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第1章 电力电子元器件 1

1.1 基本概念 1

1.2 半导体物理基础 6

1.2.1 导体、半导体、绝缘体 6

1.2.2 本征半导体、P型半导体、N型半导体 7

1.2.3 PN结原理 8

1.3 电力二极管 14

1.3.1 电力二极管的基本特性 15

1.3.2 二极管在轨道车辆上的主要应用 17

1.4 晶闸管 19

1.4.1 晶闸管的结构与工作原理 19

1.4.2 晶闸管的基本特性 22

1.4.3 晶闸管的驱动 27

1.5 门极可关断晶闸管 28

1.6 电力场效应晶体管 32

1.6.1 电力场效应管（电力MOSFET）的结构与工作原理 32

1.6.2 电力MOSFET的特性与参数 34

1.6.3 电力MOSFET使用中的保护措施 39

1.7 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 40

1.7.1 IGBT的工作原理与特性 40

1.7.2 IGBT的门极驱动 49

1.7.3 IGBT的使用与维护 56

1.8 智能功率模块 71

1.9 电阻元件、电感元件与电容元件 73

1.9.1 电阻 73

1.9.2 电感 74

1.9.3 电容 77

思考题 83

第2章 相控整流技术 86

2.1 概述 86

2.1.1 整流电路的分类 86

2.1.2 整流电路的一些基本概念 86

2.1.3 可控整流电路的一般结构和特点 87

2.1.4 整流电路的通用分析方法 88

2.2 单相整流电路 89

2.2.1 单相半波不可控整流电路 89

2.2.2 单相半波可控整流电路 90

2.2.3 单相桥式全控整流电路 91

2.2.4 单相桥式半控整流电路 96

2.2.5 单相全波整流电路 99

2.3 三相整流电路 99

2.3.1 三相半波可控整流电路 99

2.3.2 三相桥式全控整流电路 102

2.4 相控整流的滤波 104

2.4.1 电容C滤波电路 104

2.4.2 电感L滤波电路 104

2.4.3 L-C滤波电路 105

2.5 整流变压器漏感的影响 105

2.5.1 换相过程与换相重叠角 105

2.5.2 换相压降AUd的计算 106

2.5.3 换相重叠角γ的计算 106

2.6 相控整流及有源逆变原理 108

2.6.1 整流和有源逆变的基本原理 108

2.6.2 晶闸管相控整流电路实现有源逆变的基本原理 108

2.6.3 相控整流电路实现有源逆变（晶闸管－直流电动机系统） 110

2.6.4 相控整流电路实现有源逆变的条件 111

2.6.5 相控有源逆变的一些概念 112

2.6.6 交直交变频器中的相控有源逆变 112

2.7 相控整流的触发电路 113

2.7.1 单结晶体管触发电路 114

2.7.2 正弦波触发电路 116

2.7.3 锯齿波触发电路 117

2.7.4 触发电路的同步问题 119

2.8 其他整流电路 120

2.8.1 倍压整流电路 120

2.8.2 倍流整流电路 121

2.8.3 同步整流电路 122

2.9 相控整流电路的谐波及功率因数分析 123

2.9.1 谐波及无功功率的危害 123

2.9.2 相控整流谐波分析基础 123

2.9.3 相控整流功率因数分析 124

思考题 126

第3章 直直变换技术 129

3.1 直流斩波电路的工作原理 130

3.1.1 电感的伏秒平衡原理 130

3.1.2 电容的安秒平衡原理 132

3.2 基本斩波电路 133

3.2.1 降压变换器 133

3.2.2 升压变换器 139

3.2.3 升降压变换器 145

3.2.4 Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 151

3.3 多象限直直变换器 155

3.3.1 桥臂式二象限直直变换器（A型变换器） 155

3.3.2 混合桥式二象限直直变换器（B型变换器） 157

3.3.3 四象限直直变换器（H型变换器） 158

3.4 多相多重直直变换器 158

3.5 带隔离变压器的直直变换器 161

3.5.1 隔离变压器 161

3.5.2 各种带隔离变压器的直直变换器 164

3.6 斩波电路的控制方式 173

3.7 轨道车辆的直流斩波器 174

思考题 176

第4章 逆变技术 178

4.1 无源逆变原理 178

4.1.1 逆变的基本概念 178

4.1.2 逆变器的组成与分类 178

4.1.3 单相电压型逆变电路 180

4.1.4 单相电流型逆变电路 182

4.1.5 三相桥式逆变电路 183

4.2 脉冲宽度调制的理论基础 186

4.3 正弦脉冲宽度调制 187

4.3.1 SPWM的基本原理 187

4.3.2 SPWM调制的控制脉冲产生方法 192

4.3.3 SPWM的调制方法 194

4.3.4 三相SPWM逆变工作原理 196

4.3.5 SPWM对脉宽调制的制约条件 197

4.3.6 异步调制、同步调制及分段同步调制 200

4.4 特定谐波消去法PWM控制 203

4.5 电流滞环跟踪PWM控制 204

4.6 电压空间矢量PWM控制 206

4.6.1 电动机电压空间矢量的表示 207

4.6.2 电动机电压空间矢量与磁链空间矢量的关系 208

4.6.3 两点式电机逆变器的SVPWM 209

4.7 逆变器的多重化 214

4.8 两电平逆变器和三电平逆变器 216

4.9 轨道车辆的电机逆变器 220

4.9.1 电机逆变器的结构组成及技术参数 220

4.9.2 电机逆变器的传感及监控功能 229

思考题 235

第5章 PWM脉冲整流器 237

5.1 脉冲整流器的基本原理及分类 237

5.1.1 交直交系统的相控式与斩控式整流及有源逆变方案 237

5.1.2 PWM脉冲整流器的工作原理及分类 238

5.2 电压型PWM脉冲整流器 242

5.2.1 单相电压型PWM脉冲整流器的主电路结构及工作原理 242

5.2.2 主要方程式及相量图 243

5.2.3 工作模式及能量关系 246

5.2.4 三相电压型脉冲整流器主电路结构及工作原理 249

5.2.5 脉冲整流器的升压模式 249

5.2.6 单相脉冲整流器的控制 250

5.3 单相两电平与三电平脉冲整流器 254

5.3.1 单相两电平PWM脉冲整流器 254

5.3.2 单相三电平PWM脉冲整流器 255

5.4 轨道车辆的脉冲整流器 258

思考题 275

第6章 软开关技术 277

6.1 软开关的基本原理 277

6.1.1 硬开关存在的问题 277

6.1.2 软开关的基本概念 278

6.1.3 软开关的基本实现环节 278

6.1.4 软开关的分类 280

6.1.5 电感L和电容C的谐振工作原理 283

6.2 轨道车辆中常见的软开关的工作原理 286

6.2.1 零电压开关PWM变换器（ZVS-PWM） 286

6.2.2 零电流开关PWM变换器（ZCS-PWM） 293

思考题 296

第7章 轨道车辆主电路 297

7.1 轨道车辆主电路的基本结构 297

7.1.1 主电路的基本结构 297

7.1.2 牵引变流器的基本组成 298

7.2 动车组的主电路 300

7.2.1 CRH1动车组主电路 300

7.2.2 CRH2动车组主电路 303

7.2.3 CRH3动车组主电路 310

7.2.4 CRH5动车组主电路 314

7.2.5 CRH380系列动车组介绍 322

7.3 HXD1、HXD2、HXD3电力机车的主电路 323

7.3.1 HXD1电力机车主电路 323

7.3.2 HXD2电力机车主电路 324

7.3.3 HXD3电力机车主电路 326

7.4 轨道车辆主电路的一些共性问题 328

7.4.1 直流环节的共用与独立使用问题 328

7.4.2 直流环节保护电路 329

7.4.3 多重化、载波移相及谐波抑制问题 330

7.4.4 轨道车辆的接地故障检测问题 335

7.4.5 电磁兼容性及接地问题 339

思考题 348

参考文献 350

附录轨道车辆电力电子常用术语索引 353