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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的基本原理及控制方法5

1.4　开关型电力电子变换器基本特性16

1.5　开关型电力电子变换器的应用领域17

小结19

复习题及思考题20

第2章　半导体电力开关器件21

2.1 电力二极管21

2.1.1　半导体PN结21

2.1.2　二极管基本特性23

2.1.3　电力二极管25

2.1.4　电力二极管的主要应用28

2.2　双极结型电力晶体管BJT28

2.2.1 晶体管基极电流对集电极电流的控制作用28

2.2.2　静态特性30

2.2.3　电力晶体管使用参数和特性32

2.3　晶闸管及其派生器件34

2.3.1　逆阻型晶闸管SCR34

2.3.2　逆导型晶闸管RCT39

2.3.3　光控晶闸管LCT40

2.3.4　双向晶闸管TRIAC40

2.4　门极可关断晶闸管GTO41

2.5　电力场效晶体管P-MOSFET42

2.6　绝缘门极双极型晶体管IGBT45

2.6.1　工作原理45

2.6.2　静态特性46

2.6.3　擎住效应46

2.7　MOS控制晶闸管MCT和集成门极换流晶闸管IGCT47

2.8　静电感应晶体管SIT和静电感应晶闸管SITH48

2.9　半导体电力开关模块和功率集成电路PIC49

小结51

复习题及思考题53

第3章　直流／直流变换器55

3.1　直流／直流降压变换器（Buck DC/DC变换器）55

3.1.1　电路结构和降压原理55

3.1.2　电感电流连续时工作特性57

3.1.3 电感电流断流时工作特性60

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65

3.2.3　电感电流断流时工作特性67

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 电路结构和工作原理71

3.3.2　电流断流时工作特性73

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——单端正励变换器（Forward Converter）82

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

3.6.3　隔离型Cuk变换器88

小结89

复习题及思考题90

第4章　直流／交流变换器（逆变器）91

4.1　逆变器的类型和性能指标91

4.1.1　逆变器的类型91

4.1.2　逆变器输出波形性能指标92

4.1.3　其他指标93

4.2 电压型单相方波逆变电路工作原理93

4.2.1 电压型单相全桥逆变电路93

4.2.2　电压型单相半桥逆变电路95

4.2.3　变压器中心抽头推挽式（Push-Pull）单相逆变电路96

4.3 电压型单相逆变器电压和波形控制96

4.3.1　单脉波脉冲宽度调制PWM逆变器97

4.3.2　正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理98

4.3.3　单极性倍频正弦脉冲宽度调制逆变器101

4.3.4　双极性正弦脉冲宽度调制BSPWM逆变器106

4.3.5　改进型正弦脉冲宽度调制MSPWM108

4.3.6　基波移相控制109

4.4　三相逆变电路工作原理109

4.4.1　电压型三相逆变工作原理109

4.4.2　电流型三相逆变工作原理113

4.5　三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制114

4.6　三相逆变器电压空间矢量PWM控制118

4.7　多电平逆变电路125

4.8　大容量逆变器的复合结构130

4.8.1　12阶梯波逆变器131

4.8.2　24阶梯波逆变器133

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　整流器的类型和性能指标138

5.2　不控整流电路140

5.2.1　单相半波不控整流140

5.2.2　两相半波不控整流（或双半波不控整流）141

5.2.3　单相桥式不控整流141

5.2.4　三相半波不控整流142

5.2.5　三相桥式不控整流142

5.2.6　电容滤波的不控整流电路143

5.3　单相桥式晶闸管相控整流电路148

5.3.1　单相桥式全控整流电路148

5.3.2　单相桥式半控整流电路160

5.4　三相半波相控整流电路161

5.5　三相桥式相控整流电路162

5.5.1　三相桥式全控整流电路162

5.5.2　三相桥式半控整流电路169

5.6　交流电路中电感对整流特性的影响169

5.7　相控整流电压的谐波分析173

5.7.1　m脉波相控整流电压通用公式174

5.7.2　m脉波不控整流电压通用公式176

5.7.3　单相和三相桥式相控整流输出电压谐波特性177

5.8　带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路178

5.9　相控有源逆变电路工作原理182

5.9.1　有源逆变原理182

5.9.2　有源逆变安全工作条件184

5.9.3　三相全桥相控整流和有源逆变的控制特性185

5.9.4　晶闸管相控有源逆变的应用187

5.10　相控整流及有源逆变晶闸管触发控制188

5.11　含有源功率因数校正环节（PFC）的单相高频整流190

5.11.1　谐波电流的危害及改善措施190

5.11.2　含升压（Boost）型功率因数校正器的高频整流192

5.11.3　带反励式功率因数校正器的高频整流193

5.12　三相高频PWM整流194

5.12.1　能量可回馈的高频PWM整流电路194

5.12.2　交流／直流双向PWM变换器工作原理195

5.12.3　三相电压型高频PWM整流控制系统198

小结199

复习题及思考题200

第6章　交流／交流变换器201

6.1 晶闸管交流电压控制器的类型201

6.2　单相交流电压控制器202

6.2.1 电阻负载202

6.2.2　电阻、电感性负载206

6.2.3　PWM交流电压控制器208

6.3　三相全波交流电压控制器209

6.3.1　三相星形联结交流电压控制器209

6.3.2　三相开口三角形交流电压控制器212

6.4　变压器抽头电压控制器213

6.5　晶闸管相控交流／交流直接变频器214

6.5.1　基本工作原理214

6.5.2　实用电路结构218

6.5.3　交流／交流相控直接变频的优缺点218

6.6　矩阵式交流／交流变频器220

小结221

复习题及思考题222

第7章　辅助元器件和系统223

7.1　触发、驱动器223

7.1.1　晶闸管SCR的触发驱动器223

7.1.2　GTO的触发驱动器224

7.1.3　BJT的驱动器225

7.1.4　P-MOSFET、IGBT的驱动器226

7.2　过电流保护和过电压保护227

7.2.1　过电流保护227

7.2.2　过电压保护228

7.2.3　开关器件串联、并联应用时的均压、均流保护229

7.3　开关器件的开通、关断过程与安全工作区230

7.3.1　线路电感Lσ=0时开关器件的开通、关断过程231

7.3.2　线路电感Lσ≠0时开关器件的开通、关断过程233

7.3.3　安全工作区234

7.4　缓冲器235

7.4.1　全控型开关管LCRD型复合缓冲器235

7.4.2　电力二极管、晶闸管的RC缓冲电路241

7.4.3　P-MOSFET、IGBT的限幅钳位缓冲器241

7.5 电感（电抗器）、方波变压器和脉冲变压器246

7.5.1　电感（电抗器）246

7.5.2　方波变压器和脉冲变压器249

7.6　滤波器251

7.6.1　滤波器基本功能和类型251

7.6.2　LC滤波器特性分析252

7.6.3　谐振型滤波器256

7.7　散热系统257

7.8　控制系统和辅助电源258

小结260

复习题及思考题260

第8章　谐振开关型变换器261

8.1　硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性261

8.2　谐振开关型变换器的类型263

8.3　谐振开关型零电压开通（ZVS）变换器265

8.3.1　零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器工作原理265

8.3.2　零电压开通脉冲频率调制（ZVS PFM）变换器工作原理267

8.4　谐振开关型零电流关断（ZCS）变换器268

8.4.1　零电流关断脉冲宽度调制（ZCS PWM）变换器工作原理269

8.4.2　零电流关断脉冲频率调制（ZCS PFM）变换器工作原理272

8.5　直流环节并联谐振型逆变器PRDCLI273

8.5.1　工作原理274

8.5.2　参数计算278

8.5.3　直流环节并联谐振型逆变器PRDCLI的控制策略280

小结280

复习题及思考题281

第9章 多级开关电路组合型交流、直流电源282

9.1　AC/DC-DC/AC变压、变频（VVVF）电源282

9.2　AC/DC-DC/AC恒压、恒频（CVCF）不间断电源UPS284

9.2.1　典型在线双变换式UPS285

9.2.2　典型后备式UPS286

9.2.3　在线互动式UPS286

9.3　晶闸管相控整流-有源逆变的直流输电系统287

9.4　具有中间交流环节（直流／交流／直流变换）的直流电源288

9.4.1　半桥型DC/AC-AC/DC直流电源289

9.4.2　全桥型DC/AC-AC/DC直流电源291

9.5　移相全桥零电压开关DC/AC-AC/DC变换器291

9.5.1　电路特点291

9.5.2　一个周期的开关过程292

9.5.3　开关器件零电压开通条件296

9.5.4　变压器二次绕组及二极管导电情况297

9.6　交流电源、直流负载时电力电子变换系统方案比较297

小结299

复习题及思考题299

第10章 电力电子开关型电力补偿、控制器300

10.1 晶闸管开关型并联电抗补偿器300

10.1.1　晶闸管投、切并联电容器TSC300

10.1.2　晶闸管相控并联电抗器TCR302

10.2　晶闸管开关型串联电抗补偿器304

10.2.1　晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC304

10.2.2　可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC305

10.3　PWM开关型并联无功功率发生器STATCOM306

10.4　谐波电流补偿器HCC（或并联型电力有源滤波器PAPF）308

10.5　谐波电压补偿器HVC（或串联型电力有源滤波器SAPF）309

10.6　PWM开关型串联同步电压补偿器SSSC310

10.7　统一潮流控制器UPFC311

10.8　超导磁体储能系统SMES313

小结315

复习题及思考题316

附录A　傅里叶级数317

附录B 常系数线性二阶微分方程的通解323

参考文献325