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第1章 绪论 1

1.1 什么是电力电子技术 1

1.2 电力电子技术的发展史 2

1.3 电力电子技术的应用 3

1.4 电力电子技术的发展趋势 6

1.5 电力电子技术系统组成 7

第2章 现代电力电子器件 9

2.1 概述 9

2.1.1 电力电子器件的基本构成 9

2.1.2 电力电子器件的分类 10

2.1.3 电力电子器件的特点 10

2.2 电力电子器件基础 11

2.2.1 PN结的原理 11

2.2.2 MOS栅开关的原理 13

2.2.3 功率损耗的原理 13

2.3 功率二极管 14

2.3.1 结型功率二极管的基本结构和工作原理 14

2.3.2 结型功率二极管的基本特性 15

2.3.3 肖特基势垒二极管 16

2.3.4 功率二极管的主要参数 17

2.4 晶闸管 18

2.4.1 晶闸管的基本结构和工作原理 18

2.4.2 晶闸管的特性及主要参数 20

2.4.3 晶闸管的派生器件及应用 22

2.4.4 晶闸管的触发 23

2.4.5 晶闸管的应用特点 24

2.5 门极关断晶闸管 25

2.5.1 门极关断晶闸管的基本结构和工作原理 25

2.5.2 门极关断晶闸管的特性 26

2.5.3 门极关断晶闸管的驱动 26

2.5.4 门极关断晶闸管的应用特点 27

2.6 电力晶体管 27

2.6.1 电力晶体管的基本结构和工作原理 27

2.6.2 电力晶体管的特性及主要参数 27

2.6.3 电力晶体管的应用特点 29

2.7 功率场效应晶体管 29

2.7.1 功率场效应晶体管的基本结构和工作原理 29

2.7.2 功率场效应晶体管的特性及主要参数 30

2.7.3 功率场效应晶体管的驱动 32

2.7.4 功率场效应晶体管的应用特点 33

2.8 绝缘栅双极型晶体管 33

2.8.1 绝缘栅双极型晶体管的基本结构和工作原理 33

2.8.2 绝缘栅双极型晶体管的特性及主要参数 34

2.8.3 绝缘栅双极型晶体管的驱动 35

2.8.4 绝缘栅双极型晶体管的应用特点 36

2.9 集成门极换向晶闸管 37

2.9.1 集成门极换向晶闸管的基本结构和工作原理 37

2.9.2 集成门极换向晶闸管的特性及主要参数 39

2.9.3 集成门极换向晶闸管的触发原理 40

2.9.4 集成门极换向晶闸管的应用特点 40

2.10 电力电子器件的发展趋势 40

本章小结 42

习题与思考题 43

第3章 整流电路 44

3.1 概述 44

3.2 单相可控整流电路 45

3.2.1 单相半波可控整流电路 45

3.2.2 单相桥式全控整流电路 50

3.2.3 单相桥式半控整流电路 55

3.3 三相可控整流电路 57

3.3.1 三相半波可控整流电路 57

3.3.2 三相桥式全控整流电路 62

3.4 带有滤波电路的不可控整流电路 68

3.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路 68

3.4.2 电感滤波的单相不可控整流电路 71

3.4.3 带复式滤波电路的单相不可控整流电路 71

3.4.4 电容滤波的三相桥式不可控整流电路 72

3.5 大功率可控整流电路 75

3.5.1 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 75

3.5.2 整流电路的多重化 78

3.6 相控整流电路的换流重叠现象 79

3.7 相控整流电路的有源逆变工作状态 83

3.7.1 相控有源逆变的原理及实现条件 83

3.7.2 单相桥式全控整流电路的有源逆变工作分析 84

3.7.3 三相桥式全控整流电路的有源逆变工作分析 85

3.7.4 逆变颠覆与最小逆变角的限制 87

3.8 整流电路的谐波和功率因数 88

3.8.1 整流电路的谐波分析 88

3.8.2 整流电路的功率因数 92

本章小结 94

习题与思考题 95

第4章 逆变电路 97

4.1 概述 97

4.1.1 逆变电路的概念 97

4.1.2 逆变原理 98

4.1.3 晶闸管电路的换流方式 98

4.1.4 逆变电路的分类 99

4.1.5 逆变电路的性能指标 100

4.2 方波逆变电路 101

4.2.1 单相电压型方波逆变电路 101

4.2.2 三相桥式电压型方波逆变电路 104

4.2.3 单相桥式电流型方波逆变电路 110

4.2.4 三相桥式电流型方波逆变电路 114

4.2.5 方波逆变电路存在的问题 116

4.3 多重逆变电路和多电平逆变电路 117

4.3.1 多重逆变电路 117

4.3.2 多电平逆变电路 119

4.4 逆变电路的脉宽调制（PWM）控制技术 120

4.4.1 综述 120

4.4.2 电压正弦PWM（SPWM）控制技术 121

4.4.3 SPWM逆变电路的谐波分析 128

4.4.4 提高直流电压利用率和减少开关次数的方法 130

4.4.5 SPWM模式优化 132

4.5 PWM跟踪控制技术 134

4.5.1 滞环跟踪控制技术 134

4.5.2 固定开关频率型跟踪控制技术 136

4.6 空间电压矢量PWM控制技术 136

4.6.1 电路结构、空间矢量及其运动轨迹 137

4.6.2 期望空间电压矢量的合成 140

4.6.3 三相SVPWM逆变电路的特点 141

4.7 PWM整流电路 141

4.7.1 传统整流电路存在的问题 141

4.7.2 电压型桥式PWM整流电路 143

4.7.3 电流型PWM整流电路 148

4.7.4 PWM整流电路的控制 149

本章小结 150

习题与思考题 150

第5章 直流-直流变换电路 152

5.1 概述 152

5.2 直流-直流变换电路的工作原理及控制方式 153

5.2.1 工作原理 153

5.2.2 控制方式 154

5.3 直流-直流变换电路的基本电路 155

5.3.1 降压斩波电路 156

5.3.2 升压斩波电路 159

5.3.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路 162

5.3.4 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 164

5.4 带隔离的单管直流-直流变换电路 165

5.4.1 正激电路 166

5.4.2 反激电路 168

5.5 双向直流-直流变换电路和多相多重斩波电路 169

5.5.1 电流双向直流-直流变换电路 169

5.5.2 桥式可逆斩波电路 170

5.5.3 多相多重斩波电路 172

5.6 软开关技术 173

5.6.1 软开关的概念 173

5.6.2 软开关电路的分类 174

5.6.3 典型的软开关应用电路 176

本章小结 178

习题与思考题 179

第6章 交流-交流变换电路 181

6.1 概述 181

6.2 交流调压电路 182

6.2.1 相控单相交流调压电路 182

6.2.2 相控三相交流调压电路 186

6.3 斩控式交流调压电路 190

6.3.1 单相斩控式交流调压电路 190

6.3.2 三相斩控式交流调压电路 191

6.4 其他交流电力控制电路 191

6.4.1 交流调功电路 191

6.4.2 交流电力电子开关 192

6.5 交-交变频电路 193

6.5.1 单相相控交-交变频电路 194

6.5.2 三相相控交-交变频电路 198

6.5.3 矩阵式交-交变频电路 200

本章小结 205

习题与思考题 205

第7章 电力电子技术的仿真 207

7.1 概述 207

7.2 Simulink的模型库浏览器 207

7.3 Simulink仿真步骤 210

7.4 驱动模块 216

7.5 电力电子变换电路的仿真 219

7.5.1 交流-直流变换电路的仿真 219

7.5.2 直流-直流变换电路的仿真 226

7.5.3 直流-交流变换电路的仿真 227

7.5.4 交流-交流变换电路的仿真 233

本章小结 239

第8章 电力电子装置中的磁元件及主电路设计 240

8.1 概述 240

8.2 磁性材料和电力电子装置中的常用磁元件 241

8.2.1 磁性材料的工作状态 241

8.2.2 几种常用磁性材料 242

8.2.3 电力电子装置中的常用磁元件 242

8.3 磁元件设计 246

8.3.1 变压器的设计 246

8.3.2 电抗器的设计 248

8.3.3 磁元件的设计举例 250

8.4 相控整流主电路参数的计算和设计 253

8.4.1 整流变压器参数的计算 253

8.4.2 整流器件的选择 257

8.4.3 电抗器参数的计算 258

8.5 交-直-交通用变频器主电路的设计 261

8.6 直-直变换器主电路参数的计算与设计 265

8.6.1 变压器的计算与设计 265

8.6.2 输出滤波器的计算与设计 266

8.6.3 开关器件及二极管的计算与设计 267

本章小结 268

习题与思考题 268

第9章 电力电子技术的应用 269

9.1 在交流-直流传动电力机车牵引系统中的应用 269

9.1.1 国产交流-直流传动电力机车主电路的特征 269

9.1.2 典型相控电力机车牵引传动系统主电路的分析 270

9.2 在交流-直流-交流传动电力机车牵引系统中的应用 274

9.2.1 在CRH系列动车组电力传动系统中的应用 274

9.2.2 在“和谐”系列电力机车中的应用 281

9.3 在城市轨道车辆中的应用 287

9.3.1 斩波电路在城市轨道交通中的应用 288

9.3.2 地铁车辆直流传动系统主电路的分析 289

9.3.3 城市轨道车辆交流牵引系统的分析 292

9.3.4 城市轨道车辆辅助电源系统的分析 294

本章小结 297

习题与思考题 297

参考文献 298