0 绪论 1
0.1 电力电子技术与信息电子技术 1
0.2 电力电子技术的研究内容 1
0.3 电力电子器件 1
0.4 电力电子变流技术 2
0.5 电力电子技术的发展 3
0.6 电力电子变流技术的应用 4
0.7 本课程的任务与要求 5
第1章 电力电子器件 6
1.1 功率二极管 6
1.1.1 功率二极管及其工作原理 6
1.1.2 功率二极管的伏安特性 6
1.1.3 功率二极管的主要参数 7
1.1.4 功率二极管的型号和选择原则 7
1.1.5 功率二极管的主要类型 8
1.2 晶闸管 8
1.2.1 晶闸管的结构、电气符号和外形 9
1.2.2 晶闸管的工作原理 10
1.2.3 晶闸管的特性 12
1.2.4 晶闸管的主要参数 13
1.2.5 普通晶闸管的型号和选择原则 17
1.2.6 晶闸管的其他派生器件 18
1.3 门极关断（GTO）晶闸管 21
1.3.1 GTO的结构和工作原理 22
1.3.2 GTO的特性和主要参数 23
1.4 大功率晶体管（GTR） 24
1.4.1 GTR的结构和工作原理 24
1.4.2 GTR的特性和主要参数 25
1.5 功率场效应晶体管（P-MOSFET） 26
1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理 26
1.5.2 P-MOSFET的特性和主要参数 27
1.6 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 29
1.6.1 IGBT的结构和工作原理 29
1.6.2 IGBT的特性和主要参数 30
1.6.3 IGBT的擎住效应 31
1.7 其他新型电力电子器件 32
1.7.1 MOS控制晶闸管（MCT） 32
1.7.2 集成门极换流晶闸管（IGCT） 32
1.7.3 功率模块与功率集成电路 33
1.7.4 静电感应晶体管（SIT） 33
1.7.5 静电感应晶闸管（SITH） 34
1.8 电力电子器件的驱动 34
1.8.1 晶闸管的门极驱动（触发） 34
1.8.2 电流型全控电力电子器件的门极驱动 35
1.8.3 电压型全控电力电子器件的门极驱动 38
1.9 电力电子器件的保护 40
1.10 典型电力电子器件的MATLAB仿真模型 41
1.10.1 二极管的仿真模型 41
1.10.2 晶闸管的仿真模型 42
1.10.3 GTO的仿真模型 43
1.10.4 IGBT的仿真模型 45
1.10.5 MOSFET的仿真模型 46
1.10.6 理想开关的仿真模型 47
习题 48
第2章 交流－直流变换电路及其仿真 51
2.1 带滤波电路的不可控整流电路 51
2.1.1 带滤波电路的单相桥式不可控整流电路 51
2.1.2 带滤波电路的三相桥式不可控整流电路 52
2.2 晶闸管单相可控整流电路 54
2.2.1 单相半波可控整流电路（电阻性负载） 54
2.2.2 单相半波可控整流电路（阻－感性负载） 57
2.2.3 单相半波可控整流电路（阻－感性负载加续流二极管） 58
2.2.4 单相桥式全控整流电路（电阻性负载） 60
2.2.5 单相桥式全控整流电路（阻－感性负载） 63
2.2.6 单相桥式全控整流电路（反电动势负载） 65
2.2.7 单相桥式半控整流电路（阻－感性负载、不带续流二极管） 65
2.2.8 单相桥式半控整流电路（带续流二极管） 67
2.3 三相半波可控整流电路 71
2.3.1 三相半波可控整流电路（电阻性负载） 71
2.3.2 三相半波可控整流电路（阻－感性负载） 74
2.3.3 三相半波共阳极可控整流电路 77
2.4 三相桥式全控整流电路 77
2.4.1 三相桥式全控整流电路（电阻性负载） 77
2.4.2 三相桥式全控整流电路（阻－感性负载） 80
2.5 三相桥式半控整流电路 83
2.5.1 三相桥式半控整流电路（电阻性负载） 83
2.5.2 三相桥式半控整流电路（阻－感性负载） 84
2.6 整流电路的谐波和功率因数 84
2.6.1 谐波 84
2.6.2 功率因数 85
2.6.3 交流侧谐波和功率因数分析 86
2.6.4 直流侧输出电压和电流的谐波分析 88
2.7 相控整流电路的组合 90
2.7.1 带平衡电抗器的双反星形大功率相控整流电路 90
2.7.2 带平衡电抗器的12脉波大功率相控整流电路 95
2.7.3 两个三相桥式整流电路串联连接的12脉波整流电路 97
2.8 变压器漏抗对整流电路的影响 99
2.9 晶闸管相控电路的驱动控制 102
2.9.1 单结晶体管触发电路 102
2.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路 107
2.9.3 集成触发电路 110
2.9.4 触发电路的定相 112
2.10 PWM整流器 114
2.10.1 电压型PWM整流器原理分析 114
2.10.2 电流型PWM整流器原理分析 120
2.11 交流－直流变换电路的仿真 121
2.11.1 电力电子变流器中典型环节的仿真模型 121
2.11.2 晶闸管单相半波和双半波可控整流电路的仿真 124
2.11.3 晶闸管单相桥式可控整流电路的仿真 136
2.11.4 晶闸管三相可控整流电路的仿真 149
2.11.5 相控组合整流电路的仿真 164
2.11.6 多相整流电路的谐波分析仿真 171
2.11.7 考虑变压器漏感时三相半波整流电路的仿真 174
2.11.8 二极管不可控整流电路的仿真 176
2.11.9 单相PWM整流器的仿真 180
习题 182
第3章 直流－交流变换电路及其仿真 186
3.1 逆变的概念 186
3.1.1 逆变电路的基本类型 186
3.1.2 逆变电路中的换流方式 187
3.2 电网电压换流式有源逆变电路 188
3.2.1 单相双半波有源逆变电路 188
3.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制 190
3.2.3 有源逆变的应用——两组晶闸管反并联时电动机的可逆运行 191
3.3 器件换流式无源逆变电路 192
3.3.1 电压型和电流型无源逆变电路 192
3.3.2 器件换流式电压型无源逆变电路 193
3.3.3 器件换流式电流型无源逆变电路 199
3.4 强迫换流式无源逆变电路 203
3.4.1 180°导电型的晶闸管交－直－交电压型变频器 203
3.4.2 120°导电型的晶闸管交－直－交电流型变频器 205
3.5 负载换流式无源逆变电路 208
3.5.1 并联谐振式电流型逆变电路 208
3.5.2 串联谐振式电压型逆变电路 211
3.6 多重逆变电路和多电平逆变电路 212
3.6.1 多重逆变电路 212
3.6.2 多电平逆变电路 214
3.7 脉宽调制（PWM）逆变器技术 215
3.7.1 电压正弦脉宽调制的工作原理 216
3.7.2 电流正弦脉宽调制的工作原理 221
3.7.3 电压空间向量SVPWM的工作原理 222
3.8 直流－交流变换电路的仿真 228
3.8.1 晶闸管有源逆变电路的仿真 228
3.8.2 方波无源逆变电路的仿真 235
3.8.3 负载换流式无源逆变电路的仿真 245
3.8.4 多重逆变电路的仿真 249
3.8.5 电压SPWM逆变电路的仿真 255
3.8.6 电流跟踪型PWM逆变电路的仿真 262
3.8.7 空间矢量SVPWM逆变电路的仿真 263
3.8.8 三电平SPWM逆变器的仿真 266
习题 269
第4章 交流－交流变换电路及其仿真 271
4.1 概述 271
4.2 交流调压电路 271
4.2.1 相控式交流调压电路 272
4.2.2 斩波式交流调压电路 279
4.3 晶闸管交流调功器和交流开关 283
4.3.1 晶闸管交流调功器 284
4.3.2 晶闸管交流开关 285
4.3.3 交流电力控制技术的应用 285
4.4 交－交变频器 288
4.4.1 晶闸管单相交－交变频电路 289
4.4.2 晶闸管三相交－交变频电路 290
4.5 交流－交流变换电路的仿真 292
4.5.1 晶闸管单相交流调压电路的仿真 292
4.5.2 晶闸管三相交流调压电路的仿真 301
4.5.3 晶闸管交－交变频电路的仿真 306
习题 311
第5章 直流－直流变换电路及其仿真 313
5.1 直流斩波器 313
5.2 单管非隔离直流斩波器 315
5.2.1 降压式直流斩波电路（Buck变换器） 315
5.2.2 升压式直流斩波电路（Boost变换器） 317
5.2.3 升－降压式直流斩波电路（Buck-Boost变换器） 318
5.2.4 Cuk直流斩波电路 320
5.2.5 Sepic直流斩波电路 322
5.2.6 Zeta直流斩波电路 323
5.2.7 电流可逆二象限直流斩波电路 325
5.2.8 电压可逆二象限直流斩波电路 325
5.2.9 H桥式直流斩波电路 326
5.3 变压器隔离的直流－直流变换器 327
5.3.1 单端正激变换器 327
5.3.2 单端反激变换器 329
5.3.3 半桥式隔离的降压变换器 329
5.3.4 全桥式隔离的降压变换器 330
5.4 直流－直流变换电路的仿真 330
5.4.1 单管非隔离变换电路的仿真 330
5.4.2 H桥式直流变换器的仿真 343
5.4.3 带变压器隔离的直流－直流变换器的仿真 352
习题 359
第6章 软开关电路及其仿真 361
6.1 软开关的基本概念 361
6.2 软开关电路的分类 363
6.3 典型的软开关电路 366
6.3.1 准谐振（QRC）变换电路 366
6.3.2 零开关PWM（ZS-PWM）变换电路 368
6.3.3 零转换PWM（ZT-PWM）变换电路 371
6.4 软开关电路的仿真 375
6.4.1 准谐振（QRC）变换电路的仿真 375
6.4.2 零开关PWM（ZS-PWM）变换电路的仿真 381
6.4.3 零转换PWM（ZT-PWM）变换电路的仿真 385
习题 392
附录 电力电子技术课程设计 394
参考文献 399