電力電子技術是使用以開關方式工作的電力半導體器件對電能進行變換和控制的技術。
電力電子技術的進步與發(fā)展通常被專家學者們稱為人類社會的第二次電子革命, 對可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保以及工業(yè)的現(xiàn)代化進步起到越來越大的推動作用。該領域的知名專家B. K. Bose 教授認為: “電力電子技術在當今時代至少與計算機技術、信息通信技術同等重要, 如果不是更重要的話。”
“電力電子技術” 的課程教學無論是在本科生還是研究生層次, 在我國各高等工科院校電氣工程及其自動化、自動化等專業(yè)歷來受到高度的重視。然而, 由于這門課程內(nèi)容寬泛,且本質(zhì)上是多學科交叉, 對于授課教師和聽課學生一直都是一個巨大的挑戰(zhàn)。近年來, 為了使學生能夠?qū)φn堂講授知識更好地融會貫通, 電力電子技術的課后作業(yè)有時會要求以仿真的形式完成, 甚至成為課后作業(yè)的主要完成形式; 同時為了提高本門課程實驗教學的效率, 通常會鼓勵學生在實驗前應用仿真手段對所要完成的電力電子技術實驗內(nèi)容進行預習。應用仿真的形式完成課后作業(yè)和實驗預習, 無論是加深學生對理論知識的直觀理解, 還是提高學生的綜合應用創(chuàng)新能力, 都會起到極大的幫助作用。一個普遍的共識是, 在學習、分析、設計和評價電力電子變換電路時應用仿真的手段, 可以帶來諸多的益處, 如: ①通過觀察電力電子變換電路電壓和電流的仿真波形, 可以對所學習的電路有更加直觀和深入的理解, 這種理解通常僅靠紙和筆的分析是做不到的; ②可以通過仿真對即將進行的實驗有一個全面的理解、預習和準備; ③可以通過仿真找到電路設計中可能存在的問題, 并確定最優(yōu)的電路拓撲和控制參數(shù); ④可以通過仿真觀察到所有電路的相關波形, 而有些波形在實際實驗中可能不便于觀察; ⑤通過仿真可以對實驗室中不存在的實驗電路或不方便學生使用的實驗電路進行分析和學習。顯然, 仿真已成為目前學習、分析、設計和評價電力電子變換電路的一個強有力的工具。
早在20 世紀50 年代, 用于電氣和電子電路設計的基于計算機分析的技術就已經(jīng)被開發(fā)出來。隨著集成電路的迅猛發(fā)展, 該類技術在20 世紀70 年代受到高度的關注并得到了廣泛的應用。在同一時期, 計算機仿真技術也開始用于電氣傳動系統(tǒng)以及晶閘管相控電路的分析與設計, 從而為電力電子技術的發(fā)展奠定了堅實的基礎。目前已有很多種能夠?qū)﹄娏﹄娮与娐泛拖到y(tǒng)進行仿真分析的軟件, 如PSpice、Saber、MATLAB、PSIM 等, 其中MATLAB 得到最廣泛的應用。MATLAB 不僅是一種強大的通用仿真軟件, 而且其含有的電力系統(tǒng)工具箱為研究電力電子系統(tǒng)以及電力傳動控制系統(tǒng)提供了極大的便利。本書所有的仿真程序設計都是在MATLAB 環(huán)境下完成的。
本書主要是為教材《電力電子技術》(王兆安、劉進軍主編, 機械工業(yè)出版社出版) 的輔助學習而編寫的, 由三個部分組成: 第1 部分針對每一章的課后習題, 提供了基于MATⅣ　LAB / Simulink 的仿真電路。目的是希望學生能夠在使用筆和紙完成作業(yè)的同時, 可以通過仿真波形對理論分析結(jié)果進行驗證, 并加深對課后作業(yè)的理解。第2 部分針對實驗教學大綱要求開設的典型電力電子技術實驗項目, 進行實驗電路的工作原理介紹, 并搭建基于MATLAB/ Simulink 的仿真電路, 目的是希望學生進行電力電子技術實驗之前, 能夠通過仿真研究較好地完成相應實驗內(nèi)容的預習, 以提升實驗的教學效果。第3 部分針對電力電子技術應用的綜合實踐教學需求, 將近些年全國大學生電子設計競賽部分電源類題目作為優(yōu)質(zhì)的教學資源進行介紹, 搭建相對應的仿真系統(tǒng), 目的是希望學生能夠通過對電力電子系統(tǒng)(包括主電路、檢測電路以及閉環(huán)控制電路) 的整體仿真研究, 加深對電力電子技術實際工程應用的理解, 提高電力電子技術的應用能力和創(chuàng)新能力。
王聰教授對本書進行了整體規(guī)劃并撰寫了前言部分。本書第1、2 章由趙鋒博士編寫,其余各章由鄒甲博士編寫并負責全書的統(tǒng)稿。本書由程紅教授主審。研究生何棒棒、劉瑨琪、孔佳儀、馬勇、邱少坡參與了本書的仿真程序編寫與排版等工作, 在此一并表示感謝。
本書可作為高等院校電氣工程及其自動化、自動化等專業(yè)本科生以及研究生的教學參考書或輔助教材, 也可供從事電力電子技術研究的廣大科技人員閱讀。
由于編者水平有限, 書中有欠妥之處在所難免, 敬請讀者批評指正。
編著者