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第1章 绪论 1

1.1电力电子技术的概念 1

1.2变流原理——开关变流 2

1.2.1最简单的变流电路 2

1.2.2单相桥式变流电路 3

1.2.3三相桥式变流电路 3

1.3电力电子技术的主要应用领域 5

1.3.1电气传动和电力牵引 5

1.3.2电力系统及可再生能源 6

1.3.3各种电源装置 7

1.4本教材的主要内容及学习方法 8

习题和思考题 9

第2章 电力电子器件 10

2.1电力电子器件概述 10

2.2不可控器件 11

2.2.1电力二极管的基本结构 11

2.2.2电力二极管的基本特性 11

2.2.3电力二极管的主要参数 12

2.3半控型器件 13

2.3.1晶闸管的基本结构 14

2.3.2晶闸管的基本特性 15

2.3.3晶闸管的主要参数 16

2.3.4晶闸管的派生器件 18

2.4典型全控型器件 20

2.4.1门极可关断晶闸管 20

2.4.2电力晶体管（GTR） 22

2.4.3电力场效应晶体管 24

2.4.4绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 27

2.4.5功率集成模块（PIM）和智能功率模块（IPM） 31

2.5其他全控型电力电子器件 34

2.5.1静电感应晶体管 34

2.5.2静电感应晶闸管 35

2.5.3集成门极换流晶闸管 35

2.5.4电子注入增强栅晶体管 36

2.6宽禁带电力电子器件 36

2.6.1碳化硅器件 37

2.6.2氮化镓（GaN）器件 38

2.6.3金刚石器件 38

本章小结 38

习题和思考题 39

第3章 AC/DC变换电路 40

3.1单相可控整流电路 40

3.1.1单相半波可控整流电路 41

3.1.2单相桥式可控整流电路 48

3.1.3单相桥式半控整流电路 56

3.1.4单相全波可控整流电路 59

3.2三相可控整流电路 61

3.2.1共阴极三相半波可控整流电路 61

3.2.2共阳极三相半波可控整流电路 68

3.2.3三相桥式全控整流电路 69

3.3变压器漏抗对整流电路的影响 77

3.3.1重叠导电期间电压、电流波形及换相压降 77

3.3.2换相重叠角γ的大小 79

3.4具有电容性负载的不可控整流电路 79

3.4.1电容滤波的单相桥式不可控整流电路 80

3.4.2电容滤波的三相桥式不可控整流电路 81

3.5晶闸管的驱动控制 84

3.5.1同步信号为锯齿波的触发电路 85

3.5.2集成触发器 88

3.5.3数字触发器 88

3.6全控整流电路的有源逆变 89

3.6.1有源逆变的工作原理 90

3.6.2三相整流电路的有源逆变状态 93

3.6.3逆变失败及防止方法 95

3.7整流电路的谐波及功率因数 97

3.7.1谐波及功率因数 97

3.7.2相控整流电路交流侧谐波和功率因数分析 100

3.7.3整流输出电压和电流的谐波 101

3.7.4抑制谐波及提高功率因数的措施 103

3.8三相半波可控整流电路的并联连接电路 106

3.8.1直接并联的六相半波可控整流电路 106

3.8.2带平衡电抗器的双反星形可控整流电路 107

3.9多重化整流电路 111

3.9.1三相桥式可控整流电路的并联连接 111

3.9.2三相桥式可控整流电路的串联连接 112

3.9.3串联多重连接整流电路的顺序控制 115

3.10整流电路在电气传动中的应用案例——晶闸管直流电动机系统 116

3.10.1晶闸管不可逆直流调速系统 117

3.10.2晶闸管可逆直流调速系统 123

3.11整流电路在电力系统中的应用案例——高压直流输电技术 125

3.12整流电路在电源技术中的应用案例——电解电源和电弧炉直流电源 127

3.12.1电解电源 127

3.12.2电弧炉直流电源 128

本章小结 128

习题和思考题 129

第4章AC/AC变换电路 131

4.1交流无触点开关 131

4.1.1晶闸管交流无触点开关 131

4.1.2全控型器件交流无触点开关 133

4.2恒频变压交流变换电路 134

4.2.1单相相控式交流调压电路 134

4.2.2单相斩控式交流调压电路 137

4.2.3三相交流调压电路 138

4.3相控式交交变频电路——周波变流器 143

4.3.1单相交交变频电路 143

4.3.2三相交交变频电路 148

4.4交流调功电路 150

4.5 AC/AC变换电路在电气传动方面应用举例——异步电动机软起动器 151

4.6 AC/AC变换电路在电力系统中的应用 153

4.6.1无功功率补偿 153

4.6.2可控串联补偿 155

4.7 AC/AC变换电路在电源技术中的应用 156

4.7.1调整变压器抽头型交流稳压电源 157

4.7.2变压器绕组组合型交流稳压电源 157

本章小结 158

习题和思考题 159

第5章 DC/DC变换电路 160

5.1直流降压斩波电路（Buck电路） 160

5.1.1负载电流连续时的工作原理 162

5.1.2负载电流断续时的工作原理 162

5.2直流升压斩波电路（Boost电路） 163

5.3直流升降压斩波电路 164

5.3.1升降压斩波电路 164

5.3.2 Cuk斩波电路 166

5.3.3 Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 167

5.4可逆斩波电路 168

5.4.1电流可逆斩波电路 168

5.4.2桥式可逆斩波电路 170

5.5带隔离变压器的DC/DC变换电路 171

5.5.1单端正激变换器 172

5.5.2双管正激变换器 175

5.5.3单端反激变换器 176

5.5.4半桥变换器 178

5.5.5全桥变换器 180

5.6同步整流电路 181

5.6.1同步整流技术概述 181

5.6.2同步整流电路的基本原理 182

5.7分布式电源 183

5.7.1分布式电源概述 183

5.7.2分布式电源的结构 184

5.7.3分布式电源的应用 185

5.8 DC/DC变换在电力系统和电源技术中的应用 187

5.8.1太阳能光伏发电 187

5.8.2开关电源 187

5.8.3蓄电池充电电源 188

5.8.4焊机电源 189

本章小结 190

习题和思考题 190

第6章DC/AC变换电路 192

6.1逆变电路的分类和控制方式 192

6.1.1逆变电路的分类 192

6.1.2逆变电路的控制方式 193

6.2电压型逆变电路 193

6.2.1单相电压型逆变电路 193

6.2.2三相电压型逆变电路 198

6.2.3方波逆变器输出电压波形分析 201

6.3电流型逆变电路 202

6.3.1单相电流型逆变电路 202

6.3.2三相电流型逆变电路 203

6.4逆变电路在中高压电气传动方面的应用案例——多电平逆变电路 209

6.4.1中压电压等级问题 209

6.4.2二极管钳位型三电平逆变电路 210

6.4.3电容钳位型多电平逆变电路 212

6.4.4具有独立直流电源的级联型多电平逆变电路 213

6.5逆变电路在电力系统中的应用案例——静止同步补偿器 215

6.6逆变电路在电源技术中的应用案例 216

6.6.1感应加热电源 216

6.6.2交流方波电源 218

6.6.3 IGBT逆变式电阻焊机电源 218

本章小结 219

习题和思考题 219

第7章PWM原理与控制技术 221

7.1 PWM控制的基本原理 222

7.2 SPWM波形的生成方法 223

7.2.1等面积法（计算法） 223

7.2.2调制法 224

7.2.3低次谐波消去法 228

7.3 PWM控制技术中的基本概念 229

7.3.1载波比和调制深度 230

7.3.2同步调制、异步调制和分段同步调制 230

7.3.3单极性调制和双极性调制 231

7.4 PWM逆变电路 232

7.4.1单相桥式PWM逆变电路 232

7.4.2三相桥式PWM逆变电路 234

7.5 PWM逆变电路的其他控制方法 236

7.5.1电流跟踪型PWM控制技术 236

7.5.2电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术 238

7.6 PWM整流电路 244

7.6.1 PWM整流电路的结构和工作原理 245

7.6.2 PWM整流电路的控制 249

7.7矩阵式变频电路 252

7.8 PWM变流电路在电气传动方面的应用案例——交直交变频器 253

7.9 PWM变流电路在电源技术方面的应用案例——不间断电源和应急电源 255

7.9.1 UPS电源 255

7.9.2 EPS电源 257

7.9.3 UPS、EPS的选择和使用时应注意的问题 257

7.10 PWM变流电路在电力系统中的应用案例 258

7.10.1PWM变流电路在交流输电系统中的应用案例 258

7.10.2 PWM变流电路在交流配电系统中的应用案例 260

7.10.3 PWM变流电路在风力发电系统中的应用案例 264

本章小结 265

习题和思考题 266

第8章 电力电子器件应用基础 268

8.1电力电子器件驱动技术 268

8.1.1电力电子器件驱动电路概述 268

8.1.2晶闸管的门极驱动要求 269

8.1.3 GTO门极驱动 270

8.1.4 GTR基极驱动 271

8.1.5电力MOSFET栅极驱动 272

8.1.6 IGBT栅极驱动 273

8.2电力电子器件的保护 275

8.2.1过电压保护 275

8.2.2过电流保护 276

8.2.3过热保护 277

8.3缓冲与吸收电路 278

8.4电力电子器件的串联和并联 279

8.4.1电力电子器件的串联 279

8.4.2电力电子器件的并联 281

本章小结 282

习题和思考题 283

第9章 软开关变换技术 284

9.1开关损耗和软开关的基本概念及类型 284

9.1.1开关损耗和硬开关 284

9.1.2软开关的概念 286

9.1.3软开关电路的类型 287

9.2无源软开关技术 288

9.2.1吸收电路 288

9.2.2无源软开关技术 289

9.3有源软开关技术 294

9.4谐振型软开关技术 296

9.4.1 DC/DC变换中的软开关技术 296

9.4.2 DC/AC变换中的软开关技术 301

本章小结 303

习题和思考题 303

第10章 电磁兼容性和抗干扰 305

10.1电磁兼容基本概念 305

10.2电力电子电路的电磁干扰源 306

10.2.1自然干扰源 306

10.2.2人为干扰源 306

10.3电磁干扰耦合途径 307

10.3.1传导耦合 307

10.3.2辐射耦合 310

10.3.3电磁干扰耦合模式 310

10.4电磁干扰抑制技术 311

10.4.1抑制干扰的基本原则 311

10.4.2电力电子系统的接地技术 311

10.4.3电力电子系统的电磁屏蔽 316

10.4.4电力电子系统中的滤波 317

本章小结 320

习题和思考题 320

附录 电力电子电路的仿真 322

附录1电力电子器件仿真模型 322

附录1.1二极管的仿真模型 323

附录1.2晶闸管的仿真模型 324

附录1.3门极可关断晶闸管（GTO）的仿真模型 326

附录1.4金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的仿真模型 328

附录1.5绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的仿真模型 330

附录2整流电路的仿真 332

附录2.1单相半波可控整流电路的仿真 332

附录2.2单相桥式全控整流电路的仿真 336

附录2.3单相桥式半控整流电路的仿真 340

附录2.4单相全波可控整流电路的仿真 342

附录2.5三相半波可控整流电路的仿真 343

附录2.6三相桥式全控整流电路的仿真 347

附录2.7交流侧电抗影响整流电路的仿真 350

附录2.8带电容滤波的单相不可控整流电路仿真 351

附录2.9全控整流电路的有源逆变仿真 354

附录2.10三相半波可控整流电路有源逆变的仿真模型 356

附录3交流调压电路的仿真 358

附录3.1单相交流调压电路的仿真 358

附录3.2单相斩控式交流调压电路 359

附录3.3三相交流调压电路的仿真 363

附录4 DC/DC变换电路的仿真 365

附录4.1降压斩波电路的仿真 365

附录4.2升压斩波电路的仿真 368

附录4.3升降压斩波电路的仿真 370

附录4.4电流可逆斩波电路的仿真 373

附录5逆变电路的仿真 374

附录5.1电压型逆变电路的仿真 375

附录5.2电流型逆变电路的仿真 379

附录6 PWM变流电路的仿真 383

附录6.1单相桥式PWM逆变电路的仿真 383

附录6.2三相桥式PWM逆变电路的仿真 385

附录6.3 PWM整流电路的仿真 387

附录7软开关电路的仿真 389

附录7.1无源软开关的仿真 389

附录7.2有源软开关电路仿真 393

附录7.3零电压开关准谐振电路的仿真 395

附录7.4谐振直流环电路的仿真 397

术语索引 399

参考文献 401