本书是中等职业教育电类专业规划教材之一，根据中等职业学校“电力电子技术”的教学大纲和基本要求，并参照有关行业的职业技能鉴定规范及中级技术工人等级考核标准编写而成。本书主要内容包括调光台灯的制作、充电柜的安装与调试、逆变电路的安装与调试、直流变压器的安装与测试、晶闸管交流调压器的制作、变频器的安装与调试。

本书适合作为中等职业学校电气技术应用、电气运行与控制专业教材，也可作为相关专业的基础课程和中级技术工人岗位培训教材及自学用书。

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，即使用电力电子器件（如晶闸管、GTO、IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百兆瓦甚至吉瓦，也可以小到数瓦甚至1 W以下。与以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。目前电力电子器件均用半导体制成，故又称电力半导体器件（Power Semiconductor Device）。

电力电子学（Power Electronics）这一名称是在20世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图1）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉形成的。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术两个不同的角度来称谓的。电力电子技术的诞生以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志，它的概念和基础就是以晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的，由于此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。晶闸管因其电气性能和控制性能优越，因此应用范围迅速扩大。电化学工业、铁道电气机车、钢铁工业（轧钢用电气传动、感应加热等）、电力工业（直流输电、无功补偿等）的迅速发展也有力地推动了晶闸管的进步。

 

图1  电力电子学的倒三角

直到20世纪70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（Power-BJT）和电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件的全速发展（全控型器件的特点是通过对门极即栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新，进入了新的发展阶段。

到20世纪80年代后期，以绝缘栅双极晶体管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件的出现，使它集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，载流能力大于一身，成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT相对应，MOS控制晶闸管（MOS Controlled Thyristor，MCT）和集成门极换流晶闸管（Intelligent Gate-Commutated Thyristor，IGCT）等都是MOSFET和GTO的复合，它们也综合了MOSFET和GTO两种器件的优点。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小，但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。现在又出现了智能功率模块（Intelligent Power Module，IPM），它是专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT（Intelligent IGBT）。

随着新型电力电子技术的发展，电力电子器件在向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、小体积（高芯片利用率）、模块化的方向发展，再加上新的控制技术的使用，如以减小电力电子器件的开关损耗的软开关技术和通过谐振电路使得器件在零电压（ZVS）或零电流（ZCS）的状态下进行开关的应用，电力电子技术正向着高效、节能、小型化和智能化的方向发展。

现代的电力电子技术有两个分支：电力电子变流技术和电力电子器件制造技术。

其中电力电子变流技术（Power Electronic Conversion Technique）是用电力电子器件（Power Electronic Device）构成电力变换电路（Power Conversion Circuit），对其进行控制的技术，它是电力电子技术的核心，理论基础是电路理论（Theory of Electric circuit）。电力变换分为四大类：交流－直流、直流－交流、直流－直流和交流－交流。它们之间的变换关系如表1所示。

表1  交直流之间的变换表

输    入     

输    出 交流(Alternating Current，AC) 直流(Direct Current－DC)

直流(Direct Current，DC) 整流(Rectification) 直流斩波(DC Chopping)

交流(Alternating Current，AC) 交流调压(AC Voltage Conversion)、

变频(Frequency Conversion)、

变相(Phase Conversion) 逆变(Inversion)

另一个是电力电子器件制造技术（Manufacture Technique of Power Electronic Device），它的理论基础是半导体物理（Semiconductor Physics）。

“电力电子技术”是针对电气工程及其自动化专业基础课程教学需要而编写的教材，为了适应中职学生“学以致用”的原则，引入了“项目教学”的编写思路，其内容经过精选，既保持了学科的完整性，又反映了该领域内的最新技术成果，更注意适应教学的需要。内容包括调光台灯的制作、充电柜安装与调试、逆变电路的安装与调试、直流变压器的安装与调试、晶闸管交流调压器的制作和变频器的安装与调试，附录中给出常用仪器仪表的使用方法。每个项目里分别有项目引言、学习目标、项目分析、知识储备、任务实施、知识拓展、项目评估、知识测评。本书分为六个项目，根据各专业自身特点确定必修和选修内容，各部分内容的教学要求和学时分配建议如表2所示。

表2  教学计划表

项目内容 项目任务 教学要求 必修学时 选修学时 合计

项目1  单相可控整流电路——调光台灯的制作 任务1 晶闸管和触发电路的认识  理解和掌握 12 4 16

 任务2 调光台灯的制作   


续表    

项目内容 项目任务 教学要求 必修学时 选修学时 合计

项目2  三相可控整流电路——充电柜的安装与调试 任务1 三相半波可控整流电路的安装 理解和掌握 12 2 14

 任务2 三相全控桥式可控整流电路的安装    

 任务3 安装充电柜    

项目3  有源逆变电路——逆变电路的安装与调试 任务1 单相桥式有源逆变电路的安装调试 理解和掌握 10 6 16

 任务2 三相桥式有源逆变电路的安装调试    

项目4  直流斩波电路——直流变压器的安装与调试 任务1 研究直流斩波电路的性能 理解和掌握 10 4 14

 任务2 认识复合斩波电路和多相多重斩波电路    

项目5  交流调压电路——晶闸管交流调压器的制作 任务1 制作晶闸管交流调压器 理解和掌握 12 4 16

 任务2 认识交-交变频电路    

项目6  PWM控制技术——变频器的安装与调试 任务1 制作简单的变频器 理解和掌握 8 4 12

 任务2 制作单相桥式PWM逆变电路    

附录   4  4

总计   68 24 92

通过本教材的学习，培养学生具有安装、调试和维修电力电子器件组成的各种设备的能力，使学生掌握电力电子技术的基本知识和基本技能，增强对职业变化的适应能力，为今后学习新的科学技术打下一定的基础。同时通过理论与实践的学习和实践，应达到以下要求：

（1）掌握电力电子技术中的基本概念和基本分析方法；

（2）掌握常用电力电子器件的特性、主要参数和选用方法；

（3）理解基本变换电路的原理和结构；

（4）能独立完成任务实施的内容；

（5）能正确使用常用的电子仪器和仪表，观察实验现象，记录实验数据；

（6）能正确使用电力电子器件并组成简单常用的电子电路；

（7）能初步判断和分析以电力电子器件为主的设备的一般故障，并会处理和排除。

电力电子技术涉及的知识面广，内容多，在学习中应注重项目任务的实施。

本书由安徽能源技术学校桂丽担任主编，并编写了项目4、5、6。安徽能源技术学校迟博伟任副主编，并编写了项目1、2、3。在本书编写的过程中得到了安徽职业技术学院程周老师、安徽能源技术学校姜宏勋老师、陈垠田老师的大力指导，在这里一并表示感谢！

由于编者的水平有限，书中错误在所难免，敬请读者批评指正，以便进一步完善本书。


编  者     

2011年6月   
本书由常桂兰编写第1、2章；由任桂兰主持编写第3、4章及附录2，吴建军、王晓红参编；蒋新民编写第5、6章及附录3；王成安编写第7、8章及附录1，天津滨海职业技术学院任志娟参加了编写工作。全书由辽宁省2004年精品课主讲人常桂兰统稿。

本书在编写过程中，得到鞍山科技大学、辽宁机电职业技术学院、辽宁石油化工大学、沈阳师范大学等院校的有关领导和同行的帮助与支持，并提出了宝贵意见，另外，还得到中国铁道出版社的支持与帮助，在此，一并表示感谢。

尽管我们在编写过程中做了很多努力，但由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免会有许多疏漏和不妥之处，恳请使用本教材的师生和读者给予批评指正。

使用本教材者，中国铁道出版社计算机图书中心可提供电子教案。


编  者  

 

项目1  单相可控整流电路——调光台灯的制作 1

任务1  晶闸管和触发电路的认识 1

任务2  调光台灯的制作 7

项目2  三相可控整流电路——充电柜的安装与调试 27

任务1  三相半波可控整流电路的安装与调试 27

任务2  三相全控桥式可控整流电路的安装 33

任务3  安装充电柜 37

项目3  有源逆变电路——逆变电路的安装与调试 55

任务1  单相桥式有源逆变电路的安装调试 55

任务2  三相桥式有源逆变电路的安装调试 58

项目4  直流斩波电路——直流变压器的安装与调试 67

任务1  研究直流斩波电路的性能 67

任务2  认识复合斩波电路和多相多重斩波电路 75

项目5  交流调压电路——晶闸管交流调压器的制作 83

任务1  制作晶闸管交流调压器 83

任务2  认识交-交变频电路 96

项目6  PWM控制技术——变频器的安装与调试 102

任务1  制作简单的变频器 102

任务2  制作单相桥式PWM逆变电路 108

附录A  常用仪器仪表的使用 119

参考文献 128

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