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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