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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