电力电子学课程系统地阐述了功率半导体器件、电力电子变换电路及其调制技术，电力电子变换电路的设计及其应用等方面的知识。该课程着眼于讲授电力电子技术的基本原理，并辅以大量工程实际应用实例，采用进程式教学与探究性实验并重的方案，注重学生综合能力的培养。

电力电子学课程背景

太阳能和风能转化为电能；大容量电能的高效远距离传输；电动汽车和高铁的飞驰；这都是利用电力电子变换电路和控制系统将一种形式的电能或能量，转化为另一种形式的电能或能量的过程。电力电子技术在电力系统、新能源、交通、医疗、航空航天等领域应用广泛，有电能变换的地方就有电力电子。在此背景下，华中科技大学开设了电力电子学课程。

电力电子学课程定位

电力电子学课程是电气工程及其自动化专业的专业基础课程，在电气工程学科中具有重要地位。

电力电子学适应专业

电力电子学课程适用于电气工程及其自动化专业学习。

电力电子学课程自第3次开课课程大纲进行了微调，第3~6次开课课程大纲相较第1~2次开课课程大纲在每章末补充了单元测验，课程大纲具体内容如下：

电力电子学预备知识

学习电力电子学课程需要先修电路理论、数字电子技术、模拟电子技术、电机学等课程。

电力电子学学习资料

通过对该课程的学习，使学生掌握各类电力电子变换电路的基本原理与分析方法，具备初步的电路设计、仿真与实验能力，并了解电力电子技术在电气工程学科中的重要地位。

• 成绩构成

该课程总分100分，平时讨论和单元测验占80%，期末考试占20%。

• 证书条件

60分≤成绩＜85分者可申请合格证书，成绩≥85分者可申请优秀证书。

• 加分条件

思维活跃的同学可获得最高10分的奖励加分，但总成绩不超过100分。思维活跃表现：在“老师答疑区”回答同学提问数量排在前100名内，在“课堂交流区”回答老师给出的讨论题被赞数排在前100名内，对课程提出合理的改进建议。

2019年，该课程被认定为国家精品在线开放课程；

2020年，该课程被教育部认定为首批“国家级一流本科课程”（线上一流课程）。

段善旭，华中科技大学电气与电子工程学院教授，博士生导师；

刘邦银，华中科技大学电气与电子工程学院教授，博士生导师；

陈宇，华中科技大学电气与电子工程学院教授，博士生导师；

陈昌松，华中科技大学电气与电子工程学院副教授，博士生导师；

王学华，华中科技大学电气与电子工程学院副教授，硕士生导师；

康勇，华中科技大学电气与电子工程学院教授，博士生导师；

张宇，华中科技大学电气与电子工程学院教授，博士生导师。

第1章 绪论

1. 1 概述

1. 2 电力电子学的发展历程

1. 3 电力电子学的任务及面临的问题

1. 4 电力电子学的应用领域

1. 5 电力电子学的未来前景

1. 6 电力电子的基本变换形式

1. 7 说明

第2章 电力电子器件的原理与特性

2. 1 电力电子器件的发展. 分类与应用

2. 1. 1 电力电子器件及其发展现状

2. 1. 2 常用电力电子器件的分类及其应用领域

2. 1. 3 电力电子器件的发展趋势

2. 2 功率二极管

2. 2. 1 功率二极管的基本特性

2. 2. 2 二极管的基本应用

2. 3 晶闸管 SCR

2. 3. 1 结构与工作原理

2. 3. 2 晶闸管的基本特性

2. 3. 3 晶闸管的主要特性参数

2. 3. 4 晶闸管家族的其他主要电力电子器件

2. 4 可关断晶闸管 GTO

2. 4. 1 结构与工作原理

2. 4. 2 特性与参数

2. 5 电力晶体管 GTR或BJT

2. 5. 1 电力晶体管的结构

2. 5. 2 特性与参数

2. 5. 3 GTR的二次击穿与安全工作区

2. 6 电力场效应晶体管 电力MOSFET

2. 6. 1 概述

2. 6. 2 电力MOSFET的静态特性与参数

2. 6. 3 电力MOSFET的动态特性和参数

2. 7 绝缘栅双极晶体管 1GBT

2. 7. 1 IGBT的工作原理

2. 7. 2 IGBT的基本特性

2. 7. 3 擎住效应

2. 7. 4 IGBT的安全工作区

2. 8 其他新型场控器件

2. 8. 1 MOS控制晶闸管MCT

2. 8. 2 集成门极换流晶闸管IGCT

2. 8. 3 静电感应晶体管SIT

2. 8. 4 静电感应晶闸管SITH

2. 8. 5 智能功率模块IPM

2. 9 小结

第3章 相控整流电路

3. 1 概述

3. 1. 1 整流电路的分类

3. 1. 2 可控整流电路的一般结构

3. 1. 3 学习整流电路的基本方法

3. 2 单相桥式全控整流电路

3. 2. 1 可控整流的基本概念

3. 2. 2 电阻性负载单相桥式全控整流电路

3. 2. 3 电感性负载单相桥式全控整流电路

3. 2. 4 电动机负载单相桥式全控整流电路

3. 3 单相桥式半控整流电路

3. 3. 1 电感性负载单相桥式半控整流电路

3. 3. 2 反电势负载单相桥式半控整流电路

3. 4 三相半波可控整流电路

3. 4. 1 电阻性负载

3. 4. 2 电感性负载

3. 5 三相桥式全控整流电路

3. 5. 1 三相桥式全控整流电路的工作原理及波形

3. 5. 2 基本电量计算

3. 6 三相桥式半控整流电路

3. 6. 1 电阻性负载

3. 6. 2 电感性负载工作原理及失控现象

3. 7 整流器交流侧电抗对整流电路的影响

3. 7. 1 换流期间电压电流波形分析

3. 7. 2 换相压降的计算和整流电路的输出外特性

3. 7. 3 重叠角r的计算

3. 8 小结

3. 9 习题

第4章 有源逆变与相控变流器特性

4. 1 有源逆变电路的工作原理

4. 1. 1 有源逆变的工作原理

4. 1. 2 实现有源逆变的条件

4. 2 三相有源逆变电路

4. 2. 1 三相半波逆变电路的工作原理

4. 2. 2 三相桥式全控有源逆变电路

4. 2. 3 有源逆变失败的原因与控制角的限制

4. 3 有源逆变的应用

4. 3. 1 高压直流输电

4. 3. 2 绕线式异步电动机晶闸管串级调速

4. 3. 3 两组变流器反并联的直流可逆电力拖动系统

4. 4 整流电路的功率因数及其改善的方法

4. 4. 1 整流电路的功率因数

4. 4. 2 提高功率因数的措施

4. 5 小结

4. 6 习题

第5章 直直变换器

5. 1 降压变换器

5. 1. 1 连续导电模式

5. 1. 2 不连续导电模式

5. 2 升压变换器

5. 2. 1 连续导电模式

5. 2. 2 不连续导电模式

5. 3 升-降压变换器

5. 3. 1 连续导电模式

5. 3. 2 不连续导电模式

5. 4 丘克变换器

5. 5 多象限直流变换器

5. 5. 1 桥臂式二象限直流变换器

5. 5. 2 混合桥式二象限直直变换器

5. 5. 3 四象限直直变换器

5. 6 多相多重直直变换器

5. 7 带隔离变压器的直直变换器

5. 7. 1 正激式 Forward 变换器

5. 7. 2 反激式 Flyback 变换器

5. 7. 3 推挽式变换器

5. 7. 4 半桥式变换器

5. 7. 5 全桥式变换器

第6章 无源逆变电路

6. 1 无源逆变电路的原理

6. 1. 1 单相半桥逆变电路

6. 1. 2 单相全桥逆变电路

6. 1. 3 推挽式单相逆变电路

6. 1. 4 三相桥式逆变电路

6. 2 逆变器基本类型和性能指标

6. 2. 1 逆变器基本类型

6. 2. 2 逆变器输出波形性能指标

6. 3 三相逆变器工作原理

6. 3. 1 电压型三相逆变器工作原理

6. 3. 2 电流型三相逆变器工作原理

6. 4 PWM技术

6. 4. 1 正弦脉冲宽度调制原理

6. 4. 2 SPWM的基波电压

6. 4. 3 对脉宽调制的制约条件

6. 4. 4 同步调制与异步调制

6. 4. 5 脉宽调制逆变器的基本控制方法

6. 5 逆变器输出的其他控制方法

6. 5. 1 电流跟踪控制

6. 5. 2 开关频率恒定的电流跟踪型PWM控制技术

6. 5. 3 电压空间矢量PWM控制 磁链跟踪控制

6. 6 三电平逆变器的原理与电路

6. 6. 1 电路原理

6. 6. 2 三电平逆变器的输出波形

6. 7 多重化技术

6. 7. 1 多重电流型逆变器

6. 7. 2 多重电压型逆变器

6. 8 习题

第7章 PWM整流电路及其应用

7. 1 脉冲整流电路的基本原理及分类

7. 1. 1 基本原理

7. 1. 2 PWM整流器的分类与对偶性

7. 2 电压型PWM整流器

7. 2. 1 单相PWM整流器主电路结构及工作原理

7. 2. 2 主要方程式及相量图

7. 2. 3 工作模式及能量关系

7. 2. 4 电压型三相PWM整流器主电路结构及工作原理

7. 2. 5 电压型PWM整流器的控制

7. 3 电流型PWM整流器

7. 3. 1 单相PWM整流器主电路结构及其工作原理

7. 3. 2 主要方程式及相量图

7. 3. 3 工作模式及能量关系

7. 3. 4 单相电流型晶闸管PWM整流器工作原理

7. 3. 5 三相电流型PWM整流器主电路结构及其工作原理

7. 4 电流型PWM整流器与电压型PWM整流器的性能特点比较

7. 5 PWM整流器的应用

7. 5. 1 PWM整流器在电力机车上的应用

7. 5. 2 PWM整流器在大容量通用变频器中的应用

7. 5. 3 有源电子负载

7. 5. 4 可再生能源和储能系统与电网间的互联

7. 6 小结

7. 7 习题

第8章 谐振变换器

8. 1 概述

8. 2 谐振电路的基本概念,

8. 2. 1 串联谐振电路工作原理

8. 2. 2 并联谐振电路工作原理

8. 2. 3 高阶谐振电路

8. 3 负载谐振换流器

8. 3. 1 串联负载谐振换流器

8. 3. 2 并联负载谐振换流器

8. 3. 3 高阶谐振换流器

8. 3. 4 E类换流器

8. 4 谐振开关换流器

8. 4. 1 零电流谐振开关换流器

8. 4. 2 零电压谐振开关换流器

8. 5 谐振直流连接逆变器

8. 6 双向谐振换流器

8. 7 小结

8. 8 习题

第9章 交流调压电路及交交变频电路

9. 1 概述

9. 1. 1 交流电力控制电路基本类型及其应用

9. 1. 2 交交变频电路基本类型及其应用

9. 2 单相交流调压电路

9. 2. 1 电阻负载工况分析

9. 2. 2 感性负载工况分析

9. 3 三相交流调压电路

9. 3. 1 主电路基本形式

9. 3. 2 控制原则及工作条件分析

9. 3. 3 三相交流调压电路典型波形分析

9. 4 其他类型的交流电力控制电路

9. 4. 1 交流调功电路

9. 4. 2 交流电力电子开关

9. 4. 3 交流斩波调压电路

9. 5 三相交交变频电路

9. 6 交交变频电路的运行方式及性能特点

9. 6. 1 有环流与无环流运行方式

9. 6. 2 输出电压的控制

9. 6. 3 输入侧功率因数

9. 7 其他类型的交交变频电路

9. 7. 1 三倍倍频电路

9. 7. 2 负载换流的倍频电路

9. 7. 3 矩阵式交交变频电路

9. 8 习题

第10章 电力电子装置对电网的影响及其抑制措施

10. 1 概述

10. 1. 1 谐波污染

10. 1. 2 功率因数

10. 1. 3 电磁干扰

10. 2 谐波的特性及其抑制

10. 2. 1 谐波产生机理

10. 2. 2 谐波抑制的方法

10. 3 功率因数校正

10. 3. 1 基本概念

10. 3. 2 功率因数校正电路

10. 4 电磁干扰的分类及其抑制

10. 4. 1 电磁干扰的分类

10. 4. 2 电磁干扰抑制

第11章 电力电子器件的应用基础

11. 1 晶闸管触发电路

11. 1. 1 晶闸管对触发电路的基本要求

11. 1. 2 触发电路的型式

11. 1. 3 单结晶体管移相触发电路

11. 2 可关断晶闸管 GTO 的门控电路

11. 2. 1 门极驱动特性

11. 2. 2 门极控制信号波形分析

11. 2. 3 GTO的门控电路

11. 3 电力MOSFET和IGBT的栅控电路及其模块

11. 3. 1 电力MOSFET的栅极驱动电路

11. 3. 2 IGBT的栅极驱动电路

11. 4 电力电子器件的串并联应用及系统容量扩展

11. 4. 1 晶闸管的串并联

11. 4. 2 GTO的串并联应用

11. 4. 3 功率MOSFET的并联应用

11. 4. 4 IGBT的串并联应用

11. 5 器件使用中的保护措施

11. 5. 1 晶闸管的保护措施

11. 5. 2 功率MOSFET的保护

11. 5. 3 GTO的过电流保护

11. 5. 4 IGBT的保护

11. 6 电力电子器件的缓冲电路

11. 6. 1 缓冲电路的作用与基本类型

11. 6. 2 缓冲电路的基本结构

11. 7 器件的散热

11. 7. 1 散热的原理与重要性

11. 7. 2 散热器及其安装

11. 8 习题

参考文献 2100433B

电力电子技术作为电能高效变换和高效利用的关键技术，已经广泛应用于工业生产、新能源发电、现代化交通、航空航天、信息系统等众多领域。随着电力电子技术的发展，电力电子技术已经成为一门系统科学——电力电子学。本书由四部分组成，第壹部分是电力电子学的预备知识；第二部分是基本电力电子变换器原理和设计；第三部分是电力电子变换器的通用技术；第四部分是电力电子变换器的应用。

前言

第1章概述1

1.1电力电子学基本范畴1

1.2电力电子学发展历史3

1.3电力电子技术应用及未来发展5

1.4本书的内容安排和特点7

习题8

第2章电力电子学预备知识9

2.1主要元器件功能和作用9

2.1.1电力电子器件9

2.1.2电感与电容12

2.1.3电感电容电路的谐振特性14

2.2电参数计算15

2.2.1电压和电流的瞬时值15

2.2.2电压和电流的有效值、平均值16

2.2.3有功功率及功率因数17

2.2.4纹波和谐波17

2.2.5器件主要参数18

2.3调制原理19

2.3.1相控原理19

2.3.2斩控原理19

2.3.3PWM原理20

2.4分析方法20

2.4.1工作模态及等效电路20

2.4.2状态方程21

2.5仿真工具21

2.5.1MATLAB22

2.5.2PSIM22

2.5.3其他仿真软件22

2.6本章小结23

习题23

第3章ACDC变换器25

3.1不可控整流器25

3.1.1单相不可控整流器25

3.1.2电容滤波的单相不可控整流器28

3.1.3三相不可控整流器29

3.1.4电容滤波的三相不可控整流器33

3.2晶闸管可控整流器34

3.2.1单相可控整流器34

3.2.2三相可控整流器39

3.3PWM整流器45

3.3.1桥式PWM整流器45

3.3.2VIENNA整流器49

3.4设计实例51

3.4.1电容滤波单相不可控整流器的

设计52

3.4.2电容滤波三相不可控整流器的

设计52

3.4.3单相桥式可控整流器的设计53

3.4.4三相桥式可控整流器的设计54

3.4.5单相桥式PWM整流器的设计55

3.5本章小结55

习题56

第4章DCAC变换器58

4.1电压型逆变器58

4.1.1单相电压型逆变器58

4.1.2三相电压型逆变器70

4.1.3电压型Z源逆变器78

4.2电流型逆变器81

4.3有源逆变器84

4.3.1单相桥式整流器的有源逆变工作

状态84

4.3.2三相桥式整流器的有源逆变工作

状态85

4.4设计实例85

4.4.1单相电压型半桥逆变器的设计85

4.4.2单相电压型全桥逆变器的设计87

4.4.3三相电压型桥式逆变器的设计88

4.5本章小结88

习题89

第5章DCDC变换器90

5.1非隔离型DCDC变换器90

5.1.1Buck变换器90

5.1.2Boost变换器95

5.1.3BuckBoost变换器100

5.1.4Cuk、Sepic和Zeta变换器103

5.1.5非隔离型DCDC变换器的特性

比较107

5.2隔离型DCDC变换器107

5.2.1正激变换器107

5.2.2反激变换器110

5.2.3全桥变换器113

5.2.4半桥变换器115

5.2.5推挽变换器117

5.2.6隔离型DCDC变换器的特性

比较119

5.3设计实例120

5.3.1Buck变换器的设计120

5.3.2Boost变换器的设计120

5.3.3BuckBoost变换器的设计121

5.3.4反激变换器的设计122

5.3.5全桥变换器的设计124

5.4本章小结125

习题125

第6章ACAC变换器127

6.1交流调压器127

6.1.1单相相控式交流调压器127

6.1.2三相相控式交流调压器129

6.1.3斩控式交流调压器132

6.2交流电力控制电路135

6.2.1交流调功电路135

6.2.2交流电力电子开关136

6.3直接交交变频器136

6.3.1周波变换器136

6.3.2矩阵变换器139

6.4间接交交变频器141

6.5设计实例142

6.5.1单相Buck型交流调压器的

设计142

6.5.2三相相控式交流调压器的设计143

6.5.3三相间接交交变频器的设计143

6.6本章小结144

习题145

第7章电力电子变换器通用技术146

7.1均压和均流技术146

7.1.1电力电子器件的串联均压146

7.1.2电力电子器件的并联均流147

7.1.3电力电子变换器模块式均压和

均流148

7.2软开关技术149

7.2.1准谐振变换器151

7.2.2零开关PWM变换器155

7.2.3零转换变换器157

7.3多重化技术159

7.3.1多相多重直流变换器159

7.3.2多重化整流器163

7.3.3多重化逆变器164

7.4多电平变换器技术166

7.4.1中点钳位型多电平变换器166

7.4.2飞跨电容型多电平变换器167

7.4.3级联H桥型多电平变换器170

7.4.4模块化多电平变换器171

7.5同步整流技术174

7.6功率因数校正技术175

7.7本章小结177

习题177

第8章电力电子变换器应用179

8.1开关电源179

8.2不间断电源180

8.2.1后备式UPS181

8.2.2双变换在线式UPS181

8.2.3在线互动式UPS182

8.2.4Delta变换式UPS182

8.3交直流调速系统183

8.3.1直流调速系统184

8.3.2交流调速系统184

8.4有源电力滤波器185

8.5无功补偿装置186

8.5.1晶闸管控制电抗器187

8.5.2晶闸管投切电容器187

8.5.3静止无功发生器188

8.6高压直流输电190

8.6.1高压直流输电系统190

8.6.2柔性直流输电系统191

8.7风力发电192

8.7.1永磁同步风力发电系统192

8.7.2双馈风力发电系统193

8.8光伏发电193

8.9电动汽车194

8.10本章小结195

习题196

各章习题解答197

参考文献221 2100433B