电力电子技术/21世纪高等院校电气信息类系列教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曲永印，白晶 编

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• 21世纪高等院校系列教材
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• 电力系统
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111410768

版次：1

商品编码：11253098

品牌：机工出版

开本：16开

出版时间：2013-06-01

内容简介

　　《21世纪高等院校电气信息类系列教材：电力电子技术》可分为器件、变换器、应用三大部分。
　　第一部分 (第1章)：重点介绍了晶闸管（SCR）、电力场效应晶体管（P�睲OSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、注入增强栅晶体管（IEGT）、集成门极换流晶闸管（IGCT）等电力电子器件的半导体物理结构、工作原理、开关特性、主要参数、优缺点、应用前景，以及驱动、缓冲、保护、串并联等器件应用的共性问题和基础性问题。
　　第二部分(第2~6章)：其中第2~5章详细地分析和研究了直流-交流变换器（逆变器）、交流-直流变换器（整流器）、直流-直流变换器（直流斩波器）、交流-交流变换器（直接变换器）四类基本变换器的主电路拓扑结构、工作原理、基本特性、谐波及功率因数、控制方式、性能指标，以及应用场合；第6章介绍了为提高电力电子变换器效率而应用的软开关技术。
　　第三部分（第7章）：介绍了各种多级组合型电力电子变换器在各个领域中的应用。
　　《21世纪高等院校电气信息类系列教材：电力电子技术》可作为电气工程专业、电气自动化专业，以及相关专业本科生、研究生的教学用书，也可供从事电力电子技术工作的工程技术人员使用。

目录

出版说明
前言
符号说明
绪论
0.1 电力电子技术的定义及其研究内容
0.1.1 电力电子技术的定义
0.1.2 电力电子技术的研究内容及电力电子变换器的类型
0.2 电力电子变换器的特点及分析方法
0.2.1 电力电子变换器的特点
0.2.2 电力电子变换器的分析方法
0.3 电力电子技术的经济和社会意义
0.3.1 技术经济意义
0.3.2 节能降耗意义
0.4 电力电子技术的发展历史及今后的发展趋势
0.4.1 早期电力电子技术发展的历史
0.4.2 现代电力电子技术发展的历史
0.5 电力电子技术的应用
0.6 本书内容简介和读者需要掌握的学习方法

第1章 电力电子器件
1.1 不控型器件——电力二极管
1.1.1 PN结与电力二极管的工作原理
1.1.2 电力二极管的基本特性
1.1.3 电力二极管的主要参数
1.1.4 电力二极管的主要类型
1.2 半控型器件——晶闸管
1.2.1 晶闸管的基本结构
1.2.2 晶闸管的工作原理
1.2.3 晶闸管的伏安特性
1.2.4 晶闸管的主要参数
1.2.5 晶闸管的派生系列
1.3 全控型器件
1.3.1 电力晶体管
1.3.2 电力场效应晶体管
1.3.3 门极关断晶闸管
1.3.4 绝缘栅双极型晶体管
1.3.5 注入增强栅晶体管
1.3.6 静电感应晶体管
1.3.7 静电感应晶闸管
1.3.8 集成门极换流晶闸管
1.3.9 基于宽禁带半导体材料的电力电子器件
1.4 功率集成电路与集成电力电子模块
1.5 电力电子驱动电路
1.5.1 P�睲OSFET驱动要求及驱动电路
1.5.2 IGBT的栅极驱动电路
1.5.3 IGCT的门极驱动技术
1.6 电力电子器件的串并联设计
1.6.1 电力电子器件的串联技术
1.6.2 电力电子器件的并联技术
本章小结
习题与思考题

第2章 直流-交流变换器（逆变器）
2.1 直流-交流变换器（逆变器）综述
2.1.1 逆变器概念
2.1.2 逆变原理
2.1.3 逆变电路换相方式
2.1.4 逆变器分类
2.1.5 逆变器性能指标
2.2 方波逆变器
2.2.1 电压型单相方波逆变器
2.2.2 电压型三相桥式方波逆变器
2.2.3 电流型三相桥式方波逆变器
2.2.4 方波逆变器存在的问题
2.3 逆变器的脉宽调制控制技术——PWM逆变器
2.3.1 综述
2.3.2 电压正弦PWM（SPWM）控制技术——SPWM逆变器
2.3.3 SPWM逆变器的谐波分析
2.3.4 SPWM模式优化
2.3.5 随机PWM技术
2.3.6 电流正弦PWM控制技术
2.3.7 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术——SVPWM逆变器
2.4 PWM多电平逆变器
2.4.1 多重化PWM逆变器
2.4.2 中性点钳位式PWM多电平逆变器
2.5 PWM逆变器的仿真研究方法
2.5.1 PWM逆变器的通用数学模型
2.5.2 Simulink模块化实现
2.5.3 SPWM逆变器的仿真
2.5.4 CHBPWM逆变器的仿真
2.5.5 SVPWM逆变器的仿真
本章小结
习题与思考题

第3章 交流-直流变换器（整流器）
3.1 整流器的概念、类型及性能指标
3.1.1 整流器的概念
3.1.2 整流器的类型
3.1.3 整流器的性能指标
3.2 具有电容滤波的不控整流电路
3.2.1 电容滤波的单相不控整流电路
3.2.2 理想情况下电容滤波的三相不控整流电路
3.2.3 考虑电感时电容滤波的三相不控整流电路
3.2.4 主要数量关系
3.3 相控整流器
3.3.1 单相半波相控整流器
3.3.2 单相全控桥式（阻感性负载）相控整流器
3.3.3 三相半波相控整流器
3.3.4 三相全控桥式相控整流器
3.3.5 大功率相控整流电路
3.3.6 变压器漏抗对晶闸管相控整流电路的影响
3.3.7 相控整流电路的谐波及功率因数
3.3.8 相控整流电路带反电动势负载的工作情况分析
3.3.9 相控整流器中的有源逆变工作状态分析
3.3.1 0相控整流器的触发控制技术3.4 PWM整流器
3.4.1 综述
3.4.2 电压型单相桥式PWM整流器
3.4.3 电压型三相桥式PWM整流器
3.4.4 电流型单相桥式PWM整流器
3.4.5 电流型三相桥式PWM整流器
3.4.6 PWM整流器的控制技术
3.4.7 中性点钳位式多电平PWM整流器（NPC�睵WM�睷EC）
本章小结
习题与思考题

第4章 直流-直流变换器（直流斩波器）
4.1 直流斩波器的基本控制方式
4.1.1 时间比控制
4.1.2 瞬时值控制
4.2 直流降压斩波器
4.3 直流升压斩波器
4.4 直流降压-升压斩波器
4.5 Cuk斩波器
4.6 复合型斩波器和多相、多重斩波器
4.6.1 桥式可逆斩波器
4.6.2 多相多重斩波器
4.7 具有隔离变压器的直流斩波器
4.7.1 隔离型Buck斩波器——单端正励斩波器
4.7.2 隔离型Buck�睟oost斩波器——单端反励斩波器
4.7.3 隔离型Cuk直流斩波器
本章小结
习题与思考题

第5章 交流-交流变换器（直接变换器）
5.1 交流调压器
5.1.1 晶闸管单相交流调压器
5.1.2 三相交流调压器
5.1.3 具有变压器抽头的交流调压器
5.2 交-交变频器
5.2.1 三相输入单相输出交-交变频器
5.2.2 三相输入三相输出交-交变频器
5.3 PWM交流-交流变换器
5.3.1 单相交流调压器
5.3.2 三相交流调压电路
5.3.3 由全控型器件组成的直接变频器
5.4 矩阵式变频器
本章小结
习题与思考题

第6章 软开关技术
6.1 软开关的基本特性和类型
6.2 电压型串联谐振式逆变器
6.3 电流型并联谐振式逆变器
6.4 零电流关断PWMDC�睤C软开关电路
6.5 零电压开通PWMDC�睤C软开关电路
6.6 直流环节并联谐振型逆变器
本章小结
习题与思考题

第7章 电力电子技术的应用
7.1 多级组合型（复合结构）电力电子变换器
7.1.1 电压源型交-直-交PWM变压变频供电电源
7.1.2 电流源型交-直-交PWM变压变频供电电源
7.2 电力电子技术在电力拖动领域中的应用
7.2.1 晶闸管直流电动机调速系统
7.2.2 交流电动机变频调速系统
7.3 不间断电源及开关电源
7.3.1 不间断电源
7.3.2 开关电源
7.4 电力电子技术在电力系统中的应用
7.4.1 高压直流输电
7.4.2 双PWM变频调速系统
7.4.3 PWM开关并联无功功率发生器
7.4.4 晶闸管串、并联电抗补偿器
7.4.5 串联型电力有源滤波器和并联型电力有源滤波器
7.4.6 统一潮流控制器
7.4.7 风力发电
7.5 在其他领域中的应用
7.5.1 电子镇流器
7.5.2 焊机电源
7.5.3 高效节能照明
7.5.4 飞轮储能技术
7.5.5 超导磁体储能技术
7.5.6 磁悬浮技术
7.5.7 在电力机车中的应用
本章小结
习题与思考题

教学实验
实验1 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
实验2 单相交流调压电路实验
实验3 全桥DC�睤C变换电路实验
实验4 单相交-直-交变频电路（纯电阻）
实验5 直流斩波电路（设计性）的性能研究

附录
附录A 傅里叶级数
附录B 常用术语中英文对照
参考文献

前言/序言

现代电力电子系统设计与应用 本书旨在为读者提供深入理解和掌握现代电力电子系统设计与应用的核心知识。在当前能源转型和可持续发展的时代背景下，电力电子技术扮演着至关重要的角色，贯穿于新能源发电、智能电网、电动汽车、高效节能设备等众多领域。本书聚焦于电力电子技术在实际工程中的应用，从基本原理出发，逐步深入到复杂系统的设计、分析与优化，力求培养读者解决实际工程问题的能力。 核心内容概述： 全书共分为十章，内容循序渐进，覆盖了电力电子领域的关键技术和前沿方向。 第一章 绪论 本章首先回顾了电力电子技术的发展历程及其在现代社会中的重要地位。从早期简单的整流、逆变电路，到如今高度集成化、智能化、多功能化的电力电子系统，技术的进步深刻地改变了能源的利用方式。接着，本章阐述了电力电子技术在几个关键应用领域的广泛渗透，如可再生能源并网（风电、光伏）、交直流输电（HVDC、FACTS）、电动汽车驱动与充电、开关电源（SMPS）在消费电子和通信领域的应用，以及工业电机驱动等。通过对这些典型应用场景的剖析，读者可以直观地感受到电力电子技术的核心价值。最后，本章介绍了本书的整体框架和学习方法，以及学习电力电子技术所必备的基础知识，为后续内容的学习打下坚实的基础。 第二章 半导体电力器件 半导体电力器件是电力电子系统的“心脏”，其性能直接决定了整个系统的效率、功率密度和可靠性。本章将系统介绍各种主流的半导体电力器件，包括二极管（整流二极管、肖特基二极管）、晶闸管（SCR、GTO、GTO）、功率MOSFET（MOSFET）、功率IGBT（IGBT）以及碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等新型宽禁带器件。对于每种器件，本书都将深入探讨其工作原理、结构特点、关键参数（如耐压、电流能力、开关速度、导通损耗、关断损耗等）以及在不同应用场景下的选择依据。特别地，本章将详细讲解这些器件的驱动与保护技术，这是保证器件安全可靠工作的关键。例如，针对IGBT的栅极驱动电路设计，需要考虑驱动电压、驱动电流、驱动信号的上升下降时间以及共模噪声抑制等问题。同时，对器件过压、过流、过温等故障的保护策略也将进行详细论述。 第三章 整流电路 整流电路是实现交流电转换为直流电的核心单元，广泛应用于各种电源设备和直流供电系统中。本章将从单相、三相整流电路入手，详细分析不同类型整流电路的结构、工作原理、输出电压纹波、功率因数以及负载特性。我们将介绍无控整流（如二极管整流）、半控整流（如晶闸管整流）和全控整流（如晶闸管与二极管组合，或使用全控器件）等基本形式，并分析其优缺点。此外，本章还将深入探讨有源滤波器（APF）在改善整流电路功率因数和抑制谐波方面的应用，以及多重整流技术在高压直流输电中的作用。对于大功率整流系统，还将讨论对称性、漏感效应以及相移对输出特性的影响。 第四章 逆变电路 逆变电路是实现直流电转换为交流电的关键技术，广泛应用于变频调速、不间断电源（UPS）、交直流输电等领域。本章将详细介绍各类逆变电路，包括电压型逆变器（VSI）和电流型逆变器（CSI），以及单相、三相逆变器的基本拓扑结构。重点将放在PWM（脉冲宽度调制）控制策略的原理与实现，如SPWM（正弦脉冲宽度调制）、三电平（NPC）、多电平（MLI）逆变器等。我们将分析不同PWM策略下的输出电压、电流波形、谐波特性以及开关损耗。此外，本章还将探讨各种逆变器死区时间控制、防止直通的措施，以及输出滤波器设计对于抑制高次谐波、提高输出电压质量的重要性。对于并网逆变器，还将涉及同步控制、并网电流的谐波抑制以及并网功率的控制等内容。 第五章 斩波电路 斩波电路（Chopper）用于实现直流电压的变比变换，即在不改变直流电源极性的情况下，将其转换为不同幅值的直流电压。本章将介绍降压斩波器（Buck）、升压斩波器（Boost）、升降压斩波器（Buck-Boost）以及四象限斩波器等基本拓扑。对于每种拓扑，将深入分析其工作模式、输出电压与输入电压的关系、输出电压的纹波以及效率。本章还将重点讲解各种控制策略，如脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）等，并分析不同控制方式对斩波器性能的影响。应用方面，斩波电路广泛应用于电动汽车电池管理系统、直流电机调速、开关电源等。 第六章 开关电源 开关电源（Switching Mode Power Supply, SMPS）以其高效率、小体积、轻重量等优点，已成为现代电子设备不可或缺的组成部分。本章将系统介绍各类开关电源拓扑，包括正激（Forward）、反激（Flyback）、桥式（Half-bridge, Full-bridge）等。我们将详细分析其工作原理、能量传递过程、输出电压的稳定控制以及关键元器件（如变压器、电感、电容）的设计。此外，本章还将深入探讨开关电源的反馈控制环路设计，包括电压反馈和电流反馈，以及如何保证系统的稳定性和动态响应速度。EMI（电磁干扰）的抑制、热设计以及可靠性设计也是本章的重要内容。 第七章 电力电子变换器在电网工程中的应用 本章将聚焦电力电子变换器在现代电网工程中的关键应用，深入探讨其在提升电网性能、保障电网安全稳定运行方面的重要作用。我们将详细介绍柔性交流输电系统（FACTS）的各种装置，如静止同步补偿器（STATCOM）、动态电压恢复器（DVR）、静止同步串联补偿器（SSSC）等，分析它们的结构、工作原理、控制策略及其在提高输电能力、改善电网稳定性、抑制功率振荡等方面的效果。同时，本章还将深入探讨高压直流输电（HVDC）技术，包括其优势、不同类型的HVDC系统（如LCC-HVDC和VSC-HVDC），以及电力电子换流器在HVDC系统中的核心作用。此外，智能电网中的能量管理和微电网的构建也离不开先进的电力电子技术，本章将对此进行探讨。 第八章 电力电子变换器在新能源发电中的应用 随着全球对清洁能源需求的不断增长，风力发电和太阳能光伏发电已成为重要的能源组成部分。本章将深入探讨电力电子变换器在这些新能源发电系统中的关键作用。针对风力发电，将介绍不同类型风力发电机（如永磁同步发电机、双馈感应发电机）的拓扑结构，以及配套的变流器（如全功率变流器、背靠背变流器）的设计与控制。我们将分析其在最大功率点跟踪（MPPT）、电网同步、故障穿越等方面的技术挑战。针对太阳能光伏发电，将介绍光伏组件的特性，以及各类光伏逆变器（如集中式逆变器、组串式逆变器、微型逆变器）的设计原理、MPPT控制技术以及电网接入的标准化要求。此外，本章还将探讨储能技术与新能源发电的结合，以及电力电子变换器在能量存储系统中的应用。 第九章 电力电子变换器在电动汽车中的应用 电动汽车（EV）的普及是能源转型的重要方向，而电力电子技术是电动汽车的核心驱动和管理技术。本章将全面解析电力电子变换器在电动汽车中的应用。我们将重点介绍电动汽车的驱动系统，包括电机类型（如永磁同步电机、交流异步电机）的选择，以及与之配套的电机控制器（变频器）的设计与控制策略，如矢量控制、直接转矩控制等，以实现平稳的起停、精确的速度和转矩控制。同时，本章还将深入探讨电动汽车的能量管理系统，包括车载充电机（OBC）、DC-DC变换器（用于为车载低压系统供电）以及电池管理系统（BMS）中的功率电子部件。最后，本章将讨论电动汽车的充电基础设施，包括交流慢充和直流快充中的功率变换器设计与安全标准。 第十章 先进电力电子技术与发展趋势 为了使读者能够把握电力电子技术发展的脉搏，本章将介绍当前电力电子领域的前沿技术和未来发展趋势。这包括：新一代半导体材料（如SiC、GaN）在提高器件性能、缩小系统体积方面的优势；模块化多电平变换器（MMC）在输电、大功率变流中的应用；电力电子的数字化、智能化，如基于模型预测控制（MPC）、人工智能（AI）在电力电子系统中的应用；以及微纳电力电子技术的发展方向。此外，本章还将探讨电力电子系统与物联网（IoT）、大数据等技术的融合，以及在能源互联网、智能家居等新兴领域的应用前景。 学习方法建议： 本书内容涵盖了电力电子技术的理论基础和工程实践，建议读者在学习过程中，不仅要理解公式和原理，更要注重结合实际工程案例进行思考。书中穿插的例题和思考题，旨在帮助读者巩固所学知识，并将其应用于解决实际问题。鼓励读者通过仿真软件（如MATLAB/Simulink、PSIM等）对电路进行模拟，验证理论分析结果，加深对系统工作过程的理解。同时，关注行业内的最新技术动态和学术研究成果，将有助于读者持续提升专业能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑为高等院校的电气信息类教学提供了一份高质量的教材。作者在内容的组织上，充分考虑到了学生从基础知识到专业技能的逐步提升过程。例如，在讲解功率器件的选型和应用时，书中不仅列举了各种功率器件的详细参数表，还提供了具体的选型指导和注意事项，这对于初学者来说非常有帮助，避免了盲目选择带来的问题。书中关于电子电路的接口和驱动电路的设计，也做了详细的介绍，并且结合了实际的应用电路图，让学生能够更好地理解功率器件的驱动和保护。另外，书中还针对不同的电力电子变换器，进行了系统的故障分析和排除方法介绍，这对于培养学生的工程实践能力和解决实际问题的能力具有重要的意义。我特别欣赏书中关于仿真技术在电力电子教学中的应用的部分，作者鼓励学生利用MATLAB/Simulink等工具进行仿真分析，这能够帮助学生更好地理解复杂的电路原理和控制策略。总的来说，这本书是一本内容丰富、结构合理、图文并茂的优秀教材，能够有效地帮助学生掌握电力电子技术的核心知识和应用技能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目起得相当宏大，感觉像是要为未来的电气工程师们勾勒一幅清晰的蓝图。翻开第一章，就被作者严谨的逻辑和清晰的讲解所吸引。内容涵盖了从最基本的半导体器件特性，到复杂的电力电子变换器拓扑，再到控制策略的设计，都做到了深入浅出的剖析。我尤其欣赏作者在讲解PWM（脉冲宽度调制）技术时，不仅给出了理论公式，还配以丰富的图示和实际应用的例子，让人对抽象的概念有了直观的理解。书中关于软开关技术的部分，也让我对如何提高电力电子设备效率和降低损耗有了更深的认识，这对于今后的设计工作具有极强的指导意义。我印象深刻的是，作者并没有回避一些比较深奥的理论，比如状态空间平均法在分析变换器动态特性时的应用，但他通过循序渐进的讲解，让我在理解这些复杂理论的同时，也看到了它们在实际工程中解决问题的重要性。这本书的排版也非常舒服，公式清晰，图表规范，阅读起来不会产生疲惫感。总体而言，这是一本非常扎实、内容全面且具有前瞻性的教材，值得电气信息类的学生们认真研读。

评分☆☆☆☆☆

从一名资深电气工程师的角度来看，这本书在理论深度和工程实践的结合上做得相当不错。书中关于电力系统稳定性和暂态分析中电力电子器件的影响，以及如何通过合理的控制策略来提升系统稳定性，这一点写得尤为深刻。作者并没有停留在表面的理论描述，而是深入剖析了各种变换器在不同运行工况下对电网动态特性的影响，并给出了一些实用的分析工具和方法。我个人对书中关于无功功率补偿和电压控制部分的内容非常感兴趣，书中详细介绍了各种有源电力滤波器（APF）、静止无功补偿器（SVC）以及统一潮流控制器（UPFC）等装置的工作原理、控制算法和实际应用案例，这些都是解决电力系统电能质量问题的重要手段。此外，书中还触及了一些前沿的电力电子技术，比如基于模型的预测控制（MPC）在电力电子变换器控制中的应用，这种控制方法在提升动态响应速度和优化系统性能方面具有显著优势。这本书的内容严谨且实用，无论是作为本科生的学习教材，还是作为研究生和工程师的参考书，都具有很高的价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最直观的感受就是它的“现代感”。它紧跟时代发展的步伐，在内容的选择上，侧重于当前以及未来电力电子技术发展的主流方向。例如，书中关于高频开关电源的最新发展趋势，包括GaN（氮化镓）和SiC（碳化硅）等新型半导体器件的应用，以及它们在提高功率密度、降低损耗方面的优势，都进行了详细的阐述。这对于正在进行前沿技术研究的学生来说，无疑是一份宝贵的资料。书中关于智能电网中电力电子技术的应用，例如柔性直流输电（HVDC）中的关键技术，包括换流器的拓扑设计、控制策略以及保护方法，都进行了深入的探讨。这让我意识到，电力电子技术不仅仅局限于传统的电力传输和变换，它在构建更加高效、可靠和智能的现代电网中扮演着至关重要的角色。此外，书中还对新能源汽车的电力电子系统，包括电机驱动、充电设备等方面进行了介绍，这些都是当前最热门的应用领域，能在这里找到相关的技术信息，对我的学习和研究非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

我是在一次偶然的机会下接触到这本书的，当时我正在寻找关于新能源电力系统中的一些关键技术细节。这本书的内容确实给了我不少启发。书中对逆变器在并网应用方面的讲解，尤其是关于并网的功率质量、谐波抑制以及同步控制等方面，写得非常细致，理论推导严谨，同时又结合了实际的工程问题，提出了切实可行的解决方案。我特别喜欢书中关于风力发电和太阳能光伏发电系统集成中的电力电子变换器设计的部分，作者对不同拓扑的优缺点进行了详细的比较分析，并针对不同的应用场景提出了优化建议，这对于我正在进行的某个项目非常有参考价值。书中还涉及到一些储能系统的相关内容，比如电池管理系统和超级电容器的应用，这些都是当前新能源领域的热点，能在这本书中找到相关的技术介绍，让我感到非常惊喜。虽然有些章节的篇幅不是特别长，但信息量却非常大，每一页都蕴含着作者深厚的专业知识和丰富的实践经验。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师，为我们指明了前进的方向。