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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 4

1.3开关型电力电子变换基本原理及控制方法 5

1.4开关型电力电子变换器的基本特性 16

1.5开关型电力电子变换器的应用领域 17

小结 20

复习题及思考题 21

第2章半导体电力开关器件 22

2.1电力二极管 22

2.1.1半导体PN结 22

2.1.2半导体二极管基本特性 24

2.1.3电力二极管 27

2.1.4电力二极管的主要应用 29

2.2双极结型晶体管BJT 30

2.2.1基极电流对集电极电流的控制作用 30

2.2.2静态特性 32

2.2.3电力晶体管使用参数和特性 34

2.3晶闸管及其派生器件 35

2.3.1逆阻型晶闸管SCR 35

2.3.2逆导型晶闸管RCT 41

2.3.3光控晶闸管LCT 41

2.3.4双向晶闸管TRIAC 41

2.4门极可关断晶闸管GTO 42

2.5电力场效应晶体管P-MOSFET 43

2.6绝缘门极双极型晶体管IGBT 46

2.6.1工作原理 46

2.6.2静态特性 47

2.6.3擎住效应 48

2.7 MOS控制晶闸管MCT和集成门极换流可关断晶闸管IGCT 48

2.8半导体电力开关模块和功率集成电路PIC 50

小结 52

复习题及思考题 54

第3章 直流/直流变换器 56

3.1直流/直流降压变换器（Buck DC/DC变换器） 56

3.1.1电路结构和降压原理 56

3.1.2电感电流连续时工作特性 58

3.1.3电感电流断流时工作特性 61

3.2直流/直流升压变换器（Boost DC/DC变换器） 65

3.2.1电路结构和升压原理 65

3.2.2电感电流连续时工作特性 67

3.2.3电感电流断流时工作特性 68

3.3直流升压-降压变换器（Boost-Buck变换器或CuK变换器） 71

3.3.1电路结构和电流连续时的工作特性 71

3.3.2电流断流时工作特性 74

3.3.3两电感有耦合的Cuk变换器 74

3.4两象限、四象限直流/直流变换器 77

3.4.1两象限直流/直流变换器 77

3.4.2四象限直流/直流变换器 78

3.5多相、多重直流/直流变换器 80

3.6带隔离变压器的直流/直流变换器 81

3.6.1隔离型Buck变换器——单端正激变换器（Forward Converter） 82

3.6.2隔离型Buck-Boost变换器——单端反激变换器（Flyback Converter） 83

3.6.3隔离型Cuk变换器 88

3.7具有中间交流环节（DC-AC-DC）变压器隔离型直流变换电源 89

3.7.1半桥型DC/AC-AC/DC直流电源 89

3.7.2全桥型DC/AC-AC/DC直流电源 91

3.7.3变压器中点抽头推挽型DC/AC -AC/DC直流电源 91

小结 92

复习题及思考题 93

第4章 直流/交流变换器（逆变器） 94

4.1逆变器的类型和性能指标 94

4.1.1逆变器的类型 94

4.1.2逆变器输出波形性能指标 95

4.2电压型单相方波逆变电路工作原理 96

4.2.1电压型单相半桥逆变电路 96

4.2.2电压型单相全桥逆变电路 98

4.2.3变压器中心抽头推挽式单相逆变电路 100

4.3单相逆变器的单脉波脉冲宽度调制（PWM ） 101

4.4正弦脉冲宽度调制（SPWM）技术 104

4.4.1 SPWM基本原理 104

4.4.2双极性正弦脉冲宽度调制 106

4.4.3单极性倍频正弦脉冲宽度调制 109

4.4.4规则采样SPWM 111

4.4.5 SPWM的谐波特性 112

4.4.6指定谐波消除PWM 114

4.5三相逆变电路工作原理 116

4.5.1电压型三相逆变工作原理 116

4.5.2电流型三相逆变工作原理 119

4.5.3三相逆变器的SPWM控制 121

4.5.4谐波注入SPWM调制 123

4.5.5三相逆变器电压空间矢量调制 125

4.6大功率逆变电路 128

4.6.1变压器耦合型多重化逆变器 128

4.6.2多电平逆变器 132

小结 135

复习题及思考题 136

第5章 交流/直流变换器（整流器） 138

5.1整流的基本原理 138

5.1.1不控整流电路 138

5.1.2相控整流电路 141

5.2负载性质对整流特性的影响 146

5.2.1负载电感对整流特性的影响 146

5.2.2反电势负载时相控整流特性 154

5.2.3电容对不控整流电路特性的影响 156

5.3交流电路电感对整流特性的影响 159

5.4相控整流电路输出电压的谐波分析 163

5.4.1 m脉波相控整流电压通用公式 164

5.4.2 m脉波不控整流电压通用公式 165

5.4.3单相和三相桥式相控整流输出电压谐波特性 167

5.5带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路 168

5.6相控有源逆变电路 172

5.6.1有源逆变原理 172

5.6.2有源逆变安全工作条件 174

5.6.3三相全桥相控整流和有源逆变的控制特性 176

5.6.4晶闸管相控有源逆变的应用 177

5.7相控整流及有源逆变晶闸管触发控制 177

5.8三相高频PWM整流 180

5.8.1能量可回馈的高频PWM整流电路 180

5.8.2交流/直流双向PWM变换器工作原理 181

5.8.3三相电压型高频PWM整流控制系统 184

5.9整流器的类型和性能指标 185

小结 186

复习题及思考题 187

第6章 交流/交流变换器 189

6.1晶闸管交流电压控制器的类型 189

6.2单相交流电压控制器 190

6.2.1电阻负载 190

6.2.2电阻、电感性负载 194

6.2.3 PWM交流电压控制器 196

6.3三相交流电压控制器 197

6.3.1三相星形联结交流电压控制器 197

6.3.2三相开口三角形交流电压控制器 200

6.4有变压器抽头的电压控制器 201

6.5晶闸管相控交流/交流直接变频器 202

6.5.1基本工作原理 203

6.5.2实用电路结构 207

6.5.3交流/交流相控直接变频的优缺点 207

6.6矩阵式交流/交流直接变频电路 209

小结 210

复习题及思考题 211

第7章 辅助元器件和系统 212

7.1触发、驱动器 212

7.1.1晶闸管SCR的触发驱动器 213

7.1.2 GTO的触发驱动器 213

7.1.3 BJT的驱动器 214

7.1.4 P-MOSFET、IGBT的驱动器 215

7.2过电流保护和过电压保护 216

7.2.1过电流保护 216

7.2.2过电压保护 217

7.2.3开关器件串联、并联应用时的均压、均流保护 218

7.3开关器件的开通、关断过程与安全工作区 219

7.3.1线路电感Lσ =0时开关器件的开通、关断过程 220

7.3.2线路电感Lσ ≠0时开关器件的开通、关断过程 222

7.3.3安全工作区 224

7.4缓冲器 224

7.4.1全控型开关管LCRD型复合缓冲器 224

7.4.2电力二极管、晶闸管的RC缓冲电路 230

7.4.3 P-MOSFET、IGBT的限幅钳位缓冲器 230

7.5电感（电抗器）、方波变压器和脉冲变压器 235

7.5.1电感（电抗器） 235

7.5.2方波变压器和脉冲变压器 237

7.6滤波器 240

7.6.1滤波器基本功能和类型 240

7.6.2 LC滤波器特性分析 241

7.6.3谐振型滤波器 245

7.7散热系统 246

7.8控制系统和辅助电源 248

小结 249

复习题及思考题 249

第8章 谐振开关型变换器 251

8.1软开关变换器的分类 251

8.1.1硬开关的概念 251

8.1.2软开关的概念 252

8.1.3软开关的分类 253

8.2准谐振变换器（QRCs） 254

8.2.1谐振开关 254

8.2.2零电流开关准谐振变换器（ZCS QRCs） 255

8.2.3零电压开关准谐振变换器（ZVS QRCs） 258

8.3零电流开关（ZCS） PWM变换器和零电压开关（ZVS） PWM变换器 262

8.3.1 ZCS PWM变换器 263

8.3.2 ZVS PWM变换器 265

8.4零电压转换PWM变换器 267

8.5移相控制零电压开关全桥变换器 270

8.5.1工作原理 270

8.5.2主要特性 272

8.6谐振直流环节逆变器 274

小结 277

复习题及思考题 278

第9章 多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用 279

9.1变速恒频交流发电系统 279

9.1.1直驱型永磁同步电机风力发电系统 279

9.1.2绕线型转子交流励磁双馈异步电机风力发电系统 280

9.2太阳能光伏发电系统 282

9.3晶闸管相控整流-有源逆变的直流输电系统 283

9.4交流异步电动机变频变速传动系统 285

9.5 AC/DC-DC/AC恒压、恒频（CVCF）不间断电源UPS 287

9.5.1典型在线双变换式UPS 287

9.5.2典型后备式UPS 288

9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源 289

9.6.1含升压（Boost）型功率因数校正器的高频整流 289

9.6.2带反激式功率因数校正器的高频整流 291

9.6.3电池充电电源 292

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源 294

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源 296

9.8.1感应加热电源 296

9.8.2高频电焊电源 297

9.8.3电磁灶电源 297

小结 298

复习题及思考题 298

第10章 电力电子开关型电力补偿、控制器 299

10.1电力传输基本运行特性 299

10.2晶闸管开关型并联补偿控制器 302

10.2.1晶闸管投、切并联电容器TSC 302

10.2.2晶闸管相控并联电抗器TCR 303

10.3晶闸管开关型串联电容补偿器 305

10.3.1晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC 305

10.3.2可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC 306

10.4 PWM变流器型静止同步（并联）补偿器STATCOM 308

10.5 PWM变流器型静止同步串联补偿器SSSC 310

10.6谐波电流补偿器HCC（或并联型电力有源滤波器PAPF） 312

10.7谐波电压补偿器HVC（或串联型电力有源滤波器SAPF） 313

10.8统一潮流控制器UPFC 314

10.9统一电能质量控制器UPQC 316

小结 318

复习题及思考题 319

附录A傅里叶级数 320

附录B常系数线性二阶微分方程的通解 324

参考文献 326