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| 內容簡介： |
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《电力电子技术实训教程》从电力电子实践教学需求出发，根据作者多年从事电力电子技术教学与科研工作的经验，并在学习、研究国内外教材及相关参考文献基础上编写而成。 《电力电子技术实训教程》以新型的电力电子技术实验装置、交直流调速装置和新能源发电变流技术实验装置为基础，较为系统地阐述了电力电子技术中DC/DC（包括隔离与非隔离）、DC/AC、AC/DC、AC/AC电路仿真和实验方法，直流调速与交流调速仿真和实验方法，光伏并网逆变器、风电变流器、储能变流器、微网变流器仿真和实验方法。
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目录第1章 绪论 1第2章 电力电子实验基本技能 52.1 电力电子技术实验仪器仪表介绍及使用方法 52.1.1 万用表使用方法 52.1.2 示波器使用方法 72.1.3 稳压电源使用方法 102.1.4 电子负载使用方法 112.1.5 交流可编程电源使用方法 132.2 电气设备安全运行知识及操作规范 152.2.1 电气设备安全运行知识 152.2.2 操作规范 16第3章 电力电子技术基础实验 173.1 非隔离型DC/DC仿真与实验 173.1.1 非隔离型DC/DC电路Matlab仿真 183.1.2 非隔离型DC/DC电路实验 303.2 DC/AC仿真与实验 393.2.1 单相DC/AC变换电路仿真与实验 393.2.2 三相DC/AC变换电路仿真与实验 523.3 AC/DC仿真与实验 713.3.1 单相桥式相控整流仿真与实验 713.3.2 三相相控整流仿真与实验 803.3.3 三相PWM整流仿真与实验 893.4 AC/AC仿真与实验 1193.4.1 单相相控交流调压电路仿真与实验 1193.4.2 单相斩控式交流调压电路Matlab仿真 1273.4.3 单相交流调功电路Matlab仿真 1313.4.4 交交变频电路Matlab仿真 1343.5 带高频变压器隔离的DC/DC变换电路仿真与实验 1423.5.1 单端反激式DC/DC变换电路仿真与实验 1433.5.2 半桥隔离DC/DC变换电路仿真与实验 157第4章 直流调速实验 1704.1 基于晶闸管的不可逆直流调速系统仿真与实验 1704.2 可逆脉宽直流调速系统仿真与实验 179第5章 新能源发电变流技术实验 1835.1 光伏并网逆变器实验 1835.1.1 光伏电池的最大功率点跟踪控制实验 1835.1.2 双级式光伏并网逆变器实验 1895.2 风电变流器实验 1945.2.1 永磁同步发电机转矩/转速控制实验 1945.2.2 最佳风能捕获控制实验 2005.3 储能变流器实验 2045.3.1 储能变流器的直流变换控制实验 2055.3.2 储能变流器的无源逆变控制实验 2085.4 微网变流器实验 2135.4.1 微网变流器的下垂控制实验 2135.4.2 微网变流器的虚拟阻抗控制实验 220附录A Code烧录流程 226附录B RS232联机操作流程 231附录C SAS软件操作流程 233参考文献 236
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第1章 绪论 电力电子技术是一门应用于电力领域的电子技术，是使用不控型器件二极管、半控型器件晶闸管和功率MOS、IGBT等全控型电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。 作为在本科专业类教学质量标准中电气类专业的专业基础课程，“电力电子技术”的课程目标通常包括：掌握常用的电力电子器件的特性和测试方法；掌握电力电子技术中DC/DC、DC/AC、AC/DC、AC/AC四种功率变换拓扑结构、分析方法和参数计算；具备变流装置的基本调试能力；具备分析电力电子电路的能力；具备根据电力电子电路进行相应计算的能力。 该课程对于学习者实践能力的培养提出了较高的要求，但受限于学时，主流的电力电子技术教材主要包括电力电子器件的介绍和特性分析，电力电子技术中DC/DC、DC/AC、AC/DC、AC/AC四种功率变换拓扑结构分析，软开关技术的理论分析，而对于变流器中必不可少的控制、触发和驱动、保护部分几乎没有涉及，这也造成学习者学完该课程后基本没有能力将所学知识应用于实际工程实践。针对这种情况，部分“开放学科”“电气工程”下设置二级学科“电力电子与电力传动”发展较好的高校开设了“开关电源技术”“交流调速”“直流调速”“新能源发电变流技术”等电力电子技术后续选修课程，为学习者提供从功率器件、拓扑到变流装置，再到变流系统的完整的电力电子技术学习体系。 如前所述，无论是“电力电子技术”基础课程，还是“开关电源技术”等后续课程，随课实验或综合实验都是强化理论课中的重要知识点、培养学习者基本实践能力的必要环节，且应该按照以下要求设置实验内容：通过不同实验效果的对比对课堂教学的关键点进行强化；实验内容是对课堂教学的知识补充，而不能拘泥于对教学内容的验证，要让实验者有获得感；实验要让实验者有参与感，实验者的投入程度会对实验效果产生重要影响，提升实验者的成就感和兴趣；实验内容的设置相互有关联、有层次，满足不同能力学生的需求。 根据以上电力电子技术系列课程对实验内容的要求，本教学团队与相关企业合作，研发了从电力电子技术基础实验到开关电源技术、交流调速、直流调速，再到新能源发电变流技术的系列配套实验装置。为进一步提升系列配套实验装置的实践效果，帮助实验者快速掌握电力电子技术基本应用能力，本教学团队团结安徽省内高校同行，编写了本书，下面对本书内容进行简要概述。 第1章绪论，对后面各章内容进行简要介绍。 第2章电力电子实验基本技能，包括电力电子技术实验仪器仪表介绍及使用方法，电气设备安全运行知识及操作规范，主要介绍万用表、示波器等常用电力电子技术系列课程实验仪器的使用方法和注意事项，以及电气设备安全运行的基本知识和操作规范，为实验者安全、有效完成相关实验打下基础。 第3章介绍电力电子技术基础实验。考虑到主流电力电子技术教材重点介绍DC/DC、DC/AC、AC/DC、AC/AC四种功率变换拓扑结构，故设置了相对应的非隔离型DC/DC仿真与实验、DC/AC仿真与实验、AC/DC仿真与实验、AC/AC仿真与实验。其对应的实验模块如图1-1所示。 图1-1 电力电子基础部分实验模块 使用这套实验模块，可以开设非隔离型DC/DC斩波实验、隔离型DC/DC实验、单相和三相DC/AC实验、单相和三相相控整流实验、相控交流调压实验等相对基础的模拟控制实验，也可以开设以DSP芯片TMS320F28335为控制芯片的数字控制实验，包括数字控制隔离型DC/DC实验、三相DC/AC实验和三相PWM整流实验。其特点如下： 1.模块化设计 实验模块采用控制模块、驱动模块和主电路模块组合形式，强化电力电子变流装置控制、驱动和主电路的组成形式，举例如下： 非隔离型DC/DC斩波实验：PWM波发模块+PWM驱动模块+DC/DC模块。 单相DC/AC实验：PWM波发模块+PWM驱动模块+单相DC/AC模块。 三相DC/AC实验：三相逆变控制模块+PWM驱动模块+三相DC/AC模块。 数字控制三相DC/AC实验：数字控制模块+三相逆变控制模块+PWM驱动模块+三相DC/AC模块。 2.强调实验者参与度 实验者可以调整各种实验参数，观测到不同的实验结果；在部分实验中要求实验者自行设计、绕制高频变压器和高频滤波电感。 3.分层次设置实验 鼓励实验者根据实验现象对课本内容进行理解，思考解决方案，在另一个实验中进行验证，提升实验者对实验的兴趣，满足不同水平实验者的需求，如图1-2所示。 图1-2 分层次设置实验示例 带高频变压器隔离的DC/DC变换电路是高频开关电源的典型应用电路，有的高校会在“电力电子技术”中讲述这部分内容，有的高校会在“开关电源技术”中讲述这部分内容。本书3.5节带高频变压器隔离的DC/DC变换电路仿真与实验部分以图1-3所示的开关电源实验箱为实验装置，介绍单端反激式DC/DC变换电路和半桥隔离DC/DC变换电路的仿真与实验方法。 交直流电机调速是电力电子技术的典型应用领域，本书第4章直流调速实验部分以图1-4所示的运动控制实训平台为实验装置，介绍直流电机调速系统的仿真与实验方法，包括基于晶闸管的不可逆直流调速系统的基于Psim的仿真与实验方法、可逆脉宽直流调速系统的基于Psim的仿真与实验方法。 目前以新能源所开发的电能为电力电子技术的应用热点。本书第5章新能源发电变流技术实验部分，图1-5所示的新能源发电变流实验模块为实验装置，介绍光伏并网逆变器、基于永磁同步电机的风电变流器、储能变流器和微网变流器的基本原理与实验方法。 第2章 电力电子实验基本技能 2.1 电力电子技术实验仪器仪表介绍及使用方法 本节简要介绍电力电子实验中常用的仪器仪表及其使用方法，包括万用表、示波器、稳压电源、电子负载和交直流可编程电源。这些仪器仪表的使用方法，是保证实验结果准确性的关键，也是有效避免实验设备损坏的基础。通过了解其使用方法，能够更加顺利地完成电力电子技术的相关实验。 2.1.1 万用表使用方法 万用表是一种多用途电表，可以用来测量电压、电流、电阻等电气参数。常用的万用表分为指针式和数字式两种类型，数字式万用表性能好，使用方便，已逐步取代传统的指针式万用表，成为调试电路和维修仪器的**仪表，如图2-1所示。 1.数字式万用表的使用方法 （1）测量直流电压 （1）将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“V/Ω”插孔。 （2）将功能开关置于相应的DCV（直流电压）量程上，然后将两表笔并联接在被测电路上，被测电压值与红表笔所接点的正极性将呈现在显示屏上。 （3）查看读数，并确认其极性。 注意：为正确读出电压值的极性，将红表笔接电路正极，黑表笔接负极或电路的地。如果用相反的接法，有自动调整极性功能的数字式万用表会显示负号来指示负的极性。如果不知被测电压范围，将功能开关置于最大量程并逐渐下降。如果显示屏只显示“1”，表示过量程，功能开关应置于更高量程。当测量高电压时，要格外注意以防触电。 （2）测量交流电压 （1）将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“V/Ω”插孔。 （2）将功能开关置于相应的ACV（交流电压）量程上，然后将两表笔并联接在被测电路上，被测电压值呈现在显示屏上（值得一提的是，测量交流电压时没有极性显示）。 （3）测量电阻 （1）关掉被测电路电源。 （2）选择电阻挡。 （3）将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“V/Ω”插孔。 （4）将表笔探头跨接到被测电阻电路的两端。 （5）查看读数，并注意单位是欧姆（Ω）、千欧（kΩ），还是兆欧（MΩ）。 （6）特别值得注意的是，在测电阻值时需关掉电源，同时要考虑实际电路对被测电阻支路的影响。 （4）测量直流电流 （1）将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“200mA”或“20A”插孔（当测量200mA以下电流时，插入“200mA”插孔；当测量200mA~20A电流时，插入“20A”插孔）。 （2）将功能开关置于相应的DCA（直流电流）量程上，然后将万用表串接在被测电路中，被测电流值和红表笔点的正极性将呈现在显示屏上。 （5）测量交流电流 （1）将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“200mA”或“20A”插孔。 （2）将功能开关置于相应的ACA（交流电流）量程上，然后将万用表串接在被测电路中，被测电流值将呈现在显示屏上。 （6）测量二极管 （1）将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“V/Ω”插孔。 （2）将功能开关置于“二极管测试”挡位，并将表笔连接到待测二极管，如果红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，则读数为二极管正向压降的近似值（显示值为0.55~0.70V的是硅管，显示值为0.15~0.30V的是锗管）。 （3）测量二极管极性时，若*高位显示为“1”以下的数值，表明红表笔所接为二极管正极，黑表笔所接为二极管负极；若*高位显示“1”（超量程），则黑表笔所接为二极管正极，红表笔所接为二极管负极。 （4）测量二极管反向压降时，若*高位均显示“1”（超量程），则二极管开路；若正反向压降均显示“0”，则二极管击穿短路。 （5）将表笔连接到被测的两点，如果内部蜂鸣器发声，则两点之间电阻值低于70Ω，电路通；否则电路为断。 （7）测量电容 将功能开关转至相应的电容量程上，将被测电容插入“Cx”（电容）插孔，电容值将呈现在显示屏上。 （8）测量晶体管hFE （1）先判断所测是NPN型还是PNP型，然后将发射极E、基极B、集电极C分别插入相应的插孔，被测三极管的hFE值将呈现在显示屏上。 （9）检测通断 将红表笔插入“V/Ω”孔内，量程开关转至“))(”符号处，让表笔触及被测电路，若表内蜂鸣器发出响声，则说明电路通，反之则不通。 2.数字式万用表使用注意事项 （1）使用万用表测量，尤其是强电场测量时，不得用手触摸表笔的金属部分。 （2）测量前应熟悉万用表的各项功能，谨防误操作；不允许测量过程中带电切换开关
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