針對動車組介紹常用的電力電子裝置中的電力電子器件的特性及維修更換等;典型的電路結(jié)構(gòu)及常用的測試維修方法;各種CRH車型的一些常用裝置的電路結(jié)構(gòu);電磁兼容性的基本原理等。為《動車組裝備》及《動車組牽引傳動與控制》等后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。
電力電子技術(shù)(power electronic technology)是以電力為對象的電子技術(shù),是一門利用電力電子器件對電能進行轉(zhuǎn)換與控制的新興學(xué)科。電力電子技術(shù)包括如下三大部分:①電力電子器件(power electronic device);②電力電子(功率)變流技術(shù)(power conversion technique),包括改變頻率、電壓、電流及變換相數(shù)等;③控制技術(shù)。
電力電子學(xué)可以認為是應(yīng)用在電力技術(shù)領(lǐng)域中的電子學(xué),它是電氣工程中電力、電子和控制三大主要領(lǐng)域之間的邊緣學(xué)科。電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)、材料科學(xué)、電機工程、自動控制技術(shù)等相輔相成、快速發(fā)展,成為電氣工程領(lǐng)域最為活躍的一個分支。電能是人類所有能源中最優(yōu)質(zhì)的能源,也是最容易控制和轉(zhuǎn)換的,而電力電子技術(shù)就是進行電能轉(zhuǎn)換的技術(shù),具有強大的生命力,并且不斷向前發(fā)展。電力電子技術(shù)不但在動車組的牽引傳動和電力電子裝置上廣泛應(yīng)用,而且在太陽能、風(fēng)能等清潔能源發(fā)電、直流輸電、電力機車、城市輕軌交通、礦井提升、船舶推進、電機變頻調(diào)速與節(jié)能應(yīng)用、交直流供電電源、電鍍及電加工、中頻感應(yīng)加熱、機器人控制等領(lǐng)域,乃至社會日常生活等都有廣泛的應(yīng)用。
本課程“動車組電力電子技術(shù)基礎(chǔ)”是動車組系列課程中的基礎(chǔ)課程,也是為了更好地理解“動車組供電牽引系統(tǒng)與設(shè)備”、“動車組輔助電氣系統(tǒng)與設(shè)備”等動車組后續(xù)課程打下一定的基礎(chǔ)。隨著動車組的引進和國產(chǎn)化,以及動車組電力電子裝置在動車組所占比重的大幅提高,對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的消化、吸收的需求也日益迫切。本教材著重針對在動車組中常見的電路結(jié)構(gòu)和工作原理進行基礎(chǔ)性和原理性的講解。
本書學(xué)時為8~32個學(xué)時,可以根據(jù)不同的學(xué)習(xí)對象對內(nèi)容進行選講。書中主要介紹動車組常用的電力電子知識,包括電力電子元器件基礎(chǔ)、相控整流技術(shù)基礎(chǔ)、直直變換技術(shù)基礎(chǔ)、逆變技術(shù)基礎(chǔ)、PWM脈沖整流器、軟開關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)、動車組主電路和電磁兼容性基礎(chǔ)等,各章主要內(nèi)容如下。
第1章“電力電子元器件基礎(chǔ)”:本章主要介紹電力電子元器件的基本概念、半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)、電力二極管、晶閘管(SCR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力場效應(yīng)晶體管(電力MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、智能功率模塊(IPM)以及電力電子的一些基本名詞和概念,本章應(yīng)重點掌握IGBT的特性,它在動車組上得到了廣泛的應(yīng)用。
第2章“相控整流技術(shù)基礎(chǔ)”:本章主要介紹相控整流技術(shù)的基本概念、單相不可控整流電路、單相半波可控整流電路、單相橋式全控整流電路、單相橋式半控整流電路、三相半波可控整流電路和三相橋式全控整流電路。本章的重點是波形分析,然后才可以進行電量計算和電路性能的評價。其中難點是負載的不同導(dǎo)致輸出波形的變化,特別是R-L負載,并介紹一些機車上常見的整流電路故障。
第1章 電力電子器件基礎(chǔ)
1.1 基本概念
1.2 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)
1.2.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體
1.2.2 本征半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體
1.2.3 PN結(jié)原理
1.3 電力二極管
1.3.1 電力二極管的基本特性
1.3.2 電力二極管的基本應(yīng)用
1.4 晶閘管
1.4.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理
1.4.2 晶閘管的基本特性
1.4.3 晶閘管的驅(qū)動及保護
1.5 門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)
1.6 電力場效應(yīng)晶體管(電力MOSFET)
1.6.1 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)與工作原理
1.6.2 電力MOSFET的特性與參數(shù)
1.6.3 電力MOSFET使用中的保護措施
1.7 絕緣柵雙極型晶體管(ICBT)
1.7.1 IGBT的工作原理與特性
1.7.2 IGBT的門極驅(qū)動
1.7.3 IGBT的使用與維護
1.8 智能功率模塊(IPM)
第2章 相控整流技術(shù)基礎(chǔ)
2.1 基本概念
2.1.1 整流電路的分類
2.1.2 整流電路的一些基本概念
2.1.3 可控整流電路的一般結(jié)構(gòu)和特點
2.1.4 整流電路的通用分析方法
2.2 單相整流電路
2.2.1 單相半波不可控整流電路
2.2.2 單相半波可控整流電路
2.2.3 單相橋式全控整流電路
2.2.4 單相橋式半控整流電路
2.3 三相整流電路
2.3.1 三相半波可控整流電路
2.3.2 三相橋式全控整流電路
2.4 相控整流的濾波
2.5 相控整流及有源逆變原理
2.6 相控整流的觸發(fā)電路
2.7 整流電路的故障檢測、維修方法
2.7.1 相控整流常見故障原因分析
2.7.2 相控整流故障判斷方法
第3章 直直變換技術(shù)基礎(chǔ)
3.1 直流斬波電路的工作原理
3.1.1 直流斬波電路穩(wěn)定性分析
3.1.2 電感的伏秒平衡原理
3.2 基本斬波電路
3.2.1 降壓變換器
3.2.2 升壓變換器
3.2.3 升-降壓變換器
3.2.4 Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路
3.3 多象限直流變換器
3.3.1 橋臂式二象隈直流變換器(A型變換器)
3.3.2 混合橋式二象限直直變換器(B型變換器)
3.3.3 四象限直直變換器(H型變換器)
3.4 帶隔離變壓器的直直變換器
3.4.1 隔離變壓器
3.4.2 各種帶隔離變壓器的直直變換電路
3.5 斬波電路的控制方式
3.6 動車組的直直變換器
第4章 逆變技術(shù)基礎(chǔ)
4.1 無源逆變原理
4.1.1 單相全橋電壓型逆變電路
4.1.2 三相橋式逆變電路
4.2 脈沖寬度調(diào)制(PWM)的理論基礎(chǔ)
4.3 正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)
4.3.1 SPWM的基本原理
4.3.2 SPWM調(diào)制的控制脈沖產(chǎn)生方法
4.3.3 SPWM的調(diào)制方法
……
第5章 PWM脈沖整流器
第6章 軟開關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)
第7章 動車組主電路
第8章 電磁兼容性基礎(chǔ)