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序言 1

0.1 电力电子技术的概念及研究领域 1

0.2 电力电子技术的发展历史 2

0.3 电力电子技术的应用 3

0.4 电力电子技术的发展趋势 7

0.5 电力电子电路的仿真 7

0.6 本教材主要内容 8

第1章 相关基础知识复习 9

1.1 非正弦周期函数的傅里叶级数分解 9

1.2 谐波 10

1.3 平均值和有效值的计算 11

1.3.1 平均值 11

1.3.2 有效值 11

1.4 瞬时功率和平均功率的计算 12

1.4.1 瞬时功率的定义 12

1.4.2 平均功率的定义及计算 12

1.5 有功功率、无功功率、视在功率及功率因数 12

1.5.1 有功功率 12

1.5.2 无功功率 13

1.5.3 视在功率 13

1.5.4 功率因数 13

1.6 理想电感与理想电容 15

1.6.1 理想电感元件 15

1.6.2 理想电容元件 16

1.7 三相电路基本知识 17

1.7.1 对称三相电压 17

1.7.2 三相电路的联结方式 18

1.7.3 三相电路的功率计算 19

小结 19

思考题及习题 20

第2章 电力电子器件及驱动和保护 21

2.1 概述 21

2.1.1 电力电子器件的定义 21

2.1.2 理想的电力电子开关 21

2.1.3 电力电子器件的损耗 22

2.1.4 电力电子器件的分类 22

2.2 电力二极管 23

2.2.1 电力二极管的结构和基本工作原理 23

2.2.2 电力二极管的基本工作特性 26

2.2.3 电力二极管的主要参数 27

2.2.4 电力二极管的主要类型 28

2.2.5 电力二极管的型号 28

2.3 晶闸管 29

2.3.1 晶闸管的结构 29

2.3.2 晶闸管的工作原理 30

2.3.3 晶闸管的基本工作特性 32

2.3.4 晶闸管的主要参数 34

2.3.5 晶闸管的型号 36

2.3.6 晶闸管的派生器件 37

2.4 门极关断晶闸管 39

2.4.1 GTO的结构 39

2.4.2 GTO的工作原理 40

2.4.3 GTO的主要参数 41

2.5 电力晶体管 41

2.5.1 GTR的结构 42

2.5.2 GTR的工作特性 42

2.5.3 GTR的主要参数 43

2.5.4 GTR二次击穿现象及安全工作区 44

2.6 电力场效应晶体管 45

2.6.1 电力MOSFET的结构和工作原理 45

2.6.2 电力MOSFET的特性 46

2.6.3 电力MOSFET的主要参数 48

2.7 绝缘栅双极型晶体管 49

2.7.1 IGBT的结构和工作原理 49

2.7.2 IGBT的工作特性 49

2.7.3 IGBT的擎住效应和安全工作区 51

2.7.4 IGBT的主要参数 52

2.8 其他新型电力电子器件 52

2.8.1 静电感应晶体管 52

2.8.2 静电感应晶闸管 53

2.8.3 集成门极换流晶闸管 53

2.8.4 电子注入增强栅晶体管 54

2.8.5 基于新材料的电力电子器件 54

2.8.6 功率模块、功率集成电路与集成电力电子模块 55

2.9 电力电子器件的驱动要求 55

2.9.1 晶闸管的触发要求 56

2.9.2 GTO的驱动要求 56

2.9.3 GTR的驱动要求 57

2.9.4 电力MOSFET的驱动要求 57

2.9.5 IGBT的驱动要求 58

2.10 电力电子器件的串并联技术 58

2.10.1 晶闸管的串联 58

2.10.2 晶闸管的并联 60

小结 60

思考题及习题 61

第3章 可控整流及有源逆变电路 62

3.1 概述 62

3.1.1 整流的概念 62

3.1.2 整流电路的分类 62

3.1.3 整流电路的主要性能指标 63

3.2 单相可控整流电路 64

3.2.1 单相半波可控整流电路 64

3.2.2 单相桥式全控整流电路 72

3.2.3 单相全波可控整流电路 79

3.2.4 单相桥式半控整流电路 82

3.3 三相可控整流电路 87

3.3.1 三相半波可控整流电路 87

3.3.2 三相桥式全控整流电路 94

3.3.3 三相桥式半控整流电路 101

3.4 变压器漏抗对整流电路的影响 106

3.4.1 换相期间的整流输出电压 106

3.4.2 换相压降的计算 107

3.4.3 换相重叠角的计算 108

3.4.4 可控整流电路的外特性 110

3.5 电容滤波的不可控整流电路 111

3.5.1 电容滤波的单相桥式不可控整流电路 111

3.5.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路 114

3.6 整流电路的有源逆变工作状态 115

3.6.1 逆变的概念 115

3.6.2 有源逆变产生的条件 116

3.6.3 三相有源逆变电路 118

3.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制 122

3.6.5 有源逆变的应用 124

3.7 整流电路交流电源侧谐波电流分析 127

3.8 晶闸管直流电动机系统 128

3.8.1 整流状态下电动机的机械特性 128

3.8.2 逆变状态下电动机的机械特性 131

3.9 整流装置的谐波抑制技术 131

3.9.1 谐波污染 131

3.9.2 网侧谐波电流的抑制技术 133

3.10 PWM整流技术 134

小结 136

思考题及习题 136

第4章 直流斩波电路 140

4.1 概述 140

4.1.1 直流斩波的基本工作原理 140

4.1.2 直流斩波电路的基本控制方式 141

4.2 非隔离型斩波电路 142

4.2.1 降压型斩波电路的结构及工作原理 142

4.2.2 升压型斩波电路的结构及工作原理 144

4.2.3 升降压型斩波电路的结构及工作原理 146

4.2.4 Cuk斩波电路的结构及工作原理 147

4.2.5 Sepic斩波电路的结构及工作原理 149

4.2.6 Zeta斩波电路的结构及工作原理 149

4.3 隔离型斩波电路 150

4.3.1 正激型变换电路的结构及工作原理 150

4.3.2 反激型变换电路的结构及工作原理 152

4.3.3 推挽型变换电路的结构及工作原理 154

4.3.4 半桥型变换电路的结构及工作原理 155

4.3.5 全桥型变换电路的结构及工作原理 156

小结 157

思考题及习题 157

第5章 交流调压和变频电路 158

5.1 交流调压电路 158

5.1.1 概述 158

5.1.2 单相交流调压电路 159

5.1.3 三相交流调压电路 165

5.2 交流无触点开关 170

5.2.1 晶闸管交流无触点开关 171

5.2.2 全控型器件交流无触点开关 172

5.3 交流调功电路 172

5.4 交-交变频电路 173

5.4.1 单相交-交变频电路 173

5.4.2 三相交-交变频电路 174

小结 175

思考题及习题 176

第6章 无源逆变电路 177

6.1 概述 177

6.1.1 无源逆变电路的分类 177

6.1.2 换流方式 177

6.1.3 逆变电路的基本工作原理 179

6.2 电压型逆变电路 180

6.2.1 单相半桥电压型逆变电路 180

6.2.2 单相全桥电压型逆变电路 181

6.2.3 三相电压型逆变电路 184

6.3 电流型逆变电路 186

6.3.1 单相电流型逆变电路 187

6.3.2 三相电流型逆变电路 189

6.4 PWM逆变电路 190

6.4.1 PWM控制的基本原理 190

6.4.2 SPWM逆变电路的控制方法 191

6.4.3 单相SPWM逆变电路 193

6.4.4 三相SPWM逆变电路 196

小结 198

思考题及习题 199

第7章 电力电子新技术及应用 200

7.1 软开关技术 200

7.1.1 软开关的概念 200

7.1.2 软开关电路的分类和典型电路 202

7.2 矩阵式变换电路 208

7.2.1 矩阵式变换电路的特点 208

7.2.2 矩阵式变换电路的工作原理 209

7.3 有源滤波技术 211

7.3.1 概述 211

7.3.2 有源电力滤波器的工作原理 212

7.3.3 有源电力滤波器的分类 213

7.3.4 有源电力滤波器的控制 213

7.4 功率因数校正技术 214

7.4.1 功率因数校正的概念 214

7.4.2 功率因数校正电路的分类 215

7.4.3 单极功率因数校正电路的基本原理 216

7.4.4 有源功率因数校正的电流控制方式 217

7.5 高压直流输电技术 219

7.5.1 传统高压直流输电技术 219

7.5.2 柔性直流输电技术 223

7.6 柔性交流输电技术 226

7.6.1 柔性交流输电技术的特点 226

7.6.2 柔性交流输电装置的分类及其技术原理 227

7.7 新能源发电技术 230

7.7.1 风力发电系统 230

7.7.2 光伏发电技术 232

小结 233

思考题及习题 233

参考文献 234