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第1章 电力电子变换和控制技术导论 1

1.1 电力电子学科的形成 1

1.2 电力电子变换和控制的技术经济意义 3

1.3 开关型电力电子变换基本原理及控制方法 4

1.4 开关型电力电子变换器的应用领域 9

小结 11

复习题及思考题 12

第2章 电力半导体开关器件 13

2.1 电力二极管 13

2.1.1 PN结与电力二极管的工作原理 13

2.1.2 电力二极管基本特性 15

2.1.3 电力二极管主要参数 16

2.1.4 电力二极管主要类型 17

2.1.5 电力二极管基本应用 18

2.2 双极结型电力三极管BJT 18

2.2.1 三极管的工作原理 19

2.2.2 BJT的基本特性 20

2.2.3 电力三极管使用参数和使用特性 23

2.3 晶闸管及其派生器件 24

2.3.1 晶闸管的结构与工作原理 24

2.3.2 晶闸管的基本特性 26

2.3.3 晶闸管的主要参数 27

2.3.4 晶闸管的派生器件 30

2.4 门极可关断晶闸管 32

2.4.1 GTO的结构和工作原理 32

2.4.2 GTO的特性与主要参数 33

2.5 电力场效应晶体管 35

2.5.1 电力MOSFET的结构和工作原理 35

2.5.2 电力MOSFET的基本特性和主要参数 36

2.6 绝缘门极双极型晶体管 37

2.6.1 IGBT的结构和工作原理 37

2.6.2 IGBT的基本特性与主要参数 38

2.7 半导体电力开关模块和功率集成电路PIC 41

小结 43

复习题及思考题 45

第3章 直流-直流变换器 46

3.1 直流-直流降压变换器（Buck DC/DC变换器） 46

3.1.1 电路结构和降压原理 46

3.1.2 电感电流连续时工作特性 48

3.1.3 电感电流断流时工作特性 51

3.2 直流-直流升压变换器（Boost DC/DC变换器） 54

3.2.1 电路结构和升压原理 54

3.2.2 电感电流连续时工作特性 56

3.2.3 电感电流断流时工作特性 57

3.3 直流升压-降压变换器（Boost-Buck变换器或Cuk变换器） 60

3.3.1 电路结构和工作原理 60

3.3.2 电流断流时工作特性 62

3.4 两象限、四象限直流-直流变换器 64

3.4.1 两象限直流-直流变换器 64

3.4.2 四象限直流-直流变换器 66

3.5 带隔离变压器的直流-直流变换器 67

3.5.1 隔离型Buck变换器——单端正激变换器（Forward Converter） 68

3.5.2 隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器（Flyback Converter） 70

小结 75

复习题及思考题 75

第4章 直流-交流变换器（逆变器） 77

4.1 逆变器的类型和性能指标 77

4.1.1 逆变器的类型 77

4.1.2 逆变器输出波形性能指标 78

4.2 电压型单相方波逆变电路工作原理 79

4.2.1 电压型单相全桥逆变电路 79

4.2.2 电压型单相半桥逆变电路 81

4.2.3 变压器中心抽头推挽式（Push-Pull）单相逆变电路 81

4.3 电压型单相逆变器输出电压和波形控制 82

4.3.1 单脉波脉冲宽度调制PWM逆变器 83

4.3.2 正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理 84

4.3.3 单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器 86

4.3.4 双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器 91

4.3.5 基波移相控制 93

4.4 三相逆变电路工作原理 94

4.4.1 电压型三相逆变工作原理 94

4.4.2 电流型三相逆变工作原理 97

4.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制 98

4.6 大容量逆变器的复合结构 102

4.6.1 12阶梯波逆变器 102

4.6.2 24阶梯波逆变器 105

小结 107

复习题及思考题 108

第5章 交流-直流变换器（整流器） 109

5.1 不控整流 109

5.1.1 单相半波不控整流 109

5.1.2 单相桥式不控整流 110

5.1.3 变压器中心抽头双半波不控整流 111

5.1.4 三相半波不控整流 111

5.1.5 三相桥式不控整流 112

5.2 电容滤波的不控整流电路 114

5.2.1 电容滤波的单相不控整流电路 114

5.2.2 电容滤波的三相桥式不控整流电路 116

5.3 单相桥式相控整流电路 117

5.3.1 单相桥式全控整流电路 118

5.3.2 单相桥式半控整流电路 127

5.4 三相桥式相控整流电路 129

5.4.1 三相桥式全控整流电路 131

5.4.2 三相桥式半控整流电路 135

5.5 双三相桥（带平衡电抗器）12脉波相控整流电路 136

5.6 整流电路中交流电路电感对整流特性的影响 138

5.7 晶闸管相控有源逆变电路 141

5.7.1 实现有源逆变的条件 141

5.7.2 三相桥式有源逆变电路 143

5.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制 144

5.8 相控整流器及有源逆变器的晶闸管触发控制 145

5.9 含Boost型功率因数校正器的高频整流电路 148

5.10 整流器的性能指标 149

小结 152

复习题及思考题 152

第6章 交流-交流变换器 154

6.1 单相交流电压控制器 155

6.1.1 电阻负载条件下工作特性分析 155

6.1.2 阻感负载条件下工作特性分析 155

6.2 三相交流电压控制器 157

6.2.1 三相星形联接电压控制器 158

6.2.2 支路控制三角形联接电压控制器 159

6.3 变压器抽头控制器 160

6.3.1 电阻性负载条件下工作特性分析 160

6.3.2 电阻电感性负载条件下工作特性分析 161

小结 162

复习题及思考题 162

第7章 辅助元器件和系统 163

7.1 触发器、驱动器 163

7.1.1 SCR（晶闸管）的触发器 163

7.1.2 GTO的触发器 164

7.1.3 BJT的驱动器 165

7.1.4 P-MOSFET、IGBT的驱动器 166

7.2 过电流保护和过电压保护 167

7.2.1 过电流保护 167

7.2.2 过电压保护 168

7.2.3 开关器件串联、并联应用时的均压、均流保护 169

7.3 开关器件的开通、关断过程与安全工作区 169

7.3.1 线路电感Lσ＝0时开关器件的开通、关断过程 171

7.3.2 线路电感Lσ≠0时开关器件的开通、关断过程 173

7.3.3 安全工作区 174

7.4 缓冲器 175

7.4.1 LCRD缓冲器 175

7.4.2 限幅箝位缓冲器 178

7.5 电感（电抗器） 181

7.6 滤波器 183

7.6.1 滤波器基本功能和类型 183

7.6.2 LC滤波器衰减特性 185

7.6.3 谐振型滤波器 186

7.7 控制系统和辅助电源 187

小结 188

复习题及思考题 188

第8章 多级开关电路组合型交流、直流电源 190

8.1 AC/DC-DC/AC变压、变频（VVVF）电源 190

8.2 AC/DC-DC/AC恒压、恒频（CVCF）不间断电源UPS 192

8.2.1 典型在线双变换式UPS 193

8.2.2 典型后备式UPS 194

8.2.3 在线互动式UPS 194

8.3 具有中间交流环节（直流-交流-直流变换）的直流电源 195

8.3.1 半桥型DC/AC-AC/DC直流电源 195

8.3.2 全桥型DC/AC-AC/DC直流电源 197

8.4 交流电源、直流负载时电力变换系统方案比较 199

小结 200

复习题及思考题 201

第9章 电力电子技术在电力系统中的应用 202

9.1 晶闸管开关型并联电抗补偿控制器 203

9.1.1 晶闸管投、切并联电容器TSC 203

9.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR 204

9.2 晶闸管开关型串联电容补偿器 206

9.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC 206

9.2.2 可关断晶闸管控制的串联电容补偿器GCSC 207

9.3 PWM开关型并联无功功率发生器STATCOM 208

9.4 谐波电流补偿器HCC（或并联型电力有源滤波器PAPF） 211

9.5 谐波电压补偿器HVC（或串联型电力有源滤波器SAPF） 212

9.6 PWM开关型串联同步电压补偿器SSSC 213

9.7 统一潮流控制器UPFC 214

9.8 超导磁体储能系统SMES 216

9.9 晶闸管相控整流-有源逆变的直流输电系统 218

9.10 再生能源风能、水能变速恒频发电系统 220

小结 221

复习题及思考题 222

附录A 傅里叶级数 223

参考文献 228