電感與理想電容
1.4.9 三相電路基本知識
習題
第二章 電力電子器件及應用
2.1 電力電子器件概述
2.1.1 電力電子器件特征
2.1.2 電力電子器件的分類
2.2 功率二極管
2.2.1 功率二極管的工作原理
2.2.2 功率二極管的基本特性
2.2.3 功率二極管的主要參數(shù)
2.2.4 功率二極管的主要類型
2.3 晶閘管
2.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)
2.3.2 晶閘管的工作原理
2.3.3 晶閘管的基本工作特性
2.3.4 晶閘管的主要參數(shù)
2.3.5 晶閘管的派生器件
2.4 門極關斷晶閘管
2.4.1 GTO的結(jié)構(gòu)
2.4.2 CTO的工作原理
2.4.3 GTO的主要參數(shù)
2.5 電力晶體管
2.5.1 GTR的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.5.2 CTR的工作特性
2.5.3 GTR的主要參數(shù)
2.5.4 GTR二次擊穿現(xiàn)象及安全工作區(qū)
2.6 功率場效應晶體管
2.6.1 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理
2.6.2 功率MOSFET的特性
2.6.3 功率MOSFET的主要參數(shù)
2.7 絕緣柵雙極型晶體管
2.7.1 ICBT的結(jié)構(gòu)和工作原理
2.7.2 IGBT的工作特性
2.7.3 IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)
2.7.4 IGBT的主要參數(shù)
2.8 其他新型電力電子器件
2.8.1 靜電感應晶體管
2.8.2 靜電感應晶閘管
2.8.3 集成門極換流晶閘管
2.8.4 電子注入增強柵晶體管
2.8.5 基于新材料的電力電子器件
2.8.6 功率模塊、功率集成電路與集成電力電子模塊
2.9 電力電子器件應用方法
……
第三章 直流-直流變換電路
第四章 交流-直流變換電路
第五章 直流-交流變換電路
第六章 交流-交流變換電路
第七章 軟開關變換原理
第八章 電力電子裝置中的無源器件
參考文獻