电力电子研究生复试可能遇到的问题和注意事情
电力电子技术目前有几个研究方向：高频开关电源技术：所有的信息系统与通信设备都需要使用开关电源，小到各种便携数码产品，还有现在时兴的各种平板电视，大到服务器系统、通信基站机房、及种种航空设施等；电力电子技术在电力系统中的应用：如各种谐波补偿、有源滤波装置等，还有不断发展的不间断电源设备（UPS），电动汽车的驱动与控制系统，电机的节能驱动方面如各种变频器（包括变频空调），在当前能源短缺的状况下，太阳能、风能及各种再生能源的应用，电力电子技术是最关键的技术要素。可以先从一些专业期刊了解一下这门学科，国内的有《中国电机工程学报》、《电工技术学报》、《电力电子技术》及《电工技术杂志》，国际上的有IEEE的《Power Electronics》、会议有IEEE的APEC、PESC、ECCE等。
电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养本专业人才中占有重要地位。
脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
简介
脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
编辑本段基本原理
随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM 法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的
电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。
编辑本段具体过程
脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：1、设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期2、在PWM控制寄存器中设置接通时间3、设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚4、启动定时器5、使能PWM 控制器
编辑本段脉冲宽度调制优点
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。
编辑本段控制方法
采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应
用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM 控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法.
等脉宽PWM法
VVVF(Variable V oltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化.相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量.
随机PWM
在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般不超过5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注.为求得改善,随机PWM方法应运而生.其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱.正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析,解决这种问题的全新思路.
SPWM法
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案.
等面积法
该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.
硬件调制法
硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制.
软件生成法
由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生.软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法.
自然采样法
以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制.
规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波.其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样.当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样. 规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小. 以上两种方法均只适用于同步调制方式中.
低次谐波消去法
低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法.其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开,表示为u(ωt)=ansinnωt,首先确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波. 该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点.该方法同样只适用于同步调制方式中.
梯形波与三角波比较法
前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%.因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法--梯形波与三角波比较法.该方法是采用梯形波作为调制信号,三角波为载波,且使两波幅值相等,以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制. 由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率.但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次,7次等低次谐波.
线电压控制PWM
前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制的,使其输出接近正弦波,但是,对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载,逆变器输出不必追求相电压接近正弦,而可着眼于使线电压趋于正弦.因此,提出了线电压控制PWM,主要有以下两种方法.
马鞍形波与三角波比较法
马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波,调制信号便呈现出马鞍形,而且幅值明显降低,于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下,可以使基波幅值超过三角波幅值,提高了直流电压利用率.在三相无中线系统中,由于三次谐波电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4]. 除了可以注入三次谐波以外,还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形,这些信号都不会影响线电压.这是因为,经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波.
单元脉宽调制法
因为,三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系,所以,某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和.现在把一个周期等分为6个区间,每区间60°,对于某一线电压例如Uuv,半个周期两边60°区间用Uuv本身表示,中间60°区间用-(Uvw+Uwu)表示,当将Uvw和Uwu作同样处理时,就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状,并且有正有负.把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号,载波仍用三角波,并把各区间的曲线用直线近似(实践表明,这样做引起的误差不大,完全可行),就可以得到线电压的脉冲波形,该波形是完全对称,且规律性很强,负半周是正半周相应脉冲列的反相,因此,只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定,线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了.这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号,但由于已知三相线电压的脉冲工作模式,就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了. 该方法不仅能抑制较多的低次谐波,还可减小开关损耗和加宽线性控制区,同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机,应用范围较小.
电流控制PWM
电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号,把实际的电流波形作为反馈信号,通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断,使实际输出随指令信号的改变而改变.其实现方案主要有以下3种.
滞环比较法
这是一种带反馈的PWM控制方式,即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器,得出相应桥臂开关器件的开关状态,使得实际电流跟踪给定电流的变化.该方法的优点是电路简单,动态性能好,输出电压不含特定频率的谐波分量.其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音,和其他方法相比,在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多.
三角波比较法
该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同,这里是把指令电流与实际输出电流进行比较,求出偏差电流,通过放大器放大后再和三角波进行比较,产生PWM波.此时开关频率一定,因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点.但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快.
预测电流控制法
预测电流控制是在每个调节周期开始时,根据实际电流误差,负载参数及其它负载变量,来预测电流误差矢量趋势,因此,下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差.该方法的优点是,若给调节器除误差外更多的信息,则可获得比较快速,准确的响应.目前,这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性.
空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通). 具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式.磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量,若采样时间足够小,可合成任意电压矢量.此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近最小.磁通闭环式引入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的脉动和噪音.但由于未引入转矩的调节,系统性能没有得到根本性的改善.
矢量控制PWM
矢量控制也称磁场定向控制,其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia,Ib 及Ic,通过三相/二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿对直流电动机的控制方法,实现对交流电动机的控制.其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制.通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制. 但是,由于转子磁链难以准确观测,以及矢量变换的复杂性,使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果,这是矢量控制技术在实践上的不足.此外.它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制,在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器,这显然给许多应用场合带来不便.
直接转矩控制PWM
1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(Direct Torque Control 简称DTC).直接转矩控制与矢量控制不同,它不是通过控制电流,磁链等量来间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量来控制,它也不需要解耦电机模型,而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值,然后,经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制,从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,能方便地实现无速度传感器化,有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度,并以新颖的控制思想,简洁明了的系统结构,优良的动静态性能得到了迅速发展. 但直接转矩控制也存在缺点,如逆变器开关频率的提高有限制.
非线性控制PWM
单周控制法[7]又称积分复位控制(Integration Reset Control,简称IRC),是一种新型非线性控制技术,其基本思想是控制开关占空比,在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例.该技术同时具有调制和控制的双重性,通过复位开关,积分器,触发电路,比较器达到跟踪指令信号的目的.单周控制器由控制器,比较器,积分器及时钟组成,其中控制器可以是RS触发器,其控制原理如图1所示.图中K可以是任何物理开关,也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号. 单周控制在控制电路中不需要误差综合,它能在一个周期内自动消除稳态,瞬态误差,使前一周期的误差不会带到下一周期.虽然硬件电路较复杂,但其克服了传统的PWM控制方法的不足,适用于各种脉宽调制软开关逆变器,具有反应快,开关频率恒
定,鲁棒性强等优点,此外,单周控制还能优化系统响应,减小畸变和抑制电源干扰,是一种很有前途的控制方法.
谐振软开关PWM
传统的PWM逆变电路中,电力电子开关器件硬开关的工作方式,大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高,而高频化是电力电子主要发展趋势之一,它能使变换器体积减小,重量减轻,成本下降,性能提高,特别当开关频率在18kHz以上时,噪声将已超过人类听觉范围,使无噪声传动系统成为可能. 谐振软开关PWM的基本思想是在常规PWM变换器拓扑的基础上,附加一个谐振网络,谐振网络一般由谐振电感,谐振电容和功率开关组成.开关转换时,谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程,谐振过程极短,基本不影响PWM技术的实现.从而既保持了PWM技术的特点,又实现了软开关技术.但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗,并使电路受固有问题的影响,从而限制了该方法的应用。
编辑本段脉冲宽度调制相关应用领域
PWM控制技术主要应用在电力电子技术行业,具体讲,包括风力发电、电机调速、直流供电等领域，由于其四象限变流的特点，可以反馈再生制动的能量，对于目前国家提出的节能减排具有积极意义。
编辑本段具体应用
简介
脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM 型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
PWM软件法控制充电电流
本方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC 的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。
PWM在推力调制中的应用
1962年，Nicklas等提出了脉冲调制理论，指出利用喷气脉冲对航天器控制是简单有效的控制方案，同时能使时间或能量达到最优控制。脉宽调制发动机控制方式是在每一个脉动周期内，通过改变阀门在开或关位置上停留的时间来改变流经阀门的气体流量，从而改变总的推力效果，对于质量流率不变的系统，可以通过脉宽调制技术来获得变推力的效果。脉宽调制通常有两种方法[15]：第一种为整体脉宽调制，对控制对象进行控制器设计，并根据控制要求的作用力大小，对整个系统模型进行动态的数学解算变换，得出固定力输出应该
持续作用的时间和开始作用时间；第二种为脉宽调制器，不考虑控制对象模型，而是根据输入进行“动态衰减”性的累加，然后经过某种算法变换后，决定输出所持续的时间。这种方式非常简单，也能达到输出作用近似相同。脉宽调制控制技术结构简单、易于实现、技术比较成熟，俄罗斯已经将其成功地应用于远程火箭的角度稳定系统控制中。但是当调制量为零时，正反向的控制作用相互抵消，控制效率明显比变流率系统低。而且系统响应有一定的滞后，其开关的频率必须远大于KKV本身的固有频率，否则不但起不到调制效果，甚至会发生灾难性后果。PWM美洲商陆，一种丝裂原\\
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
目录
简介
应用
作用
器件
进展
编辑本段简介
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。电力电子学（Power Electronics）这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基
础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。
编辑本段应用
一般工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业交通运输：电气化铁道、电动汽车、航空、航海电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿电子装置电源：为信息电子装置提供动力家用电器：“节能灯”、变频空调其他：UPS、航天飞行器、新能源、发电装置
编辑本段作用
(1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、
高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%，我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。(2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作用的保证和基础。(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化，并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。(4) 电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出，电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
编辑本段器件
02年出现了第一个玻璃的汞弧整流器。1910年出现了铁壳汞弧整流器。用汞弧整流器代替机械式开关和换流器,这是电力电子技术的发端。1920年试制出氧化铜整流器，1923年出现了硒整流器。30年代，这些整流器开始大量用于电力整流装置中。20世纪40年代末出现了晶体管。20世纪50年代初，晶体管向大功率化发展，同时用半导体单晶材料制成的大功率二极管也得到发展。1954年，瑞典通用电机公司(ASEA 公司)首先将汞弧管用于高压整流和逆变,并在±100千伏直流输电线路上应用，传输20兆瓦的电力。1956年，美国人J.莫尔制成晶闸管雏型。1957年，美国人R.A.约克制成实用的晶闸管。50年代末晶闸管被用于电力电子装置，60年代以来得到迅速推广,并开发出一系列派生器件,拓展了电力电子技术的应用领域。电力电子电路随着晶闸管应用的推广，开发出许多电力电子电路，按其功能可分为：①将交流电能转换成直流电能的整流电路；②将直流电能转换成交流电能的逆变电路；③将一种形式的交流电能转换成另一种形式的交流电能的交流变换电路；④将一种形式的直流电能转换成另一种形式的直流电能的直流变换电路。这些电路都包含晶闸管，而每个晶闸管都需要相应的触发器。于是配合这些电力电子电路出现了许多的触发控制电路。根据所用的器件,这些控制电路大体上可以分为3代。第一代的控制电路主要由分立的电子元件（如晶体管、二极管）组成。直到80年代后期，还用得不少。第二代由集成电路组成。自从1958年美国出现了世界上第一个集成电路以来，发展异常迅速。它应用到电力电子装置的控制电路中,使其结构紧凑,功能和可靠性得到提高。第三代由微机进行控制。70年代以来，由于微机的发展使电力电子装置进一步朝实现智能化的方向进步。电力电子装置随着电力电子电路的发展和完善，由晶闸管组成的许多类型的电力电
子装置不断出现。如大功率的电解电源、焊接电源、电镀用的直流电源；直流和交流牵引、直流传动、交流串级调速、变频调速等传动用电源；励磁、无功静止补偿、谐波补偿等电力系统用的电力电子装置；低频、中频、高频电源等各种非工频电源，尤其是感应加热的中高频电源；不停电电源、交流稳压电源等各种工业用电力电子电源；各种调压器等等。这些电力电子装置,与传统的电动机-发电机组比，有较高的电效率(以容量10千瓦至数百千瓦、频率为1000赫的电动机-发电机组为例,在额定负载下,效率η＝80％，并随负载减小而显著降低,若用晶闸管电源,η≥92％,且随负载变化不大），因此，有明显的节能效果。电力电子装置是静止式装置，占地面积小，重量轻，安装方便（以焊接电源为例,与旋转焊机相比，重量减轻80％,节能15％）。同时，电力电子装置往往对频率、电压等的调节比较容易，响应快，功能多，自动化程度高，因此用于工业上不但明显节能，还往往能提高生产率和产品质量，节省原材料，并常能改善工作环境。但电力电子装置大多为电子开关式装置，它往往对电网和负载产生谐波干扰，有时还对周围环境引起一定的高频干扰，这是在设计这些装置和系统时必须妥善解决的（见高次谐波抑制）。
编辑本段进展
从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础（尤其是晶闸管）的电力电子技术发展比较成熟。70年代末以来，两个方面的发展对电力电子技术引起了巨大的冲击。其一为微机的发展对电力电子装置的控制系统、故障检测、信息处理等起了重大作用,今后还将继续发展;其二为微电子技术、光纤技术等渗透到电力电子器件中，开发出更多的新一代电力电子器件。其中除普通晶闸管向更大容量（6500伏、3500安）发展外，门极可关断晶闸管(GTO)电压已达4500伏，电流已达2500～3000安；双极型晶体管也向着更大容量发展，80年代中后期其工业产品最高电压达1400伏，最大电流达400安,工作频率比晶闸管高得多,采用达林顿结构时电流增益可达75～200。随着光纤技术的发展，美国和日本于1981～1982年间相继研制成光控晶闸管并用于直流输电系统。这种光控管与电触发的晶闸管相比，简化了触发电路，提高了绝缘水平和抗干扰能力，可使变流设备向小型、轻量方向发展，既降低了造价，又提高运行的可靠性。同时，场控电力电子器件也得到发展，如功率场效应晶体管(power MOSFET)和功率静电感应晶体管(SIT)已达千伏级和数十至数百安级的电压、电流等级，中小容量的工作频率可达兆赫级。由场控和双极型合成的新一代电力电子器件，如绝缘栅双极型晶体管（IGT或IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）也正在兴起,容量也已相当大。这些新器件均具有门极关断能力，且工作频率可以大大提高，使电力电子电路更加简单，使电力电子装置的体积、重量、效率、性能等各方面指标不断提高，它将使电力电子技术发展到一个更新的阶段。与此同时，电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置的计算机模拟和仿真技术也在不断发展。
如果有的专业，估计到时候可能要用英语的，提前把答案的要点写好，弄成好听一点的英语，反复朗读、背诵哈！至少对自己的介绍，大概3分钟左右的英文稿子，要背的滚瓜烂
熟！
研究生复试必考的五大问题
考研面试过程中还有五大问题，是必考内容，一定要提前预习数十遍，一定要做到心中绝对有数，烂熟于胸才行。否则，你将来可就是地地道道的冤大头了。
1．姓名、年龄、从哪儿来？有无前科？
2．为什么要报考本学校的本专业？
3．你对这个专业的发展前景如何看待，机遇和挑战是什么？
4．你如果能够被录取，你打算作哪一方面的研究，为什么？
5．你认为你有什么保障，能够完成或胜任此研究？你觉得自己的强项和优势是什么？
当然，自我肯定了后，一定要记得说自己的不足，一定要向自己崇拜的那些导师学习哈！你想，如果你啥行，啥都懂了，那导师还领啥国家的研究生培养费、各种补助呢？抱着对你前途和未来负责的高尚情操，不能让你来，怕耽误了你的学术发展啊！
1、最好能穿得稍微正式点，显得干净利落。
2、如果你的长头发，那么面试时一定最好是能扎起来。
3、可以适当地化些淡妆，因为化妆是对别人的尊敬，注意是淡妆。
4、一般不建议涂口红，如果要涂口红的色要与你的衬衣等衣服保持大致一致。
另外，要提醒大家一点，作为在校学生，一般经济状况都不是很宽裕，最好不要佩戴项链等饰物，即使有一定的经济条件也不要戴项链，否则会显得很不朴实。另外，与女士相比，男士不要佩戴胸针、胸章，也不要佩戴自己学校的校徽，不要显得时刻在提醒人家你是著名“××大学的高才生”。
我的个人感觉，大方得体就好，不用特别正式，。长头发如果
要披肩。把头发洗的干干净净，看起来很直很顺，扎起来的，要让人感觉很干练。要求给老师干净、整齐的感觉。避免奇装异服，西装女裤。如果是我的话，我会选择风衣。最好是米色的，干净，素气。对了，有眼睛别忘了擦干净。花着很难看。下面是一些被T的着装，从网站搜的...
1.穿短裤,靴,
2.穿短裙,背带裤
3.染得紫色头发，红色头发
4.小脚裤，高筒袜
电力电子技术基础参考资料(doc 10页)
电力电子技术基础参考资料(doc 10页)
思考题与习题 1. 独立思考以下各小题，分别从“SCR、GTO、GTR、功率MOSEFT和IGBT”中选择合适的词填写在各小题的括号里。 （1）（）是半控器件，（）和（）是全控器件。 （2）（）和（）所需驱动电路的静态功耗接近于0。 （3）如果希望导通电流为15A时，器件主回路的导通压降小于220mV，则应选用（）作为主开关器件。 （4）除功率MOSFET外，（）的输入特性与功率MOSFET的输入特性类似。 （5）（）在导通电流为500A条件下，为了将它关断，它的控制极所需反向关断电流之峰值的绝对值需超过100A。 （6）（）的输入特性与双极型三极管的输入特性类似。 （7）如果希望制做一个升压型DC-DC变换电路，将450V 直流电源升高为650V直流电源，最大输出电流为200A，斩波频率为15KHz，则应选用（）作为主开关器件。 （8）（）如果已经导通，在主回路电流大于10A条件下，即使控制信号变为负值，它也不能关断。 2. 分析比较SCR（普通晶闸管）、双向SCR（双向晶闸管）、GTO （可 关断晶闸管）、GTR（电力双极型晶体管）、功率MOSFET和IGBT
（9）当U IN变化20%时，哪几种整流电路输出电压平均值的变化可小于3%？ （10）哪几种整流电路的功率因数低？ （11）哪几种整流电路的对交流输入电源造成的干扰小？ （12）如果在整流电路的输出与R L之间串接平波电感L，并希望在I RL达100A时R L两端电压的纹波因数小于1%，问：选用哪种整流电路所需L的电感量最小？ 6. 单相桥式二极管整流电路的交流输入电压有效值为220V，分别计算下列两种不同负载条件下整流输出电压的平均值U d、负载电流的平均值I d、每只整流二极管电流的平均值I DT 和有效值I T： （1）负载为纯阻性，R=10Ω。 （2）负载为电阻与电感相串联，R=10Ω，L可视为无穷大。 7. 由晶闸管构成的单相桥式全控整流电路的交流输入电压之有效值为100V，负载R=2Ω，L可视为无穷大，反电动势E=50V。试求α=30°时整流输出电流的平均值I d、每只晶闸管电流的平均值I dT和有效值I T。 8. 设晶闸管三相桥式可控整流电路输出带阻感负载，R=10Ω，L可视为∞？，它的三相交流输入线电压之有效值和全控整流输出电压之平均值分别为U lL和U d，U lL随电网电压波动的变化范围是320V至420V，晶闸管的导通压降可视为0，试求：
电力电子技术期末总结
#绪论： 1. 电子技术的两大分支是什么？ 信息电子技术与电力电子技术 *2. 简单解释电力电子技术。 使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。 3. 要学习的4种电力电子器件是什么？ 器件：电力二极管、晶闸管、IGBT、POWER MOSFET 四种。 *4. 电力变换器有哪几种？ 交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流 *5. 电力电子技术的应用？ 一般工业：电化学工业；交通运输：电动汽车、航海；电力系统：柔性交流输电、谐波治理、智能电网；电子装置电源；家用电器：变频空调；其他：航天飞行器、发电装置。 #第一章： 1.*电力电子器件的分类： 半控型：晶闸管；全控型：电力MOSFET、IGBT；不可控型：电力二极管； 电流驱动型：晶闸管；电压驱动型：电力MOSFET、IGBT； 2.*应用电力电子器件的系统组成： 由控制电路和驱动电路和电力电子器件为核心的主电路组成。 3.电导控制效应： 电导控制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1v左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。 4.电力二极管的基本特征：
5. 电力二极管的主要参数：正向平均电流IF(AV)反向恢复时间trr 、浪涌电流IFSM 6. 电力二极管的类型：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管 7. 晶闸管的静态特性和动态特性： A A G G K K b) c) a) A G K K G A P 1N 1 P 2N 2J 1J 2J 3 A P 1 A G K N 1P 2 P 2 N 1 N 2a) b)
u 8. 晶闸管的主要参数：电压定额、电流定额、动态参数 9.电力MOSFET 的基本特征： G D P 沟道b) a) G D N 沟道
电力电子技术的发展与应用
电力电子技术的发展与应用作为电气自动化的学生，我们有必要对专业课程电力电子技术做个全面的了解。我们先对电力电子的定义做了解，再对电子电力技术的发展做大致介绍，最后综述电力电子技术的应用。 电力电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的电子技术。电力电子技术包括电力电子器件、电力电子设备和系统及其控制三个方面，涉及电力电子器件，电力电子设备和系统，电力电子技术在各个行业的应用。与以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于功率（电力）变换，所变换“电力”功率的范围小到数瓦（W），大到数百兆瓦（MW）甚至吉瓦（GW）。 电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术，电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了
微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。 电力电子技术的发展史：一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。 晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明期。1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。20世纪30年代到50年代，水银整流器广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电。1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。 晶闸管时代，晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，并且其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。
电力电子技术课程重点知识点总结
1.解释GTO、GTR、电力MOSFET、BJT、IGBT，以及这些元件的应用范围、基本特性。 2.解释什么是整流、什么是逆变。 3.解释PN结的特性，以及正向偏置、反向偏置时会有什么样的电流通过。 4.肖特基二极管的结构，和普通二极管有什么不同 5.画出单相半波可控整流电路、单相全波可控整流电路、单相整流电路、单相桥式半控整流电路电路图。 6.如何选配二极管（选用二极管时考虑的电压电流裕量） 7.单相半波可控整流的输出电压计算（P44） 8.可控整流和不可控整流电路的区别在哪 9.当负载串联电感线圈时输出电压有什么变化（P45） 10.单相桥式全控整流电路中，元件承受的最大正向电压和反向电压。 11.保证电流连续所需电感量计算。 12.单相全波可控整流电路中元件承受的最大正向、反向电压（思考题，书上没答案，自己试着算） 13.什么是自然换相点，为什么会有自然换相点。 14.会画三相桥式全控整流电路电路图，波形图（P56、57、P58、P59、P60，对比着记忆），以及这些管子的导通顺序。
15.三相桥式全控整流输出电压、电流计算。 16.为什么会有换相重叠角换相压降和换相重叠角计算。 17.什么是无源逆变什么是有源逆变 18.逆变产生的条件。 19.逆变失败原因、最小逆变角如何确定公式。 做题：P95：1 3 5 13 16 17，重点会做 27 28，非常重要。 20.四种换流方式，实现的原理。 21.电压型、电流型逆变电路有什么区别这两个图要会画。 22.单相全桥逆变电路的电压计算。P102 23.会画buck、boost电路，以及这两种电路的输出电压计算。 24.这两种电路的电压、电流连续性有什么特点 做题，P138 2 3题，非常重要。 25.什么是PWM,SPWM。 26.什么是同步调制什么是异步调制什么是载波比，如何计算 27.载波频率过大过小有什么影响 28.会画同步调制单相PWM波形。 29.软开关技术实现原理。
电力电子技术课后题答案
0-1.什么是电力电子技术? 电力电子技术是应用于电力技术领域中的电子技术；它是以利用大功率电子器件对能量进行变换和控制为主要内容的技术。国际电气和电子工程师协会（IEEE）的电力电子学会对电力电子技术的定义为：“有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。” 0-2.电力电子技术的基础与核心分别是什么? 电力电子器件是基础。电能变换技术是核心. 0-3.请列举电力电子技术的 3 个主要应用领域。 电源装置;电源电网净化设备;电机调速系统;电能传输和电力控制;清洁能源开发和新蓄能系统;照明及其它。 0-4.电能变换电路有哪几种形式?其常用基本控制方式有哪三种类型? AD-DC整流电;DC-AC逆变电路;AC-AC交流变换电路;DC-DC直流变换电路。 常用基本控制方式主要有三类：相控方式、频控方式、斩控方式。 0-5.从发展过程看，电力电子器件可分为哪几个阶段? 简述各阶段的主要标志。可分为：集成电晶闸管及其应用；自关断器件及其应用；功率集成电路和智能功率器件及其应用三个发展阶段。集成电晶闸管及其应用：大功率整流器。自关断器件及其应用：各类节能的全控型器件问世。功率集成电路和智能功率器件及其应用：功率集成电路（PIC），智能功率模块（IPM）器件发展。 0-6.传统电力电子技术与现代电力电子技术各自特征是什么? 传统电力电子技术的特征：电力电子器件以半控型晶闸管为主，变流电路一般 为相控型，控制技术多采用模拟控制方式。 现代电力电子技术特征：电力电子器件以全控型器件为主，变流电路采用脉宽 调制型，控制技术采用PWM数字控制技术。 0-7.电力电子技术的发展方向是什么? 新器件：器件性能优化，新型半导体材料。高频化与高效率。集成化与模块化。数字化。绿色化。 1-1.按可控性分类，电力电子器件分哪几类? 按可控性分类，电力电子器件分为不可控器件、半控器件和全控器件。 1-2.电力二极管有哪些类型?各类型电力二极管的反向恢复时间大约为多少? 电力二极管类型以及反向恢复时间如下： 1）普通二极管，反向恢复时间在5us以上。 2）快恢复二极管，反向恢复时间在5us以下。快恢复极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者在100ns 以下，甚至达到20~30ns，多用于高频整流和逆变电路中。 3）肖特基二极管，反向恢复时间为10～40ns。 1-3.在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态? 维持晶闸管导通的条件是什么? 1、正向的阳极电压； 2、正向的门极电流。两者缺一不可。阳极电流大于维持电流。
电力电子技术总结
1、电力电子技术的概念：所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。 2、电力电子技术的诞生是以 1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。 3、晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对 晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。4、70年代后期，以门极可关断晶闸管（ GTO ）、电力双极型晶体管（ 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。 5、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。 6、把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（ PIC ）。 第二章 1、电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。 ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。◆由信息电子电路来控制 ,而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器2、电力电子器件的功率损耗 3、电力电子器件的分类 （1）按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件：?主要是指晶闸管（Thyristor ）及其大部分派生器件。 ?器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。◆全控型器件：?目前最常用的是 IGBT 和Power MOSFET 。 通态损耗断态损耗开关损耗 开通损耗关断损耗
?通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。 ◆不可控器件：?电力二极管（Power Diode）?不能用控制信号来控制其通断。（2）按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型：?通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。 ◆电压驱动型 ?仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控 制。 （3）按照驱动信号的波形（电力二极管除外） ◆脉冲触发型 ?通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控 制。 ◆电平控制型 ?必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件 开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。 4、几种常用的电力二极管：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管 肖特基二极管优点在于：反向恢复时间很短（10~40ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此， 其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。 弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此 多用于200V以下的低压场合；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。 5、晶闸管除门极触发外其他几种可能导通的情况 ◆阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应◆阳极电压上升率du/dt过高 ◆结温较高◆光触发
电力电子技术发展的重要性
随着计算机应用技术在电力系统中不断发展和普及化，对于电力电子技术的重视程度也越发增加。面对我国电力系统的不断建设和庞大的用电量，电力电子技术为我国当代电力生产供应系统提供了良好的技术平台，为电力系统的发电、配电、输电功能给予了支持。电力电子是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术。它是工业化和信息化融合的重要手段，它将各种能源高效率地换成为高质量的电能，将电子信息技术和传统产业相融合的有效技术途径。同时，还是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段，在执行当前国家节能减排、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着重要的作用。 电力电子的诞生,上世纪五十年代未第一只晶闸管问世，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。 电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺改进，已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各个发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究而言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进，在这些国家先进的电力电子技术不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术基础，也为电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。 “十二五”期间是实现我国小康社会的关键时刻，是我国实现强国强军梦想的重要阶段。为了实现这个宏伟的目标，必须认真贯彻我国政府制定的节能减排、绿色环保、低碳经济的基本国策。电力电子是实现上述基本国策的关键技术，和实现小康社会、强国强军紧密相连，发展电力电子技术和产业已成为我国科技、经济和国防的当务之急。发展我国的电力电子技术及产业，必须走有中国特色的创新之路，即坚持产学研用相结合，从跟踪国外先进技术开始，逐步走上自主创新之路。同时，要把技术创新和产品应用、市场推广相结合，以加快科技创新的良性循环，使我国电力电子产业和器件制造技术、产品设计技术得到长足的发展，通过“十二五”期间的努力，使我国电力电子技术和产业有一个跨越式的提高和发展，满足国民经济飞速发展的要求。
电力电子技术的主要应用领域
电力电子技术的主要应用领域 陈旻忞电气1321 （苏州科技学院天平学院江苏苏州215009） 摘要：电力电子技术在我国各行业现代化技术改造中可以发挥重大作用。随着科技技术的不断发展和人们要求的不断提高，电工电子技术的应用越来越广泛。本文主要从一般工业、电力系统、电气节能、新能源这几个领域对电力电子技术的应用进行分析。 关键词：电力电子；电机传动；电力系统；新能源；发电；节能 引言 电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域。最早成功的是高压直流输电，1986年美国电力科学研究院提出了灵活交流输电的概念，相应出现了统一潮流控制器等多种设备。电力电子设备和系统逐步投入运行，大幅度提高了电力系统的稳定水平，产生巨大效益。在节能方面，通过变频器、节能灯、无功补偿装置、开关电源、逆变焊机等，产生了比较明显的节能效果。在一般工业中，电力电子主要用于电机调速传动和电源。在全球气候变化和世界石油、煤炭等化石能源日益紧缺的今天，低耗高效和寻找开发新能源是根本出路。电力电子是解决能源问题的关键技术，它对新能源的开发、转化、输送、储存和利用等各方面发挥着重要的作用。随着再生能源技术的发展，“分布式发电系统”将得到更大的发展空间。 1 一般工业 电力电子技术在一般工业上的应用繁多复杂，主要应用于电机调速传动和电源，也包含了在输电环节的应用。本文在一般工业方面对电机调速传动和电源做主要阐述。关于输电环节的应用，则归于下一节电力系统中做详细阐述。
1.1 电机调速传动 在一般工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。在20世纪90年达中期以前，大多数调速系统都由采用晶闸管和双向晶闸管的变换器供电，最典型的是晶闸管——直流电机调速系统。在20世纪90年代中期以来，大功率IGBT 的应用，以及IGBT逆变技术的成熟和发展，迅速在相关功率等级的应用领域取代了晶闸管和双向进闸管[1]。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，交流电机的调速性能也直追直流电机，交流调速技术大量应用并占据主导地位。 1.2 电源 随着工业设备的大容量化和高性能化,对电源质量有了更高的要求。电源质量改善装置对此将起到重要的作用。在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术处于核心地位。开关电源是利用现代电力电子技术，控制功率半导体器件开通和关断的时间见、比率，维持稳定输出电压的一种电源。与线性稳压电源相比，开关电源体积小、效率高、重量轻，在各种电子设备中得到广泛运用。高频、高可靠、低耗、低噪音、抗干扰和模块化是开关电源的发展趋势[2]。 2 电力系统 2.1 在发电环节中的应用 2.1.1 大型发电机的静止励磁控制 静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单。可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件[3]。
电力电子技术对环境的影响
重庆大学本科生毕业设计 电力电子技术对环境的影响 学生：王伟 学号：20173973 指导老师：戴欣 专业：自动化
浅谈电力电子技术与环境保护 自人类进入电力时代以来，我们享受着电力带来的诸多好处，但同时我们也不可避免的在承受这电力所给我们带来的不利影响。本文就将从电力电子技术对人类与环境的益处及电力中各种现象对人类与环境的不利两个方面初略讲解电力电子技术与环境保护的关系。 人类对电力的使用标志着第二次工业革命的开始。不得不说正是由于人类实现了对电力的使用才有了当下社会的产生。在我们当下生活中，我们处处离不开电力，冰箱，空调，洗衣机，电器在我们生活中随处可见。而在电力的使用过程中，电力电子技术是其最为基本也是最为重要的一部分。正因为有了电子电力技术对电能的变换与控制才使得有了利用电能的能力与可能性。就电子电力技术对人类与环境的益处来说，我们应该从两个方面来考虑，一是电力传输过程中，二是电力使用过程 就电力电子在电力输送过程中的益处主要体现在电力电子技术的应用大大减少了电能在输送过程中的损失。当下世界电能的主要来源仍为火力发电（即通过燃烧矿石燃料来发电），就这一过程而言会产生大量有毒有害气体，这些气体排放到大气中后会带来各种环境问题例如酸雨等。而电力电子技术的使用使得电能在输送过程中的损失大大减少，从而从源头上减少了有毒气体的产生从而对大气污染的治理起到了积极的作用。而且矿石燃料的燃烧的减少还可以减少二氧化碳等温室气体的排放可以大大减缓温室效应，减少全球范围内极端天气的出现。从矿石燃料开采来说，矿石燃料的使用减少带动了矿石燃料开采减少从而是实现了减少了因为矿石燃料开采所带来的环境破坏问题。 电力电子技术在电能使用过程中对环境同样有着诸多的积极作用。以大气环境治理为例，当下电力电子技术对大气的有效治理主要是通过以下几个方面来实现：1.高压静电除尘；2.烟气脱硫脱氮；3空气净化。 在大气质量的评价体系中，粉尘含量是一个重要指标。为了减少空气中的浮尘含量，各国研究人员可谓是呕心沥血，而高压静电除尘技术则是一种较为新型的除尘技术。高压静电除尘是利用高压电场中的静电力，使得粉尘荷电产生定向运动从而将其从气体中分离得到净化的作用。该技术的使用可以大大减少气体中PM2.5等粉尘的含量从而实现对大气环境的优化。 大气中的二氧化硫，二氧化氮的含硫含氮养化物，是酸雨的主要形成因素。以前对大气污染中的该类污染所采取的治理方法主要是从源头上处理（即减少各种矿石燃料的燃烧）。伴随着电力电子技术技术的发展，电力电子技术方法除硫除氮逐渐出现。电力电子技术的脱硫脱氮主要有以下手段：1.电子束氨法脱硫脱氮技术；2脉冲电晕等离子法烟气脱硫脱氮技术； 3.电化学法脱硫； 4.高压脱硫。凭借着以上诸多手段现在我们可以通过电力电子技术实现对大气污染的有效治理，减少酸雨等极端天气的产生。 室内空气的洁净程度也是大气环境的一个重要组成部分。当下随着人们生活水平的不断提升空气洁净程度已经成为了人们予以必然关注的问题。在这一背景下，各种室内空气净化仪器层出不穷，就目前室内的空气净化电力电子设备而言主要分为以下几类：1.臭氧发生器；2.空调净化与计算机控制系统；3.智能空气净化器；4.空气负离子发生器，5加湿器。通过以上电力电子设备如今我们基本可以实现对室内空气的全方位优化。 就电力电子技术的不利影响而言，主要体现为两个方面：电磁干扰和谐波震荡。就电磁干扰而言其主要会带来以下的不利影响：1.诱导心血管疾病，糖尿病，癌变；2.造成流产，不育和畸形胎儿；3.影响大脑组织的发育，骨髓发育，并且可以造成视力衰减，4.电磁辐射对挥发性的危害高电平电磁感应和辐射可以引起挥发性气体或者液体的意外燃烧或者爆炸；5.可以干扰其它设备的正常运行；6.可能会对磁场造成干扰进而对鸽子等可以感知磁场的动物造成干扰。电磁干扰对我们生活的影响可谓是无处不在，在此我们就不在一一赘述。就谐波
电力电子技术的应用及其发展
【应用管理】 电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等血多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。随着电力电子、计算机技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的心技术，电力电子和计算机技术又是变频技术的核心，而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。 一、电力电子技术应用 用电领域中的电力电子技术，电动机的优化运行。全世界的用电量中约有60％左右是通过电动机来消耗的。高能量密度的电源应用，电化学电源广泛应用在作为国民经济的铜、铝、锌、镍等有色金属以及氯碱等电解产业中；体积小、重量轻、效率高的各种开关电源应用也是十分广泛；信息领域中的电力电子技术，电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制系统，日益成为信息产品中不可缺少的一部分；发电领域中的电力电子技术，发电机的直流励磁。常规发电机中励磁的建立已经由传统的直流磁励机转变为由中频交流励磁机加电力电子整流的方法，并已取得良好的经济效益，可靠性较高。水轮发电机的变频励磁。发电频率取决于发电机的转速，采用了电力电子技术后，将水轮发电机直流励磁转变为低频交流变频励磁。当水流量减少时，提高励磁频率，可以把发电频率补偿到额定，延长水轮发电机的发电周期，解决了水力发电中发电机工作时间受季节性水流量影响而导致的频率无法调节、浪费较多水能的问题；环保型能源发电，利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等新能源发电，是解决一次能源危机（煤、石油、天然气等石化类能源日趋匮乏）的重要途径，它们是可再生的绿色能源。 二、电力电子器件发展趋势 纵观几十年的发展历史，半导体器件起到了推动电子技术发展的作用，晶闸管等电力半导体器件扮演了电力电子发展中的主要角色。电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺，己成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进，在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术基础，也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。 1.全球范围内石油储量、煤储量逐渐在减少，生态平衡也严重受到破坏，环境污染越来越严重,现在世界各国普遍关注新能源的应用..新能源发电中的电力电子技术应用特点如下：一次能源供给随机性大，风能、太阳能都随天气情况而有很大变化;并网发电要求高，电网侧要求输入电能波动小，电能质量高等。 2.电力牵引（electric traction）是利用电能为动力的一种轨道运输牵引动力形式。电力机车或动车的牵引电动机将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通电动车辆组运行。因此，在以后的发展中，要不断应用先进的技术来扼杀电力牵引的缺点，达到尽量完美。 3.智能电网，就是电网的智能化，它是建立在集成的高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。智能电网技术正蓬勃发展，太阳能和风能发电是智能电网的分布式发电组成部分。从更高的层面来讲，现今的电网变得比以往更大、更安全及更高能效，但其智能化程度仍然偏低，故智能电网是当今的重要发展趋势。 我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比，仍有较大的差距，要发展和创新我国电力电子技术，并形成产业化规模，就必须走有中国特色的产学创新之路，即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路。从跟踪国外先进技术，逐步走上自主创新，从交叉学科的相互渗透中创新，从器件开发选择及电路结构变换上创新，这对电力技术创新是尤其实用的。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。国产电力半导体器件研发生产能力还落后于世界电力电子器件的发展水平，在新世纪国际电力电子崛起之时，中国电力半导体器件的落后状态将会影响中国经济的发展，国产电力半导体器件产业任重而道远。从发展前景看，以电力半导体器件及“变频技术”为核心的电力电子行业，在国家政策的强持下将会走向更加辉煌的明天。 电力电子技术的应用及其发展 刘云霞 （北方机电工业学校河北张家口075000） 摘要：随着科技的不断发展和人们要求的不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。电力电子技术作为信息产业和传统产业之间的桥梁，它将在国民经济中占有很重要的作用。本为主要从电气节能、新能源发电、电力牵引以及智能电网这几个领域对电力电子技术的应用进行分析。 关键词：电力电子；技术；应用及其发展 刘云霞：电力电子技术的应用及其发展 114 ··
电力电子技术重要公式总结
单相半波可控整流 带电阻负载的工作情况： 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。 触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a 表示,也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示 。 直流输出电压平均值： VT 的a 移相范围为180? 通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式简称相控方式。 R a u 1 i d b c d e ?+=+== π α α απωωπ 2 cos 145.0)cos 1(22)(sin 2212 22d U U t td U U (3-1)
带阻感负载的工作情况： 阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。 续流二极管 数量关系： b) c) d) e) f) d dVT 2I I π απ-=（3-5） d 2d VT 2)(21I t d I I πα πωπ π α-==?（3-6） d dVD R I I π απ2+=（3-7） d 22 d VD 2)(21R I t d I I πα πωπ α ππ +== ?+（3-8）
单相半波可控整流电路的特点： 1．VT 的a 移相范围为180?。 2.简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。 3.实际上很少应用此种电路。 4.分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。 b c d e f g i V a
单相桥式全控整流电路 带电阻负载的工作情况 : 数量关系： a 角的移相范围为180?。向负载输出的平均电流值为： 流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即： 2 cos 145.0212d dVT α+==R U I I （3-10） b c d u V 图3-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形 ?+=+==παααπωωπ2 cos 19.02cos 122)(d sin 212 22d U U t t U U （3-9） 2 cos 19 .02cos 12222d d ααπ+=+==R U R U R U I (3-11)
电力电子技术课程标准
《电力电子及变频器技术》课程标准 课程名称：电力电子及变频器技术计划学时： 72学时 适用专业：电气自动化（大专）开设学期：第二学期 制订：张进年审定： 一、前言 1.课程性质 《电力电子及变频器》是自动化、电气工程及其自动化专业一门重要的专业必修课。是一门横跨电力、电子和控制的新兴学科，是在多年教学改革的基础上，通过对工业自动控制相关职业工作岗位进行充分调研和分析，借鉴先进的课程开发理念和基于工作过程的课程开发理论，进行重点建设与实施的学习领域课程。它以《电工电子技术》课程的学习为基础，也是进一步学习《PLC 技术及应用》课程的基础。 2.课程设计思路 本课程以基于工作过程的课程开发理念为指导，以职业能力培养和职业素养养成为重点，根据技术领域和职业岗位（群）的任职要求，融合维修电工职业资格标准，以变流与变频典型工作过程，以来源于企业的实际案例为载体，以理实一体化的教学实训室为工作与学习场所，对课程内容进行序化，要求学生在对电力电子器件及应用有初步认识的基础上，能组建并调试简单直流调速系统、调光灯，能对开关电源进行检查与简单故障的维修，能使用和维护变频器。通过任务驱动教学及任务单的完成提高学生积极的行动意识和职业规划能力，培养学生的创新创业能力，为后续课程学习作前期准备，为学生顶岗就业夯实基础，同时使学生具备较强的工作方法能力和社会能力。 二、课程目标 通过本课程的学习，要求学生达到的知识目标有： (1)熟悉电力电子器件的特性、主要参数、驱动及保护，熟悉单相可控整流、三相可控整流电路的组成并了解其工作原理，了解触发电路的类型， (2)理解交流调压调光电路的组成并了解其工作原理，理解开关电源的组成并了解其工作原理， (3)熟悉变频器的组成并了解其工作原理。 技能目标： (1)能正确识别、选用电子电子器件，判断其好坏，能组建、调试单结晶体管触发电路，能组建、调试简单直流调速系统及调光灯。 （2）能检查维修开关电源，能使用和维护变频器，学会搜集资料、阅读资料和利用资料。 社会能力目标： （1）服从领导工作分配、遵守厂纪厂规、有职业道德，有一定的社交和应变能，
电力电子技术的发展及应用趋势
浅析电力电子技术的发展及应用 张友均 摘要：本文主要简要回顾了电力电子技术的发展史，简述了电力电子在电力系统中的一些应用及发展趋势。关键词：电力电子技术；发展史；电力系统；应用；发展趋势 1 引言 自上世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？美国电气与电子工程师协会下设的电力电子学会对“电力电子技术”的阐述是：有效的使用电力半导体器件，应用电路设计理论以及分析开发工具，实现对电能高效能变换和控制的一门技术。对电能的高效能变换和控制包括对电压，电流，频率或波形等方面的变换。它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 2 电力电子技术的发展史 电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 2.1 整流器时代 大功率的工业用电由工频( 50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解) 、牵引(电气机车、电传动的
电力电子实训心得体会
电力电子技术实验总结 随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术——电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。 本学期实验课程共进行了四个实验。包括单结晶体管触发电路实验，单相半波整流电路实验，三相半波有源逆变电路实验，单相交流调压电路实验. 单结晶体管触发电路实验 实验目的 (1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。 (2)掌握单结晶体管触发电路的基本调试步骤。 实验线路及原理单结晶体管触发电路利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和rc充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路。v6为单结晶体管，其常用型号有 bt33和bt35两种，由等效电阻v5和c1组成rc充电回路，由c1-v6-脉冲变压器原边组成电容放电回路，调节rp1电位器即可改变c1充电回路中的等效电阻，即改变电路的充电时间。由同步变压器副边输出60v的交流同步电压，经vd1半波整流，再由稳压管v1、v2 进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过r7及等效可变电阻v5向电容c1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压up时，v6导通，电容通过脉冲变压器原边迅速放电，同时脉冲变压器副边输出触发脉冲；同时由于放电时间常数很小，c1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压uv，使得v6重新关断，c1再次被充电，周而复始，就会在电容c1两端呈现锯齿波形，在每次v6导通的时刻，均在脉冲变压器副边输出触发脉冲；在一个梯形波周期内，v6可能导通、关断多次，但对晶闸管而言只有第一个输出脉冲起作用。电容c1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节rp1电位器改变c1的充电时间，控制第一个有效触发脉冲的出现时刻，从而实现移相控制。 实验内容 (1)单结晶体管触发电路的调试。 (2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。 单相半波整流电路实验 实验目的 1、熟悉强电实验的操作规程； 2、进一步了解晶闸管的工作原理； 3、掌握单相半波可控整流电路的工作原理。 4、了解不同负载下单相半波可控整流电路的工作情况。 实验原理 1、晶闸管的工作原理晶闸管的双晶体管模型和内部结构如下：晶闸管在正常工作时，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值一下。 2.单相半波可控整流电路（电阻性负载） 2.1电路结构若用晶闸管t替代单相半波整流电路中的二极管d，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路。变压器副边电压u2为50hz正弦波，负载 rl为电阻性负载。 三相半波有源逆变电路实验 实验目的 1、掌握三相半波有源逆变电路的工作原理，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。
对电力电子技术的认识
电力电子技术就是对电力的变换，控制，具体的说有直流变直流，直流变交流，交流变直流，交流变交流，还有功率的变换，其中交流变交流还包括，变频，变相等。 电力电子涉及由半导体开关启动装置进行电源的控制与转换领域。半导体整流控制、半导体硅整流的小型化等的出现,产生一个新的电力电子应用领域。半导体硅整流、汞弧整流器应用于控制电源,但是这样的整流回路只是工业电子的一部分,对于汞弧整流器应用范围而言是有局限的。半导体硅整流的应用涉及很多领域,如汽车、电站、航空电子、高频变频器等。电力电子技术创新电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺,已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地,各发达国家均在这一领域注入极大的人力,物力和财力,使之进入高科技行业,就电力电子技术的理论研究言,目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进,在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善,促进电力电子技术向着高频化迈进,实现用电设备的高效节能,为真正实现工控设备的小型化,轻量化,智能化奠定了重要的技术基础,也为电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比,仍有较大的差距,要发展和创新我国电力电子技术,并形成产业化规模,就必须走有中国特色的产学创新道路。 电力电子器件在其发展的初期(上世纪60年代- 80年代)主要应用于工业和电力系统。而近20年来，随着通信、计算机、消费电子、汽车等产业的蓬勃发展，电力电子器件的应用范围有了大幅度的扩展，其技术己成为航空、航天、火车、汽车、通信、计算机、消费电子、工业自动化及其他科学与工业部门至关重要的基础。当前，发展电力电子产业的首要意义在于节约电能，电力电子技术是实现高效节能、改造传统产业并促进机电一体化的关键技术。它是弱电控制与强电运行之间、信息技术与先进制造技术之间的桥梁，是我国国民经济的重要基础技术，是现代科学、工业和国防的重要支撑技术。电力电子器件是电力电子技术的基础和核心，电力电子技术的发展是围绕着各种新型电力电子器件的诞生和完善进行的。据统计，我国用于电机的电能占我国总发电量的60%以上。如果全国电机的驱动都采用电力电子器件进行变频调速，电机耗费的电能就可节能大约1/4到l/ 3，也就是说可节约全国总发电量的15ry0至20ry0。”节能和高效是电力电子技术的主要特征，这主要是因为电力电子器件一般工作在较理想的开关状态。 2009年建成三峡电站和三峡输电系统,东北、华北之间实现了500kV交流联网。到2010年,随着三峡电站和三峡输电系统的建成,我国中部将形成沿长江流域(包括川渝、华中、华东电网在内)以三峡电站为中心的发、变、输电中枢,所形成的交直流电力系统预计总容量将会接近20GW。与此同时,北方的华北、东北、西北电网将实现互联,南方电网也将进二步加强。全国形成北、中、南三大电网的格局,形成以500kV的输电网架,预计2020年左右将基本实现全国联网。随着东部地区核电的建设、西部巨型水电和坑口火电的开发,全国范围的远距离输电和电网互联将得到进一步加强。我国电力系统发展面临的大容量、远距离输电和大电网互联问题,将是我们未来lO～20年内要研究和解决的主要课题。面对当今世界和我国电力系统发展的巨大挑战,我们必须研究开发面向21世纪的先进能源技术、电源技术、电力系统技术。新世纪传统技术和电子信息技术、电力电子技术、先进控制理论等高新技术的进步将为这一目标的实现奠定了坚实可靠的技术基础。
《电力电子技术基础》读书笔记
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，因此，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。而电力电子技术的不断发展，新材料、新结构器件的陆续诞生，计算机技术的进步为现代控制技术的实际应用提供了有力的支持，在各行各业中的应用越来越广泛。电力电子技术在电力系统中的应用研究与实际工程也取得了可喜成绩。 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，主要用于电力变换。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术（理论基础是半导体物理）和变流技术（理论基础是电路理论）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，而变流技术则是电力电子技术的核心。 电力电子技术的发展史 自 20 世纪50 年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止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。在随后的40 余年里，电力电子技术在器件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化，在国际上，电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。 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，因此，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。1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为电力电子技术的诞生奠定了基础。晶闸管自诞生以来，电力电子器件已经走过了五十多年的概念更新、性能换代的发展历程。 第一代电力电子器件 以电力二极管和晶闸管(SCR)为代表的第一代电力电子器件，以其体积小、功耗低等优势首先在大功率整流电路中迅速取代老式的汞弧整流器，取得了明显的节能效果，并奠定了现代电力电子技术的基础。电力二极管对改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面都具有非常重要的作用。目前，硅整流管已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种主要类型。晶闸管诞生后，其结构的改进和工艺的改革，为新器件的不断出现提供了条件。由晶闸管及其派生器件构成的各种电力电子系统在工业应用中主要解决了传统的电能变换装置中所存在的能耗大和装置笨重等问题，因而大大提高电能的利用率，同时也使工业噪声得到一定程度的控制。 第二代电力电子器件 自20世纪70 年代中期起，电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、电力场控晶体管(功率MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、MOS 控制晶闸管(MCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等通断两态双可控器件相继问世，电力电子器件日趋成熟。一般将这类具有自关断能力的器件称为第二代电力电子器件。全控型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。 第三代电力电子器件 进入20 世纪90 年代以后，为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减少，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应用带来了很大的方便。后来，又把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC），也就是说，电力电子器件的研究和开发已进入高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新