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第1章 电力电子元器件1

1.1 基本概念1

1.2 半导体物理基础6

1.2.1 导体、半导体、绝缘体6

1.2.2 本征半导体、P型半导体、N型半导体7

1.2.3 PN结原理8

1.3 电力二极管14

1.3.1 电力二极管的基本特性15

1.3.2 二极管在轨道车辆上的主要应用17

1.4 晶闸管19

1.4.1 晶闸管的结构与工作原理19

1.4.2 晶闸管的基本特性22

1.4.3 晶闸管的驱动27

1.5 门极可关断晶闸管28

1.6 电力场效应晶体管32

1.6.1 电力场效应管（电力MOSFET）的结构与工作原理32

1.6.2 电力MOSFET的特性与参数34

1.6.3 电力MOSFET使用中的保护措施39

1.7 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）40

1.7.1 IGBT的工作原理与特性40

1.7.2 IGBT的门极驱动49

1.7.3 IGBT的使用与维护56

1.8 智能功率模块71

1.9 电阻元件、电感元件与电容元件73

1.9.1 电阻73

1.9.2 电感74

1.9.3 电容77

思考题83

第2章 相控整流技术86

2.1 概述86

2.1.1 整流电路的分类86

2.1.2 整流电路的一些基本概念86

2.1.3 可控整流电路的一般结构和特点87

2.1.4 整流电路的通用分析方法88

2.2 单相整流电路89

2.2.1 单相半波不可控整流电路89

2.2.2 单相半波可控整流电路90

2.2.3 单相桥式全控整流电路91

2.2.4 单相桥式半控整流电路96

2.2.5 单相全波整流电路99

2.3 三相整流电路99

2.3.1 三相半波可控整流电路99

2.3.2 三相桥式全控整流电路102

2.4 相控整流的滤波104

2.4.1 电容C滤波电路104

2.4.2 电感L滤波电路104

2.4.3 L-C滤波电路105

2.5 整流变压器漏感的影响105

2.5.1 换相过程与换相重叠角105

2.5.2 换相压降AUd的计算106

2.5.3 换相重叠角γ的计算106

2.6 相控整流及有源逆变原理108

2.6.1 整流和有源逆变的基本原理108

2.6.2 晶闸管相控整流电路实现有源逆变的基本原理108

2.6.3 相控整流电路实现有源逆变（晶闸管－直流电动机系统）110

2.6.4 相控整流电路实现有源逆变的条件111

2.6.5 相控有源逆变的一些概念112

2.6.6 交直交变频器中的相控有源逆变112

2.7 相控整流的触发电路113

2.7.1 单结晶体管触发电路114

2.7.2 正弦波触发电路116

2.7.3 锯齿波触发电路117

2.7.4 触发电路的同步问题119

2.8 其他整流电路120

2.8.1 倍压整流电路120

2.8.2 倍流整流电路121

2.8.3 同步整流电路122

2.9 相控整流电路的谐波及功率因数分析123

2.9.1 谐波及无功功率的危害123

2.9.2 相控整流谐波分析基础123

2.9.3 相控整流功率因数分析124

思考题126

第3章 直直变换技术129

3.1 直流斩波电路的工作原理130

3.1.1 电感的伏秒平衡原理130

3.1.2 电容的安秒平衡原理132

3.2 基本斩波电路133

3.2.1 降压变换器133

3.2.2 升压变换器139

3.2.3 升降压变换器145

3.2.4 Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路151

3.3 多象限直直变换器155

3.3.1 桥臂式二象限直直变换器（A型变换器）155

3.3.2 混合桥式二象限直直变换器（B型变换器）157

3.3.3 四象限直直变换器（H型变换器）158

3.4 多相多重直直变换器158

3.5 带隔离变压器的直直变换器161

3.5.1 隔离变压器161

3.5.2 各种带隔离变压器的直直变换器164

3.6 斩波电路的控制方式173

3.7 轨道车辆的直流斩波器174

思考题176

第4章 逆变技术178

4.1 无源逆变原理178

4.1.1 逆变的基本概念178

4.1.2 逆变器的组成与分类178

4.1.3 单相电压型逆变电路180

4.1.4 单相电流型逆变电路182

4.1.5 三相桥式逆变电路183

4.2 脉冲宽度调制的理论基础186

4.3 正弦脉冲宽度调制187

4.3.1 SPWM的基本原理187

4.3.2 SPWM调制的控制脉冲产生方法192

4.3.3 SPWM的调制方法194

4.3.4 三相SPWM逆变工作原理196

4.3.5 SPWM对脉宽调制的制约条件197

4.3.6 异步调制、同步调制及分段同步调制200

4.4 特定谐波消去法PWM控制203

4.5 电流滞环跟踪PWM控制204

4.6 电压空间矢量PWM控制206

4.6.1 电动机电压空间矢量的表示207

4.6.2 电动机电压空间矢量与磁链空间矢量的关系208

4.6.3 两点式电机逆变器的SVPWM209

4.7 逆变器的多重化214

4.8 两电平逆变器和三电平逆变器216

4.9 轨道车辆的电机逆变器220

4.9.1 电机逆变器的结构组成及技术参数220

4.9.2 电机逆变器的传感及监控功能229

思考题235

第5章 PWM脉冲整流器237

5.1 脉冲整流器的基本原理及分类237

5.1.1 交直交系统的相控式与斩控式整流及有源逆变方案237

5.1.2 PWM脉冲整流器的工作原理及分类238

5.2 电压型PWM脉冲整流器242

5.2.1 单相电压型PWM脉冲整流器的主电路结构及工作原理242

5.2.2 主要方程式及相量图243

5.2.3 工作模式及能量关系246

5.2.4 三相电压型脉冲整流器主电路结构及工作原理249

5.2.5 脉冲整流器的升压模式249

5.2.6 单相脉冲整流器的控制250

5.3 单相两电平与三电平脉冲整流器254

5.3.1 单相两电平PWM脉冲整流器254

5.3.2 单相三电平PWM脉冲整流器255

5.4 轨道车辆的脉冲整流器258

思考题275

第6章 软开关技术277

6.1 软开关的基本原理277

6.1.1 硬开关存在的问题277

6.1.2 软开关的基本概念278

6.1.3 软开关的基本实现环节278

6.1.4 软开关的分类280

6.1.5 电感L和电容C的谐振工作原理283

6.2 轨道车辆中常见的软开关的工作原理286

6.2.1 零电压开关PWM变换器（ZVS-PWM）286

6.2.2 零电流开关PWM变换器（ZCS-PWM）293

思考题296

第7章 轨道车辆主电路297

7.1 轨道车辆主电路的基本结构297

7.1.1 主电路的基本结构297

7.1.2 牵引变流器的基本组成298

7.2 动车组的主电路300

7.2.1 CRH1动车组主电路300

7.2.2 CRH2动车组主电路303

7.2.3 CRH3动车组主电路310

7.2.4 CRH5动车组主电路314

7.2.5 CRH380系列动车组介绍322

7.3 HXD1、HXD2、HXD3电力机车的主电路323

7.3.1 HXD1电力机车主电路323

7.3.2 HXD2电力机车主电路324

7.3.3 HXD3电力机车主电路326

7.4 轨道车辆主电路的一些共性问题328

7.4.1 直流环节的共用与独立使用问题328

7.4.2 直流环节保护电路329

7.4.3 多重化、载波移相及谐波抑制问题330

7.4.4 轨道车辆的接地故障检测问题335

7.4.5 电磁兼容性及接地问题339

思考题348

参考文献350

附录轨道车辆电力电子常用术语索引353