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绪论 1

0.1 电力电子技术的定义及其研究内容 1

0.1.1 电力电子技术的定义 1

0.1.2 电力电子技术的研究内容及电力电子变换器的类型 2

0.2 电力电子变换器的特点及分析方法 3

0.2.1 电力电子变换器的特点 3

0.2.2 电力电子变换器的分析方法 3

0.3 电力电子技术的经济和社会意义 8

0.3.1 技术经济意义 8

0.3.2 节能降耗意义 8

0.4 电力电子技术的发展历史及今后的发展趋势 9

0.4.1 早期电力电子技术发展的历史 9

0.4.2 现代电力电子技术发展的历史 10

0.5 电力电子技术的应用 12

0.6 本书内容简介和读者需要掌握的学习方法 15

第1章 电力电子器件 17

1.1 不控型器件——电力二极管 17

1.1.1 PN结与电力二极管的工作原理 17

1.1.2 电力二极管的基本特性 19

1.1.3 电力二极管的主要参数 20

1.1.4 电力二极管的主要类型 21

1.2 半控型器件——晶闸管 22

1.2.1 晶闸管的基本结构 22

1.2.2 晶闸管的工作原理 23

1.2.3 晶闸管的伏安特性 25

1.2.4 晶闸管的主要参数 27

1.2.5 晶闸管的派生系列 32

1.3 全控型器件 36

1.3.1 电力晶体管 36

1.3.2 电力场效应晶体管 38

1.3.3 门极关断晶闸管 41

1.3.4 绝缘栅双极型晶体管 42

1.3.5 注入增强栅晶体管 45

1.3.6 静电感应晶体管 48

1.3.7 静电感应晶闸管 48

1.3.8 集成门极换流晶闸管 48

1.3.9 基于宽禁带半导体材料的电力电子器件 51

1.4 功率集成电路与集成电力电子模块 52

1.5 电力电子驱动电路 53

1.5.1 P-MOSFET驱动要求及驱动电路 53

1.5.2 IGBT的栅极驱动电路 55

1.5.3 IGCT的门极驱动技术 56

1.6 电力电子器件的串并联设计 57

1.6.1 电力电子器件的串联技术 57

1.6.2 电力电子器件的并联技术 59

本章小结 61

习题与思考题 61

第2章 直流-交流变换器（逆变器） 63

2.1 直流-交流变换器（逆变器）综述 63

2.1.1 逆变器概念 63

2.1.2 逆变原理 63

2.1.3 逆变电路换相方式 64

2.1.4 逆变器分类 66

2.1.5 逆变器性能指标 67

2.2 方波逆变器 67

2.2.1 电压型单相方波逆变器 68

2.2.2 电压型三相桥式方波逆变器 72

2.2.3 电流型三相桥式方波逆变器 74

2.2.4 方波逆变器存在的问题 76

2.3 逆变器的脉宽调制控制技术——PWM逆变器 76

2.3.1 综述 76

2.3.2 电压正弦PWM（SPWM）控制技术——SPWM逆变器 77

2.3.3 SPWM逆变器的谐波分析 84

2.3.4 SPWM模式优化 86

2.3.5 随机PWM技术 90

2.3.6 电流正弦PWM控制技术 93

2.3.7 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术——SVPWM逆变器 95

2.4 PWM多电平逆变器 105

2.4.1 多重化PWM逆变器 106

2.4.2 中性点钳位式PWM多电平逆变器 112

2.5 PWM逆变器的仿真研究方法 131

2.5.1 PWM逆变器的通用数学模型 131

2.5.2 Simulink模块化实现 133

2.5.3 SPWM逆变器的仿真 133

2.5.4 CHBPWM逆变器的仿真 133

2.5.5 SVPWM逆变器的仿真 135

本章小结 141

习题与思考题 142

第3章 交流-直流变换器（整流器） 144

3.1 整流器的概念、类型及性能指标 144

3.1.1 整流器的概念 144

3.1.2 整流器的类型 145

3.1.3 整流器的性能指标 145

3.2 具有电容滤波的不控整流电路 146

3.2.1 电容滤波的单相不控整流电路 146

3.2.2 理想情况下电容滤波的三相不控整流电路 149

3.2.3 考虑电感时电容滤波的三相不控整流电路 151

3.2.4 主要数量关系 152

3.3 相控整流器 152

3.3.1 单相半波相控整流器 152

3.3.2 单相全控桥式（阻感性负载）相控整流器 160

3.3.3 三相半波相控整流器 162

3.3.4 三相全控桥式相控整流器 170

3.3.5 大功率相控整流电路 175

3.3.6 变压器漏抗对晶闸管相控整流电路的影响 179

3.3.7 相控整流电路的谐波及功率因数 183

3.3.8 相控整流电路带反电动势负载的工作情况分析 188

3.3.9 相控整流器中的有源逆变工作状态分析 191

3.3.10 相控整流器的触发控制技术 198

3.4 PWM整流器 211

3.4.1 综述 211

3.4.2 电压型单相桥式PWM整流器 214

3.4.3 电压型三相桥式PWM整流器 218

3.4.4 电流型单相桥式PWM整流器 224

3.4.5 电流型三相桥式PWM整流器 229

3.4.6 PWM整流器的控制技术 236

3.4.7 中性点钳位式多电平PWM整流器（NPC-PWM-REC） 246

本章小结 251

习题与思考题 252

第4章 直流-直流变换器（直流斩波器） 255

4.1 直流斩波器的基本控制方式 255

4.1.1 时间比控制 256

4.1.2 瞬时值控制 257

4.2 直流降压斩波器 257

4.3 直流升压斩波器 259

4.4 直流降压-升压斩波器 261

4.5 Cuk斩波器 263

4.6 复合型斩波器和多相、多重斩波器 264

4.6.1 桥式可逆斩波器 264

4.6.2 多相多重斩波器 269

4.7 具有隔离变压器的直流斩波器 270

4.7.1 隔离型Buck斩波器——单端正励斩波器 271

4.7.2 隔离型Buck-Boost斩波器——单端反励斩波器 272

4.7.3 隔离型Cuk直流斩波器 273

本章小结 273

习题与思考题 274

第5章 交流-交流变换器（直接变换器） 275

5.1 交流调压器 275

5.1.1 晶闸管单相交流调压器 276

5.1.2 三相交流调压器 279

5.1.3 具有变压器抽头的交流调压器 282

5.2 交-交变频器 284

5.2.1 三相输入单相输出交-交变频器 284

5.2.2 三相输入三相输出交-交变频器 288

5.3 PWM交流-交流变换器 290

5.3.1 单相交流调压器 290

5.3.2 三相交流调压电路 298

5.3.3 由全控型器件组成的直接变频器 299

5.4 矩阵式变频器 309

本章小结 314

习题与思考题 315

第6章 软开关技术 316

6.1 软开关的基本特性和类型 316

6.2 电压型串联谐振式逆变器 320

6.3 电流型并联谐振式逆变器 320

6.4 零电流关断PWM DC-DC软开关电路 323

6.5 零电压开通PWM DC-DC软开关电路 323

6.6 直流环节并联谐振型逆变器 324

本章小结 326

习题与思考题&¨ 326

第7章 电力电子技术的应用 327

7.1 多级组合型（复合结构）电力电子变换器 327

7.1.1 电压源型交-直-交PWM变压变频供电电源 327

7.1.2 电流源型交-直-交PWM变压变频供电电源 328

7.2 电力电子技术在电力拖动领域中的应用 329

7.2.1 晶闸管直流电动机调速系统 329

7.2.2 交流电动机变频调速系统 335

7.3 不间断电源及开关电源 345

7.3.1 不间断电源 345

7.3.2 开关电源 348

7.4 电力电子技术在电力系统中的应用 349

7.4.1 高压直流输电 349

7.4.2 双PWM变频调速系统 350

7.4.3 PWM开关并联无功功率发生器 352

7.4.4 晶闸管串、并联电抗补偿器 353

7.4.5 串联型电力有源滤波器和并联型电力有源滤波器 357

7.4.6 统一潮流控制器 363

7.4.7 风力发电 365

7.5 在其他领域中的应用 366

7.5.1 电子镇流器 366

7.5.2 焊机电源 368

7.5.3 高效节能照明 368

7.5.4 飞轮储能技术 369

7.5.5 超导磁体储能技术 370

7.5.6 磁悬浮技术 371

7.5.7 在电力机车中的应用 373

本章小结 375

习题与思考题 376

教学实验 377

实验1 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验 377

实验2 单相交流调压电路实验 378

实验3 全桥DC-DC变换电路实验 380

实验4 单相交-直-交变频电路（纯电阻） 381

实验5 直流斩波电路（设计性）的性能研究 382

附录 384

附录A 傅里叶级数 384

附录B 常用术语中英文对照 387

参考文献 392