电力电子变压器建模方法及控制技术研究

山东大学

硕士学位论文

电力电子变压器建模方法及控制技术研究

姓名：刘文思

申请学位级别：硕士

专业：高电压与绝缘技术

指导教师：李庆民

20110520

电力电子变压器理论研究综述

作者简介：晏阳(1988- )，男，硕士研究生，研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用。电力电子变压器理论研究综述摘要：介绍了目前国内外电力电子变压器的研究概况，对电力电子变压器发展过程中出现的斩控式电力电子变压器、交-交-交型电力电子变压器、反激型电力电子变压器、双PWM 变换型电力电子变压器几种典型的设计构想进行了梳理，并且给出了相应的主电路拓扑。通过分析电力电子技术在电力电子变压器研究领域的相关理论及其应用，阐述各种拓扑的优缺点，并给出了主要的研究方向和发展趋势。关键词：电力电子变压器；电力电子技术；电能质量中图分类号：TM401+.1 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2012)03-0005-04 晏阳 (东南大学电气工程学院，江苏南京 210096) Abstract: Introduction was made to the present research survey of power electronic transformers at home and abroad. This paper hackled several typical design schemes such as chop-controlled power electronic transformer, AC-AC power electronic transformer, flyback power electronic transformer and double PWM power electronic transformer and gave the corresponding main circuit topolo-gy. Via analysis to the relevant theory and its application of power electronic technology in power electronic transformer field, this paper expatiated on advantages and disadvantages of various topologies and summarized the main research direction and developing trend of power electronic transformers. Key words: power electronic transformer; power electronic technology; quality of power supply YAN Yang （School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China ） Research Summary of Power Electronic Transformer Theory 0 引言电力电子变压器(power electronic trans-former，PET)，又称固态变压器(solid trans-former)，是一种通过电力电子技术实现电力系统电压变换和能量传递的新型变压器。相对于传统变压器而言，电力电子变压器具有如下优点[1]：(1)体积小，重量轻，环境污染小；(2)运行时二次侧输出电压幅值恒定，不随负载变化，且平滑可调；(3)一次、二次侧电压为正弦波形，功率因数可调；(4)一次、二次侧电压、电流和功率均高度可控[2]；(5)本身具有断路器的功能，无需传统的变压器继电保护装置。电力电子变压器是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题，也是解决电能质量问题，建设“绿色电网”、“数字电网”的可行途径之一。目前在国内外，都有很多相关的研究和开发。在电力电子变压器的设计和研发中，大规模的电力电子器件以及相应的电力电子变流技术得到了广泛的应用。本文总结电力电子变压器研究的发展历史及主要的电路拓扑，并分析各个拓扑的电路原理和应用情况。 1 国内外研究现状电力电子变压器起源于美国。通用电气公司的W.McMurray于1970年在一份专利中首先提出了基于AC/AC变换电路的电力电子变压器[3]。在随后的发展过程中，科研人员提出了传统AC/AC变换、buck 变换、AC/DC/AC变换等多个研究课题，并取得了一

过程控制系统习题解答

《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。一、连续生产过程的自动控制连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。三、被控过程是多种多样的、非电量的现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。

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

电力电子变压器简介

电力电子变压器简介编者按：电力电子变压器是一种有发展前途的电力电子设备。它与目前使用的铁芯铜线变压器，有明显的优点，特别是耐高压（15kV）的碳化硅器件的成熟会给电力电子变压器的发展带来新的机遇。它是未来智能电网的得利电力电子设备。作为一种新型的电力变压器，得到了国内外研究人员越来越多的关注。此外，电力电子变压器能否将电压变换与电能质量调控结合一起解决？如一条轧钢生产线使用的变压器，采用电力电子变压器，可以即变压，又能实现电能质量调控，能否有可能？我公司已开发成功的‘’27.5k V转10k V‘’装置也是一种电力电子变压器。轻型直流输电系统也可兼有电力电子变压器功能。可见，公司已具备生产电力电子变压器的能力。根据现有资料选编成“电力电子变压器简介”一文。文中内容不一定十分准确，供公司开发新产品参考。王春岩2010.10.22 1、定义电力电子变压器，又称为固态变压器——P E T ( P o w e r E l e c t r o n i c T r a n s f o r m e r )，也有称为EPT。电力电子变压器是一种含有电力电子变换器，且通过高频变压器实现磁耦合的变电装置，它通过电力电子变换技术和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递。 2、电子电力变压器的基本组成和工作原理 2、1 基本组成（以单相为例）

基本组成见图2.1 2、2 直接、AC/AC变换的电力电子变压器（以单为例） 2、3 含直流环节的PET

2、4 单相含直流PET的电路结构 2、5 用于风电、光电和小水电单相并网PET 图2.5用于风电、光电和小水电单相并网PET 3、电力电子变压器优点和缺点： 3、1 优点 1）．体积小，重量轻，无环境污染； 2）．运行时可保持副方输出电压幅值恒定，不随负载变化； 3）．始终保证原、副方电压电流为正弦波形，并且原、副方功率因数任意可调；4）．具有高度可控性，变压器原副方电压、电流的幅值和相位均可控：

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。

配电系统电力电子变压器的研究

配电系统电力电子变压器的研究作者：佚名转贴自：电力安全论坛点击数： 35 更新时间：2008-7-28 配电系统电力电子变压器的研究方华亮，黄贻煜，X澍，陆继明，毛承雄 (华中科技大学电气与电子工程学院，XX430074) 摘要: 供电可靠性及电能质量一直是用户和供电部门密切关注的问题。在电网中，变压器是电能转换的最基本的元件，但常规变压器难以对供电可靠性的提高和电能质量的改善作出贡献。本文介绍了一种全新的产品－电力电子变压器，它具有提高供电可靠性、改善电能质量并且体积小、重量轻、环保效果好等一系列优点，可以较好地解决这些问题。在对电力电子变压器现有方案进行分析的基础上，本文提出了一种新的实现方案，计算机仿真结果表明：变压器原方可以实现输入电流波形为正弦和功率因数接近于1，变压器副方可以获得良好的输出电压、电流。关键词: 电力电子变压器; 高频变压器; 供电可靠性; 电能质量; 脉宽调制 1引言当今社会经济的快速发展，使得人们对供电可靠性以及改善电能质量提出了越来越高的要求。如果一个供电系统的可靠性不能保证，停电不只是给供电企业带来损失，给用户将造成更大的经济损失。就电能质量而言，一种频率、电压、波形的电能已远远不能满足用户要求，经过变换处理后再供用户使用的电能占全国总发电量的百分比比值的高低，已成为衡量一个国家技术进步的主要标志之一。如在美国，2000年末，发电厂生产的40%以上的电能都是经变换和处理后再供负载使用，预计到21世纪二、三十年代，美国发电站生产的全部电能都将经变换和处理后再供负载使用。如何更进一步提高供电可靠性和改善电能质量已成为供电部门十分重视和不断努力解决的问题，在供电系统中，变压器是实现电能转换的最基本、最重要的元件之一，对供电可靠性和电能质量有着重大的影响。目前广泛使用的配电系统变压器通常是采用铁芯油浸式，其运行可靠和效率较高；但同时，也存在以下一些不足之处［1］： ·不能维持副方电压恒定； ·铁芯饱和时，会造成电压电流的波形畸变，产生谐波； ·原副方电压、电流紧密耦合，负荷侧的波动会影响到电网侧； ·需装备继电保护装置； ·体积大，笨重； ·矿物油会带来环境问题，且不易维护；基于以上常规变压器的一些不足之处，如何进一步提高变压器的功能、改善其运行特性以更好的发挥其在供电系统中的作用，从而实现进一步提高供电可靠性、改善电能质量的愿望，是一个十分值得我们深入研究的课题。目前随着电力电子变流技术和大功率电力电子器件的迅速发展，以及在电力系统中的应用日益广泛，所有的这些为我们研制新型变压器奠定了很好的基础。我们要研制的新型变压器主要是采用电力电子技术实现的，我们称之为电力电子变压器。对电力电子变压器的研究，国内在这方面还基本上未开展，国外在十多年前就已提出了这个概念。首先是美国海军的一个研究计划，提出了一种“交流－交流”的降压变换器构成的电力电子变压器；在这之后，由美国电力科学研究院(EPRI)赞助的一个研究项目

电力电子电路建模与分析考试题答案

1.推演单相全桥SPWM 逆变电路的动态模型 L E S 1S3 S 2S 4R L 非线性部分（开关网络）线性部分R 电感内阻 C 电路可看作两部分：线性部分→输出u 0，输入u i ；非线性部分(开关网络) →输出u i ，输入u r (调制波)。分析：u i 有两种电平，当S 1、S 4导通时，u i =E ；当S 2、S 3导通时，u i =-E ； ()12-=S E u i ???=导通时、导通时、S S S S S 324101（1）由于开关函数S 的存在，使得u i 的幅值变化不连续，故对上式取开关周期平均值； () ()t D S S E u i =-=，12（2）假设采用如图所示规则采样，则D (t )可推导如下(设载波频率为f W ，对应周期为T W )： u r U tri T w /2Δt D (t ) 可得，()???? ??+=+=U u T t T t D tri r w w 12122?（3）将（3）代入（2）有： ()()()U u E t D E S E u tri r i =-=-=1212（4）即：U E u u tri r i = 可得调制器逆变桥输出u i 的开关周期平均值与输入u r 之间的传递函数为： ()()U E S U S U t r i r i = U i 与U o 之间是一个线性电路，不难得出其传递函数为：

()()()???? ??++???? ??++=++=R R s C R R L s LC Cs //R Ls R Cs //R s U s U L L L L i o 11211111 综上可得调制器输入u r 与逆变器输出u o 之间的传递函数为： ()()()()()()U E R R s C R R L s LC s U s U s U s U s U s U tri L L r i i o r o ???? ? ??++???? ??++=?=11211 2.以DC/DC 变换器输出稳定直流电压为例，画出控制系统的一般组成框图，说明对电力电子变换电路进行建模、并且线性化的主要目的何在？ + -Gc （s ） PWM 调制v v ref +-Vin (t ) 补偿网络 DC/DC 变换器反馈控制系统 Gc （s ）Gm （s ）Gvd （s ）H （s ）Vref （s ）误差信号E(s)Vc （s ）d （s ）Vo （s ） B （s ）参考信号控制系统组成框图答：要满足系统的技术性能指标要求，取决于对控制器的良好设计(含补偿或校正环节)以及设计合适的反馈网络及其参数等，因此需要确切掌握控制器的控制对象的行为特征，即被控对象的数学模型。作为电力电子转换的电力电子装置，应用越来越广泛，电力电子装置要满足一定的性能指标，这就要进行系统设计，设计满足性能要求的控制器，这就要借助被控对象的数学模型，设计成满足要求的闭环系统，是系统达到稳准快高性能要求。同时对电力电子电路进行建模，还可以分析不同的电路参数对电路有怎样的影响，为更好地分析，设计做基础。而电力电子变换电路具有强烈的非线性(开关元件)，与线性系统不同，非线性系统性能与初始条件、工作状态、参量变化范围等等均有关联，难以有统一的数学分析方法，而经典控制理论中关于控制器的设计方法只适用于线性系统，所以，往往需进行线性化近似处理，得到线性化模型，然后按照线性设计方法进行设计。 3.根据开关元件的通、断对电力电子变换器进行分时分段数学描述，指出：按照这样的分段描述“数学模型”对变换器进行闭环系统PI 控制器设计可行吗？为什么？

电力电子技术总结

?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

电力电子技术总结

电力电子技术总结标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

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、肖特基二极管通态损耗断态损耗开关损耗开通损耗关断损耗

电力电子变压器研究综述

电力电子变压器研究综述李璟摘要：电力电子变压器(PET ) 是一种采用电力电子变换器和高频开关变压器的电能传输装置。首先，介绍了电PET 的基本工作原理及其研究现状。其次，介绍了发展过程中出现的几种典型拓扑结构。再次，对PET 的控制方法进行了总结。最后，对将来PET 的应用及发展做出了展望。关键词：电力电子变压器电力系统控制拓扑 0 引言 PET 除了具有传统电力变压器电能变换与传输功能外，其突出优点在于体积小、重量轻，通过变压器原、副方电压源变换器对其交流侧电压幅值和相位的实时控制，可以实现变压器原、副方电压、电流和功率的灵活调节，在暂态过程中控制性能良好，本身具有断路器的功能，无需传统的变压器继电保护装置等[1~3]。因此PET 具备解决电力系统相关问题的潜力，应用前景广阔。随着电力系统朝着智能电网不断发展，PET 也受到越来越多的专家学者的关注。 1 PET 基本工作原理电力电子变压器是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合,实现将一种电力特征的的电能转变为另一种电力特征的电能的静止电气设备。[4]上述电力特征包括电压或者电流的幅值、相位、相序、波形、频率和相数等。它的主要功能包括变压、变流、电气隔离、能量传递和电能控制。在结构上,电力电子变压器主要包括两个部分:高频变压器和电力电子变换器。电源接到一次侧时,电力电子变换器1将输入的工频交流电变换成高频交流电,高频交流电经高频变压器耦合后与这电力电子变换器2相连接,通过电力电子变换器2输出到负载上。图1 电力电子变压器中电力电子变换器的主要功能是实现电压或者电流的频率控制、相位控制和谐波控制；电力电子变压器中的高频变压器主要功能是电压等级的变换和电气隔离。变压器容量S 可以表示为下式： m e c B A A J f K S ******=22.2 (1) 式中K 为铜导线饱和因数；f 为励磁频率（Hz ）；c A 、e A 分别表示为铁芯和绕组导线面积（m 2）；J 为导体中的电流密度（2 /m A ）；m B 为最大磁通密度(T)。可见在其他条件相同的情况下，f 与e c A A *成反比，因此高频变压器体积远小于同容量的工频变压器。[5]

电力电子技术第二章总结

2016 电力电子技术作业：第二章总结班级：XXXXXX学号：XXXXXXX姓名：XXXXXX

第二章电力电子器件总结 1.概述不可控器件——电力二极管(Power Diode) GPD FRD SBD 半控型器件——晶闸管(Thyristor) FST TRIAC LTT 典型全控型器件GTO GTR MOSFET IGBT 其他新型电力电子器件MCT SIT SITH IGCT 功率集成电路与集成电力电子模块HVIC SPIC IPM 1.1相关概念主电路(Main Power Circuit):在电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路? 电力电子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件? 1.2特点电功率大,一般都远大于处理信息的电子器件? 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(主要对控制信号进行放大)? 功率损耗大,工作时一般都需要安装散热器? 通态损耗,断态损耗,开关损耗(开通损耗关断损耗) 开关频率较高时,可能成为器件功率损耗的主要因素? 电力电子器件在实际应用中的系统组成一般是由控制电路?驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统? 关键词电力电子系统电气隔离检测电路保护电路三个端子 1.3电力电子器件的分类按能够被控制电路信号控制的程度不同可分为半控型器件(开通可控,关断不可控) 全控型器件(开通,关断都可控) 不可控器件(开通,关断都不可控) 按照驱动信号的性质不同可分为电流驱动型电压驱动型按照驱动信号的波形(电力二极管除外)不同可分为脉冲触发型电平控制型按照载流子参与导电的情况不同可分为单极型器件(由一种载流子参与导电) 双极型器件(由电子和空穴两种载流子参与导电)复合型器件(由单极型器件和双极型器件集成混合而成,也称混合型器件) 关键词控制的程度驱动信号的性质?波形载流子参与导电的情况工作原理基本特性主要参数2不可控器件——电力二极管(Power Diode) 2.1结构与工作原理电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的? PN节(PN junction):采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结? N型半导体(N为Negative的字头,由于电子带负电荷而得此名):即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体? P型半导体(P为Positive的字头,由于空穴带正电而得此名):即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体? 正向电流IF :当PN结外加正向电压(正向偏置)时,在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流? 反向截止状态:当PN结外加反向电压时(反向偏置)时,反向偏置的PN结表现为高阻态,几乎没有电流流过的状态? 反向击穿:PN结具有一定的反向耐压能力,但当施加的反向电压过大,反向电流将会急剧增大,破坏PN 结反向偏置为截止的工作状态?雪崩击穿齐纳击穿(可以恢复) 热击穿(不可恢复) P-i-N结构

电力电子变压器原理、现状、应用场合介绍

电力电子变压器介绍 0、前言电力电子变压器(Power Electronic Transformer 简称PET)作为一种新型的能量转换设备，与传统的变压器相比，具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点。它是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题，通过电力电子器件和电力电子变流技术，对能量进行转换与控制，以替代传统的电力变压器。 1、基本原理 PET 的设计思路源于具有高频连接的AC/AC变换电路, 其基本原理见图1, 即通过电力电子变换技术将变压器原边的工频交流输入信号变换为高频信号, 经高频变压器耦合到副边后, 再经电力电子变换还原成工频交流输出。因高频变压器起隔离和变压作用, 因铁心式变压器的体积与频率成反比, 所以高频变的体积远小于工频变压器, 其整体效率高。图1 电力电子变压器基本原理框图 PET 的具体实现方案分两种形式: 一是在变换中不含直流环节, 即直接AC/AC变换, 其原理是: 在高频变压器原边进行高频调制, 在副边同步解调; 二是在变换中存在直流环节, 通常在变压器原边进行AC/AC变换, 再将

直流调制为高频信号经高频变压器耦合到副边后, 在副边进行DC/AC变换。比较两种方案, 后种控制特性良好, 通过PWM 调制技术可实现变压器原副边电压、电流和功率的灵活控制, 有望成为今后的发展方向。 2、研究现状自1970 年美国GE 公司首先发明了具有高频连接的AC/AC 变换电路后, 很多科研工作者对各种不同结构的具有高频连接的AC/AC 变换器进行了深入的探讨和研究, 并提出了PET 的概念。美国海军和美国电力科学研究院(EPRI)的研究小组先后提出了一种固态变压器结构, Koo suke Harada等人也提出了一种智能变压器, 他们通过对高频技术的使用, 使变压器体积减小, 实现恒压、恒流、功率因数校正等功能。早期的PET的理论和实现研究由于受当时电力电子器件和功率变换技术发展水平的限制, 所提出的各种设计方案均未能实用化, 特别是在可用于实际输配电系统(10kV以上)的PET的研究方面进展不大。进入20 世纪90 年代,国外在这一研究领域中取得了一些新进展, 提出了新的技术方案,并制作了与配电系统电压等级相当的实验室样机。如美国密苏里大学在ABB和爱默生公司资助下对电力电子变压器进行了研究，完成了10kVA，7200 V／240 V的实验样机，但仅实现了基本的电压变换功能和对输入的功率因数控制。另外，设计时为减小对开关器件的应力，输入采用多个变流器串联工作，使系统的可靠性大大降低，当其中任意一个器件出现故障都会导致工作异常。美国威斯康星一麦迪逊大学与ABB公司合作，德克萨斯农机大学也于20世纪90年代末对电力电子变压器进行了研究，但以上工作只对其电压变换的功能进行了分析和研究。

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)

132081 朱海勇_电力电子系统建模控制与仿真_Buck电路模型建立及PI调节器设计

Buck电路模型建立及PI调节器设计朱海勇（东南大学电气工程学院，南京市玄武区四牌楼2号） The Construction of Buck Circuit Model and the Design of PI Regulator ZHU Hai-yong (School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing Xuanwu Four Arches on the 2nd) ABSTRACT:In this paper, the state-space averaging method has been used to get the construction of Buck circuit model. Then the transfer function G(s) from control to output was obtained.And frequency characteristics curve of G(s) has been received in the help of MA TLAB.The design of PI regulator was done due to the instability of the system.The parameters of PI regulator,K P and K I was also obtained with the aid of the Rolls stability criterion. At last,the Buck converter model was built in Simulink simulation and the actual output voltage of the system was 12V after 0.5s . KEY WORDS：buck；state-space averaging method；pi regulator 摘要：本文采用状态空间平均法对Buck变换器建模，得到由控制到输出的传递函数G(s)。使用MA TLAB画出G(s)的频率特性曲线，得知系统不稳定后，设计PI调节器，由劳斯稳定判据得到PI调节的K P、K I参数。在Simulink中搭建Buck变换器的实际仿真模型，系统的输出电压在0.5s后稳定在12V。关键字：Buck；状态空间平均法；PI １引言 20世纪人类最伟大的20项科技成果有：电气化、汽车、飞机、自来水供水系统、电子技术、无线电与电视、农业机械化、计算机、电话、空调与制冷、高速公路、航天、互联网、成像技术、家用电器、保健科技、石化、激光与光纤、核能利用、新型材料，这些成果几乎不同程度地应用了电力电子技术，电力电子技术已广泛地应用于工业、交通、IT、通信、国防以及日常生活中。电力电子装置的应用范围十分广泛，粗略地可分为（有功）电源、无功电源、传动装置。电源有直流开关电源、逆变电源、不间断电源设备（UPS）、直流输电装置等；无功电源有静止无功补偿装置（SVC）、静止无功发生装置（SVG）、有缘电力滤波器、动态电压恢复装置（DVR）等；传动装置有直流调速系统、各种电动机的变频调速系统等[1]。本文采用状态空间平均法对Buck电路建模，得到由控制到输出的传递函数，使用MATLAB画出传递函数的频率特性曲线，得知系统不稳定后，设计PI调节器，最终使系统的输出电压稳定。 2建模过程 2.1状态空间平均法矩阵方程 )( )( )( K t Bu t Ax dt t dx + = )( )( )(t Eu t Cx t y+ = 状态变量x(t)包含电感电流、电容电压等。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = : )( )( )( 2 1 t x t x t x ， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = : )( )( )( 2 1 dt t dx dt t dx dt t dx u(t)为输入量，通常为变换器的输入v g(t)。y(t)为输出向量。系数矩阵K 包含电容、电感、互感。输出变量y(t) 是输入独立电源与状态变量的线性组合。A、B、C和E为常数矩阵。

电力电子技术总结完整版

电力电子技术总结 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

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。 ◆电压驱动型通态损耗断态损耗开关损耗开通损耗关断损耗

电力电子技术复习总结(王兆安)

电力电子技术复习题1 第1章电力电子器件 1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。 3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、 _主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。 6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。 7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。 9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L__大于__IH。 10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。 14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。 15.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。 16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。 17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。