电力电子技术教材内容总结
第1章 绪论
- 电力电子技术的定义
• 应用于电力领域的电子技术，核心是对电能进行变换和控制的技术。
• 区别于传统电力系统：电力电子技术关注电能的形态转换（如交流↔直流、电压/频率调整），而非单纯传输。 - 发展史
• 黎明期（1904-1957）：电子管技术奠定基础，水银整流器广泛应用。
• 晶闸管时代（1957-1970）：晶闸管（SCR）的发明标志电力电子技术正式诞生，半控型器件主导。
• 全控型与集成时代（1970至今）：GTO、IGBT、MOSFET等全控型器件发展，集成电力电子模块（IPM）和智能功率模块（SPM）兴起。 - 应用领域
• 工业：电机调速、变频器、冶金加热等。
• 交通：电动汽车、高铁牵引、磁悬浮列车。
• 电力系统：高压直流输电（HVDC）、柔性交流输电（FACTS）、静止无功补偿（SVC）。
• 新能源：光伏逆变器、风电变流器、储能系统。
• 家电与电子设备：LED照明、开关电源、不间断电源（UPS）。 - 教材内容简介
• 全书围绕电力电子器件、整流/逆变电路、控制技术展开，强调理论与应用的结合。
第2章 电力电子器件
- 器件分类
• 按控制程度：不可控（二极管）、半控（晶闸管）、全控（GTO、IGBT、MOSFET）。
• 按驱动信号：电压驱动型（MOSFET、IGBT）、电流驱动型（GTR、GTO）。
• 按载流子类型：单极型（MOSFET）、双极型（GTR、晶闸管）、复合型（IGBT）。 - 核心器件详解
• 电力二极管：单向导电，用于整流、续流。
◦ 参数：正向压降（UF）、反向耐压（URRM）、反向恢复时间（trr）。
• 晶闸管（SCR）：半控型，通过门极触发导通，需外部信号关断。
◦ 特性：伏安特性、动态开关特性（开通/关断时间）。
◦ 派生器件：双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）。
• 全控型器件：
◦ GTO：门极可关断晶闸管，需大电流关断脉冲。
◦ GTR：电力晶体管，高电压大电流，但开关速度较低。
◦ MOSFET：电压驱动，高频低损耗，适用于低压场景。
◦ IGBT：综合MOSFET和GTR优点，高频高压性能优异。 - 新型器件
• MOS控制晶闸管（MCT）：MOSFET与晶闸管复合，但未大规模应用。
• 宽禁带半导体器件（如SiC、GaN）：耐高温、高功率密度，未来主流方向。 - 功率集成技术
• 功率模块（IPM）：IGBT与驱动/保护电路集成，简化设计。
• 智能功率模块（SPM）：集成控制逻辑，支持自诊断功能。
第3章 整流电路
- 基本概念
• 定义：将交流电（AC）转换为直流电（DC）的电路。
• 分类：
◦ 按结构：半波（零式）、全波（桥式）。
◦ 按电源相数：单相、三相、多相。
◦ 按控制方式：不可控（二极管整流）、半控（晶闸管整流）、全控（PWM控制）。 - 单相可控整流电路
• 半波整流：阻性负载时输出电压 ( U_d = \frac{2}{\pi} U_{2\text{max}} \cos\alpha )，α为触发角。
• 桥式整流：输出电压翻倍，( U_d = \frac{2}{\pi} U_{2\text{max}} \cos\alpha )，效率更高。
• 感性负载：需续流二极管（DR）避免电流突变，导通角扩展至180°。 - 三相可控整流电路
• 星形-三角形连接：简化分析，输出电压与单相类似但幅值更大。
• 六脉波整流：通过三相桥式电路实现，减少谐波。 - 关键问题
• 谐波与功率因数：整流电路产生高次谐波，需滤波或采用PWM技术优化。
• 有源逆变：直流电逆转为交流电，需满足特定条件（如直流侧电压高于交流侧峰值）。
• 大功率设计：考虑变压器漏感、开关损耗及散热方案。
总结
电力电子技术以电力电子器件为核心，通过电路设计与控制实现电能的高效变换。教材内容涵盖器件原理、整流/逆变技术及实际应用，重点在于理解不同器件的特性、电路的工作模式及数学建模。未来发展趋势聚焦于宽禁带半导体和智能化集成技术，以应对新能源与高效能系统的需求。
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