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电力电子负载拓扑控制

Research on Power Electronic Load: Topology，

Modeling, and Control

Xu She,student member, IEEE, Yunping Zou, Chengzhi Wang, Lei Lin, Jian Tang, Jian Chen, senior member, IEEE Power Electronic Research Center, Huazhong University of Science and Technology

Email: shexu8511211@https://www.wendangku.net/doc/3d7980450.html,

A bstract-A novel power electronic load (PEL) is introduced in

this paper. This equipment can simulate R,L,C load as well as non-linear load. Furthermore, it can recycle the energy back to

grid. Topology for single phase AC PEL, three-phase AC PEL,

and DC PEL are presented firstly. Based on disadvantages of repetitive controller, an improved repetitive controller is presented to improve the dynamic performance of the system. Relative problems in back to back system are analyzed and mean filter is adopted to eliminate the harmonics in DC loop. The whole efficiency can be as high as 80%-90%. Simulation and experimental results are carried out to validate the effectiveness of the proposed control strategy.

I. I NTRODUCTION

The trend of power electronic is cost-effective and energy-efficient because the energy problem is crisis in the modern world. Most of the researches are emphasized on how to improve the efficiency of converter while less attention is paid to the energy consumption of the load. In 1990, Suresh Gupta proposed a method that uses a transformer to adjust the active and reactive power outputted by power source so as to test the equipment [1]. The disadvantages of this idea lies in that it is hard to get an accurate current for testing and it will feed the reactive power to grid. In the middle 1990s, Chu.C.L proposed an idea that uses a PWM rectifier which can run in four quadrants to recycle the energy to the grid [2]. However, an uncontrolled rectifier was adopted in this method, so it can only simulate limited load character. What is more, the DC bus voltage was not stabilized which is harmful to the stability of the whole system. In 2002, Huang.S.J proposed an advanced topology which adopts a controllable AC/DC rectifier as the former-stage converter [3]. Unfortunately, there is no deeply research about the whole system. In 2007, Chengzhi Wang introduced a novel power electronic load (PEL) and proposed a repetitive controller applied in it [4][5], a prototype of power electronic is designed which performs well for both linear load and non-linear load. Repetitive controller performs well when considering about steady state error, however, its dynamic performance is not good.

In this paper, topology for three-phase AC PEL, single- phase AC PEL, and DC PEL are given for the first time. Then, a novel improved repetitive controller which composed of traditional repetitive controller paralleled with PI controller is proposed to improve the dynamic response of the system. Furthermore, when considering about the stability of DC Bus voltage, a mean filter is adopted to eliminate the harmonics in DC voltage loop. Lastly, the efficiency diagram is given to show that this equipment can save as much as 80%-90% energy compared with traditional load. The topology and relative control method are verified with simulation and experiments.

II.T OPOLOGY OF P OWER E LECTRONIC L OAD

A.Basic topology

Fig.1 gives the basic topology of PEL which is used as a single phase PEL. It is composed of five parts:

1.Tested power source

2.Load Imitation Converter(LIC)

3.DC bus capacitor

4.Grid Connected Converter(GCC)

5.Grid

Fig.1 Basic topology of PEL

Due to the advantage of controllable quality of input current of the PWM rectifier, the phase difference between the output voltage of tested power source and input current of LIC can be various. Thus it can simulate characteristic of any load. Besides, this PWM converter can work both in the state of rectifier and inverter, GCC can feed the energy back in to the grid to realize the goal of energy feedback.

B. Topology of DC PEL

Based on the basic topology of PEL, if

S and

S are off

and

S is on for all the time. When control switch

S, the LIC is a boost converter and the system can be used as a DC PEL, as seen in Fig.2.

Fig.2 Topology of DC PEL

C. Topology of three phase PEL

In many application areas, three-phase power source has to be tested under certain condition, for example, working with unbalanced load. Based on this basic topology, three-phase PEL which can be applied either in both three-phase three- wire system or three-phase four-wire system can be composed as seen in Fig.3(a) and Fig.3(b).Because the system has been decoupled into single phase system, it can be controlled separately.

Fi g.3 Three phase PEL used in three phase three wire system

Fig.3(b) Tree phase PEL used in three phase four wire system

III.M ODELING OF POWER ELECTRONIC LOAD

As can be seen from discussion above, single phase PEL is the basic topology. The LIC tracks the current reference by current controller and offers the operation power of the whole system. The GCC is actually a rectifier which operates in recycling mode. It holds the system with high power factor and maintains the DC voltage constantly. With proper current reference and control scheme, the input power factor of the LIC can be adjusted to simulate the approximate linear load R, RL and RC. According to Fig.1, the circuit model of PEL can be established as below [5].

For the part 1:

sin()

u u tωθ

=+(1)

1111

a b

L u u i r

=??(2) For the part 2:

Assuming that

11111414

11111131312121414

12121313

S D D

S S D D D D

S D D

()、S()on

()、S()orS()、S()on

()、S()on

(3) We can obtain that

a b dc

u u S

=(4) 111

i i S

=(5) For part 3:

12_

dc dc dc c

C i i i

=?=(6) For part 4:

Assuming that

21212424

22121232322222424

22222323

S D D

S S D D D D

S D D

()、S()on

()、S()orS()、S()on

()、S()on

(7) We can obtain that

a b dc

u u S

=(8) 222

i i S

=(9) For part 5:

2222

a b

L u u i r

=??(10) Based on the circuit model obtained above, certain control strategy can be applied to the whole system.

IV.C ONTROL OF POWER ELECTRONIC LOAD

PEL is composed of two PWM rectifiers connected by a DC bus capacitor. According to the function of LIC and GCC discussed in part II and circuit model discussed in part III, the basic control scheme for LIC and GCC can be seen in Fig.4(a) and Fig.4(b)[5]. For LIC, there is only current loop to get the desired current used for imitating load character. For GCC, two loop control scheme are adopted to stabilize the DC

voltage and to feed the current to grid at a power factor of -1. What we need to consider is:

1. What kind of current control strategy should be adopted

if better tracking performance is desired?

2. What kind of filter should be adopted if an accurate

current reference signal wants to be obtained?

∑

Fig.4(a) Control diagram of LIC

u ()

u kT *u

Fig.4(b)Control diagram of GCC

A. Current control strategy

In paper [5], a repetitive controller combined with notch filter was proposed in PEL. For LIC, it need to imitate linear load including R,L,C load as well as non-linear load. When imitating non-linear load, the harmonic components of current are abundant. Considering the periodical character of harmonic components, repetitive controller is a good alternative compared with PI controller under this situation. Even for the effect of dead time and system delay time, it can be regarded as periodic disturbances too. Unfortunately, the repetitive controller is known to have a slow speed of response to dynamic variations of operating conditions such as sudden change in the load due to its open-loop manner in the first cycle of load change. So a PI controller is paralleled with repetitive controller to improve the dynamic response of the system. The structure of improved repetitive controller can be seen in Fig.5.

Σ+

(Q z r

k PI

Fig.5 Structure of improved repetitive controller

According to the structure of improved repetitive

controller, the following equations can be obtained:

()1()()

()1()N k r N

error O z K z S z i z Q z z ???=? (11)

()()()error ref s i z i z i z =? (12)

12()[()()]()()()s i z O z O z G z O z G z =+= (13) 2()

()

P error O z K i z = (14)

According to (11)-(14), we can obtain that

()((())()()()()()(1())((()()))

1()N k p r s N k ref p r

p K G z z Q z K G z z S z i

z G z

i z

K G

z z

Q z

z S

K G

z ?

(15)

The characteristic equation of the system is

(

)

(

))(

(()

()))

1()

G z

K G z

z Q

z S z K G z Δ=+?

?+ (16)

If all the characteristic roots locate in unit cycle, the system is stable. This can be used for designing the parameters of the system. Table.1 gives the parameters of LIC and GCC in PEL. T ABLE 1.P ARAMETERS OF LIC AND GCC

According to the design method of repetitive controller in PEL[5] and the stability demand discussed above, improved repetitive controller can be designed as seen in Table.2. What needs to be paid enough attention to is that when designing the controller, parameters disturbance should be considered in order to keep the stability of the system. Fig.6(a) and (b) give the bode diagrams of the improved repetitive controller for both LIC and GCC compared with PI controller, where Improved repetitive controller has a zero gain and zero phase shift characteristics in low frequency region. It is obvious that the system has a much better tracking performance when an improved repetitive controller is adopted.

T ABLE .2 P ARAMETERS OF C ONTROLLER FOR LIC AND

GCC

0.80850.19150.1149z z ??20.094920.075251.330.4997z z z +?

+0.0766

0.9617z

?0.025870.9871z ?0.96120.12940.1035

z z ??2

0.18890.13311.0310.3532

z z z +?

Fig.6(a) Bode diagram comparison of PI and improved competitive

controller for LIC

Fig.6(b) Bode diagram comparison of PI and improved competitive

controller for GCC

“*” stands for improved repetitive controller; “-”stands for PI controller

B. Filters used in DC voltage loop

PEL is composed of two single phase PWM rectifier. For a normal single phase PWM rectifier topology discussed above, there is second harmonic component in DC voltage. When two loop control strategy is adopted, the harmonic components in DC voltage will inevitably affect the current reference signal. While for PEL, it is a back to back system. The harmonic components in DC voltage will depend on working condition. Assuming that for LIC, the input voltage is 111sin u U t ω=and input current is 111sin()i I t ω?=+; for GCC, output voltage is 222sin()u U t ωθ=+and output current is 222sin()i I t ωθ=+. By establishing power balance equation, we can obtain that:

20111111

11111[sin(22)sin(2)284dc dc dc U U I r t I t CU ξω?ω?ωω==+?+ 22222222

11s i n (22)s i n (22)

48U I t I r t ωθωθωω+

+22

221121c o s (22)c o s (22)]44

L I L I t t ωθω?+

+++ (17) When imitating linear load and 12w w =, there is only second harmonic components in DC voltage. Under such a situation, notch filter can be used to eliminate the harmonics [5]. While in all other situations, especially when imitating non-linear load, the harmonic components in DC voltage are abundant, the performance of notch filter is bad. When considering about low pass filter, the filter effect is limited, which is known to all of us. In order to eliminate as much harmonics as possible, a mean filter was adopted. The structure can be described as shown in Fig.7.

Fig.7 Structure of mean filter

Where,

dc u is the actual DC voltage, s f is switching

frequency, ZOH1is zero-order holder at switching frequency.

NET f is the frequency of grid, ZOH2 is zero-order holder at

frequency of 50hz. ZOH3 is zero-order holder at switching frequency. For mean filter, its transfer function can be described as:

1()N K

K F z z N ??==∑ (18)

If this filter is designed as a FIR filter, then

(

0sin(

)

2()()sin(

)

2N N j j j K R K N F z W e

e e

N N

ωω

ωωω

????====∑i (19)

Where,s NET

f N f =

. The relationship between digital cut-off

frequency c w and the real cut-off frequency c f is

2/c c s f f ωπ= (20)

Thus we can obtain the frequency response at cut-off

frequency c w :

22(

)()

(

)()

2sin(

)

sin()

112()sin()

sin()

c s f f s

s s NET

f f c

NET

NET c

c c s

s f f f f f f f j j f j f f R f f W e

e e N

ππππωππ????== (21)

According to (21), if c NET f Kf =, then

()0c

j R W e

ω= (22)

Fig.8 gives the bode diagram from 0-1000Hz of mean filter and Fig.9 gives filter effect of mean filter, where in S is a DC signal with 100HZ harmonic component. The conclusion can be drawn that mean filter can eliminate fundamental

signal and its double frequency signals well.

Fig.8 Bode diagram of mean filter

T:0.02s/div

Fig.9 Filter effect of mean filter

V E XPERIMENTAL RESULTS

A prototype of PEL was built in our laboratory to verify the effectiveness of proposed control method. The specifications of the prototype are as seen in Table.1. Fig.10 (a)-(e) give the waveforms when imitating linear load and Fig.10 (f) gives the waveform when imitating non-linear load. By using

WA VESTAR, we can get the relative data shown in Table.3, which shows that the improved repetitive controller has a

good current tracking performance when used in PEL. It can be seen from Fig.10 (f) that because of the high wave factor

of current, there is voltage sag for tested power source. This testing condition is quite strict for power source.

90V/div

18.5A/div

T:5ms/div

90V/div 18.5A/div

T:5ms/div

u i

(a). R load

(b)RL load, 300

90V/div 18.5A/div

T:5ms/div

90V/div

18.5A/div

T:5ms/div

(d) RC load, 30

90V/div 18.5A/div

T:5ms/div

240V/div 18.5A/div

T:5ms/div

(e) RC load, 600 (f)non-linear load WF=3.0

Fig.10 Waveforms of PEL when imitating different load

T ABLE .3 T ESTING DATAS OF

PEL

Fig.11 gives the current and grid voltage for GIC when working in rated power (10KW). Because of the improved repetitive controller, the power factor can be as high as 0.997, THD is 3.2%.

90V/div 18.5A/div

T:5ms/div

u 2

Fig.11 current and voltage waveforms of GIC

In order to give comparison of filters used in DC voltage loop. Fig.12 (a)-(c) give the waveforms of PEL by using notch filter, low-pass filter, mean filter respectively. The THD of current fed back to grid are 17.63%, 9.7%, and 5.14%. Obviously, mean filter is the best choice especially when imitating non-linear load. Fig.13 gives the efficiency of PEL which stands for the energy saved by it. The efficiency can be

as high as 80%to 90%.

90V/div 18.5A/div T:5ms/div

18.5A/div

(a) Waveforms by using notch filter

90V/div 18.5A/div 18.5A/div

T:5ms/div

(b) Waveforms by using low pass filter

90V/div 18.5A/div T:5ms/div

18.5A/div

Fig.12 effect comparison of filters used in PEL

Fig.13 Efficiency of PEL

VI.C ONCLUSION

This paper introduces a novel power electronic load which is a good alternative for traditional load. Topology for single phase AC PEL, three-phase AC PEL and DC PEL are presented. Based on repetitive controller used in PEL, an improved repetitive controller was proposed. Furthermore, mean filter was adopted to eliminate the various harmonics caused by non-linear current of LIC. The whole work has been confirmed by simulations and experimental results. PEL, as new power electronic equipment, will contribute itself to the energy business of the whole world.

A CKNOWLEDGMENT

The authors would like to thank National natural science foundation of China and natural science foundation of Hubei because the research is supported by national natural science foundation (50777026) and Hubei natural science foundation (2007ABA051).

R EFERENCE

[1] Gupta S,Ruth R. Load bank elimination for UPS testing[C]. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Seattle, WA, USA ，1990. [2] Chu C L, Chen J F.Self-load bank for UPS testing by circulating current method[J].IEE Proceedings-Electric Power Applications,1994,

141(4):191-196.

[3] Huang S J, Pai F S. Design and operation of burn-in test system for three-phase uninterruptible power supplies[J]. IEEE Transactions. on Industrial Electronics, 2002, 49(1):256-263.

[4] Chengzhi Wang, Yunping Zou Research on the Single-phase PWM Rectifier Based on the Repetitive Control, IEEE ICIT, Chengdu, China,April 21-24,2008

[5] Chengzhi Wang, Yunping Zou Research on the Power electronic load

based on repetitive controller, IEEE APEC , Austin, Texas, US, February 24-28, 2008

电力电子装置及系统设计课程设计

《电力电子装置及系统》课程设计题目：基于UC3842的单端反激开关电源的设计学院电力学院专业电子科学与技术姓名学号指导教师完成时间2016.11.25

目录摘要 (1) 第一章：开关电源的概述 1.1：开关电源的发展历史 (2) 1.2：开关稳压电源的优点 (2) 1.2.1：内部功率损耗小，转换效率高 (2) 1.2.2：体积小，重量轻 (3) 1.2.3：稳压范围宽 (3) 1.2.4：滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小 (3) 1.2.5：电路形式灵活多样，选择余地大 (3) 1.3：开关稳压电源的缺点 (3) 1.3.1：开关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰 (4) 1.3.2：电路结构复杂，不便于维修 (4) 1.3.3：成本高，可靠性低 (4) 第二章：UC3842的原理及技术参数 2.1：UC3842的工作原理 (5) 2.2：UC3842的引脚及技术参数 (6) 第三章：单端反激开关电源 3.1：单端反激开关电源的原理 (7) 3.2：反激式开关电源设计 (9) 3.2.1：输出直流电压隔离取样反馈外回路 (9) 3.2.2：初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路 (11) 总结 (13) 参考文献 (13)

基于UC3842的单端反激开关电源的设计摘要开关电源是一种利用现代电子技术，控制开关晶体管和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，也是一种效率很高的电源变换电路，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。具有高频率，高功率密度，高可靠性等优点。本文主要介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于UC3842为控制芯片，实现输出电压可调的开关稳压电源电路。关键词：开关电源脉冲宽度调制 UC3842

电力电子装置及系统复习题及答案

概念部分（小题） 1、电力电子装置的主要类型：AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC、静态开关通信电源交流稳压电源充电电源通用逆变电源 3、直流电源装置电解电镀直流电源交流电源装置不间断UPS电源开关电源 4、缓冲电路的主要作用：抑制开关器件的di/dt 、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区内。 5、常用耗能式缓冲电路：无极性、有极性、复合型注：p14电路模型区分。 6、过电流保护方法：（1）利用参数状态识别对单个期间进行自适保护（2）利用常规方法进行最终保护。 7、为防止桥臂中两个开关器件直通，通常对两个开关器件的驱动信号进行互锁并设置死区 8、缓冲电路类型（判断或者填空）无源功率因数校正（在电源输入端加入低频大电感） 9、功率因数校正有源滤波器无功谐波补偿有源功率因数校正功率因数校正电路(单项有源校正装置主要是 boost，可分为不连续电流模式和连续电流模式) 10、UPS典型结构：稳压器整流器逆变器转换开关 UPS主要分类：后备式、双变换在线式、在线互动式、双变换电压补偿在线式（delta 变换式）其中：后备式是以市电供电为主的UPS，一般后备式UPS功率多在2kV A以下。其工作原理图见书P95图4.2 双变换在线式是以逆变器为主的工作方式，原理图书P95图4.3 11此外，在相同开关频率下，单极性的波动频率较双极性波提高一倍。 13、无源的功率因数校正是在输入端加电容电感进行被动补偿这是一种预补偿有源的是主动补偿比如我们讲的Boost功率因数校正器 14、逆变类型：全桥半桥推挽 15、开关电源结构， 16、功率因数校正概念， 17、逆变器结构， 18、感应加热电源（这些有的没有写出答案的大家自己对着书看一下啊，要断电了，来不及找了）

电力电子控制技术

《电力电子控制技术》课程实践教学大纲 Power Electronic Control Technology 课程编号：02 课程类别：独立开设实验课程学时：32（总学时32 实验学时32）学分：1 适用对象：电子信息工程专业“卓越计划” 先修课程：电路原理A、模拟电子技术Z、数字电子技术Z和电力电子技术一、课程的性质与任务课程的性质：本课程为电子信息工程专业“卓越计划”班提供的一门专业选修课。课程的任务：进一步巩固《电力电子技术》课程技术领域的电路基础知识、控制技术和测试实验技术。通过课程设计使学生加深理解电力电子变换电路的基本原理及其在工程实际中的应用；掌握电力电子变换主电路的选型及参数计算方法；掌握电力电子器件和装置的控制电路设计方法；通过让学生完成较为综合的实验课题，使学生在学习过程中养成独立完成“提出问题、研究问题、解决问题”的良好习惯，培养学生的探索求知精神，为今后从事与电力电子技术相关的科学研究工作打下良好的基础。二、教学的目的与要求《电力电子控制技术》是一门实践性很强的专业基础课，通过课程设计这一集中实践环节，巩固和加深对电力电子技术的理解，提高综合运用本课程及相关课程所学专业知识的能力。培养学生选用参考书，查阅手册及文献资料的能力。通过实际系统的分析设计，建立工程设计的基本概念和方法。通过实际设计中电力半导体器件的选用，掌握电力半导体器件的工程选用方法。通过小型电力电子系统的设计、电力电子变流系统的调试仿真与调试，掌握系统设计、调试和系统综合的基本方法，培养独立思考，深入研究，分析问题、解决问题的能力。能够够按要求编写课程设计报告书，能正确阐述和分析设计结果。三、考核方式及办法采取上机考核和平时成绩相结合的方法，综合评定学生成绩。主要对实验的态度、操作熟练程度、完成实验的质量（内容与报告）、解决问题的能力等方面进行考核。

电力电子装置及系统考试知识点太原理工大学(13届葬仪落任影汐整理)

第一章绪论 1、电力电子技术的核心是电能形式的变换和控制，并通过电力电子装置实现其应用。 2、电力电子装置定义：以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。 3、电力电子控制系统：电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统。 4、电力电子装置的主要类型： AC/DC变换器（整流器） DC/DC变换器（采用PWM控制的变换器也叫直流斩波器） AC/AC变换器（输入输出频率相同叫做交流调压器，频率变化叫变频器） DC/AC变换器（逆变器）静态开关（静态开关通、断时没有触点动作，从而消除了电弧的危害。且静态开关由电子电路控制，自动化程度高。） 5、电力电子装置的应用（1）直流电源装置：通信电源、充电电源、电解电镀直流电源、开关电源（2）交流电源装置：交流稳压电源、通用逆变电源、不间断电源UPS （3）特种电源装置：静电除尘用高压电源、超声波电源、感应加热电源、焊接电源（4）电力系统用装置：高压直流输电、无功功率补偿装置和电力有源滤波器、电力开关（5）电机调速用电力电子装置：直流、交流（6）其他实用装置：电子整流器和电子变压器、空调电源、微波炉、应急灯等电源 6、电力电子装置的发展前景：交流变频调速、绿色电力电子装置、电动车、新能源发电、信息来源 7、半导体电力电子开关器件：电力二极管、晶闸管、电力晶体三极管、电力场效应晶体管、绝缘门极双极型晶体管IGBT 8、电力转换模块：把同类或不同类的一个或多个开关器件按一定的拓扑结构及转换功能连接并封装在一起的开关器件组合体。功率集成电路PIC：将电力电子开关器件与电力电子变换器控制系统中的某些环节制作在一个整体上，就叫功率集成电路。电源管理集成电路：可以提供各种方式来控制电源转换并管理各种器件的集成电路。 9、散热：（1）为什么要散热？答:PN结是电力电子器件的核心，PN结的性能与温度密切相关，因而每种器件都规定最高允许结温，器件运行不得超过这个温度，否则许多特性参数改变，甚至使器件永久性烧坏，不散热，100A的二极管长时间流过50A也可能被烧坏。（2）散热的原理。散热途径有三种，但电力电子器件采用热传导和热对流两种方式。（3）散热措施：减少器件损耗：采用软开关电路，增加缓冲电路等措施。散热措施：提高接触面光洁度，涂导热硅脂，施加合适安装压力。选择有效散热面积大的散热器。结构设计注意风道的形成，可以用水、油等介质管道帮助冷却。 10、缓冲电路：（1）作用：抑制开关器件的di/dt、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区域内。（2）普通晶闸管用无极性缓冲电路，GTO、BJT、IGBT等自关断器件，工作频率比SCR高得多，用有极性缓冲电路。

电力电子装置大作业

电力电子文献综述姓名：范毅光班级：14电气2班学号：1405130221

电力有源滤波器电力电子装置自身所具有的非线性导致了电网中含有大量谐波，这些谐波给电力系统带来了严重的污染，严重危害了用电设备和通信系统的稳定运行。虽然传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点，但同时也有一些缺点，例如只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会与电网阻抗产生谐振反而而使谐波放大。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器，有源电力滤波器也是一种电力电子装置，且相关技术的研究也日渐成为研究的热点。本文阐述了几种常见APF的拓扑结构及各自的优缺点，详细分析了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法，比例控制和前馈控制两种电流环控制策略以及SPWM和SVPWM两种调制策略。介绍了电力有源滤波器的基本原理和结构，并设计了并联型有源电力滤波器的控制系统，实验结果表明,其谐波抑制和无功补偿可以达到良好的效果,在技术上是可行的。随着现代科技的发展，一方面，危害电能质量的因素不断增加，例如，以电力电子装置为代表的非线性负荷的使用、各种大型用电设备不断普及，如高性能办公设备、精密实验仪器、计算机、通信及数据处理系统、精密生产过程的自动控制设备等。上述问题的矛盾越来越突出，这使得电能质量问题对电网和配电系统造成直接危害和可能对人类生活造成的损失也越来越大，因此电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。一．谐波对电力系统主要危害： 1.谐波增加了公共电网的附加输电损耗，降低了发电、输电设备的利用率。 2.在电缆输电的情况下，谐波以正比于其电压幅值的形式增加了介质的电场强度，缩短了电缆的使用寿命，还增加了事故概率和修理费用。 3.谐波会影响甚至严重影响用电设备的正常工作。 4.谐波还引起某些继电器、接触器的误动作。 5.谐波使得常规电气仪表测量不准确。 6.谐波对周围环境产生电磁干扰，影响通信、电话等设备的正常工作。 7.谐波容易使电网产生局部的并联或串联谐振，而谐振导致的谐波放大效应又进一步恶化和加剧了所有前述问题。国家标准GB/T14549—1993对电能质量公用电网谐波作出了限定，因此减小谐波影响是电力工程必须考虑的重要问题。二．抑制谐波的方法：无源滤波器，又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用电力有源滤波器APF。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生与该

现代电力电子技术的发展、现状与未来展望综述上课讲义

现代电力电子技术的发展、现状与未来展望综述

课程报告现代电力电子技术的发展、现状与未来展望综述学院：电气工程学院姓名： ********* 学号: 14********* 专业： ***************** 指导教师： *******老师 0 引言

电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展［1］电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件（第一代电力电子器件）上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件（第二代电力电气器件）随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合

电力电子装置及系统

电力电子装置及系统概述张密李静怡牟书丹李子君 0 引言在电力系统中，许多功能的实现都需要靠电力电子装置来完成。比如说可再生能源的并网发电、无功和谐波的动态补偿、储能装置的功率转换、配用电能的双向流动、交直流电网的柔性互联等。随着科技的日益发展，大功率、高电压电力电子器件的发展，变换器单元化、模块化以及智能化水平的提高，控制策略和调制策略性能的提升，电力电子装置在电力系统中的作用会越来越大。 1 电力电子装置及系统的概念电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统，其基本组成如图所示。它是通过弱电控制强电实现其功能的。控制系统根据运行指令和输入、输出的各种状态，产生控制信号，用来驱动对应的开关器件，完成其特定功能。 2 电力电子装置的主要类型电力电子装置的种类繁多，根据电能转换形式的不同，基本上可以分为5大类：交流-直流变换器（AC/DC）、直流-交流变换器（DC/AC）、直流-直流变换器（DC/DC）、交流-交流变换器（AC/AC）和电力电子静态开关。 1.AC/DC变换器 AC/DC变换器又称整流器。用于将交流电能变换为直流电能。 2.DC/DC变换器 DC/DC变换器用于将一种规格的直流电能变换为另一种规格的直流电能。采用PWM 控制的DC/DC变换器也称直流斩波器，主要用于直流电机驱动和开关电源。 3.DC/AC变换器 DC/AC变换器又称逆变器。用于将直流电能变换为交流电能。根据输出电压及频率的变化情况，可分为恒压恒频（CVCF）及变压变频（VVVF）两类，前者用作稳压电源，后者用于交流电动机变频调速系统。 4.AC/AC变换器 AC/AC变换器用于将一种规格的交流电能变换为另一种规格的直流电能。输入和输出频率相同的称为交流调压器，频率发生变化的称为周波变换器或变频器。 5.静态开关静态开关又称无触点开关，它是由电力电子器件组成的可控电力开关。根据需要，以上各类变换可以组合应用。此外，各类变换器正在向模块化发展，可方便地组成不同功率等级的变换器。 3 电力电子装置的应用概况 3.1发电阶段中的应用（1）发电机组励磁。大型发电机组应用静止励磁技术，与励磁机相比，具有调节速度快、控制简单的特点，显著提高

《电力电子装置及控制》课程教学大纲

《电力电子装置及控制》课程教学大纲 Power Electronic Devices and Control 课程编号：2000151 适用专业：电气工程及其自动化学时数：48 学分数：3 执笔者：叶斌编写日期：2002.5 一、课程的性质和目的课程性质：《电力电子装置及控制》是电气工程及其自动化专业的专业课、必修课，主要内容为电力电子实用技术和典型电力电子装置的控制技术。主要任务 1．使学生了解电力电子技术在国民经济中的重大作用以及电力电子技术的发展现状，扩大学生视野，启发学生创新思维； 2．在先修课“电力电子器件”和“电力电子技术”课程的基础上，进一步介绍大功率变流电路的结构、工作原理、功能指标，理解大功率电力电子实用装置的构成、基本电量的计算方法和所有装置需解决的共同技术问题； 3．介绍几类电力电子实用装置，使学生掌握其工作原理、运行特性、以及依据装置所服务的实际负载特点所采用的控制手段，培养学生面向生产、面向实际、面向工程的实际运用能力。 4．本门课是在学生学习过多门技术基础课的基础上开设的，它涵盖知识的内容多，面广，难度大，实用性强，能培养学生融会贯通知识、提高综合应用知识解决实际问题的能力。二、课程教学内容第一章整流装置（6学时）内容：介绍大功率整流电路的典型结构和控制方式；整流装置的功能指标、改善功率因数的措施；电力电子装置的谐波及其抑制、快速静止无功补偿装置的基本原则。学习要求及重点：掌握大功率整流的典型电路结构，技术性能，功能指标、抑制谐波以及提高功率因数的措施。作业本章作业4~6题，内容：大功率多相整流基本电量计算2题；多重化整流电路的谐波分析计算2题；功率因数的计算1题；静止无功补尝装置原理分析1题。第二章逆变装置（6学时）内容：重点介绍逆变器输出谐波的抑制及波形的改善、三点式逆变电路工作原理、谐振直流环节逆变器以及DC/AC变换技术的应用。学习要求及重点：重点掌握谐波的抑制、SPWM波调制技术、三电平逆变器和谐振直流环节逆变器的工作原理，以及DC/AC变换技术的应用。作业：基本逆变电路的计算2题；逆变器的多重化技术2题；结合教学内容，查阅文献资料，写出有关逆变技术的应用论文1篇。第三章直流传动装置（10学时）内容：本章主要内容为由AC/DC和DC/DC变流装置供电的直流电动机系统特性及典型系统的控制技术。重点介绍V—M系统的开、闭环控制特性、直流电动机不可逆双闭环调速系统及可逆调速系统的控制技术及系统性能。

DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置简介及操作

DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介及操作 1-1 控制屏介绍及操作说明一、特点 (1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程的主要实验。 (2)实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，减少基建投资；实验装置只需三相四线的电源即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。 (3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。 (4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；除电源控制屏和挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。 (5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实保护操作者的安全，为开放性的实验室创造了安全条件。 (6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显区别，不能互插。 (7)实验线路选择紧跟教材的变化，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。二、技术参数 (1)输入电压三相四线制380V±10% 50Hz (2)工作环境环境温度范围为-5—40℃,相对湿度<75%,海拔<1000m (3)装置容量：＜１.5kVA (4)电机输出功率:＜200W (5)外形尺寸：长×宽×高=1870㎜×730㎜×1600㎜ 1-2 DJK01电源控制屏电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警

电力电子技术在电气控制中的应用

电力电子技术在电气控制中的应用摘要：电力电子技术是指将电子器件和相应技术应用到电力系统控制中，从而了解电能发展变化。电力电子技术在电气控制领域的应用能够提升电路系统的可靠性，促进电力系统完善化发展。为此，文章在阐述电力电子技术在电气控制中应用意义的基础上，具体分析电力电子技术在电气控制中的应用。关键词：电力电子技术；电气控制；应用引言在社会科技的发展进步下，电子科技为人们生活提供了更多的便利。其中，电力电子技术作为一种广泛应用在电力系统中的电子技术形式，能够加强对电力系统中各个电子元件的转换和控制，进而提升电力系统工作发展效率。电力电子技术由电子学、电工原理和自动化控制技术共同组成，三者相互配合，进一步加强了对电气设备的控制和对电路的数据检测，促进了人们对电力系统的稳定应用。 1电力电子技术概念电力电子技术是一门广泛应用于电力系统的电子技术，其目的就是对电力系统中的电子元件进行有效的转换和控制，从而达到提高电力系统工作效率的目的。电力电子技术主要分为电力电子器件制造技术和变流技术两部分，在电气控制的过程中电力电子技术充当重要的角色。电力电子技术依靠电子学、电工原理和自动化控制技术三个领域的相互合作，在工业生产中对电气设备进行有效的控制，电力电子技术对电气系统中的电路进行数据检测、信息记录和故障预警等功能，对不同生产工艺的电力设备的运行情况进行监控。 2电力电子技术在电气控制中应用的意义 2.1能够促进相关工作人员工作的顺利开展伴随人们用电需求的提升，传统电力系统应用问题日渐凸显出来，加重了电力系统故障，带来了电力应用安全隐患。为了减少这些安全隐患，促进电力系统安全发展，需要相关人员加强电力系统技术管理。电力电子技术的应用能够简化电力工作人员管理操作，提升电力系统技术管理效率。 2.2电力电子技术自身性能良好电力电子技术在技术构造、应用方向显示出了自身良好的性能，得到了人们的广泛应用，将其应用到电气工程中能够促进社会生产发展，带动电气工程进步。 2.3能够提升电子技术系统适应力电力电子技术显示出了良好的适应力，方便工作人员操作。将其应用在电气控制中能够提升工作效率，降低人们的工作压力，提升电力企业的发展空间。 3电力电子技术在电气控制中的应用分析 3.1电力电子技术在电气控制系统中软开关控制装置中的应用在电子技术和电力系统的不断发展下，电力系统本身对电磁的兼容性和工作效率要求提升，为此，需要电力装置系统进行改进，提升装置本身的轻便型和小型化。在传统的电力系统中，一般是通过开关控制来节省变压器和电容器元件空间。但是这种开关控制的方式会带来巨大的损耗，影响了电路发展效率，严重的还会产生一种额外的电磁干扰。电力电子技术支持下的软开关控制装置在某种程度上解决了噪音和过多损耗的问题，被相关人员广泛的应用在电力系统中。电力电子技术支持下的软开关控制装置在开关频率大于1Mhz的情况下，也能够保证自身性能达到最好的状态，有效将各个简单的电路并联形成一种新的组合电路，有效提升了电力系统性能，被广泛的应用到各个领域中。 3.2电气控制系统中的过电流保护电力电子电路在出现运行故障之后会出现过电流的现象。针对这种问题的解决以往采用的是尽快切断熔断器、直流快速断路器以及电流继电器的方式来保护电力电子主要电路。但是现阶段的电力电子器件变得越来越小，功率性能越来越大，传统的保护系统装置无法再起到作用。因而，为了减少过电流的现象，人们开始关注自动去除驱动控制信号方式。具体是指通过设置专门的过电流保护电子电路，对检测过电流之后及时发出、调节或者驱动电路。

电力电子装置-打印版

一、电力电子装置GC 1．电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现和控制的装置。 2．电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统。3．电力电子装置及其控制系统的基本组成：它是通过弱电控制强电实现其功能的 4．电力电子装置的主要类型（1）根据电能转换形式的不同，基本上可以分为5大类：交流-直流变换器(AC/ DC)、直流-交流变换器（D C/AC)、直流-直流变换器（DC/DC)、交流-交流变换器（AC/AC)和电力电子静态开关。 ① AC/DC变换器又称整流器。用于将交流电能变换为直流电能。 ② DC/DC变换器用于将一种规格的直流电能变换为另一种规格的直流电能。 ③ DC/AC变换器又称逆变器。用于将直流电能变换为交流电能。 ④ AC/AC变换器用于将一种规格的交流电能变换为另一种规格的交流电能。 ⑤静态开关又称无触点开关，它是由电力电子器件组成的可控电力开关。 5．电力电子装置的应用概况：（1）电力电子装置在供电电源、电机调速、电方至统'等方面都得到了广泛的应用。 ①直流电源装置通信电源充电电源电解、电镀直流电源开关电源 ②交流电源装置交流稳压电源通用逆变电源不间断电源UPS ③特种电源装置静电除尘用高压电超声波电源感应加热电源焊接电源④电力系统用装置高压直流输电无功功率补偿装置和电力有源滤波器电力开关 ⑤电机调速用电力电子装置交、直流调速装置 ⑥其他实用装置电子整流器和电子变压器空调电源微波炉、应急灯等电源 6．发展前景（1）交流变频调速绿色电力电子装置电动车新能源发电信息电源7．应用技术：（1）散热技术：PN结的性能与温度密切相关，每种电力电子器件都要规定最高允许结温Tim，器件在运行时不应超过7V和功耗的最大允许值Pm，否则器件的许多特性和参数都要有较大变化，甚至使器件被永久性地烧坏。（2）缓冲电路：抑制开关器件的di/dt、du/d t，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区内。能量以热的形式消耗在缓冲电路的电阻上。采用有极性的缓冲电路，以便加快电容或电感的抑制作用。（3）保护技术 ①防止过电流的措施：为了防止桥臂中两个开关器件直通，通常对两个开关器件的驱动信号进行互锁并设置死区。 1）互锁就是桥臂中一开关器件有驱动信号时，绝对不允许另一开关器件有驱动信号，可以利用门电路将桥臂中两个驱动信号进行互锁。 2）死区是指桥臂中两个开关器件都不允许开通的时间。一般元件的关断时间往往大于开通时间，当接收到开通信号后应该推迟一定的死区时间再驱动开关管，才能避免（死区t取关断t1.5~2倍） ②电流信号检测慢速型快速型；输出过压保护；输入瞬态电压抑制；输入欠压保护；过温保护；器件控制极保护；自锁式保护电路二、高频开关电源 1 / 4

电力电子装置与系统考试资料

电力电子装置与系统考试资料仅供参考学院：机电学院专业：应用电子班级：学号：姓名：

摘要：本文简单回顾了电力电子技术及其器件的发展过程，介绍了现在主流的电力电子器件的工作原理、应用范围及其优缺点，探讨了在21世纪中新型电力电子器件的应用展望。关键词：电力电子技术；晶闸管；功率集成电路；引言电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。从1958年美国通用电气（GE）公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了70年代，晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时，非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世，广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点，其研制及应用得到了飞速发展。由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件，因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下，随着理论研究和工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，先后出现了GTR、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件，被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展，如IGPT、MCT、HVIC等就是这种发展的产物。电力整流管整流管产生于本世纪40年代，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管等三种主要类型。其中普通整流管的特点是：漏电流小、通态压降较高（1.0～1.8V）、反向恢复时间较长（几十微秒）、可获得很高的电压和电流定额。多用于牵引、充电、电镀等对转换速度要求不高的装置中。较快的反向恢复时间（几百纳秒至几微秒）是快恢复整流管的显著特点，但是它的通态压降却很高（1.6～4.0V）。它主要用于斩波、逆变等电路中充当旁路二极管或阻塞二极管。肖特基整流管兼有快的反向恢复时间（几乎为零）和低的通态压降（0.3～0.6V）的优点，不过其漏电流较大、耐压能力低，常用于高频低压仪表和开关电源。目前的研制水平为:普通整流管（8000V/5000A/400Hz）；快恢复整流管（6000V/1200A/1000Hz）；肖特基整流管（1000V/100A/200kHz）。

电力电子装置

目录无功功率发生器（7000VA）设计 (2) 1 无功补偿装置概述 (2) 1.1无功补偿的作用和意义 (2) 1.2阻抗补偿方案 (5) 1.2.1 晶闸管投切电容器TSC (5) 1.2.2 晶闸管控制电抗器TCR (6) 1.2.3晶闸管控制串联电容器TSC (7) 1.3 电压源变流器型补偿方案 (7) 1.3.1 无功功率发生器 (8) 1.3.2 开关型串联基波电压补偿器 (9) 2静止无功发生器（SVG）的设计 (9) 2.1 静止无功发生器(SVG)主电路 (10) 2.2 无功电流检测电路 (13) 2.3 无功控制电路 (14) 3 系统仿真及分析 (15) 3.1 系统仿真模型 (15) 3.2 仿真结果与分析 (17) 结束语 (21) 参考文献 (22)

无功功率发生器（7000VA）设计1 无功补偿装置概述 1.1无功补偿的作用和意义自二十一世纪以来，我国经济飞速发展，电力系统作为国民经济基础，也因需求的不断增大，其规模也越来越大。而各行各业，对电力的需求和依赖变得越来越强烈，使得电力系统得到了迅速的发展。在保证电能质量的前提下，如何保证电力系统稳定、安全、经济的运行及提高用电效率是目前面临的一个重大而迫切的问题。电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在用电负荷和电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。无功功率反映了内部与外部往返交换能量的情况，它并不像有功功率那样表示单位时间所做的平均功率，但是它和有功功率一样是维护电力系统稳定，保证电能质量和安全运行必不可少的。如果电网中的无功功率不足，致使用电设备没有足够的无功功率来建立和维持正常的电磁场，就会造成设备的端电压下降，不能保证电力设备在额定的技术参数下工作，从而影响用电设备的正常工作。具体表现在以下三方面：（1）降低有功功率，使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。在额定电压和额定电流下，由cos =可以看出，若功率因数降低，则有功功率 P UIφ 随之降低，是设备容量不能充分利用。（2）增加输、配线电路中的有功功率和电能损耗。设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，是线路中的有功功率损耗增加。（3）是线路的电压损失增加。使负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，从而严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。特别是在用电高峰季节，功率

谈电力电子技术在电气控制中的应用

谈电力电子技术在电气控制中的应用发表时间：2018-09-12T09:33:55.043Z 来源：《河南电力》2018年7期作者：黄丽 [导读] 本文就电力电子技术在电气控制中的应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。黄丽（广东电网有限责任公司湛江吴川供电局 524500）摘要：本文就电力电子技术在电气控制中的应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。关键词：电力电子技术；电气控制；应用电子电力技术的应用推动了电气控制系统的发展，给人们的生产生活带来了较大的便利，随着自动化及智能化系统的进步，电气设备能够较高地运转及处理故障问题，设备得到了有效的改进，在很大程度上提升了机器的运转效率，保证了使用过程中安全性能。 1电子电力技术的概念及发展 1.1电力电子技术的概念电气控制系统中应用电力电子技术能够有效地提升机器的运转效率，实现了高效地对电子元件进行控制和转换的功能，这样有助于更好地完成电力系统的工作任务。在讨论电子电力技术时，主要对其进行两个方面的分类，即电力电子器件制造技术以及变流技术两类，电气控制操作过程中经常应用到电力电子技术，其应用原理主要是运用电子学、电工原理以及自动化控制技术进行互补操作，从而保证电气设备能够高效运转。电力电子技术还能够通过对电气控制系统中数据、信息进行传输以及识别，以便及时发现运转过程中存在的问题并及时发出警报，做到了对电气设备的有效监控。 1.2电力电子技术的发展现状关于电力电子技术的发展过程，可以从电子器件制造以及电子电路应用说起，特别是电子器件制造的发展过程主要经历了三个流程：不可控制型、半控制型以及全控制型，在经过这三个阶段的发展后，电子器件制造已经实现了完全的自动化控制模式。这种情况下不仅能够过促进电子电力技术的创新研发，而且能够进一步实现电气控制的智能化，例如在自动化与智能化的控制下，电气元件可以实现对下降时间、鲁性棒变化以及响应时间系统的有效监测及调节，并根据设备的元件装置建立适合电气系统运行的反馈系统，从而优化线路的运行状态，做到自控、自调节，在一定程度上节省了人力资源。现阶段针对电力电子系统发展要求的就是使用功率问题，在保证使用效率的情况下降低电力功率是值得长期研究的一个课题。 2电气控制中电力电子技术的应用优势 2.1应用范围广，操作简单我国幅员辽阔，人口众多，作为生产生活中的重要供给能源，对电能的依赖性非常的地大，尤其是近年来经济的不断发展，生产的不断扩大，对于电能的需求越来越大，对于电气工程的要求也越来越严格。电力系统涉及面广构成复杂，因此在实际的运作当中就会出现牵一发而动全身的现象，只要一个环节出错，便会引发连锁效应。电子技术的应用可以利用其高技术含量来维持电气系统的稳定性。电子技术不仅可以在电气工程中广泛应用，而且还极易操作，在应用中会极大的地降低操作难度，提高工作效率。 2.2电子技术提高了电气工程的质量和性能一般在电气系统当中，由于电力系统的复杂性，使得电气系统不仅涉及面广，需要考虑的因素众多，不仅需要进行自身技术的替身，另外还涉及到一些电力行业的其他技术，综合性强。电力电子技术的应用，大大的大大地减少了操作时间提高了操作效率，避免了操作失误，让整个设计更加的地严谨和实用。电力电子技术的技术不断进步，也使得其自身更具科学性，在应用时能够最大程度的地发挥其作用，也使得电气工程系统的质量更高，性能更强，让其组织结构更加合理科学。正是因为电力电子技术的重要性，因此必须对其更加重视，不断地进行技术的改进和突破，让电气工程有更好的发展。 2.3电力电子技术自身性能良好，能够提升电子技术系统适应力电力电子技术在技术构造、应用方向显示出了自身良好的性能，得到了人们的广泛应用，将其应用到电气工程中能够促进社会生产发展，带动电气工程进步。电力电子技术显示出了良好的适应力，方便工作人员操作。将其应用在电气控制中能够提升工作效率，降低人们的工作压力，提升电力企业的发展空间。 2.4能够促进相关工作人员工作的顺利开展伴随人们用电需求的提升，传统电力系统应用问题日渐凸显出来，加重了电力系统故障，带来了电力应用安全隐患。为了减少这些安全隐患，促进电力系统安全发展，需要相关人员加强电力系统技术管理。电力

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三相正弦波变频电源设计 1设计任务分析设计并制作一个三相正弦波变频电源，输出频率范围为20-100Hz，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载（Y型接法）。三相正弦波变频电源原理方框图如图1-1所示。图1-1 三相正弦波变频电源原理框图 2 三相正弦波变频电源系统设计方案选择 2.1 整流滤波电路方案选择方案一：三相半波整流电路。该整流电路在控制角小于30°时，输出电压和输出电流波形是连续的，每个晶闸管按相序依次被触发导通，同时关断前面已经导通的晶闸管，每个晶闸管导通120°；当控制角大于30°时，输出电压，电流的波形是断续的。方案二：三相桥式整流电路。该整流电路是由一组共阴极电路和一组共阳极电路串联组成的。三相桥式的整流电压为三相半波的两倍。三相桥式整流电路在任何时候都有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管中一个是共阴极组的，一个是共阳极组的。他们同时导通，形成导电回路。比较以上两种方案，方案二整流输出电压高，纹波电压较小且不存在断续现象，同时因电源变压器在正，负半周内部有电流供给负载，电源变压器得到了充分的

利用，效率高，因此选用方案二。滤波电路用于滤波整流输出电压中的纹波，采用负载电阻两端并联电容器C的方式。 2.2 逆变电路方案选择根据题目要求，选用三相桥式逆变电路方案一：采用电流型三相桥式逆变电路。在电流型逆变电路中，直流输入是交流整流后，由大电感滤波后形成的电流源。此电流源的交流内阻抗近似于无穷大，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电流是幅值等于输入电流的方波电流。方案二：采用电压型三相桥式逆变电路。在电压型逆变电路中，直流电源是交流整流后，由大电容滤波后形成的电压源。此电压源的交流内阻抗近似于零，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电压幅值等于输入电压的方波电压。比较以上两种方案，电流型逆变器适合单机传动，加，减速频繁运行或需要经常反向的场合。电压型逆变器适合于向多机供电，不可逆传动或稳速系统以及对快速性要求不高的场合。根据题目要求，选择方案二。 2.3 SPWM（正弦脉宽调制）波产生方案选择在给设计中，变频的核心技术是SPWM波的生成。方案一：采用SPWM集成电路。因SPWM集成电路可输出三相彼此相位严格互差120°的调制脉冲，随意可作为三相变频电源的控制电路。这样的设计避免了应用分立元件构成SPWM波形发生器离散性，调试困难，稳定性较差。方案二：采用AD9851DDS集成芯片。AD9851芯片由告诉DDS电路，数据输入寄存器，频率相位数据寄存器，告诉D/A转换器和比较器组成。由该芯片生成正弦波和锯齿波，利用比较器进行比较，可生成SPWM波。方案三：利用FPGA通过编程直接生成SPWM波。利用其中分频器来改变脉冲信号的占空比和频率，主要是可通过外部按钮发出计数脉冲来改变分频预置数，实现外部动作来控制FPGA的输出信号。

电力电子装置及系统课程设计说明书单端反激AC-DC-DC电源设计

目录 1设计要求 (2) 2设计原理 (3) 2.1高频开关电源的基本组成 (3) 2.1.1开关电源的输入环节 (3) 2.1.2功率变换电路 (4) 2.1.3 控制及保护电路 (5) 2.2单端反激电源基本原理 (7) 2.2.1共同关系式 (7) 2.2.2连续工作模式 (8) 2.2.3不连续工作模式（含临界工作模式） (8) 3单端反激AC-DC-DC电源的设计 (9) 3.1 整流环节设计 (9) 3.2滤波环节设计 (12) 3.2.1滤波原理 (12) 3.2.2 RC滤波电路 (12) 3.2.3 LC滤波电路 (13) 3.2.4 滤波参数设计 (14) 3.3 主电路设计 (16) 3.3.1单端反激式开关电源电路的设计 (16) 3.3.2反馈环设计 (16) 4 模型仿真 (18) 4.1 AC DC整流滤波电路仿真 (18) 4.2开环系统仿真 (19) 4.3 闭环系统仿真 (22) 5 小结 (25) 参考文献 (26)

单端反激AC-DC-DC电源（20V，10W）设计 1 设计要求初始条件：设计一个AC-DC-DC电源，具体参数如下：三相交流输入220V/50Hz，输出直流电压20V,纹波系数<5%，功率10W。要求完成的主要任务: （1）对AC-DC-DC 电源进行主电路设计；（2）控制方案设计；（3）给出具体滤波参数的设计过程；（4）在MATLAB/Simulink搭建闭环系统仿真模型，进行系统仿真；（5）分析仿真结果，验证设计方案的可行性。

2 设计原理 2.1高频开关电源基本组成高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路以及控制驱动保护电路3大部分组成。 2.1.1开关电源的输入环节 1）输入浪涌电流和瞬态电压的抑制（1）输入浪涌电流抑制在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，在交流电源端会呈现非常低的阻抗，产生大的浪涌电流，为了将浪涌电流控制在安全范围内，根据高频开关电源功率的大小，一般采取以下两种方法：一种是限流电阻加开关，另一种是采用负温度系数热敏电阻的方法。限流电阻加开关的方法，是将限流电阻串接于交流线路之中或整流桥之后的直流母线上，开关与限流电阻并联，当滤波电容充满电荷后，开关导通，短接电阻，因此可用晶闸管组成无触点开关。选择具有负温度系数的热敏电阻NTC取代上述电阻，就不需要开关。在合闸的瞬间NTC电阻的阻值很大，流过电流之后，温度上升，阻值迅速变小，既可以限制浪涌电流，又可以保证输入环节在稳态工作时不消耗太大的功率。对于功率很小的开关电源，可以直接在线路中串接电阻限制浪涌电流。（2）输入瞬态电压抑制通常是在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管来抑制输入瞬态电压。瞬态电压抑制二极管简称TVS器件，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低，允许大电流听过，并将电压钳制到预定水平，它的应用效果相当一个稳压管，但TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其钳位响应时间仅为1ps。在脉冲时间10ms条件下，TVS允许的正向浪涌电流可达 50A~200A。双向TVS适用于交流电路，单向TVS用于直流电路

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