電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)、新能源發(fā)電、電動汽車、電力牽引以及家用電器等眾多領(lǐng)域快速發(fā)展，電力電子化已成為一種發(fā)展趨勢，然而現(xiàn)在大多數(shù)電力電子技術(shù)教材是由既成技術(shù)的集合體形成的，從而造成教材內(nèi)容缺少理論及體系化的現(xiàn)實(shí)，在此背景下，編寫一本具備理論及體系化且適應(yīng)電力電子技術(shù)發(fā)展需求和人才培養(yǎng)需求的教科書，顯得尤為重要。本書首先概述電力電子變換技術(shù)的基礎(chǔ)原理及概況，其次說明半導(dǎo)體開關(guān)器件原理及其用法，對功率變換方式進(jìn)行了分類，并形成體系化。然后對直流-直流變換、直流-交流變換、交流-直流變換和交流-交流變換四大類電路進(jìn)行分析，并討論像軟開關(guān)等其他開關(guān)技術(shù)。后列舉說明電力電子技術(shù)在各種系統(tǒng)中的應(yīng)用。本書可作為電氣信息類專業(yè)高年級本科生以及研究生的教材，也可作為電氣自動化領(lǐng)域科技工作者的參考用書。
突出五大特點(diǎn)：
�、僦匦聦徱暡⒍x了像蓄勢與釋勢、電磁勢頭、換路、持流電感／電抗器、鏈接電容器等新術(shù)語，利于學(xué)生更加直觀深入地理解元器件作用、電路工作過程等；
�、诙x模塊化的開關(guān)器件組合SDA，以模塊化電路的思想指導(dǎo)電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程；
�、劭偨Y(jié)了開關(guān)功率變換電路更深層次的分類形式，揭示了直流－直流變換、直流－交流變換、交流－直流變換以及交流－交流變換等各種變換電路之間的內(nèi)在聯(lián)系；
�、軓碾娏﹄娮酉到y(tǒng)的視角出發(fā)，注重基本原理分析，將電力電子器件、各種變換電路原理及實(shí)際應(yīng)用有機(jī)融合；
⑤例題和仿真貫穿全書，以例題進(jìn)行計(jì)算分析，以計(jì)算機(jī)仿真輔助電路分析與設(shè)計(jì)，加深學(xué)生對問題的理解，以工程應(yīng)用為目標(biāo)加強(qiáng)學(xué)生的電路分析與設(shè)計(jì)能力。
�。保梗担纺辏吩�，美國ＧＥ公司開發(fā)出晶閘管產(chǎn)品（當(dāng)時稱為可控硅，ＳｉｌｉｃｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｅｃｔｉｆｉｅｒ，ＳＣＲ）。同年４月起，作者作為日本東京大學(xué)的一名碩士生，開始在恩師山田直平教授的研究室學(xué)習(xí)。作為當(dāng)代日本的水銀整流器技術(shù)第一人，山田教授很早從ＧＥ公司得到了晶閘管，并著手對其特性進(jìn)行分析、評價和應(yīng)用研究。從那一年起，電力電子時代拉開序幕。勤奮鉆研水銀整流器技術(shù)的人們對該項(xiàng)新的發(fā)明滿懷期待，同時為新時代的到來而歡呼雀躍。作者親眼目睹了那時的情景。之后，電力電子技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，逐步成為了所有產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的中心技術(shù)之一。２００３年，作者曾寫了本書的第１版，并由日本電氣學(xué)會出版。１０年來伴隨技術(shù)的進(jìn)步，作者研究了功率變換相關(guān)的基礎(chǔ)原理，并添加到了修訂版之中。盡管完成度多少還有些不足，但作者相信修訂版已能達(dá)到構(gòu)建體系化理論的目標(biāo)，并確信它將有助于今后電氣技術(shù)教育的改善與發(fā)展。
�。玻埃埃衬陮懥吮緯冢卑嬉詠恚髡咭恢睆膶W(xué)術(shù)的觀點(diǎn)上對電力電子學(xué)的教育方法進(jìn)行推敲，并考慮有必要對圖１所示的電氣工程教育課程進(jìn)行修訂。
近年來，隨著電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電氣應(yīng)用領(lǐng)域，電氣工程已經(jīng)進(jìn)入了電力電子時代。因此，電氣工程的教育也應(yīng)以此為中心進(jìn)行開展。電力電子學(xué)的核心是以開關(guān)為基礎(chǔ)的功率變換技術(shù)，所以作者將它命名為《功率變換開關(guān)技術(shù)》。其后，作為它的應(yīng)用技術(shù)可以有《電氣設(shè)備》和《電力技術(shù)（發(fā)輸配電）》等教科書。而全體技術(shù)的前提則是“電力電子學(xué)”。圖１的右圖表示了作者提出的教育課程的方向。
首先，電力電子技術(shù)適用于所有的電力應(yīng)用裝置，也可以說它是應(yīng)用以功率變換而組成的高性能電源的綜合技術(shù)。譬如，現(xiàn)在直流電機(jī)衰退，交流調(diào)速旋轉(zhuǎn)電機(jī)盛行，因此《電機(jī)設(shè)備學(xué)》不僅要討論商用電源驅(qū)動的特性，而且也必須探討高性能電源驅(qū)動交流調(diào)速電機(jī)的功能。所以，從順序上講，應(yīng)該先學(xué)習(xí)功率變換開關(guān)技術(shù)，然后學(xué)習(xí)現(xiàn)代電機(jī)。在此之外，電力電子技術(shù)既是新發(fā)展起來的再生能源利用的推動力，也是實(shí)現(xiàn)高性能輸配變電的基礎(chǔ)技術(shù)，所以它是論述所謂智能電網(wǎng)的必需技術(shù)。因此，它也是今后發(fā)輸配電的主要技術(shù)。綜上所述，在大學(xué)的教科書中，必須先學(xué)習(xí)電力電子中核心的功率變換開關(guān)技術(shù)。
�、龉β首儞Q開關(guān)技術(shù)（修訂版）電力電子的核心理論大學(xué)電氣工程系課程修訂預(yù)想圖其次，作者也深入考慮了內(nèi)容的深度。為了培養(yǎng)一批將來具有先進(jìn)水平的電機(jī)技術(shù)人員，同時，作為日本電氣學(xué)會出版的重要教科書，本書組織了豐富的內(nèi)容去支撐整個課程，而且，針對學(xué)習(xí)能力很強(qiáng)的學(xué)生，還考慮了內(nèi)容擴(kuò)展，不使他們失望。
此外，對于本書中構(gòu)建的新的理論體系，還添加了一些不可或缺的新術(shù)語。在制定術(shù)語時，每個都進(jìn)行了充分的推敲。并且，對覺得有問題的現(xiàn)有術(shù)語也一一考慮其過去、現(xiàn)在和將來的含義，并加以最相適應(yīng)的修改。
最后，在本書第１版或者修訂版中，可能存在很多不恰當(dāng)?shù)牡胤�，敬請諒解。本書修訂版中，作者努力改善了這些需要修正的內(nèi)容，真誠希望能夠得到讀者對各種各樣問題的熱情細(xì)致的評論，并借此機(jī)會衷心感謝您批評指正。
金東海２０１４年９月
譯者序
原書序言
本書中所用的主要變量符號及主要后綴符號
第１章 電力電子變換技術(shù)的概況１
１.１ 開關(guān)和功率變換電路１
�。�.２ 功率變換原理３
１.３ 電力電子與功率變換電路４
�。�.３.１ 電壓源和電流源的定義５
�。�.３.２ 功率變換器的輸入輸出特性５
�。�.３.３ 對變換電路的等價電源電路表示６
�。�.３.４ 等價電源和等價負(fù)載的分類８
�。�.４ 功率變換的系統(tǒng)構(gòu)成９
１.５ 在電力電子中的應(yīng)用１０
�。�.６�。牛停脝栴}１１
綜合問題１２
第２章 半導(dǎo)體開關(guān)器件１３
�。�.１ 硅半導(dǎo)體物理性質(zhì)的基本內(nèi)容１３
�。�.２�。穑罱Y(jié)和二極管１５
�。�.２.１ ｐｎ結(jié)二極管１５
�。�.２.２�。穑椋疃䴓O管１８
�。�.２.３ 少數(shù)載流子累積效應(yīng)和異常電壓１９
�。�.２.４ 緩沖電路２０
２.２.５ 緩沖電路設(shè)計(jì)２１
�。�.３ 電力晶體管２２
�。�.４ 晶閘管２４
�。�.４.１ ４層結(jié)構(gòu)ｐｎｐｎ器件的特征２４
�。�.４.２ 唯一的他勵關(guān)斷器件２５
�。�.４.３ 雙向?qū)ňчl管———雙向晶閘管２７
２.５�。牵裕暇чl管及ＧＣＴ晶閘管２７
�。�.６ ＭＯＳＦＥＴ ３０
�。�.６.１�。模停希樱疲牛� ３１
�。�.６.２ ＴＭＯＳＦＥＴ ３２
�。�.７ ＩＧＢＴ ３３
�。�.７.１ 溝槽型ＩＧＢＴ ３４
２.７.２ ＰＭ和ＩＰＭ ３５
�。�.８ 肖特基勢壘二極管３７
２.９ 開關(guān)器件的特性與分類３７
�。�.９.１ 開關(guān)器件的基本特性３７
２.９.２ 各種開關(guān)器件及其特征３９
�。�.９.３ 二極管：狀態(tài)控制器件４０
２.１０ 功率器件的使用方法４０
�。�.１０.１ 門極驅(qū)動４０
２.１０.２ 器件散熱４１
�。�.１０.３ 異常電壓保護(hù)４２
�。�.１０.４ 異常電流保護(hù)４２
綜合問題４２
第３章 功率變換的內(nèi)容分類及體系化４４
�。�.１ 基本電路拓?fù)浼埃樱模辆幪枺矗?
�。�.２ 功率變換方式分類４６
３.２.１ 環(huán)路切換型功率變換４６
�。�.２.２ 電源切換型功率變換４７
�。�.２.３ 復(fù)合型功率變換４９
�。�.２.４ 基本功率變換方式的比較４９
�。�.３�。樱模恋牡刃щ娮娱_關(guān)表示５０
�。�.４ 對本書采用的新概念和新術(shù)語的說明５０
３.４.１ 持流電抗器和鏈接電容器的作用５１
�。�.４.２ 持流電感的功能與作用５２
綜合問題５２
第４章 直流－直流變換５３
�。�.１ 降壓斬波器５３
４.２ 升壓斬波器５５
�。�.３ 升降壓斬波器５６
�。�.４ 斬波器的動作模式和動作分析方法５８
４.４.１ 電流連續(xù)模式和狀態(tài)平均法５８
�。�.４.２ 電流不連續(xù)模式和能量平衡法６０
�。�.４.３ 作為負(fù)載的斬波器的功能６２
�。�.４.４ 電路動作的計(jì)算機(jī)仿真６７
�。�.５ 兩象限運(yùn)行與四象限運(yùn)行的斬波電路７０
�。�.５.１ 兩象限運(yùn)行的斬波電路７１
４.５.２ 四象限運(yùn)行的斬波電路７３
目 錄Ⅸ
�。�.５.３ 四象限斬波電路的控制７５
�。�.５.４ 環(huán)路切換型功率變換的要點(diǎn)７７
�。�.５.５ 開關(guān)器件的死區(qū)時間８０
�。�.６ 隔離型變換電路和ＤＣ－ＤＣ變換器８０
�。�.６.１ 兩繞組電抗器８１
�。�.６.２ 兩繞組電抗器和反激變換器８２
�。�.６.３ 變壓器和正激變換器８４
�。�.６.４ 全橋ＤＣ－ＤＣ變換器８６
４.７ 直流－直流變換電路的應(yīng)用與特征８９
�。�.７.１ 在光伏發(fā)電逆變單元中的應(yīng)用９０
�。�.７.２ 對直流－直流變換裝置特點(diǎn)的討論９２
綜合問題９２
第５章 直流－交流變換９４
�。�.１ 單相逆變器９４
�。�.１.１ 基于ＰＷＭ的交流變換基本概念９５
�。�.１.２ 等價電源９７
５.２ 三相逆變器１００
�。�.２.１ 基于ＰＷＭ的三相交流的產(chǎn)生１０１
�。�.２.２ 空間矢量法———統(tǒng)一處理三相數(shù)值的方法１０３
５.２.３ 三相交流電路的空間矢量表示１０５
�。�.２.４ 空間矢量的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系表示１０８
�。�.２.５ 基于空間矢量的功率計(jì)算１１２
�。�.２.６ 三相逆變器中電壓空間矢量的產(chǎn)生１１３
�。�.２.７ 采用空間矢量的逆變器驅(qū)動電路分析１２１
�。�.２.８ 同步ＰＷＭ和異步ＰＷＭ １２４
�。�.３ 形成電流源的三相逆變器１２５
�。�.３.１ 電流源型逆變器１２６
�。�.３.２ 具有電流控制環(huán)的電流型逆變器１２８
５.４ 高壓逆變器和大功率逆變器１３３
�。�.４.１ 三電平逆變器（ＮＰＣ逆變器） １３３
�。�.４.２ 三電平逆變器的控制１３５
５.４.３ 級聯(lián)式逆變器１３７
綜合問題１４１
第６章 交流－直流變換１４３
�。�.１ 電容輸入型整流電路１４３
�。�.１.１ 單相半波整流電源與偏磁現(xiàn)象１４３
�。�.１.２ 單相全波電容輸入型整流電路１４５
�。�.１.３ 電容輸入型三相橋式整流電路１４８
Ⅹ 功率變換開關(guān)技術(shù)
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