ch1电力电子器件
基于GPIB接口及数字存储示波器的数据采集
基于GPIB接口及数字存储示波器的数据采集上海大学自动化系王道洪高艳霞（上海，200072）摘要本文首先简要介绍了GPIB接口及数字存储示波器的基本工作方式，然后给出了基于C++的通过GPIB接口实现微机与数字存储示波器之间的数据传输实施方案。
关键词GPIB接口;IEEE-488;数字存储示波器；1.引言随着科研和生产的现代化发展，对测试技术的要求也越来越高，而传统仪器那种独立使用、手动操作的模式，难以胜任这种复杂的多任务的测量要求。
近几年来，计算机技术得到了迅猛发展，其丰富的软、硬件资源以及低廉的价格，使得计算机在测试系统领域中发挥了极其重要的作用。
利用计算机实现对仪器的操作、控制，代替传统的人工操作方式，使用预先编制好测试程序，就可以排除人为因素造成的测量误差，实现自动测试，提高测试效率和精度。
从而使得计算机和测试仪器的通信成为一个必须解决的问题。
由于测试仪器种类繁多，无法对仪器的信号线的设置、逻辑电平和接口功能实行统一的标准。
美国NI(National Instruments)公司的GPIB接口卡使得这一问题得到了解决。
GPIB接口就像一座桥梁把可编程仪器与计算机紧密的联系起来，实现了两者之间的通信。
由于传输数据的快速性，使得GPIB卡在需要快速、大量传输数据的场合得到了广泛的应用。
本文所述的数据采集技术应用于电力电子器件参数自动辨识系统。
由于要采样波形的快速性，一般的数据采集卡难以满足要求。
这里示波器完成数据采集，GPIB卡完成数据传送，很好解决了数据采集及传输的快速性问题。
2．GPIB接口简介在1975年，IEEE采用了HP-IB的接口技术，形成了IEEE488国际标准，从而提出了GPIB(General Purpose Interface Bus)的名称。
GPIB是一个8位并行通用接口总线，其传输率达到1.5Mbyte/s；设备间最大距离不超过4m，平均距离不超过2m；系统可带14台设备；GPIB总线有8根数据线，3根挂钩线，5根接口管理线，8根地线。
电厂励磁系统二次检修规程
励磁系统二次设备检修一、励磁系统概述（一）、检修范围本规程适用于我厂Q5S-O/U251-S6000励磁系统二次设备（包括励磁调节柜、磁场开关柜、励磁整流柜及相关电流电压回路设备）的定期检修。
Q5S-O/U251-S6000型号的说明：Q——四通道，双自动通道加两个独立的手动通道5——采用微处理器系统5000S——整流桥配置为标准型（n-1冗余，即当一个整流桥故障时，系统仍能够满足最大的励磁功率）O——无任何附加功能U2——整流桥型号UNL133005——运行的整流桥数目1——整流桥每臂一只可控硅，三相六脉冲S——单断口直流开关6000——直流开关的额定电流（二）、励磁系统简介我厂发电机励磁系统采用ABB公司的UNITROL-5000系统。
UNITROL-5000是UNITROL系列的第五代励磁调节器，用于同步发电机精致励磁系统。
励磁系统组成:本系统主要由机端励磁变压器、可控硅整流装置、自动电压调节器、灭磁和过电压保护装置、起励装置、必要的监测、保护、报警辅助装置等组成。
AVR采用双具通道数字式微机励磁调节器，有稳定发电机电压和合理分配无功以及提高电力系统稳定性的作用。
本调节器具有手动和双自动通道，各通道之间相互独立，可随时停用任一通道进行检修。
各备用通道可相互跟踪，保证无扰动切换。
AVR与DCS接口实现控制室内对AVR的远方操作。
励磁装置的电源取自连接在发电机出线上的功率整流变压器。
励磁系统的控制是由SCR整流桥回路的相位控制而得到的。
SCR的触发信号是由控制器中的数字调节器产生的。
在其余的控制选项中，主控制器CH1或主控制器CH2都可以是工作的主控制器，而通过软件自动监控这两个主控制器，以决定那一个应当是工作的主控制器，那一个是后备的主控制器。
两个独立的触发回路和自动跟踪的采用，保证了主、后备控制器之间的平稳切换。
从而控制发电机转子绕组的直流电压和直流电流。
（三）、UNITROL-5000 励磁系统概述UNITROL-5000 励磁系统的整个系统可分为四个主要部分：a) 励磁变压器( - T02 )b) 两套相互独立的励磁调节器（-A10，-A20）c) 可控硅整流桥单元–G31...... -G34d) 起励单元（-T03，-A03，-Q03）和灭磁单元（-Q02，-F02，-R02）在静态励磁系统（常称自并励或机端励磁）中，励磁电源取自发电机机端。
基于DSP技术的图书馆三相变流器保护系统
Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 239【关键词】DSP 技术 三相变流器 保护系统1 引言三相变流器系统主要实现交直流电能转换。
图书馆中随着重要直流装置的增多，以及直流电能要求的提高，三相变流器应用越来越广泛；然而当电网过电流、电网过电压、直流过流、直流过压及系统短路故障发生时，会直接影响系统安全，因此需要设计一种系统保护机制。
本文系统中采用高性价比DSP 处理器TMS320F2812，该处理器具有12位高精度ADC 和16路PWM 。
DSP 在电力系统正常时完成三相变流器系统控制，故障时完成三相变流器系统保护功能。
2 三相变流器保护系统方案和机理2.1 三相变流器系统结构三相变流器系统由一次回路和二次回路组成，其中一次回路由三相全桥IGBT 、直流电容、交流电感、三相变压器、接触器和驱动组成，二次回路由DSP 和信号检测调理组成。
三相变流器系统的交直流侧分别与电网和直流负载连接；DSP 采集交直流侧电压和电流，单周期内完成系统控制算法，输出PWM 信号并驱动IGBT ，以完成三相变流器系统控制任务；同时系统采用集成高速光耦的驱动器QP12W08S ，实现强弱电隔离，并驱动IGBT 。
2.2 系统保护方案和机理如图1所示，当电力系统中出现交直流基于DSP 技术的图书馆三相变流器保护系统文/王丽娟 王珊 周燕菲 孙晓婷过电压和过电流、直流过电压和过电流以及变流器系统短路等故障现象时，通过故障电流电压检测电路和驱动故障检测电路实现实时故障检测，并进行故障信号处理，在DSP处理器内将PWM 信号置低并通过IO 输出口驱动继电保护回路使三相变流器系统脱离电网系统以保护功率器件。
该保护方案由电压和电流故障检测电路、驱动故障检测电路、故障信号处理图1：系统结构和保护方案图2：交流电压电流故障检测电路（a）（b）图3：交流故障检测电路测试电力电子• Power Electronics240 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering以及继电保护回路组成，其中继电保护回路主要由三极管、继电器和交流接触器等组成，主要功能在故障发生时通过继电器控制交流接触器将三相变流器系统从电网断开。
12V2A电源适配器
基于PT2202的24W AC-DC开关电源基本特性电流控制模式的反激式开关变换器交流90～264V，50～60Hz工作范围平均效率和待机功耗均超过能源之星V5.0标准自动恢复的过流及负载短路保护功能自动恢复的输出过压保护工作环境温度0～40℃，湿度20%～80%电原理图和实物照片电路如图1，交流侧输入有2A保险丝F1和抗浪涌负温度系数热敏电阻NTC1。
CX1和FL2组成差共模EMI滤波器，BD1是全桥整流器，C1为高压母线电容。
T1，Q1，D51组成反激式电路架构，U1为电流控制型PWM控制IC。
当接通交流市电，母线电压经由R3，R4为IC PT2202提供启动电流，当VCC电压达到芯片启动电压，芯片开始工作，随着输出电压的上升，当变压器辅助绕组正向电压超过芯片最低工作电压时，芯片供电电流开始主要由变压器辅助绕组供电。
二次侧芯片TL431提供反馈电压比较基准2.5V以及误差放大信号，经由光耦隔离放大，产生原边的反馈控制信号FB，作为电流内环的一个比较基准，控制原边MOS管的峰值电流，实现输出的恒压控制。
R7，R8用于设置MOS管最大峰值电流，实现限功率控制。
图1 电原理图图2是电源的实物照片，45个元件安装在70×42.5×25mm的环氧单面印制板上，PCB走线按照电力电子规范要求设计。
图2 实物照片电气参数和BOM电源主要电气参数如表1所示，表中开关频率为最高工作频率，满载测试条件。
在全电压输入范围内，实现额定功率24W输出，实际最大输出功率超过30W。
表2是详细的材料清单，为了保证质量，尽量选用推荐产商的元器件。
表1：电气参数表表2：材料清单序号元件名称型号厂商1 BD1 整流桥KBP206 PAN JIT2 C1 铝电解电容47uF/400V NICHICON3 C2 陶瓷电容2200pF/1KV AVX4 C31 陶瓷电容1uF/25V AVX5 C32 陶瓷电容22pF/50V AVX6 C33 铝电解电容22uF/50V NCC7 C51 陶瓷电容1000pF/1KV AVX8 C52 铝电解电容680uF/25V NCC9 C53 陶瓷电容100nF/25V AVX10 CX1 X 电容0.22uF/275V HUA JUNG11 CY1 Y 电容4700pF/250V MURATA12 D1 快速恢复二极管BYV26C VISHAY13 D31 快速恢复二极管FR107 VISHAY14 D51 肖特基二极管STPS41H100CT ST15 D52 发光二极管LED_0 EVERLIGHT16 F1 保险丝 2.5A/250V Cooper17 FL2 共模电感16mH18 Q1 功率场效应管FQP8N60 INFINEON19 R1，R2 SMD电阻1M（1206）TY-OHM20 R3，R4 SMD电阻560K（1206）TY-OHM27 R32 SMD电阻100K（0805）TY-OHM24 R33 SMD电阻47R（0805）TY-OHM25 R34 SMD电阻100R（0805）TY-OHM26 R35 SMD电阻0R（1206）TY-OHM21 R5，R6 SMD电阻200K（1206）TY-OHM28 R51 SMD电阻100R（1206）TY-OHM29 R52，R54 SMD电阻10K（0805）TY-OHM30 R53 SMD电阻1k（0805）TY-OHM31 R55 SMD电阻36K（0805）TY-OHM32 R56 SMD电阻9.1K（0805）TY-OHM22 R7 SMD电阻 6.2 1%（1206）TY-OHM23 R8 SMD电阻1R 1%（1206）TY-OHM33 NTC1 热敏电阻5ohm GE Infrastructure34 T3 变压器EI28 Crpowtech35 U1 控制芯片PT4201 Crpowtech36 U2 光耦PC817 VISHAY37 U3 稳压三极管TL431 ON工作波形1．稳态输出电压，纹波电压图3，图4分别为输入100Vac，输出为满载时输出电压波形和纹波电压波形。
IGCT中压大功率三电平功率单元试验方法
IGCT中压大功率三电平功率单元试验方法王建峰;金雪峰;李晓燕;刘娜;鹿洪伟【摘要】介绍了一种适用于由集成门极换流晶闸管(IGCT)构成的三电平大功率中压变频系统相功率单元试验方法.根据该方法构成的试验系统由调压器、整流变压器、二极管整流桥、滤波电容、放电回路以及负载电感和电阻构成,测试中负载两端的电压、电流及频率均灵活可控,可以实现功率单元中单个功率器件或桥臂在多种工况下的开关特性试验,以及功率单元温升试验;该方法实现简单,在功率单元温升试验中,电路中主要为无功交换,系统的有功消耗很小.%A characteristics testing system for power unit of three-level (TL) medium voltage high power converter, which uses intergrated gate commutated thyristors (IGCT) as power switching devices, was proposed. The system consists of a variac, rectification switchgears, diode-rectifier. filter capacitors , discharging circuit, and inductive load. During test, the magnitude and frequency of voltage on load can be flexibly controlled. Therefore, switching characteristic test for the single device, leg, or whole unit, and the temperature rise test of the unit can be done under various desired operating mode. In addition, there is mostly reactive power flowing in the circuit. Active power loss of the system is very limited.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2012(042)007【总页数】4页(P20-23)【关键词】三电平;中压大功率;功率单元【作者】王建峰;金雪峰;李晓燕;刘娜;鹿洪伟【作者单位】天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180;天津电气传动设计研究所,天津300180【正文语种】中文【中图分类】TM406中高压大容量变频传动系统广泛应用于冶金、矿井提升、造纸、石油开采、船舶推进等多种工业场合［1］。
IGBT短路测试方法详解
IGBT短路测试方法详解IGBT短路测试方法详解在开发电力电子装置得过程中，我们需要做很多得测试,但就是短路测试常常容易被忽略,或者虽然对装置实施了短路测试,但就是实际上并不彻底与充分。
下面2种情况比较常见:１、没有实施短路测试,a、因为觉得这个实验风险太大,容易炸管子,损失太大;b、觉得短路时电流极大,很恐怖;２、实施了短路测试,但测试标准比较简单,对短路行为得细节没有进行观察本文将详细介绍正确得,完整得短路测试方法,及判断标准。
?短路得定义（1):桥内短路(直通）命名为“一类”短路硬件失效或软件失效短路回路中得电感量很小(10０nH级）ＶCE sat 检测桥臂间短路（大电感短路)命名为“二类”短路相间短路或相对地短路短路回路中得电感量稍大（uH级得)可以使用Vcesaｔ，也可以使用霍尔,根据电流变化率来定这类短路得回路中得电感量就是不确定得一类短路测试得实施方法一:下图为实施一类短路测试时得示意图。
电网电压经过调压器,接触器,将母线电容电压充到所需要得值，再断开接触器。
上管ＩGBT得门极被关断,且上管用粗短得铜排进行短路。
对下管IGBT释放一个单脉冲,直通就形成了。
这就就是一个典型得一类短路测试。
一类短路测试得实施方法一得注意事项：该测试需要注意得事项:1、该测试得关注对象就是电容组，母排,杂散电感，被测IGBＴ;2 短路回路中得电感量很低,所以上管得短路排得电感量可以极大地影响测量得结果,因此绝不可忽视图中所示“粗短铜排”得长短与粗细;3、短路测试得能量全部来自母排电容组,通常来说，虽然短路电流很大,但就是因为时间极短,所以这个测试所消耗得能量很小,实验前后电容上得电压不会有明显变化;4、上管ＩGBＴ就是被一直关断得，但就是这个器件不可或缺,因为下管被关断后,短路电流还需要由上管二极管续流;5、该测试需要测量三个物理量,分别就是,下管得Ｖce,Vge,及Ic;6、电流探头需要测量图中Ic得位置,而不就是短铜排得电流,这两个位置得电流波形就是不同得;7、下管ＩGBT得脉冲需要严格控制,最开始实验可以使用10us，然后逐步增加；8、环境温度对实验结果有较大得影响,通常datａsｈeet给出得高结温得结果;对应用者而言，常温实验就是比较现实得；但低温时得短路测试会比较苛刻,如果系统规格有低温要求时,就是有必要进行测试得;９、在此实验前需要对直流母排得杂散电感有一定得评估，或者用双脉冲测试方法对IGＢT关断时得电压尖峰进行评估,以把握好短路时得电压尖峰,这个值可能会非常高；实验步骤及方法:１、在弱电情况下,确认所发单脉冲得宽度；2、将母线电压调至20~30V,发送一个单脉冲,此时也会发生短路,会有一定得电流,利用此步骤确认电流探头得方向及其她各物理量测量正确,同时确认示波器能正确捕捉该瞬间;这个步骤会比较安全;3、短路测试时,母线不宜过低,否则可能会见到一些奇异得震荡；对于1２00Ｖ得ＩＧBT,母线为５0０Ｖ起；1700V得IGＢT,母线为７００V起;３300V得ＩGBT,100０V 起;4、母线加到额定点,将进线接触器断开,放出单脉冲,装置会发出“咚”得一声响,确认示波器捕捉到该时刻；５、通常来说，如果一切都设置正确得话,短路测试就是很容易成功得,但也可能由于某些细节没有处理好,存在一定得几率,该测试会失败——这个IGBT会失效,并将电容得能量全部放掉,一般不会爆炸得很厉害;6、第一次发１０uｓ得脉冲实际上就是一种尝试性测试,其目得就是,在尽量低风险得情况下，对设备得短路性能进行最初步得摸底；7、如果第一次10us测试已经发现波形有问题,则需要整改;8、如果第一次10ｕs测试发现ＩGB没有发生退饱与现象，则可能意味着短路回路电感量太大，需要整改;9、如果第一次10us测试发现波形正常，可以脉冲延长至12us,再做,再延长到１5us,再做,如果发现驱动器释放出来得脉冲不再增长,则意味着驱动器对IGＢT进行了保护，否则,意味着驱动器保护电路设置有问题,需要整改;对结果得评判（１）下图为某一个测试结果,1、用电流得上升率di/dt求出短路回路中得全部电感量,再减去之前测出得杂散电感,就能得到插入得铜排得感量;2、关注短路电流得最高值,与dａtaｓheｅt中标注得值进行比较，就是否过高，电流就是否有震荡；3、从IGBＴ退饱与算起,至电流被关断,期间得时间就是否控制在１0uｓ内,这个条件就是不可以妥协得；某品牌１500A／３３00V得IGＢT得一类短路测试,Ｖｄc=22０0V,Tj=25℃,CONＣEＰT瑞士实验室红线:Ic蓝线:Vce绿线:Vge4、短路电流得峰值与门极钳位电路有很大得关系,如果门极钳位性能不好,短路电流峰值会很高;5、关注Vce电压,需要多久才退饱与,在关断时刻时，Vce电压尖峰有多高,就是否存在危险，有源钳位就是否动作；6、门极电压得评判需要比较谨慎，因为这个测试dｉ／dt及ｄu ／dt都很大,门极探头很容易测不准某品牌1500Ａ/33０0V得IGBT得一类短路测试,Vdc=2200Ｖ，Tj=2５℃,ＣONCEPT瑞士实验室红线:Ic蓝线：Vce绿线:Vgｅ另一个IGBT得测试结果:下图就是另外一个1700Ｖ得IＧＢＴ得一类短路测试结果。
PFC基础知识及FOC工作原理
无传感器 FOC 法采用相电流 Ia 和 Ib 作为反馈信号。而 第三相电流 Ic 是通过进行数字化计算得到的。这三相电 流在用 Park 变换转化为转子系下两相电流之前，先用 Clarke 变换转化为定子系下的两相电流。这种转换得到 了两个计算电流分量：Id 和 Iq。磁链是电流 Id 的函数， 而转子转矩是电流 Iq 的函数。 位置估计器用于估计转子位置和速度信息。电机模型使 用电压和电流来估算位置。电机模型主要使用位置观测 器来间接获得转子位置信息。PMSM 模型是基于直流电 机模型。
2Φ 转子系统
Θ
Iq
Iα
α−β
Id
至 d-q
Iβ
2Φ 定子系统
无传感器磁场定向控制（FOC）系统
Ia
a, b, c
至
Ib
α−β
3Φ 定子系统
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AN1208
数字化的功率因数校正
本集成应用是在以下两种 dsPIC® DSC 器件上实现的：
• dsPIC30F
• dsPIC33F
低成本、高性能的 DSC，与模数转换器 （ADC）和脉 冲宽度调制器 （PWM）等各类电力电子外设的结合使 用，使得这样一个复杂应用的数字化设计和实现变得更 加简单方便。
数字化的 PFC 与电机控制
大多数电机控制系统通常将 PFC 作为系统的第一级。由 于逆变器中开关器件的存在，若没有 PFC 输入级，那么 所产生的电流中将会含有显著的谐波分量。此外，由于 电机负载的高度感性，输入电流将会给输入系统引入大 量无功功率，从而降低整个系统的效率。PFC 级作为电 机控制应用中的一个前端转换器，能够较好地调节输出 电压以及降低输入电流中的谐波含量。在这些应用中， 按照平均电流模式控制的标准升压转换器拓扑是实现数 字化 PFC 的首选方法。
地铁列车牵引变流器IGBT驱动电源设计
地铁列车牵引变流器IGBT驱动电源设计黄涛;吕红强;张军贤【摘要】针对地铁列车牵引变流器IGBT(绝缘栅双极型晶体管)驱动电源要求性能稳定、可靠的特点,研制了基于控制芯片NCP1031反激型(Flyback)电源模块,并已通过了最后的调试.试验结果证明,此电源模块符合设计要求.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2014(017)006【总页数】4页(P142-145)【关键词】地铁列车;牵引变流器;驱动电源【作者】黄涛;吕红强;张军贤【作者单位】中国南车南京浦镇车辆有限公司,210031,南京;中国南车南京浦镇车辆有限公司,210031,南京;中国南车南京浦镇车辆有限公司,210031,南京【正文语种】中文【中图分类】U231.8;TM46牵引变流器是地铁列车的核心装备，其技术复杂、可靠性要求高。
地铁列车牵引变流器主要采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)变流技术。
为牵引变流器设计一款性能可靠、稳定的IGBT驱动控制电源是保证牵引变流器可靠、稳定运行的一个重要环节。
本文根据牵引变流器IGBT驱动控制电源的要求，研制了基于NCP1031芯片的反激型电源模块作为牵引变流器的驱动控制电源。
NCP1031芯片是美国安森美公司生产的超小型单片式高压开关稳压器件，其性能稳定、可靠，是一款使用广泛的电源模块控制芯片。
1 NCP1031芯片的介绍NCP1031芯片具有内部启动稳压器，直接采用输入电压进行供电，还集成门驱动和200 V电源开关，从而有效地降低了电磁干扰(EMI)。
其中的电源开关电路采用SENSEFETTM技术来监控漏电流(NCP1031芯片的漏电流限制阈值为0.5 A)，用于提升能效。
总的来说，NCP1031芯片内部结合了1个PWM(脉宽调制)控制器、1个开关管、1个高效高压启动电路、1个保护电路。
NCP1031芯片采用SO－8(贴片8脚)封装，其内部电路框图如图1所示。
NCP1031芯片内部具有电流限制带自适应前沿消隐(LEB)电路，从而不需外部传感元件;内部误差放大器可做隔离或非隔离应用，高达1 MHz的可编程工作频率减小了磁性元件的尺寸。
一种抑制永磁直流无刷电机泵类负载停机反转的方法
微电机MICROMOTORS第54卷第4期2021年 4月Vol. 54. No.4Apo.2021一种抑制永磁直流无刷电机泵类负载停机反转的方法唐煌生，张朝晖，祝恒洋(西安微电机研究所，西安710077)摘 要：介绍一种抑制永磁直流无刷电机泵类负载停机反转的方法。
永磁直流无刷电机泵类负载在停机后发生反转会产生高电压，该电 对控 供电电 $本文通过 对 流无刷电机泵类负载反转进行抑的方案进行了 析。
关键词：流无刷电机；抑制；泵类负载停机反转中图分类号：TM36 + 1 ； TP273 文献标志码：A文章编号：1001-6848(2021)04-0099-04Method of Restraining Geverse Rotation of Permanent Magnet BrushlessDc Motor After Pump Load ShutdownTANG Huangsheng , ZHANG Zhaohui , ZHU Hengyang (XV - an Micromo0s Researct Instit*t0, XV - an 710077 , China )Abstract : This paper introduced the method of suppossing the load oversat of pump type by peoianent magnetboushee s DCmotoo.When thepump typeeoad oPpeomanentmagnetboushee s DCmotoooeeeosesateopoweoaoeuoe , otwo e pooducehogh eoetage , whoch wo e damagethecontoo e oand thos papeo , theschemeosanaeyeed on detaoe.thoough the case oPpe omanen tmagne tb oush ee s DC mo to opump typeeoad oneeosoon suppoe s oon theschemewasanaeyeed on detaoe.Key wordt : PM Boushee s DCmoteo ； Suppee s oen ； Pump typeeoad oneeosoon从转子施加驱动力矩，使泵完成吸气、压缩、排气,实 从进口向空的功能。
基于能量平衡的电能路由器综合控制技术
基于能量平衡的电能路由器综合控制技术冯高辉;赵争鸣;袁立强【摘要】电能路由器由多级电力电子变换单元组合而成,利用各级单元之间的能量传递关系实施综合控制可以提高电能路由器内部直流母线电压的瞬态性能,进而提高电能路由器的瞬态性能.本文首先建立电能路由器的能量模型,然后建立两条不同时间尺度的能量支路,根据其中的能量平衡关系分别设计了控制两级母线电压的能量平衡控制器,同时根据拓扑中各个级联模块之间的能量关系设计了用于级联模块的均压控制器.之后,对于实际系统中无源器件的参数差异对控制模型的影响进行分析,最后给出了基于能量平衡关系的电能路由器的并网运行综合控制策略.仿真结果证明了所提能量平衡控制方法的有效性,并分析了两级母线电容值变化分别对各自母线电压瞬态值的影响,说明采用能量平衡控制可以减少母线电容的设计余量.实验结果验证了理论分析和仿真结果的正确性.%Electric energy router is made up of multi-stage power electronics units. According to the energy relationship of each unit, the integrated control is used to improve the transient performance of the internal DC bus voltage, thereby improving the output transient performance. The energy model of electric energy router is proposed in this paper. This model is divided into two time scales of energy branches. Different energy balance controllers are designed according to the energy relationship of different time scales for controlling the two DC bus voltages. The influence of the parameter difference of passive elements in energy real system on the control performance is analyzed. After that, the whole control diagram of the electric energy router is introduced when it is connected to the grid. The simulationresults verify the effectiveness of the energy balance control, and analyze the impacts to the DC bus voltage transient performance when the two DC bus capacitances are changed. Thus, it supplies the foundation for reducing the design margin of the DC bus capacitance. The experimental results verify the correctness of the theoretical analysis and the simulation results.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)014【总页数】11页(P34-44)【关键词】电能路由器;能量模型;时间尺度;能量平衡控制【作者】冯高辉;赵争鸣;袁立强【作者单位】清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京 100084;清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084;清华大学电机系电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京100084【正文语种】中文【中图分类】V242.4+32随着新能源并网设备的增多，能源互联网已经成为新一代能源传输和消费的发展趋势。
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1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号
的性质，分为两类：
1) 电流驱动型
பைடு நூலகம்
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
2) 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
➢ 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的
第1章 电力电子器件 引言
➢ 电子技术的基础 电子器件：晶体管和集成电路
➢ 电力电子电路的基础 电力电子器件
➢本章主要内容：
ﻬ简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等 问题
ﻬ介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本 特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些 问题
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1.1 电力电子器件的概述
➢ 主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元 器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控 制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处， 或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检 测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，而通过其 它手段如光、磁等来传递信号
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
情况分为三类：
1) 单极型器件
由一种载流子参与导电的器件
2) 双极型器件 3) 复合型器件
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而成 的器件
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1.1.4
本章内容和学习要点
• 本章内容:
– 介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数 以及选择和使用中应注意的一些问题。
➢ 主电路（main power circuit）——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
2. 广义上分为两类:
电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空器件) 半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅)
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
3. 同处理信息的电子器件相比，电力电子器 件的一般特征：
通态损耗：导通时器件上有一定的通态压降
主
要 断态损耗：阻断时器件上有微小的断态漏电流流过
损
开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗
耗 开关损耗：
关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗
➢对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成 器件发热的原因之一 ➢通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗 是器件功率损耗的主要成因 ➢器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成 为器件功率损耗的主要因素
➢ 由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子 器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过 电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和 控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件 和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必 要的。
➢ 器件一般有三个端子（或称极或管角），其中两个联 结在主电路中，而第三端被称为控制端（或控制极）。 器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加 一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和 主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。
– 然后集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、 并联使用这三个问题。
• 学习要点:
– 最重要的是掌握其基本特性 – 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和
特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电力 电子器件的两个基本要求 – 由于电力电子电路的工作特点和具体情况的不同， 可能会对与电力电子器件用于同一主电路的其它电 路元件，如变压器、电感、电容、电阻等，有不同 于普通电路的要求
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
➢ 控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动 电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成 整个系统的功能。
➢ 有的电力电子系统中，还需要有检测电路。广义上往 往其和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制电路， 从而粗略地说电力电子系统是由主电路和控制电路组 成的。
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
➢电力电子系统：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
控
检测
电路
制
保护
电
电路
V 1 LR
驱动
路
电路
V 2 主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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在主电路 和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
① 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能 力，是最重要的参数。
② 电力电子器件一般都工作在开关状态。 ③ 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电
路来控制。 ④ 为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度
过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计， 在其工作时一般都要安装散热器。
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
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1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度， 分为以下三类：
1) 半控型器件
➢ 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
通➢ 过器控件制的信关断号由可其以在控主制电路其中导承通受而的不电压能和控电制流其决关定 断。 2) 全控型器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 应用电力电子器件的系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子电路的基础 —— 电力电子器件
1. 概念:
➢ 电力电子器件（power electronic device）— —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
通过T控ran制si信sto号r—既—可IGB控T制） 其导通又可控制其关断， 又➢ 称电自力关场断效器应晶件体。管（电力MOSFET）
➢ 门极可关断晶闸管（GTO）
3) 不可控器件
➢ 电力二极管（Power Diode）
➢不动电能只电路用有压。控两和个 电制端信流子决号，定来器的控件。的制通其和通断断是,由因其在此主也电就路不中需承受要的驱