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本书对现代电力电子技术进行了全面概述，对利用电力电子变换器的各种电力应用进行了详细的介绍和分析。全书分为9章，内容包括电力电子的基本原理和方法，电力电子变换器的半导体功率开关、相关元件和系统，四种基本的电力转换方式，整流器和逆变器，开关电源，以及电力电子在清洁能源系统中的应用等。本书的第三版对所有的章节进行了更新，增加了对现代电力电子技术新概念的介绍，覆盖了矩阵变换器、多电平逆变器和Z源在级联型电力电子变换器中的应用。针对电力电子变换器所使用的各种先进控制方式，本书还提供大量的案例、练习、上机作业和仿真。

目    录

第1章  电力变换的原理  
1.1  什么是电力电子
1.2  通用电力变换器
1.3  波形的组成和品质因数
1.4  相位控制和方波控制
1.5  脉宽调制（PWM）
1.6  电流波形计算
1.6.1  解析解
1.6.2  数值解
1.6.3  实例：单相二极管整流器
小结
例题
习题
上机作业
补充资料
第2章  半导体电力开关
2.1  半导体电力开关的一般特性
2.2  电力二极管
2.3  半控型开关
2.3.1  晶闸管（SCR）
2.3.2  双向晶闸管（TRIAC）
2.4  全控型开关
2.4.1  门极可关断晶闸管（GTO）
2.4.2  集成门极换流晶闸管（IGCT）
2.4.3  电力三极管（BJT）
2.4.4  功率场效应晶体管（电力MOSFET）
2.4.5  绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
2.5  半导体电力开关的比较
2.6  功率模块
2.7  宽禁带器件
小结
补充资料
第3章  辅助元件与系统
3.1  什么是辅助元件与系统
3.2  驱动器
3.2.1  SCR、 TRIAC和BCT的驱动器
3.2.2  GTO和IGCT的驱动器
3.2.3  BJT的驱动器
3.2.4  电力MOSFET和IGBT的驱动器
3.3  过电流保护方案
3.4  缓冲器
3.4.1  电力二极管、 SCR和TRIAC的缓冲器
3.4.2  GTO和IGCT的缓冲器
3.4.3  晶体管的缓冲器
3.4.4  缓冲器的能量回收
3.5  滤波器
3.6  冷却
3.7  控制
小结
补充资料
第4章  交流-直流变换器
4.1  二极管整流器
4.1.1  三脉波二极管整流器
4.1.2  六脉波二极管整流器
4.2  相控整流器
4.2.1  相控六脉波整流器
4.2.2  双向变换器
4.3  PWM 整流器
4.3.1  输入滤波器的影响
4.3.2  PWM的原理
4.3.3  电流型PWM整流器
4.3.4  电压型PWM整流器
4.3.5  Vienna整流器
4.4  整流器的器件选择
4.5  整流器的常见应用
小结
例题
习题
上机作业
补充资料
第5章  交流-交流变换器
5.1  交流电压控制器
5.1.1  相控单相交流电压控制器
5.1.2  相控三相交流电压控制器
5.1.3  PWM交流电压控制器
5.2  交流-交流变频器
5.3  矩阵变换器
5.3.1  经典矩阵变换器
5.3.2  稀疏矩阵变换器
5.3.3  Z源矩阵变换器
5.4  交流-交流变换器的器件选择
5.5  交流-交流变换器的常见应用
小结
例题
习题
上机作业
补充资料
第6章  直流-直流变换器
6.1  静态直流开关
6.2  降压斩波器
6.2.1  第一象限斩波器
6.2.2  第二象限斩波器
6.2.3  第一和第二两象限斩波器
6.2.4  第一和第四两象限斩波器
6.2.5  四象限斩波器
6.3  升压斩波器
6.4  斩波器的电流控制
6.5  斩波器的器件选择
6.6  斩波器的常见应用
小结
例题
习题
上机作业
补充资料
第7章  直流-交流变换器
7.1  电压源型逆变器
7.1.1  单相VSI
7.1.2  三相VSI
7.1.3  PWM逆变器的电压控制技术
7.1.4  VSI的电流控制技术
7.2  电流源型逆变器
7.2.1  三相方波CSI
7.2.2  三相PWM CSI
7.3  多电平逆变器
7.3.1  二极管钳位型三电平逆变器
7.3.2  飞跨电容型三电平逆变器
7.3.3  H桥级联型逆变器
7.4  软开关逆变器
7.5  逆变器的器件选择
7.6  逆变器的常见应用
小结
例题
习题
上机作业
补充资料
第8章  开关电源
8.1  开关电源的基本类型
8.2  非隔离开关式直流-直流变换器
8.2.1  降压变换器
8.2.2  升压变换器
8.2.3  升降压变换器
8.2.4  uk变换器
8.2.5  SEPIC和Zeta变换器
8.2.6  非隔离开关式直流-直流变换器的比较
8.3  隔离开关式直流-直流变换器
8.3.1  单开关隔离式直流-直流变换器
8.3.2  多开关隔离式直流-直流变换器
8.3.3  隔离开关式直流-直流变换器的比较
8.4  谐振式直流-直流变换器
8.4.1  准谐振变换器
8.4.2  负载谐振变换器
8.4.3  谐振式直流-直流变换器的比较
小结
例题
习题
上机作业
补充资料
第9章  电力电子和清洁能源
9.1  为什么电力电子在清洁能源系统中不可或缺
9.2  光伏和风能可再生能源系统
9.2.1  光伏能源系统
9.2.2  风力能源系统
9.3  燃料电池能源系统
9.4  电动汽车
9.5  混合动力汽车
9.6  电力电子和能量守恒
小结
补充资料
附录A  Spice仿真
附录B  傅里叶级数
附录C  三相系统
中英文词汇表

译　者　序
现代电力电子技术的发展日新月异。熟悉并掌握这些新技术成为现代电气技术人员的一个基本要求。
《现代电力电子学导论》（第三版） 一书由美国内华达大学电力和生物医学工程系教授Andrzej M. Trzynadlowski博士所著。本书不但对电力变换的基本原理和方法进行了详细介绍，而且对电力变换的新发展和新概念进行了综述。此外， 本书还提供了大量配套的仿真案例，以加强读者对相关内容的理解。
本书由浙江工业大学信息学院王晶博士、南余荣教授和吴根忠教授合译。其中王晶博士和吴根忠教授负责第１ 章至第４ 章的翻译和审校， 王晶博士和南余荣教授负责第５ 章至第９ 章的翻译和审校。在整个翻译过程中， 还需要感谢原著作者Andrzej M. Trzynadlowski博士在原书内容方面积极高效的沟通， 感谢华北电力大学刘晋博士在专业知识方面提供的大量帮助， 感谢我在田纳西大学访学时认识的吴军博士、李振坤博士、徐瑞东博士、孙晓燕博士、崔博文博士、孙永辉博士、张旭博士提出的建议， 感谢我的儿子张睿博在英文翻译方面给予的建设性的意见， 感谢编辑杨博给予的无条件支持。
最后， 感谢我的丈夫和一对可爱儿女的陪伴以及坚定不移的支持。
由于本书涉及电力电子技术的各个领域， 内容非常丰富， 而译者水平有限， 难免存在错误， 希望得到读者的不吝赐教。
译者
于杭州

前    言
本书是面向本科生开设的电力电子技术的导论性课程，授课时间为一个学期。由于本书也对功率调节中使用的现代工具和技术进行了全面综述，因此，本书也适用于高级研修班。电气工程师和对电力电子相关领域感兴趣的工程师如果需要更新他们在电力电子方面的知识，可以将本书列为参考书目。学习本课程的学生需要有电路原理和电子技术基础的基本知识。
在本书第二版出版后的五年间，电力电子技术得到了稳健的发展。新型变换器的拓扑结构、应用和控制技术层出不穷。利用先进的半导体电力开关器件，电力电子变换器已经能达到上千伏特和上千安培的等级。面对全球变暖、各种地缘政治和环境问题、使用石化能源的生态和货币成本等威胁，清洁能源的使用受到了广泛的关注。因此，电力电子系统变得日益重要且无处不在。本书第三版的变化反映了现代电力电子技术的主导趋势。这包括PWM整流器、Z源直流电路、矩阵变换器和多电平逆变器以及它们在可再生能源系统、电动汽车和混合动力汽车的动力系统中的各种应用。
本书的第1章与其他教材不同，大多数教材的第1章都以概述为主，一般不涉及详细介绍。而本书的第1章就通过一个假想的通用电力变换器，介绍了电力电子的基本原理和方法。因此，教师的授课必须首先覆盖第1章的内容。
第2章和第3章对电力电子变换器的半导体电力开关、辅助元件和系统进行描述。尽管本书的重点是电路、运行特性、控制和变换器的应用，读者还是需要了解这些辅助的但却很重要的内容。
第4章到第7章分别对四种基本的电力变换方式——交流-直流、 交流-交流、直流-直流、直流-交流——进行介绍。第4章和第7章针对整流器和逆变器，这些变换器在现代电力电子技术中很重要，因此这两章所占篇幅最长。第8章讲解开关电源，第9章讲解电力电子技术在清洁能源系统中的应用。
本书的各章结构类似，均以摘要开始，以简单总结结束。大部分章节含丰富的例题、课后练习和上机作业。每章的结尾部分还列出了一些相关并且容易获取的参考资料。本书最后还包含3个附录。
为了便于讲解，本书提供两种极有价值的教学工具，一种是用PSpice软件搭建的虚拟电力电子实验室，另一种是PowerPoint演示文稿。虚拟电力电子实验室中包含46个PSpice文件，这些文件包含本书所涉及的大部分电力电子变换器的计算机模型，给读者提供了一个接触并观察变换器运行状态的机会。本书提供的PowerPoint演示文稿包括所有图表和重要的公式，它解决了教师在黑板上画复杂电路图和波形的难题。读者可以从如下网址获取相关的PSpice文件和PowerPoint演示文稿：http://www.wiley.com/go/modernpowerelectronics3e。
和现有的大多数工程类教材相比，本书非常简洁。尽管如此，学生若希望在一个学期内掌握本书的全部内容还需要进行大量的课后练习。本书推荐在课堂上描述基本问题、通过阅读指定的资料扩大学生的知识面、解决问题、进行PSpice仿真等多种教学方法。
我想向本书的审稿者表示衷心的感谢，感谢其提出的宝贵意见和建议。这些年来，我在内华达大学的学生们使用了本书的第一版和第二版，他们也提供了非常有建设性的批评和建议。最后想向我的妻子Dorota，孩子Bart和Nicole表示歉意，因为我花了太长时间投入本书的编写，同时感谢他们坚定不移的支持。

Andrzej M. Trzynadlowski 美国内华达大学电力和生物医学工程系教授。他在电力电子和电气传动领域发表了大量文章，并与世界各地的大学进行了多项富有成效的合作。他是美国电气和电子工程师学会（IEEE）的会员之一，IEEE工业应用学会中工业电源转换器委员会和工业电机委员会会员，IEEE电力电子技术期刊的副主编。<BR>Andrzej M. Trzynadlowski 美国内华达大学电气和生物医学工程系教授。他在电力电子和电气传动领域发表了大量文章，并与世界各地的大学进行了多项富有成效的合作。他是电气和电子工程师学会（IEEE）会士，IEEE工业应用分会的工业电力变换器委员会和工业电机委员会会员，IEEE电力电子技术期刊的副主编。

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现代电力电子学导论（第三版）