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0 绪论1

0.1 电力电子技术与信息电子技术1

0.2 电力电子技术的研究内容1

0.3 电力电子器件1

0.4 电力电子变流技术2

0.5 电力电子技术的发展3

0.6 电力电子变流技术的应用4

0.7 本课程的任务与要求5

第1章 电力电子器件6

1.1 功率二极管6

1.1.1 功率二极管及其工作原理6

1.1.2 功率二极管的伏安特性6

1.1.3 功率二极管的主要参数7

1.1.4 功率二极管的型号和选择原则7

1.1.5 功率二极管的主要类型8

1.2 晶闸管8

1.2.1 晶闸管的结构、电气符号和外形9

1.2.2 晶闸管的工作原理10

1.2.3 晶闸管的特性12

1.2.4 晶闸管的主要参数13

1.2.5 普通晶闸管的型号和选择原则17

1.2.6 晶闸管的其他派生器件18

1.3 门极关断（GTO）晶闸管21

1.3.1 GTO的结构和工作原理22

1.3.2 GTO的特性和主要参数23

1.4 大功率晶体管（GTR）24

1.4.1 GTR的结构和工作原理24

1.4.2 GTR的特性和主要参数25

1.5 功率场效应晶体管（P-MOSFET）26

1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理26

1.5.2 P-MOSFET的特性和主要参数27

1.6 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）29

1.6.1 IGBT的结构和工作原理29

1.6.2 IGBT的特性和主要参数30

1.6.3 IGBT的擎住效应31

1.7 其他新型电力电子器件32

1.7.1 MOS控制晶闸管（MCT）32

1.7.2 集成门极换流晶闸管（IGCT）32

1.7.3 功率模块与功率集成电路33

1.7.4 静电感应晶体管（SIT）33

1.7.5 静电感应晶闸管（SITH）34

1.8 电力电子器件的驱动34

1.8.1 晶闸管的门极驱动（触发）34

1.8.2 电流型全控电力电子器件的门极驱动35

1.8.3 电压型全控电力电子器件的门极驱动38

1.9 电力电子器件的保护40

1.10 典型电力电子器件的MATLAB仿真模型41

1.10.1 二极管的仿真模型41

1.10.2 晶闸管的仿真模型42

1.10.3 GTO的仿真模型43

1.10.4 IGBT的仿真模型45

1.10.5 MOSFET的仿真模型46

1.10.6 理想开关的仿真模型47

习题48

第2章 交流－直流变换电路及其仿真51

2.1 带滤波电路的不可控整流电路51

2.1.1 带滤波电路的单相桥式不可控整流电路51

2.1.2 带滤波电路的三相桥式不可控整流电路52

2.2 晶闸管单相可控整流电路54

2.2.1 单相半波可控整流电路（电阻性负载）54

2.2.2 单相半波可控整流电路（阻－感性负载）57

2.2.3 单相半波可控整流电路（阻－感性负载加续流二极管）58

2.2.4 单相桥式全控整流电路（电阻性负载）60

2.2.5 单相桥式全控整流电路（阻－感性负载）63

2.2.6 单相桥式全控整流电路（反电动势负载）65

2.2.7 单相桥式半控整流电路（阻－感性负载、不带续流二极管）65

2.2.8 单相桥式半控整流电路（带续流二极管）67

2.3 三相半波可控整流电路71

2.3.1 三相半波可控整流电路（电阻性负载）71

2.3.2 三相半波可控整流电路（阻－感性负载）74

2.3.3 三相半波共阳极可控整流电路77

2.4 三相桥式全控整流电路77

2.4.1 三相桥式全控整流电路（电阻性负载）77

2.4.2 三相桥式全控整流电路（阻－感性负载）80

2.5 三相桥式半控整流电路83

2.5.1 三相桥式半控整流电路（电阻性负载）83

2.5.2 三相桥式半控整流电路（阻－感性负载）84

2.6 整流电路的谐波和功率因数84

2.6.1 谐波84

2.6.2 功率因数85

2.6.3 交流侧谐波和功率因数分析86

2.6.4 直流侧输出电压和电流的谐波分析88

2.7 相控整流电路的组合90

2.7.1 带平衡电抗器的双反星形大功率相控整流电路90

2.7.2 带平衡电抗器的12脉波大功率相控整流电路95

2.7.3 两个三相桥式整流电路串联连接的12脉波整流电路97

2.8 变压器漏抗对整流电路的影响99

2.9 晶闸管相控电路的驱动控制102

2.9.1 单结晶体管触发电路102

2.9.2 同步信号为锯齿波的触发电路107

2.9.3 集成触发电路110

2.9.4 触发电路的定相112

2.10 PWM整流器114

2.10.1 电压型PWM整流器原理分析114

2.10.2 电流型PWM整流器原理分析120

2.11 交流－直流变换电路的仿真121

2.11.1 电力电子变流器中典型环节的仿真模型121

2.11.2 晶闸管单相半波和双半波可控整流电路的仿真124

2.11.3 晶闸管单相桥式可控整流电路的仿真136

2.11.4 晶闸管三相可控整流电路的仿真149

2.11.5 相控组合整流电路的仿真164

2.11.6 多相整流电路的谐波分析仿真171

2.11.7 考虑变压器漏感时三相半波整流电路的仿真174

2.11.8 二极管不可控整流电路的仿真176

2.11.9 单相PWM整流器的仿真180

习题182

第3章 直流－交流变换电路及其仿真186

3.1 逆变的概念186

3.1.1 逆变电路的基本类型186

3.1.2 逆变电路中的换流方式187

3.2 电网电压换流式有源逆变电路188

3.2.1 单相双半波有源逆变电路188

3.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制190

3.2.3 有源逆变的应用——两组晶闸管反并联时电动机的可逆运行191

3.3 器件换流式无源逆变电路192

3.3.1 电压型和电流型无源逆变电路192

3.3.2 器件换流式电压型无源逆变电路193

3.3.3 器件换流式电流型无源逆变电路199

3.4 强迫换流式无源逆变电路203

3.4.1 180°导电型的晶闸管交－直－交电压型变频器203

3.4.2 120°导电型的晶闸管交－直－交电流型变频器205

3.5 负载换流式无源逆变电路208

3.5.1 并联谐振式电流型逆变电路208

3.5.2 串联谐振式电压型逆变电路211

3.6 多重逆变电路和多电平逆变电路212

3.6.1 多重逆变电路212

3.6.2 多电平逆变电路214

3.7 脉宽调制（PWM）逆变器技术215

3.7.1 电压正弦脉宽调制的工作原理216

3.7.2 电流正弦脉宽调制的工作原理221

3.7.3 电压空间向量SVPWM的工作原理222

3.8 直流－交流变换电路的仿真228

3.8.1 晶闸管有源逆变电路的仿真228

3.8.2 方波无源逆变电路的仿真235

3.8.3 负载换流式无源逆变电路的仿真245

3.8.4 多重逆变电路的仿真249

3.8.5 电压SPWM逆变电路的仿真255

3.8.6 电流跟踪型PWM逆变电路的仿真262

3.8.7 空间矢量SVPWM逆变电路的仿真263

3.8.8 三电平SPWM逆变器的仿真266

习题269

第4章 交流－交流变换电路及其仿真271

4.1 概述271

4.2 交流调压电路271

4.2.1 相控式交流调压电路272

4.2.2 斩波式交流调压电路279

4.3 晶闸管交流调功器和交流开关283

4.3.1 晶闸管交流调功器284

4.3.2 晶闸管交流开关285

4.3.3 交流电力控制技术的应用285

4.4 交－交变频器288

4.4.1 晶闸管单相交－交变频电路289

4.4.2 晶闸管三相交－交变频电路290

4.5 交流－交流变换电路的仿真292

4.5.1 晶闸管单相交流调压电路的仿真292

4.5.2 晶闸管三相交流调压电路的仿真301

4.5.3 晶闸管交－交变频电路的仿真306

习题311

第5章 直流－直流变换电路及其仿真313

5.1 直流斩波器313

5.2 单管非隔离直流斩波器315

5.2.1 降压式直流斩波电路（Buck变换器）315

5.2.2 升压式直流斩波电路（Boost变换器）317

5.2.3 升－降压式直流斩波电路（Buck-Boost变换器）318

5.2.4 Cuk直流斩波电路320

5.2.5 Sepic直流斩波电路322

5.2.6 Zeta直流斩波电路323

5.2.7 电流可逆二象限直流斩波电路325

5.2.8 电压可逆二象限直流斩波电路325

5.2.9 H桥式直流斩波电路326

5.3 变压器隔离的直流－直流变换器327

5.3.1 单端正激变换器327

5.3.2 单端反激变换器329

5.3.3 半桥式隔离的降压变换器329

5.3.4 全桥式隔离的降压变换器330

5.4 直流－直流变换电路的仿真330

5.4.1 单管非隔离变换电路的仿真330

5.4.2 H桥式直流变换器的仿真343

5.4.3 带变压器隔离的直流－直流变换器的仿真352

习题359

第6章 软开关电路及其仿真361

6.1 软开关的基本概念361

6.2 软开关电路的分类363

6.3 典型的软开关电路366

6.3.1 准谐振（QRC）变换电路366

6.3.2 零开关PWM（ZS-PWM）变换电路368

6.3.3 零转换PWM（ZT-PWM）变换电路371

6.4 软开关电路的仿真375

6.4.1 准谐振（QRC）变换电路的仿真375

6.4.2 零开关PWM（ZS-PWM）变换电路的仿真381

6.4.3 零转换PWM（ZT-PWM）变换电路的仿真385

习题392

附录 电力电子技术课程设计394

参考文献399