电力电子技术(第2版) 9787040281323 高等教育出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张友汉，周玲 著

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• 9787040281323

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040281323

商品编码：29422867947

包装：平装

出版时间：2009-12-01

基本信息

书名：电力电子技术(第2版)

定价：12.90元

作者：张友汉,周玲

出版社：高等教育出版社

出版日期：2009-12-01

ISBN：9787040281323

字数：210000

页码：135

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.222kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是中等职业教育国家规划教材《电力电子技术》(张友汉主编，高等教育出版社2002年出版)的修订版，是在版的基础上根据新形式下的教学需求、课程改革成果和相关新技术、新国标等进行修订的。本书沿用版的内容框架结构，为适应近年来中职生源情况的变化，突出“以服务为宗旨、以就业为导向、以能力为本位”的职业教育办学理念，修订时坚持以学生为本，降低难度。
本书主要内容包括电力二极管和晶闸管、全控型电力电子器件、单相可控整流电路、三相晶闸管可控整流电路、直流变换电路、逆变电路、交流变换电路、脉冲宽度调制技术与软开关技术、电力电子装置举例及6个实验和实训等。本书选材较新、资料丰富，与实际应用结合紧密；结构合理，章节明晰；重点明确写出，难点深入浅出，注意循序渐进；习题题量、难度适中，适于教学使用。
本书可作为中等职业学校电气运行与控制专业及相关专业的教学用书，还可以作为从事电力电子技术行业的工人和短期培训人员的教学和参考用书。

目录

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章 电力二极管和晶闸管
节 电力二极管
第二节 晶闸管
本章小结
思考题与习题
第二章 全控型电力电子器件
节 门极可关断晶闸管
第二节 电力晶体管
第三节 电力场效晶体管
第四节 绝缘栅双极晶体管(IGBT)
第五节 其他新型电力电子器件
本章小结
思考题与习题
第三章 单相可控整流电路．
节 单相桥式全控整流电路
第二节 单相桥式半控整流电路
第三节 触发电路
本章小结
思考题与习题
第四章 三相晶阐管可控整流电路
节 三相半波可控整流电路
第二节 三相桥式全控整流电路
第三节 晶闸管的串并联及保护
本章小结
思考题与习题
第五章 直流变换电路
节 直流斩波电路的工作原理
第二节 复合斩波电路
本章小结
思考题与习题
第六章 逆变电路
节 有源逆变电路
第二节 有源逆变电路应用举例
第三节 无源逆变电路
本章小结
思考题与习题
第七章 交流变换电路
节 交流调压电路
第二节 交一交变频电路
第三节 交流调压电路应用实例
本章小结
思考题与习题
第八章 脉冲宽度调制技术与软开关技术
节 脉冲宽度调制的基本原理
第二节 PWM逆变电路
第三节 SPWM波形成电路及专用
集成芯片
第四节软开关技术
本章小结
思考题与习题
第九章 电力电子装置举例
节 开关电源
第二节 高发光效能的节能型荧光灯
第三节 不间断电源(UPS)
第四节 变频调速装置
本章小结
思考题与习题
第十章 实验和实训
实验一 晶闸管的简易测试及导通关断条件实验
实验二 单相半控桥式整流
实验三 三相桥式全控整流电路与锯齿波同步触发电路
实验四 三相桥式全控有源逆变电路
实验五 单相交流调压电路
实验六 IGBT斩波电路
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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现代电力电子技术：驱动绿色能源与智能未来的核心引擎 在科技飞速发展的今天，电力电子技术已不再仅仅是单纯的电力转换与控制，它已经发展成为驱动全球能源结构转型、推动智能制造、提升能源效率以及赋能新兴技术（如电动汽车、可再生能源并网、智能电网等）的基石。本书旨在深入剖析现代电力电子技术的核心原理、关键器件、先进拓扑以及在各个应用领域的最新发展，为读者构建一个全面而深刻的理解框架。 第一章 绪论：电力电子技术概览与发展趋势 本章将首先界定电力电子技术的概念及其在现代社会中的重要地位，阐述其作为连接发、输、配、用电环节的关键桥梁作用。我们将回顾电力电子技术的历史演进，从早期的整流器、逆变器到如今的电力电子器件与集成系统，展现其技术革新的脉络。重点将放在当前电力电子技术面临的机遇与挑战，特别是应对全球能源危机、推动可持续发展以及实现智能化电网的迫切需求。读者将了解到，电力电子技术的发展方向正日益聚焦于高效率、高功率密度、高可靠性、低成本以及智能化控制，并与半导体技术、控制理论、材料科学等学科紧密交叉融合。 第二章 半导体功率器件：现代电力电子的“心脏” 半导体功率器件是实现电力电子功能的核心组件。本章将详细介绍目前主流的功率器件，包括： 二极管（Diodes）： 各种类型（如整流二极管、快恢复二极管、肖特基二极管）的结构、工作原理、特性曲线以及在不同电路中的应用。 晶闸管（Thyristors）： 包括普通晶闸管（SCR）、双向晶闸管（TRIAC）、门极可关断晶闸管（GTO）等，深入探讨其触发机制、开关特性、以及在电力系统中的作用。 功率晶体管（Power Transistors）： 功率双极结型晶体管（BJT）： 结构、工作模式、驱动方式、优缺点及应用场景。 功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）： 详述其栅极控制原理、导通压降、开关速度、高频特性，以及在低压大电流应用中的主导地位。 绝缘栅双极晶体管（IGBT）： 结合了BJT的电流驱动能力和MOSFET的栅极控制优势，解析其结构、工作特性、额定参数，及其在中高压应用中的广泛使用。 新型功率器件： 介绍当前研究和应用中的前沿器件，如碳化硅（SiC）MOSFET、氮化镓（GaN）HEMT等。重点分析其相较于传统硅基器件在耐高压、耐高温、低损耗、高频率等方面的显著优势，以及其在电动汽车、高速铁路、航空航天等高端领域的巨大潜力。 本章强调不同器件在性能、成本、功耗、耐压、开关速度等方面的权衡，以及根据具体应用需求选择合适器件的重要性。 第三章 基本电力电子变换器拓扑：能量转换的基本单元 本章将系统介绍构成现代电力电子系统的基本变换器拓扑结构。这些拓扑是实现直流-直流（DC-DC）、直流-交流（DC-AC）、交流-直流（AC-DC）以及交流-交流（AC-AC）能量转换的基础。 DC-DC变换器： 升压变换器（Boost Converter）： 分析其基本工作原理、纹波特性、占空比与输出电压的关系。 降压变换器（Buck Converter）： 探讨其稳态分析、动态响应以及效率优化。 升降压变换器（Buck-Boost Converter）： 阐述其输出电压极性与输入电压相反的特性，以及其在不同应用中的灵活性。 其他DC-DC拓扑： 如Cuk、SEPIC、Zeta变换器等，介绍其特点及适用范围。 多相变换器与矩阵变换器（Matrix Converter）： 讲解其在高功率、高效率方面的优势。 DC-AC变换器（逆变器，Inverters）： 单相逆变器： 方波输出逆变器： 结构简单，但输出波形质量差，适用于要求不高的场合。 脉冲宽度调制（PWM）逆变器： 详细讲解各种PWM技术（如SPWM、DPWM、APWM等），分析其谐波抑制原理、调制策略及其对输出波形质量和效率的影响。 三相逆变器： 介绍其结构、工作模式（如两电平、三电平），以及在电机驱动、可再生能源并网等领域的关键应用。 AC-DC变换器（整流器，Rectifiers）： 相控整流器： 介绍其控制原理、触发方式、以及在可控整流中的作用。 PWM整流器（有源整流器，Active Rectifiers）： 讲解其功率因数校正（PFC）能力、谐波抑制能力以及能量双向流动特性，强调其在现代电网中的重要性。 AC-AC变换器： 周期性AC-AC变换器： 如移相变压器、频比变换器，介绍其工作原理和应用。 非周期性AC-AC变换器（矩阵变换器）： 进一步探讨其在变频调速和电压调整中的灵活性。 本章通过详实的电路分析、波形绘制和数学推导，帮助读者理解各种变换器的基本工作原理、性能指标以及设计考量。 第四章 控制策略与调制技术：实现精准的电力电子控制 电力电子变换器的高效稳定运行离不开先进的控制策略和调制技术。本章将深入探讨这一关键领域。 基本控制方法： 开环控制： 简单易实现，但抗扰性差。 闭环控制： PID控制： 介绍其基本原理、参数整定方法以及在稳压、稳流控制中的应用。 电流模式控制（Current Mode Control）： 讲解其电压补偿和电流反馈的优势，以及在动态响应和并联运行中的作用。 滞环控制（Hysteresis Control）： 分析其简单直观的特点，以及在一定应用场景下的适用性。 脉冲宽度调制（PWM）技术： 载波基PWM： 正弦PWM（SPWM）： 详细分析其产生原理、谐波分布特点。 三角波PWM： 介绍其基础应用。 三角波与正弦波的组合： 探讨不同调制波形对输出性能的影响。 空间矢量PWM（SVPWM）： 重点介绍其在三相逆变器中的应用，分析其矢量划分、电压矢量合成以及对输出电压和转矩的精准控制能力，尤其在电机驱动领域的重要性。 高级PWM技术： 如随机PWM、自适应PWM、死区时间补偿PWM等，探讨其在降低开关损耗、抑制谐波、提高系统性能方面的作用。 无传感器控制与电流重构： 探讨在不使用电流传感器的情况下实现精确控制的技术，在降低成本和提高系统可靠性方面具有重要意义。 数字控制与DSP应用： 介绍如何利用数字信号处理器（DSP）实现复杂的控制算法，以及数字控制在现代电力电子系统中的普及趋势。 本章强调控制策略对变换器性能、动态响应、稳定性和效率的决定性影响，并为读者掌握实际工程应用中的控制技巧打下基础。 第五章 功率集成与模块化技术：提升功率密度与可靠性 为了满足现代电力电子系统对更高功率密度、更高效率和更高可靠性的需求，功率集成与模块化技术应运而生。 功率模块（Power Modules）： 介绍各种封装形式（如IGBT模块、MOSFET模块、SiC模块），其内部结构、散热设计、电气连接方式。 集成电路（IC）技术在电力电子中的应用： 驱动IC： 讲解隔离驱动、半桥驱动等，以及其对功率器件开关性能的优化作用。 栅极驱动电路： 详细介绍栅极驱动电路的设计，包括隔离、去耦、短路保护等。 保护IC： 过压、过流、过温等保护电路的设计与实现。 功率管理IC（PMIC）： 在小型化、集成化电力电子系统中扮演的角色。 系统级集成（System-on-Chip，SoC）： 探讨将多个功能模块集成到单个芯片上的发展趋势，以及其在智能电网、电动汽车充电桩等领域的应用前景。 先进封装技术： 如三维封装、扇出封装等，介绍其如何提升功率密度、降低寄生参数。 模块化设计理念： 阐述如何通过模块化设计实现系统的灵活性、可扩展性和易维护性，以及在不同功率等级下的应用。 本章旨在使读者了解现代电力电子设备是如何通过集成与模块化技术实现小型化、高效化和高可靠性的。 第六章 散热技术与可靠性设计：保障电力电子系统长寿命运行 电力电子器件在工作过程中会产生大量的热量，有效的散热是保障其长期稳定运行的关键。本章将聚焦于散热技术和可靠性设计。 热力学基本原理： 介绍热传导、热对流、热辐射等基本概念，以及热阻、热容等参数。 散热器（Heat Sinks）设计： 自然对流散热器： 介绍翅片设计、表面处理等。 强制风冷散热器： 讲解风扇选择、风道设计。 液冷散热器： 介绍水冷、油冷等技术，以及其在高功率密度应用中的优势。 热界面材料（TIMs）： 如导热硅脂、导热垫片等，分析其作用和选择。 热管理系统： 介绍集成化的散热解决方案，如热管、微通道散热器等。 可靠性分析与设计： 故障模式与影响分析（FMEA）： 识别潜在的故障点。 寿命预测与加速寿命试验： 评估器件和系统的寿命。 环境应力（温度、湿度、振动）对可靠性的影响。 电应力（电压、电流）对可靠性的影响。 材料选择与结构设计对可靠性的影响。 过应力保护与容错设计。 本章强调散热设计是电力电子系统设计中不可或缺的一环，并指导读者如何进行可靠性设计，以确保电力电子设备的长期稳定运行。 第七章 电力电子技术在可再生能源领域的应用 随着全球对清洁能源需求的不断增长，电力电子技术在可再生能源发电、并网和利用方面发挥着至关重要的作用。 太阳能光伏发电系统： 光伏阵列特性与MPPT（最大功率点跟踪）技术： 介绍各种MPPT算法（如扰动观察法、电导增量法）及其在提高光伏发电效率中的作用。 并网逆变器： 介绍单相、三相并网逆变器的拓扑结构、控制策略，以及其实现电网电压和谐波注入的功能。 离网系统与储能系统： 讲解在电网不稳定或无电网区域的应用，以及与储能装置（如电池）的结合。 风力发电系统： 变速恒频风力发电机（DFIG）与永磁同步发电机（PMSG）系统： 介绍其电力电子接口（变流器）的设计，包括变桨控制、定子侧与转子侧变换器。 并网技术： 讲解风力发电对电网稳定性的影响以及相应的控制措施。 储能系统： 电池储能系统（BESS）： 讲解电池管理系统（BMS）、充放电变换器、以及与电网的交互。 超级电容器： 介绍其应用和电力电子接口。 电网接入与并网标准： 探讨不同国家和地区对可再生能源并网的要求，以及电力电子变换器需要满足的技术指标。 本章展示了电力电子技术如何成为连接不确定性电源（如风、光）与稳定电网之间的桥梁，以及推动能源结构绿色转型的关键驱动力。 第八章 电力电子技术在电动汽车（EV）领域的应用 电动汽车是当前交通领域最具颠覆性的技术之一，电力电子技术是其核心动力总成和能源管理系统的关键。 电动汽车的组成与电力电子功能： 介绍电池组、电机、电控系统以及各种电力电子变换器的作用。 DC-DC变换器： 用于电池电压升压以驱动电机，或为辅助设备供电。 DC-AC逆变器（电机驱动）： 变频调速控制： 详细介绍如何通过PWM控制实现电机的精确调速和扭矩控制，提升续航里程和驾驶体验。 电机类型（PMSM、感应电机）与驱动策略。 车载充电机（OBC）： AC-DC整流与DC-DC升压： 讲解如何将外部交流电转换为直流电并为电池充电。 功率因数校正（PFC）与快速充电技术。 DC-DC直流快充系统： 介绍大功率充电桩的原理和技术要求。 车辆到电网（V2G）技术： 探讨电动汽车作为分布式储能单元与电网交互的可能性。 高压系统安全性与可靠性设计： 针对电动汽车应用场景，强调绝缘、短路保护、热管理等关键设计。 本章深入解析了电力电子技术如何在电动汽车的动力、充电和能源管理方面发挥核心作用，是实现零排放交通的关键。 第九章 电力电子技术在智能电网与工业应用中的发展 智能电网的建设和工业自动化的深入发展，对电力电子技术提出了更高的要求。 智能电网（Smart Grid）： 高压直流输电（HVDC）： 介绍其在大容量、远距离输电方面的优势，以及换流站的关键电力电子技术。 柔性交流输电系统（FACTS）： 讲解各种FACTS装置（如SVC、STATCOM、UPFC），以及它们如何提高电网的稳定性和输电能力。 微电网（Microgrids）： 介绍其独立运行和与主电网交互的电力电子技术。 配电自动化与分布式电源接入： 探讨电力电子在提高配电网智能化水平方面的作用。 需求侧管理与智能家居： 介绍电力电子在能源监测、控制和优化方面的应用。 工业电力电子应用： 电机驱动与变频器： 详细介绍工业电机调速的各种解决方案，以及其在提高生产效率、降低能耗方面的作用。 感应加热与焊接设备： 介绍其电力电子变换器的工作原理。 不间断电源（UPS）： 讲解其在保障关键设备连续供电方面的作用。 工业电源与特种电源： 介绍在各种工业场景下的定制化电力电子解决方案。 数据中心电源与能效管理： 探讨高效率、高可靠性的数据中心电源技术。 本章描绘了电力电子技术在构建更智能、更高效、更可靠的现代能源基础设施和工业生产体系中的广阔应用前景。 第十章 未来发展趋势与前沿研究方向 本章将展望电力电子技术的未来发展方向，并介绍当前的研究热点。 宽禁带半导体材料（SiC, GaN）的进一步发展与应用： 强调其在提升效率、降低体积、提高工作温度等方面的革命性潜力。 集成化、智能化与小型化： 介绍“电力电子模块化”（Power Electronics Modules）和“系统即芯片”（System-on-Chip）的趋势。 人工智能（AI）与机器学习（ML）在电力电子控制中的应用： 探讨如何利用AI/ML实现更优化的控制策略、故障诊断与预测。 全集成电力电子系统（PIES）： 介绍将电力电子器件、控制电路、甚至部分储能组件集成在一起的未来概念。 新型变换器拓扑与控制： 持续探索更高效、更紧凑的变换器结构。 对环境可持续性的贡献： 强调电力电子技术在提高能源效率、减少碳排放方面的核心作用。 与5G、物联网（IoT）等新兴技术的融合。 通过本章的展望，读者将对电力电子技术未来的发展方向有一个清晰的认识，并激发进一步探索的兴趣。 本书内容丰富，涵盖了电力电子技术的理论基础、关键技术、器件选型、控制方法以及广泛的应用领域。通过深入的学习，读者将能够掌握现代电力电子技术的设计、分析和应用能力，为解决能源、环境和工业发展中的挑战提供坚实的技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书整体给人的感觉是严谨、系统且富有启发性。我之前在学习过程中，对于一些看似相似的变换电路，常常会混淆其工作原理和适用场景。但通过阅读这本书，特别是对章节之间逻辑关系的梳理，我能够更清晰地理解它们之间的内在联系。例如，在学习逆变电路时，书中不仅详细介绍了单相桥式逆变器和三相桥式逆变器，还深入探讨了SPWM（正弦脉宽调制）和其变种，以及如何通过调整调制策略来控制输出电压幅值和频率。这对于理解现代电力电子变流器，特别是新能源发电并网和电机驱动等领域，至关重要。我记得书中在介绍一些高级控制策略时，还引入了一些现代控制理论的概念，比如PID控制的优化、以及对无模型控制方法的初步介绍，这为有志于深入研究电力电子控制算法的读者提供了一个很好的起点。总而言之，这本书不仅仅是一本教材，更是一扇通往电力电子技术更深层次世界的窗口。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解电力电子器件的特性的深度和广度上，给了我不少新的认识。我之前对IGBT、MOSFET等器件的理解，主要停留在其开关特性和基本等效电路模型上。然而，这本书中对这些器件的损耗分析，特别是不同工作条件下的开关损耗和导通损耗的计算，以及如何根据这些损耗来选择合适的器件型号，进行了非常详尽的阐述。这对于工程师在设计功率变换器时，不仅要考虑器件的额定参数，还要关注其在实际运行中的效率和发热情况，是非常关键的一环。我记得书中还专门辟出一章讨论了驱动电路的设计，包括死区时间的设置、隔离驱动和非隔离驱动的比较，以及高边驱动和低边驱动的实现方式，这些细节看似琐碎，但对于确保功率器件的安全可靠工作至关重要。另外，书中对各种保护措施，如过流保护、过压保护、过温保护等的设计思路也进行了探讨，这让我意识到，一个完整的电力电子系统，除了核心的功率变换功能，其安全性和可靠性设计同样不容忽视。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我越发觉得本书在理论深度和工程实践的结合上做得相当到位。很多时候，学术书籍可能过于偏重理论推导，而忽略了实际工程中的诸多限制和考量。但在这本《电力电子技术》中，我能看到作者在介绍不同变换器拓扑时，不仅给出了详细的数学模型和分析，还结合了实际应用中的挑战，比如器件的寄生参数影响、控制器的响应速度、以及系统稳定性等问题。我尤其欣赏书中关于EMI（电磁干扰）的章节，这部分内容在很多基础教材中都只是浅尝辄止，而本书则从源头抑制和滤波吸收两个方面，详细分析了EMI的产生机制以及常用的抑制方法。这对于设计符合标准的电子产品至关重要。此外，在讨论DC-DC变换器时，书中对不同拓扑（如Buck, Boost, Buck-Boost, Cuk, SEPIC, Flyback等）的优缺点、效率曲线以及动态响应特性的对比分析，为选择合适的DC-DC变换器提供了非常清晰的指导。

评分☆☆☆☆☆

最近重新拾起这本书，我发现它在某些章节的案例分析和仿真模拟方面，确实比我之前接触过的资料要丰富不少。特别是关于功率因数校正（PFC）和有源电力滤波器（APF）的部分，书中给出的具体设计参数和仿真结果，能够直观地展示出不同控制策略对系统性能的影响。这对于理解抽象的理论概念转化为实际电路的行为非常有帮助。我之前在一些工业项目实践中，经常会遇到谐波治理和提高电能质量的问题，而这些问题往往都和APF的设计息息相关。书中对于APF的几种主流拓扑结构，比如并联型APF、串联型APF以及混合型APF的原理讲解，以及它们各自的适用范围，都写得相当清晰。我印象特别深刻的是，有一部分内容详细介绍了如何根据负载的谐波电流特性来选择合适的APF补偿策略，并且通过仿真图展示了补偿前后的电流波形对比，这对于初学者来说，无疑是极大的启发。此外，书中在讨论逆变器输出滤波时，也提及了各种滤波器的设计原则和计算方法，这在很多高功率变流系统中都至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本《电力电子技术（第2版）》，从扉页的印刷质量到封面的设计，都透露着一股扎实可靠的气息，让人一看就觉得是经过精心打磨的学术专著。我当初选择这本书，很大程度上是被它“第2版”这个后缀所吸引，这通常意味着前一版已经得到了市场的认可，并且在此基础上进行了更新和完善，理论体系更加成熟，内容覆盖也可能更全面。拿到手后，翻开目录，那些熟悉的章节标题，比如“电力电子器件”、“基本变换电路”、“斩波电路”、“逆变电路”等等，都唤起了我对电力电子领域学习的回忆。虽然我当时主要关注的是基础理论和一些经典电路的分析，但对于一些更深入的课题，比如高频开关电源的设计、软开关技术、无源滤波器和有源滤波器在实际应用中的优化，我一直觉得有待进一步的挖掘。这本书的出版，让我看到了继续深造的可能性，特别是那些在理论推导过程中可能隐藏的工程实现上的难点，比如散热问题、电磁兼容性处理、以及不同拓扑结构在特定应用场景下的优缺点权衡，都可能在这本书中得到更细致的阐述。高等教育出版社的名字也让我对内容的权威性和学术严谨性充满信心，毕竟，他们在学术出版领域有着长期的声誉。