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第1章 绪论1

1.1电力电子技术的概念1

1.2变流原理——开关变流2

1.2.1最简单的变流电路2

1.2.2单相桥式变流电路3

1.2.3三相桥式变流电路3

1.3电力电子技术的主要应用领域5

1.3.1电气传动和电力牵引5

1.3.2电力系统及可再生能源6

1.3.3各种电源装置7

1.4本教材的主要内容及学习方法8

习题和思考题9

第2章 电力电子器件10

2.1电力电子器件概述10

2.2不可控器件11

2.2.1电力二极管的基本结构11

2.2.2电力二极管的基本特性11

2.2.3电力二极管的主要参数12

2.3半控型器件13

2.3.1晶闸管的基本结构14

2.3.2晶闸管的基本特性15

2.3.3晶闸管的主要参数16

2.3.4晶闸管的派生器件18

2.4典型全控型器件20

2.4.1门极可关断晶闸管20

2.4.2电力晶体管（GTR）22

2.4.3电力场效应晶体管24

2.4.4绝缘栅双极型晶体管（IGBT）27

2.4.5功率集成模块（PIM）和智能功率模块（IPM）31

2.5其他全控型电力电子器件34

2.5.1静电感应晶体管34

2.5.2静电感应晶闸管35

2.5.3集成门极换流晶闸管35

2.5.4电子注入增强栅晶体管36

2.6宽禁带电力电子器件36

2.6.1碳化硅器件37

2.6.2氮化镓（GaN）器件38

2.6.3金刚石器件38

本章小结38

习题和思考题39

第3章 AC/DC变换电路40

3.1单相可控整流电路40

3.1.1单相半波可控整流电路41

3.1.2单相桥式可控整流电路48

3.1.3单相桥式半控整流电路56

3.1.4单相全波可控整流电路59

3.2三相可控整流电路61

3.2.1共阴极三相半波可控整流电路61

3.2.2共阳极三相半波可控整流电路68

3.2.3三相桥式全控整流电路69

3.3变压器漏抗对整流电路的影响77

3.3.1重叠导电期间电压、电流波形及换相压降77

3.3.2换相重叠角γ的大小79

3.4具有电容性负载的不可控整流电路79

3.4.1电容滤波的单相桥式不可控整流电路80

3.4.2电容滤波的三相桥式不可控整流电路81

3.5晶闸管的驱动控制84

3.5.1同步信号为锯齿波的触发电路85

3.5.2集成触发器88

3.5.3数字触发器88

3.6全控整流电路的有源逆变89

3.6.1有源逆变的工作原理90

3.6.2三相整流电路的有源逆变状态93

3.6.3逆变失败及防止方法95

3.7整流电路的谐波及功率因数97

3.7.1谐波及功率因数97

3.7.2相控整流电路交流侧谐波和功率因数分析100

3.7.3整流输出电压和电流的谐波101

3.7.4抑制谐波及提高功率因数的措施103

3.8三相半波可控整流电路的并联连接电路106

3.8.1直接并联的六相半波可控整流电路106

3.8.2带平衡电抗器的双反星形可控整流电路107

3.9多重化整流电路111

3.9.1三相桥式可控整流电路的并联连接111

3.9.2三相桥式可控整流电路的串联连接112

3.9.3串联多重连接整流电路的顺序控制115

3.10整流电路在电气传动中的应用案例——晶闸管直流电动机系统116

3.10.1晶闸管不可逆直流调速系统117

3.10.2晶闸管可逆直流调速系统123

3.11整流电路在电力系统中的应用案例——高压直流输电技术125

3.12整流电路在电源技术中的应用案例——电解电源和电弧炉直流电源127

3.12.1电解电源127

3.12.2电弧炉直流电源128

本章小结128

习题和思考题129

第4章AC/AC变换电路131

4.1交流无触点开关131

4.1.1晶闸管交流无触点开关131

4.1.2全控型器件交流无触点开关133

4.2恒频变压交流变换电路134

4.2.1单相相控式交流调压电路134

4.2.2单相斩控式交流调压电路137

4.2.3三相交流调压电路138

4.3相控式交交变频电路——周波变流器143

4.3.1单相交交变频电路143

4.3.2三相交交变频电路148

4.4交流调功电路150

4.5 AC/AC变换电路在电气传动方面应用举例——异步电动机软起动器151

4.6 AC/AC变换电路在电力系统中的应用153

4.6.1无功功率补偿153

4.6.2可控串联补偿155

4.7 AC/AC变换电路在电源技术中的应用156

4.7.1调整变压器抽头型交流稳压电源157

4.7.2变压器绕组组合型交流稳压电源157

本章小结158

习题和思考题159

第5章 DC/DC变换电路160

5.1直流降压斩波电路（Buck电路）160

5.1.1负载电流连续时的工作原理162

5.1.2负载电流断续时的工作原理162

5.2直流升压斩波电路（Boost电路）163

5.3直流升降压斩波电路164

5.3.1升降压斩波电路164

5.3.2 Cuk斩波电路166

5.3.3 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路167

5.4可逆斩波电路168

5.4.1电流可逆斩波电路168

5.4.2桥式可逆斩波电路170

5.5带隔离变压器的DC/DC变换电路171

5.5.1单端正激变换器172

5.5.2双管正激变换器175

5.5.3单端反激变换器176

5.5.4半桥变换器178

5.5.5全桥变换器180

5.6同步整流电路181

5.6.1同步整流技术概述181

5.6.2同步整流电路的基本原理182

5.7分布式电源183

5.7.1分布式电源概述183

5.7.2分布式电源的结构184

5.7.3分布式电源的应用185

5.8 DC/DC变换在电力系统和电源技术中的应用187

5.8.1太阳能光伏发电187

5.8.2开关电源187

5.8.3蓄电池充电电源188

5.8.4焊机电源189

本章小结190

习题和思考题190

第6章DC/AC变换电路192

6.1逆变电路的分类和控制方式192

6.1.1逆变电路的分类192

6.1.2逆变电路的控制方式193

6.2电压型逆变电路193

6.2.1单相电压型逆变电路193

6.2.2三相电压型逆变电路198

6.2.3方波逆变器输出电压波形分析201

6.3电流型逆变电路202

6.3.1单相电流型逆变电路202

6.3.2三相电流型逆变电路203

6.4逆变电路在中高压电气传动方面的应用案例——多电平逆变电路209

6.4.1中压电压等级问题209

6.4.2二极管钳位型三电平逆变电路210

6.4.3电容钳位型多电平逆变电路212

6.4.4具有独立直流电源的级联型多电平逆变电路213

6.5逆变电路在电力系统中的应用案例——静止同步补偿器215

6.6逆变电路在电源技术中的应用案例216

6.6.1感应加热电源216

6.6.2交流方波电源218

6.6.3 IGBT逆变式电阻焊机电源218

本章小结219

习题和思考题219

第7章PWM原理与控制技术221

7.1 PWM控制的基本原理222

7.2 SPWM波形的生成方法223

7.2.1等面积法（计算法）223

7.2.2调制法224

7.2.3低次谐波消去法228

7.3 PWM控制技术中的基本概念229

7.3.1载波比和调制深度230

7.3.2同步调制、异步调制和分段同步调制230

7.3.3单极性调制和双极性调制231

7.4 PWM逆变电路232

7.4.1单相桥式PWM逆变电路232

7.4.2三相桥式PWM逆变电路234

7.5 PWM逆变电路的其他控制方法236

7.5.1电流跟踪型PWM控制技术236

7.5.2电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术238

7.6 PWM整流电路244

7.6.1 PWM整流电路的结构和工作原理245

7.6.2 PWM整流电路的控制249

7.7矩阵式变频电路252

7.8 PWM变流电路在电气传动方面的应用案例——交直交变频器253

7.9 PWM变流电路在电源技术方面的应用案例——不间断电源和应急电源255

7.9.1 UPS电源255

7.9.2 EPS电源257

7.9.3 UPS、EPS的选择和使用时应注意的问题257

7.10 PWM变流电路在电力系统中的应用案例258

7.10.1PWM变流电路在交流输电系统中的应用案例258

7.10.2 PWM变流电路在交流配电系统中的应用案例260

7.10.3 PWM变流电路在风力发电系统中的应用案例264

本章小结265

习题和思考题266

第8章 电力电子器件应用基础268

8.1电力电子器件驱动技术268

8.1.1电力电子器件驱动电路概述268

8.1.2晶闸管的门极驱动要求269

8.1.3 GTO门极驱动270

8.1.4 GTR基极驱动271

8.1.5电力MOSFET栅极驱动272

8.1.6 IGBT栅极驱动273

8.2电力电子器件的保护275

8.2.1过电压保护275

8.2.2过电流保护276

8.2.3过热保护277

8.3缓冲与吸收电路278

8.4电力电子器件的串联和并联279

8.4.1电力电子器件的串联279

8.4.2电力电子器件的并联281

本章小结282

习题和思考题283

第9章 软开关变换技术284

9.1开关损耗和软开关的基本概念及类型284

9.1.1开关损耗和硬开关284

9.1.2软开关的概念286

9.1.3软开关电路的类型287

9.2无源软开关技术288

9.2.1吸收电路288

9.2.2无源软开关技术289

9.3有源软开关技术294

9.4谐振型软开关技术296

9.4.1 DC/DC变换中的软开关技术296

9.4.2 DC/AC变换中的软开关技术301

本章小结303

习题和思考题303

第10章 电磁兼容性和抗干扰305

10.1电磁兼容基本概念305

10.2电力电子电路的电磁干扰源306

10.2.1自然干扰源306

10.2.2人为干扰源306

10.3电磁干扰耦合途径307

10.3.1传导耦合307

10.3.2辐射耦合310

10.3.3电磁干扰耦合模式310

10.4电磁干扰抑制技术311

10.4.1抑制干扰的基本原则311

10.4.2电力电子系统的接地技术311

10.4.3电力电子系统的电磁屏蔽316

10.4.4电力电子系统中的滤波317

本章小结320

习题和思考题320

附录 电力电子电路的仿真322

附录1电力电子器件仿真模型322

附录1.1二极管的仿真模型323

附录1.2晶闸管的仿真模型324

附录1.3门极可关断晶闸管（GTO）的仿真模型326

附录1.4金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的仿真模型328

附录1.5绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的仿真模型330

附录2整流电路的仿真332

附录2.1单相半波可控整流电路的仿真332

附录2.2单相桥式全控整流电路的仿真336

附录2.3单相桥式半控整流电路的仿真340

附录2.4单相全波可控整流电路的仿真342

附录2.5三相半波可控整流电路的仿真343

附录2.6三相桥式全控整流电路的仿真347

附录2.7交流侧电抗影响整流电路的仿真350

附录2.8带电容滤波的单相不可控整流电路仿真351

附录2.9全控整流电路的有源逆变仿真354

附录2.10三相半波可控整流电路有源逆变的仿真模型356

附录3交流调压电路的仿真358

附录3.1单相交流调压电路的仿真358

附录3.2单相斩控式交流调压电路359

附录3.3三相交流调压电路的仿真363

附录4 DC/DC变换电路的仿真365

附录4.1降压斩波电路的仿真365

附录4.2升压斩波电路的仿真368

附录4.3升降压斩波电路的仿真370

附录4.4电流可逆斩波电路的仿真373

附录5逆变电路的仿真374

附录5.1电压型逆变电路的仿真375

附录5.2电流型逆变电路的仿真379

附录6 PWM变流电路的仿真383

附录6.1单相桥式PWM逆变电路的仿真383

附录6.2三相桥式PWM逆变电路的仿真385

附录6.3 PWM整流电路的仿真387

附录7软开关电路的仿真389

附录7.1无源软开关的仿真389

附录7.2有源软开关电路仿真393

附录7.3零电压开关准谐振电路的仿真395

附录7.4谐振直流环电路的仿真397

术语索引399

参考文献401