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序言1

0.1 电力电子技术的概念及研究领域1

0.2 电力电子技术的发展历史2

0.3 电力电子技术的应用3

0.4 电力电子技术的发展趋势7

0.5 电力电子电路的仿真7

0.6 本教材主要内容8

第1章 相关基础知识复习9

1.1 非正弦周期函数的傅里叶级数分解9

1.2 谐波10

1.3 平均值和有效值的计算11

1.3.1 平均值11

1.3.2 有效值11

1.4 瞬时功率和平均功率的计算12

1.4.1 瞬时功率的定义12

1.4.2 平均功率的定义及计算12

1.5 有功功率、无功功率、视在功率及功率因数12

1.5.1 有功功率12

1.5.2 无功功率13

1.5.3 视在功率13

1.5.4 功率因数13

1.6 理想电感与理想电容15

1.6.1 理想电感元件15

1.6.2 理想电容元件16

1.7 三相电路基本知识17

1.7.1 对称三相电压17

1.7.2 三相电路的联结方式18

1.7.3 三相电路的功率计算19

小结19

思考题及习题20

第2章 电力电子器件及驱动和保护21

2.1 概述21

2.1.1 电力电子器件的定义21

2.1.2 理想的电力电子开关21

2.1.3 电力电子器件的损耗22

2.1.4 电力电子器件的分类22

2.2 电力二极管23

2.2.1 电力二极管的结构和基本工作原理23

2.2.2 电力二极管的基本工作特性26

2.2.3 电力二极管的主要参数27

2.2.4 电力二极管的主要类型28

2.2.5 电力二极管的型号28

2.3 晶闸管29

2.3.1 晶闸管的结构29

2.3.2 晶闸管的工作原理30

2.3.3 晶闸管的基本工作特性32

2.3.4 晶闸管的主要参数34

2.3.5 晶闸管的型号36

2.3.6 晶闸管的派生器件37

2.4 门极关断晶闸管39

2.4.1 GTO的结构39

2.4.2 GTO的工作原理40

2.4.3 GTO的主要参数41

2.5 电力晶体管41

2.5.1 GTR的结构42

2.5.2 GTR的工作特性42

2.5.3 GTR的主要参数43

2.5.4 GTR二次击穿现象及安全工作区44

2.6 电力场效应晶体管45

2.6.1 电力MOSFET的结构和工作原理45

2.6.2 电力MOSFET的特性46

2.6.3 电力MOSFET的主要参数48

2.7 绝缘栅双极型晶体管49

2.7.1 IGBT的结构和工作原理49

2.7.2 IGBT的工作特性49

2.7.3 IGBT的擎住效应和安全工作区51

2.7.4 IGBT的主要参数52

2.8 其他新型电力电子器件52

2.8.1 静电感应晶体管52

2.8.2 静电感应晶闸管53

2.8.3 集成门极换流晶闸管53

2.8.4 电子注入增强栅晶体管54

2.8.5 基于新材料的电力电子器件54

2.8.6 功率模块、功率集成电路与集成电力电子模块55

2.9 电力电子器件的驱动要求55

2.9.1 晶闸管的触发要求56

2.9.2 GTO的驱动要求56

2.9.3 GTR的驱动要求57

2.9.4 电力MOSFET的驱动要求57

2.9.5 IGBT的驱动要求58

2.10 电力电子器件的串并联技术58

2.10.1 晶闸管的串联58

2.10.2 晶闸管的并联60

小结60

思考题及习题61

第3章 可控整流及有源逆变电路62

3.1 概述62

3.1.1 整流的概念62

3.1.2 整流电路的分类62

3.1.3 整流电路的主要性能指标63

3.2 单相可控整流电路64

3.2.1 单相半波可控整流电路64

3.2.2 单相桥式全控整流电路72

3.2.3 单相全波可控整流电路79

3.2.4 单相桥式半控整流电路82

3.3 三相可控整流电路87

3.3.1 三相半波可控整流电路87

3.3.2 三相桥式全控整流电路94

3.3.3 三相桥式半控整流电路101

3.4 变压器漏抗对整流电路的影响106

3.4.1 换相期间的整流输出电压106

3.4.2 换相压降的计算107

3.4.3 换相重叠角的计算108

3.4.4 可控整流电路的外特性110

3.5 电容滤波的不可控整流电路111

3.5.1 电容滤波的单相桥式不可控整流电路111

3.5.2 电容滤波的三相桥式不可控整流电路114

3.6 整流电路的有源逆变工作状态115

3.6.1 逆变的概念115

3.6.2 有源逆变产生的条件116

3.6.3 三相有源逆变电路118

3.6.4 逆变失败的原因分析及最小逆变角的限制122

3.6.5 有源逆变的应用124

3.7 整流电路交流电源侧谐波电流分析127

3.8 晶闸管直流电动机系统128

3.8.1 整流状态下电动机的机械特性128

3.8.2 逆变状态下电动机的机械特性131

3.9 整流装置的谐波抑制技术131

3.9.1 谐波污染131

3.9.2 网侧谐波电流的抑制技术133

3.10 PWM整流技术134

小结136

思考题及习题136

第4章 直流斩波电路140

4.1 概述140

4.1.1 直流斩波的基本工作原理140

4.1.2 直流斩波电路的基本控制方式141

4.2 非隔离型斩波电路142

4.2.1 降压型斩波电路的结构及工作原理142

4.2.2 升压型斩波电路的结构及工作原理144

4.2.3 升降压型斩波电路的结构及工作原理146

4.2.4 Cuk斩波电路的结构及工作原理147

4.2.5 Sepic斩波电路的结构及工作原理149

4.2.6 Zeta斩波电路的结构及工作原理149

4.3 隔离型斩波电路150

4.3.1 正激型变换电路的结构及工作原理150

4.3.2 反激型变换电路的结构及工作原理152

4.3.3 推挽型变换电路的结构及工作原理154

4.3.4 半桥型变换电路的结构及工作原理155

4.3.5 全桥型变换电路的结构及工作原理156

小结157

思考题及习题157

第5章 交流调压和变频电路158

5.1 交流调压电路158

5.1.1 概述158

5.1.2 单相交流调压电路159

5.1.3 三相交流调压电路165

5.2 交流无触点开关170

5.2.1 晶闸管交流无触点开关171

5.2.2 全控型器件交流无触点开关172

5.3 交流调功电路172

5.4 交-交变频电路173

5.4.1 单相交-交变频电路173

5.4.2 三相交-交变频电路174

小结175

思考题及习题176

第6章 无源逆变电路177

6.1 概述177

6.1.1 无源逆变电路的分类177

6.1.2 换流方式177

6.1.3 逆变电路的基本工作原理179

6.2 电压型逆变电路180

6.2.1 单相半桥电压型逆变电路180

6.2.2 单相全桥电压型逆变电路181

6.2.3 三相电压型逆变电路184

6.3 电流型逆变电路186

6.3.1 单相电流型逆变电路187

6.3.2 三相电流型逆变电路189

6.4 PWM逆变电路190

6.4.1 PWM控制的基本原理190

6.4.2 SPWM逆变电路的控制方法191

6.4.3 单相SPWM逆变电路193

6.4.4 三相SPWM逆变电路196

小结198

思考题及习题199

第7章 电力电子新技术及应用200

7.1 软开关技术200

7.1.1 软开关的概念200

7.1.2 软开关电路的分类和典型电路202

7.2 矩阵式变换电路208

7.2.1 矩阵式变换电路的特点208

7.2.2 矩阵式变换电路的工作原理209

7.3 有源滤波技术211

7.3.1 概述211

7.3.2 有源电力滤波器的工作原理212

7.3.3 有源电力滤波器的分类213

7.3.4 有源电力滤波器的控制213

7.4 功率因数校正技术214

7.4.1 功率因数校正的概念214

7.4.2 功率因数校正电路的分类215

7.4.3 单极功率因数校正电路的基本原理216

7.4.4 有源功率因数校正的电流控制方式217

7.5 高压直流输电技术219

7.5.1 传统高压直流输电技术219

7.5.2 柔性直流输电技术223

7.6 柔性交流输电技术226

7.6.1 柔性交流输电技术的特点226

7.6.2 柔性交流输电装置的分类及其技术原理227

7.7 新能源发电技术230

7.7.1 风力发电系统230

7.7.2 光伏发电技术232

小结233

思考题及习题233

参考文献234