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第1章 绪论 1

1.1 概述 1

目录 1

1.2 电力电子学的发展历程 2

1.3　电力电子学的任务及面临的问题 4

1.4 电力电子学的应用领域 5

1.5 电力电子学的未来前景 6

1.6 电力电子的基本变换形式 7

1.7　说明 8

第2章 电力电子器件的原理与特性 9

2.1 电力电子器件的发展、分类与应用 9

2.1.1 电力电子器件及其发展现状 9

2.1.2　常用电力电子器件的分类及其应用领域 10

2.1.3 电力电子器件的发展趋势 11

2.2.1　功率二极管的基本特性 12

2.2　功率二极管 12

2.2.2　二极管的基本应用 14

2.3 晶闸管（SCR） 15

2.3.1　结构与工作原理 15

2.3.2　晶闸管的基本特性 16

2.3.3　晶闸管的主要特性参数 17

2.3.4 晶闸管家族的其他主要电力电子器件 19

2.4 可关断晶闸管（GTO） 21

2.4.1　结构与工作原理 22

2.4.2　特性与参数 25

2.5 电力晶体管（GTR或BJT） 28

2.5.1 电力晶体管的结构 28

2.5.2　特性与参数 30

2.5.3　GTR的二次击穿与安全工作区 34

2.6.1　概述 36

2.6 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 36

2.6.2 电力MOSFET的静态特性与参数 38

2.6.3 电力MOSFET的动态特性和参数 39

2.7　绝缘栅双极晶体管（IGBT） 41

2.7.1　IGBT的工作原理 41

2.7.2 IGBT的基本特性 42

2.7.3　擎住效应 43

2.7.4 IGBT的安全工作区 44

2.8　其他新型场控器件 44

2.8.1 MOS控制晶闸管MCT 44

2.8.2　集成门极换流晶闸管IGCT 45

2.8.3　静电感应晶体管SIT 46

2.8.4　静电感应晶闸管SITH 48

2.8.5　智能功率模块IPM 49

2.9 小结 51

3.1.2　可控整流电路的一般结构 53

3.1.1　整流电路的分类 53

第3章　相控整流电路 53

3.1 概述 53

3.1.3　学习整流电路的基本方法 54

3.2　单相桥式全控整流电路 55

3.2.1　可控整流的基本概念 55

3.2.2　电阻性负载单相桥式全控整流电路 56

3.2.3　电感性负载单相桥式全控整流电路 59

3.2.4　电动机负载单相桥式全控整流电路 61

3.3　单相桥式半控整流电路 63

3.3.1 电感性负载单相桥式半控整流电路 64

3.3.2　反电势负载单相桥式半控整流电路 66

3.4　三相半波可控整流电路 67

3.4.1　电阻性负载 67

3.4.2　电感性负载 69

3.5　三相桥式全控整流电路 71

3.5.1 三相桥式全控整流电路的工作原理及波形 72

3.5.2　基本电量计算 75

3.6　三相桥式半控整流电路 76

3.6.1 电阻性负载 77

3.6.2　电感性负载工作原理及失控现象 78

3.7　整流器交流侧电抗对整流电路的影响 81

3.7.1　换流期间电压电流波形分析 81

3.7.2　换相压降的计算和整流电路的输出外特性 82

3.7.3　重叠角γ的计算 83

3.8　小结 87

3.9 习题 87

第4章 有源逆变与相控变流器特性 91

4.1 有源逆变电路的工作原理 91

4.1.1　有源逆变的工作原理 91

4.1.2　实现有源逆变的条件 92

4.2　三相有源逆变电路 93

4.2.1 三相半波逆变电路的工作原理 93

4.2.2　三相桥式全控有源逆变电路 96

4.2.3　有源逆变失败的原因与控制角的限制 97

4.3　有源逆变的应用 100

4.3.1　高压直流输电 100

4.3.2　绕线式异步电动机晶闸管串级调速 101

4.3.3　两组变流器反并联的直流可逆电力拖动系统 102

4.4　整流电路的功率因数及其改善的方法 104

4.4.1　整流电路的功率因数 104

4.4.2　提高功率因数的措施 107

4.5　小结 109

4.6　习题 110

第5章　直直变换器 112

5.1.1　连续导电模式 113

5.1　降压变换器 113

5.1.2　不连续导电模式 115

5.2　升压变换器 115

5.2.1　连续导电模式 116

5.2.2　不连续导电模式 116

5.3　升-降压变换器 118

5.3.1　连续导电模式 118

5.3.2　不连续导电模式 119

5.4　丘克变换器 120

5.5　多象限直流变换器 122

5.5.1　桥臂式二象限直流变换器 122

5.5.2　混合桥式二象限直直变换器 123

5.5.3　四象限直直变换器 124

5.6　多相多重直直变换器 124

5.7　带隔离变压器的直直变换器 126

5.7.1　正激式（Forward）变换器 127

5.7.2　反激式（Flyback）变换器 129

5.7.3　推挽式变换器 131

5.7.4　半桥式变换器 132

5.7.5　全桥式变换器 133

第6章　无源逆变电路 135

6.1　无源逆变电路的原理 136

6.1.1　单相半桥逆变电路 136

6.1.2　单相全桥逆变电路 138

6.1.3　推挽式单相逆变电路 139

6.1.4　三相桥式逆变电路 140

6.2　逆变器基本类型和性能指标 140

6.2.1　逆变器基本类型 140

6.2.2　逆变器输出波形性能指标 141

6.3　三相逆变器工作原理 142

6.3.1 电压型三相逆变器工作原理 142

6.3.2　电流型三相逆变器工作原理 147

6.4.1　正弦脉冲宽度调制原理 149

6.4　PWM技术 149

6.4.2　SPWM的基波电压 152

6.4.3　对脉宽调制的制约条件 155

6.4.4　同步调制与异步调制 156

6.4.5　脉宽调制逆变器的基本控制方法 157

6.5　逆变器输出的其他控制方法 162

6.5.1　电流跟踪控制 162

6.5.2　开关频率恒定的电流跟踪型PWM控制技术 165

6.5.3 电压空间矢量PWM控制（磁链跟踪控制） 166

6.6　三电平逆变器的原理与电路 173

6.6.1 电路原理 173

6.6.2　三电平逆变器的输出波形 174

6.7　多重化技术 175

6.7.1　多重电流型逆变器 175

6.7.2　多重电压型逆变器 179

6.8　习题 180

第7章　PWM整流电路及其应用 181

7.1　脉冲整流电路的基本原理及分类 182

7.1.1　基本原理 182

7.1.2　PWM整流器的分类与对偶性 183

7.2　电压型PWM整流器 184

7.2.1 单相PWM整流器主电路结构及工作原理 184

7.2.2　主要方程式及相量图 185

7.2.3　工作模式及能量关系 186

7.2.4 电压型三相PWM整流器主电路结构及工作原理 189

7.2.5 电压型PWM整流器的控制 189

7.3 电流型PWM整流器 191

7.3.1　单相PWM整流器主电路结构及其工作原理 191

7.3.2　主要方程式及相量图 192

7.3.3　工作模式及能量关系 193

7.3.4　单相电流型晶闸管PWM整流器工作原理 195

7.3.5　三相电流型PWM整流器主电路结构及其工作原理 197

7.4 电流型PWM整流器与电压型PWM整流器的性能特点比较 199

7.5　PWM整流器的应用 200

7.5.1　PWM整流器在电力机车上的应用 200

7.5.2　PWM整流器在大容量通用变频器中的应用 201

7.5.3　有源电子负载 203

7.5.4　可再生能源和储能系统与电网间的互联 204

7.6　小结 207

7.7 习题 207

第8章　谐振变换器 208

8.1　概述 208

8.2　谐振电路的基本概念 209

8.2.1　串联谐振电路工作原理 209

8.2.2　并联谐振电路工作原理 211

8.2.3　高阶谐振电路 212

8.3.1　串联负载谐振换流器 213

8.3　负载谐振换流器 213

8.3.2　并联负载谐振换流器 219

8.3.3　高阶谐振换流器 225

8.3.4　E类换流器 226

8.4　谐振开关换流器 227

8.4.1　零电流谐振开关换流器 227

8.4.2　零电压谐振开关换流器 231

8.5　谐振直流连接逆变器 234

8.6　双向谐振换流器 236

8.7 小结 236

8.8 习题 238

第9章 交流调压电路及交交变频电路 239

9.1 概述 239

9.1.1 交流电力控制电路基本类型及其应用 239

9.1.2　交交变频电路基本类型及其应用 241

9.2　单相交流调压电路 242

9.2.1 电阻负载工况分析 243

9.2.2　感性负载工况分析 244

9.3 三相交流调压电路 247

9.3.1　主电路基本形式 247

9.3.2　控制原则及工作条件分析 249

9.3.3　三相交流调压电路典型波形分析 250

9.4　其他类型的交流电力控制电路 254

9.4.1　交流调功电路 254

9.4.2　交流电力电子开关 256

9.4.3　交流斩波调压电路 258

9.5　三相交交变频电路 259

9.6　交交变频电路的运行方式及性能特点 262

9.6.1 有环流与无环流运行方式 262

9.6.2　输出电压的控制 264

9.6.3　输入侧功率因数 265

9.7.1　三倍倍频电路 267

9.7　其他类型的交交变频电路 267

9.7.2　负载换流的倍频电路 268

9.7.3　矩阵式交交变频电路 269

9.8 习题 271

第10章 电力电子装置对电网的影响及其抑制措施 272

10.1 概述 272

10.1.1 谐波污染 272

10.1.2　功率因数 273

10.1.3 电磁干扰 273

10.2　谐波的特性及其抑制 274

10.2.1　谐波产生机理 274

10.2.2　谐波抑制的方法 276

10.3　功率因数校正 281

10.3.1　基本概念 281

10.3.2　功率因数校正电路 281

10.4.1　电磁干扰的分类 285

10.4 电磁干扰的分类及其抑制 285

10.4.2　电磁干扰抑制 286

第11章　电力电子器件的应用基础 290

11.1 晶闸管触发电路 290

11.1.1 晶闸管对触发电路的基本要求 290

11.1.2　触发电路的型式 291

11.1.3　单结晶体管移相触发电路 291

11.2 可关断晶闸管（GTO）的门控电路 294

11.2.1 门极驱动特性 294

11.2.2　门极控制信号波形分析 296

11.2.3 GTO的门控电路 297

11.3 电力MOSFET和IGBT的栅控电路及其模块 298

11.3.1 电力MOSFET的栅极驱动电路 298

11.3.2 IGBT的栅极驱动电路 301

11.4.1 晶闸管的串并联 304

11.4 电力电子器件的串并联应用及系统容量扩展 304

11.4.2　GTO的串并联应用 306

11.4.3　功率MOSFET的并联应用 309

11.4.4 IGBT的串并联应用 310

11.5　器件使用中的保护措施 313

11.5.1 晶闸管的保护措施 313

11.5.2 功率MOSFET的保护 316

11.5.3　GTO的过电流保护 317

11.5.4　IGBT的保护 319

11.6 电力电子器件的缓冲电路 322

11.6.1　缓冲电路的作用与基本类型 322

11.6.2　缓冲电路的基本结构 324

11.7　器件的散热 325

11.7.1　散热的原理与重要性 325

11.7.2　散热器及其安装 327

11.8　习题 328

参考文献 330