电力电子技术在开关电源中的应用
电力电子技术在开关电源中的应用
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，开关电源具有体积小、效率高、重量轻等一系列优点，在各种电子设备中得到广泛的应用。20世纪90年代，开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，这更加促进了开关电源技术的迅速发展。可开关电源也存在着电路复杂、射频干扰、电磁干扰大的缺点。随着电子技术的发展，上述缺点正在被逐步克服。整机电路分为主电路和控制电路。主电路包括输入整流滤波、功率转换和输出整流滤波三个环节。主电路功能是将电网的能量传递给负载。
1.开关电源的分类
根据分类的原则不同，开关电源有很多种分类方法：
（1）根据输入输出类型，可分为DC/DC变换器和AC/DC变换器。（2）根据驱动方式，可分为自励式和他励式。
（3）根据控制方式，可分为脉冲宽度调制式(PWM) 、脉冲频率调制式(PFM)、PWM与PFM混合式。
（4）根据电路组成，可分为谐振型和非谐振型。
此外还可分为单端正激式和反激式、推挽式、半桥式、全桥式、降压式、升压式和升降压式等等。
2. 电力电子技术在输电系统中的应用
（1）交流输电技术
电力电子技术与现代控制技术结合的柔性交流输电技术(FACTS)
对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调控可大幅降低输电损耗,提高输电能力和系统稳定水平。FACTS控制器已有数十种,包括静止无功补偿器(SVC)、静止调相机(STATCOM)、串联补偿器(SSSC)、晶闸管控制串联电容器(TCSC)、统一潮流控制器(UPFC)、可转换静止补偿器(CSC)等,都是通过快速、精确、有效地控制电力系统中一个或几个变量(如电压、功率、阻抗、短路电流、励磁电流等)来增强交流输电或电网的运行性能。近年来柔性交流输电技术已经在美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到应用,国内也有深入的研究和开发,但只有清华大学和河南省电力
公司联合开发的±20MVA新型静止无功发生器(ASVG)具有自主知识产权。
(2)高压直流输电技术(HVDC)
远距离高压直流输电优越性很多:相同的电压和导线截面下输出
极限功率大(无电抗压降,无稳定性问题),传送相同的功率时损耗小、压降小,线路投资低。但直流输电线路首、末端要接入晶闸管(半控型器件)相控整流和有源逆变器,它们都以三相全控桥电路为基本单元,即由多个三相桥变换器串、并联组合成复合结构变换器,每个三相桥变换器中的A、B、C三相上下桥臂又由许多晶闸管串联组成。
1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成标志着电力电子技术正式用于直流输电,此后新建直流输电工程均采用晶闸管换流阀。新一代HVDC技术采用GTO、IGBT等可关断器件及脉宽调制(PWM)
等技术。因省去了换流变压器,整个换流站可以搬迁,可使中型直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力。而且可关断电力电子器件可避免换相失败,对受端系统的容量没有要求,故可用于向孤立小系统(海上石油平台、海岛)、城市配电系统供电以及接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。目前全球已建直流输电工程超过60项,其典型工程有:巴西伊泰普直流输电工程,±600kV电压、6300MW 输送功率,均为已投运工程的世界之最;魁北克-新英格兰直流输电工程是世界最大的多端(5个换流站)直流输电工程;挪威-丹麦直流输电工程有世界最长的242km海底电缆。
我国的直流输电工程发展迅速,已投入运行的大型工程有:1990年葛洲坝-上海直流输电工程,±500kV,1200MW,1064km;2001年天生桥-广州直流输电工程,±500kV,1800MW,980km;
2003年三峡-常州直流输电工程,±500kV,3000MW,890km;2004年三峡-广州直流输电工程,±500kV,3000MW,962km。近年来,直流输电技术又有新的发展,轻型直流输电采用IGBT等可关断电力电子器件组成换流器并用脉宽调制技术无源逆变,可向无交流电流的负荷点送电,同时大幅度简化设备,降低造价。世界首个IGBT电压源换流器的轻型直流输电工业性试验工程1997年投运。
（3）静止无功补偿器(SVC)
SVC以晶闸管为基本元件的固态开关替代电气开关快速、频繁地控制电抗器和电容器来改变输电系统导纳。不同回路结构的SVC可按控制的对象及方式不同分为晶闸管设切电容器(TSC)、晶闸管投切电
抗器(TSR)或晶闸管控制电抗器(TCR)。我国输电系统5个500kV变电站所用SVC型式为TCR加TSC或机械投切电容器组,容量105～170MVA,均非国产;工业应用TCR约20套,容量在10～55MVA,小半国产。低压380V 系统有各类TSC型国产无功补偿设备运行,但至今我国的输变电系统仍无国产SVC运行。
3.开关电源的发展趋势
（1）高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中, 开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源, 传统的电路非常庞大而笨重, 如果采用高顿开关电源技术, 其体积和重量都会大幅度下降, 而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中, 更是离不开开关电源技术, 通过开关电源改变用电频率, 从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术, 更是各种大功率开关电源( 逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等) 的核心技术。
1.1高频化
理论分析和实践经验表明, 电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz 提高到20kHz,提高400 倍的话, 用电设备的体积重量大体下降至1/ 20。
1.2模块化
模块化有两方面的含义, 其一是指功率器件的模块化, 其二是
指电源单元的模块化。我们常见的器件模块, 含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管, 实质上都属于标准! 功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了智能化功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。
1.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在上世纪60、70年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要, 数字信号处理技术日趋完善成熟, 显示出越来越多的优点: 便于计算机处理
控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰( 提高抗干扰能力) 、便于软件包调试和遥感遥测遥调, 也便于自诊断、容错等技术的植入。所以对于智能化的开关电源, 需要用计算机控制时, 数字化技术就离不开了。
2.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义: 首先是显著节电, 这意味着发
电容量的节约, 而发电是造成环境污染的重要原因, 所以节电就可
以减少对环境的污染; 其次这些电源不能( 或少) 对电网产生污染, 国际电工委员会( IEC) 对此制定了一系列标准, 如IEC555、I EC917、I ECl000 等。事实上, 许多电子节电设备, 往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流, 使总功率因数下降, 使电网电压耦合许多毛刺尖峰, 甚至出现缺角和畸变。20 世纪末, 各种有
源滤波器和有源补偿器的方案诞生, 有了多种修正功率因数的方法。这些为2l 世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
目前市场上的开关电源中采用双极性晶体管制成的100HKZ、用MOS-FET制成的500HKZ电源，其频率有待进一步提高。提高开关频率，需要有高速开关元器件。同时为了保证效率，要减少开关损耗。开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。为了控制浪涌，针对不同的情况，可采用R-C 或L-C缓冲器、非晶态等磁芯制成的磁缓冲器、谐振式开关。谐振式开关在控制浪涌的同时还可将可开关损耗。在可靠性方面，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。若单独追求高频化，必将导致噪声增大。
理论上，采用部分谐振转换电路技术，可实现高频化又可降低噪声。但在这实用化方面存在着技术问题，因此在此领域仍须进行大量研究工作。对于开关电源的模块化发展，可采用模块化电源组成分布式电源系统。电源模块的面世可谓是一大突破，但由于开关频率、功率增加，所产生的EMI噪声、浪涌、功耗也相应地增加。如果在模块的设计上增加滤波器，并以生产工艺、外围模块做支持，也可解决各个问题。
当前,电力电子技术已进入高频化,标准模块化,集成化和智能时代。理论和实验证明电气产品的体积与质量反比于供电频率的平方根,频率提高对其设备的制造省材,运行节能和系统性能改善(尤其对航
天工业)意义十分深远。电力电子器件高频化是其创新的主导方向,
硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势。目前先进模块已和包括开关元件和与其反向并联的续流二极管及驱动保护电路多个单元且均以器件标准化和产品系列化,其一致性与可靠性达到极高水平。现日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的IPM 智能化功率模块产品推出。电力电子技术随着新元器件的研发及现代计算机、控制技术的迅速发展而应用领域更加广泛,应用性能更加完善可靠,并引起了电力系统的重大变革,新的大功率电力电子器件的研发和应用将成为21世纪电力研究的前沿。
电力电子技术的产品、技术和前沿动态
电力电子技术的简介、产品、技术及前沿动态摘要：本文简要地介绍了电力电子技术的内涵、产品；回顾了电力电子技术的发展历程以及主要应用；介绍了我国电力电子技术产业的发展现状以及电力电子技术将来的发展趋势。 关键词：电力电子、电力电子器件、电力电子设备和系统 如今，公认的是“电力技术是通向可持续发展的桥梁”，因为在保证相同的能源服务水平的前提下, 使用电力这种优质能源最清洁、方便，易于控制、效率最高。以下将对若干电力电子技术的产品，发展历史，以及前沿技术的现状和未来发展前景进行论述。 一、电力电子技术简介 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,促进了电力电子技术在许多新领域的应用。现在已经进入现代电力电子时代。 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。它包括电力电子器件、电力电子设备和系统及其控制三个方面，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变换。 二、电力电子技术的应用及产品 电力电子设备和系统种类繁多、行业应用范围极广，主要包括三大类产品：变频器、电能质量类产品以及电子电源产品。
电力电子技术应用领域十分广泛几乎涉及到国民经济各个工业部门和社会生活各个方面。下面具体说一下其的应用领域。 1、一般工业 工业中大量应用各种交直流电动机。例如，很多交流电机都广泛采用电力电子交直流调速技术来提高调速性能。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。 2、交通运输 电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置；直流斩波器也广泛用于铁道车辆；车辆中的各种辅助电源、蓄电池的充电也应用了电力电子技术；此外，一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。 3、电力系统 电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。直流输电其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。此外，近年发展起来的柔性交流输电也是依靠电力电子装置才得以实现的。晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器都是重要的无功补偿装置。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。
常见几种开关电源工作原理及电路图
一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算， 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路
图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。
浅谈电力电子技术在电子电源中的应用
浅谈电力电子技术在电子电源中的应用 衢州电力局吴丹 电力电子技术无处不在、天生具有节能效果预计全球未来将有95%以上的电能要经过电力电子技术的处理后才能使用。电力电子技术的核心是电力电子元器件电力电子元器件的发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，以功率MOSFET和IGBT为代表的功率半导体器件的诞生，标志着传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。CCID预计电力电子器件的年平均增长速度超过20%。IGBT 等新型电力电子器件的年平均增长率超过30%。电力电子装置种类繁多、行业应用范围极广电力电子装置主要包括三大类产品：变频器、电能质量类产品以及电子电源产品。电力电子技术在电力行业的应用涉及发电、输电、配电、其中电力电子技术在电子电源产品中的应用尤为突出。 电子电源就是对公用电网或某种电能进行变换和控制，向各种用电负载提供优质电能的供电设备，其代表有开关电源和不间断电源(UPS)等。其中开关电源是一种电压转换电路，主要的工作内容是升压和降压，广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在“开” 和“关” 的状态，所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路，这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点，缺点是功率相对较小，而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路，能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路，变压器反馈式振荡电路就
是能满足这种条件的电路。 程控交换站，计算机、电视、医疗设备、航天、航海舰艇及家电上，都广泛应用开关电源，开关电源最大的应用领域是在通信行业，美国开关电源中用于通信方面的占开关电源总量的35%。这些开关电源都采用高频化技术，使其体积重量大大减小，能耗和材料也大为降低。 下面介绍一款典型的单片开关电源产品——TOP开关。 1、结构：TOP开关集各种控制功能、保护功能及耐压700V的功率开关MOSFET于一体，采用TO 220或8脚DIP封装。少数采用8脚封装的TOP开关，除D、C两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为S端，故仍系三端器件。三个引出端分别是漏极端D、源极端S和控制端C。其中，D是内装MOSFET的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端C 控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。源极端S是MOSFET的源极，同时是TOP开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。 2、工作原理：TOP包括10部分，其中Zc为控制端的动态阻抗，RE是误差电压检测电阻。RA与CA构成截止频率为7kHz的低通滤波器。主要特点是： （1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击；
电力电子技术的实际应用(读书笔记)
电力电子技术的实际应用 摘要 随着科技的飞速进步，时代的高速发展，电力电子技术作为一个新兴的学科诞生并被迅速应用于电力电子领域中，已在国民经济中发挥着巨大作用，已对输变电系统性能将产生巨大影响。目前电力电子技术的应用已涉及电力系统的各个方面，包括发电环节、输配电系统、储能系统等等。电力电子技术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，其发展在优化电能使用、改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业、扩大电网规模和功能等方面起到了重要作用。本文将重点介绍电力电子技术在电 理网络中的应用。 关键字：电力电子技术、输配电系统、晶闸管、电力网络。 在电气工程领域，电力电子技术作为一个新兴的学科，因其在电力领域中起到的巨大作用，越来越受到重视。随着晶闸管等电力器件的发明并被应用于电力领域，正式标志着电力电子技术被应用于电力系统，其在全球电力领域的发展中，有着里程碑的意义。 电力电子技术主要应用于电力领域中的电力系统中。电力系统由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。其功能就是产生电能，再经输电系统、变电系统和配电系统将电能供应到用户。为了实现此功能，电力电子技术的应用起到了举足轻重的作用。保证了用户能够获得安全、经济、优质的电能。 电力电子技术最初应用到电力领域的历史最早是在20世纪50年代利用不可控器件二极管构成的整流器来替代直流发电机对同步发电机进行励磁调节。随后出现的利用半控器件晶闸管构成的可控整流器更是为发电机的励磁提供里一个快捷有效的控制手段，从根本上改变了发电机的动态和静态性能，有效的改善了系统的稳定性。 在当前大范围使用的电力系统中，通常都是以固定的电压和频率来向用户提供交流电能的（例如我国使用220V、50Hz的交流电），但是最终的用户需要的电能可能形式会有着各式各样的差别，可能是不同频率的交流电、可能是同频率但电压不同的交流电也可能是直流电等等、如果这些要由普通的常规电力系统器件来完成，例如使用变频器，变压器和整流器等，这就需要大量的此类设备，且还要根据不同用户的要求而使用不同的器件，这是很不经济的，也不可能实现。而电力电气器件可以作为电力系统和用户之间的接口，通过受控的开关作用对系统输送到用户的电能进行不同的变换来满足用户不同的需求。故而自其问世以来，就被广泛的应用在电力领域的各个角落。 在电力领域中，实现常规电流变换的装置包括：整流器、逆变器、交流变换器和斩波器四种基本类型。整流器是利用电力电子器件的单向导电性和可控性将交流电能转换为可控的直流电能的变流装置；逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置；交流变换器是把一种交流电能变换为另一种交流电能的装置；斩波器是把一种直流电脑变为另一种直流电能的装置。
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。
单片开关电源的发展及其应用
单片开关电源的发展及其应用 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。它于90 年代中、后期相继问世后，便显示出强大的生命力，目前它成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源，在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。这就为新型开关电源的推广与普及，创造了良好条件。 开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。近20 多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1997 年国外首先研制成脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司（Silicon General）、尤尼特德公司（Unitrode）等相继推出一批PWM 芯片，典型产品有MC3520 、SG3524 、UC3842 。90 年代以来，国外又研制出开关频率达1MHz 的高速PWM 、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825 、UC1864 。第二个方向则是对中，小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段：80 年代初意－法半导体有限公司（SGS－Thomson）率先推出L4960 系列单片开关式稳压器。该公司于90 年代又推出了L4970A 系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配工频变压器与电网隔离，适于制作低压输出（5.1～40V）、大中功率（400W 以下）、大电流（1.5A～10A）、高效率（可超过90%）的开关电源。但从本质上讲，它仍属DC/DC 电源变换器。 1994 年，美国动力（Power）公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”。其第一代产品为TOPSwitch 系列，第二代产品则是1997 年问世的TOPSwitch-II 系列。该公司于1998 年又推出了高效、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch 系列。在这之后，Motorola 公司于1999 年又推出MC33370 系列五端单片开关电源，亦称高压功率开关调节器（HighVoltage Power Switching Regulator）。目前，单片开关电源已形成四大系列、近70 种型号的产品。 TOPSwitch-11 根据封装形式，TOPSwitch－II 可划分成三种类型：TOP221Y~227Y（TO-220 封装），TOP221P~224P（DIP-8 封装），TOP221G~224G（SMD-8 封装），产品分类详见表１。其中以TOP227Y 的输出功率为最大。 2.1 TOPSwitch-11 (1)TOPSWitch-II 内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断／自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS 电路，使器件功耗显著降低。 (2)只有三个引出端：控制端C 、源极S 、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置及保护功能，C 、D 均属多功能引出端，实现了一脚多用。以控制端为例，它具有三项功能：①该端电压VC 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；②该端电流IC 能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动／补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进行补偿。
浅谈电力电子技术
浅谈电力电子技术 【摘要】电力电子技术正在不断发展，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。 【关键词】电力电子电路；电力电子；电子元件 电力电子技术诞生近半个世纪以来，使电气工程、电子技术、自动化技术等领域发生了深刻的变化，同时也给人们的生活带来了巨大的影响。目前，电力电子技术仍以迅猛的速度发展着，新的电力电子器件层出不穷，新的技术不断涌现，其应用范围也不断扩展。不论在全世界还是在我国，电力电子慢慢的被人所熟知，下面我们就电力电子电路和其应用、结构等进行简单阐述。 1.电力电子电路 1.1 电子电路的概念 电子电路时利用电力电子器件对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。因为电路中无旋转元、部件，故又称静止式变流电路，以区别于传统的旋转式变流电路（由电动机和发电机组成的变流电路）。电力电子电路始见于20世纪30年代，包括由气体闸流管和汞弧整流管组成的低频变流电路和由高频电子管组成的变流电路。它们构成了第一代电力电子电路。60年代由晶闸管组成了第二代电路，泛称半导体电力电子电路（又称半导体变流电路）。80年代，由于可关断晶闸管（GTO）和双极型功率晶体管（GTR）等新型器件的实用化，又逐渐在不同领域中取代了普通晶闸管并形成第三代电路。由于它们具有控制极关断和工作频带较宽的优点，使电力电子电路具有更佳的技术和经济性能，获得了更为广泛的应用。 1.2 电力电子电路的特征 电力电子器件一般都工作在开关状态导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，电压降接近于零，而电流由外电路决定阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替 1.3 典型电力电子电路的系统结构 电力电子电路的系统包括以下三种： （1）电力电子器件：如功率二极管、晶闸管、功率MOSFET、IGBT、MCT
电力电子技术期末复习考卷综合
一、填空题： 1、电力电子技术的两个分支是电力电子器件制造技术和 变流技术 。 2、举例说明一个电力电子技术的应用实例 变频器、 调光台灯等 。 3、电力电子承担电能的变换或控制任务，主要为①交流变直流（AC —DC ）、②直流变交流（DC —AC ）、③直流变直流（DC —DC ）、④交流变交流（AC —AC ）四种。 4、为了减小电力电子器件本身的损耗提高效率，电力电子器件一般都工作在 开关状态，但是其自身的功率损耗（开通损耗、关断损耗）通常任远大于信息电子器件，在其工作是一般都需要安装 散热器 。 5、电力电子技术的一个重要特征是为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，其损耗包括 三个方面：通态损耗、断态损耗和 开关损耗 。 6、通常取晶闸管的断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM 中较 小 标值作为该器件的额电电压。选用时，额定电压要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。 7、只有当阳极电流小于 维持 电流时，晶闸管才会由导通转为截止。导通：正向电压、触发电流 （移相触发方式） 8、半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路可能会出现 失控 现象，为了避免单相桥式 半控整流电路的失控，可以在加入 续流二极管 来防止失控。 9、整流电路中，变压器的漏抗会产生换相重叠角，使整流输出的直流电压平均值 降低 。 10、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称为 触发角 。 ☆从晶闸管导通到关断称为导通角。 ☆单相全控带电阻性负载触发角为180度 ☆三相全控带阻感性负载触发角为90度 11、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 2√2U1 。（电源相电压为U1） 三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。（电源相电压为U 2） 12、四种换流方式分别为 器件换流 、电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 。 13、强迫换流需要设置附加的换流电路，给与欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流而关断。 14、直流—直流变流电路，包括 直接直流变流电路 电路和 间接直流变流电路 。（是否有交流环节） 15、直流斩波电路只能实现直流 电压大小 或者极性反转的作用。 ☆6种斩波电路：电压大小变换：降压斩波电路（buck 变换器)、升压斩波电路、 Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路、Zeta 斩波电路 升压斩波电路输出电压的计算公式 U= 1E β=1- ɑ 。 降压斩波电路输出电压计算公式： U=ɑE ɑ=占空比，E=电源电压 ☆直流斩波电路的三种控制方式是PWM 、 频率调制型 、 混合型 。 16、交流电力控制电路包括 交流调压电路 ，即在没半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路， 调功电路 即以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路， 交流电力电子开关即控制串入电路中晶闸管根据需要接通或断开的电路。
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
浅谈电力电子技术的发展及应用
浅谈电力电子技术的发展及应用 发表时间：2017-11-06T13:35:33.807Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：王鹏 [导读] 摘要：文章从电力电子技术的相关概念及其发展历程出发，就此项技术在交通运输、家电、电力节能等方面的具体应用展开探究。 （南瑞集团公司（国网电力科学研究院）国电南瑞科技股份有限公司江苏省南京市 210000） 摘要：文章从电力电子技术的相关概念及其发展历程出发，就此项技术在交通运输、家电、电力节能等方面的具体应用展开探究。 关键词：电力电子技术；发展；具体应用 1电力电子技术的相关概念 电力电子技术又称为功率电子技术，主要是对各种电子电力器件，以及与之构成的可控制、转换电能的相关装置及电路展开研究。此技术不仅是电工学在电子领域或弱电中的分支，同时也是电子学在电动领域或强电中的分支，总体来说，是结合强弱电的一门新型学科。当前，我国科技发展迅猛，电力电子技术也愈发重要，其可优化电能的使用情况，达到高效节能的目的。除此之外，通过应用电力电子技术，可有效改造相关传统产业，促进机电一体化发展，并且还能统一功率及信息化处理，在有机结合微电子技术的基础上，促进电子技术的进一步改革与发展。 2电力电子技术的发展历程 自上世纪五十年代诞生第一只晶闸管以来，电力电子技术就获得了显著发展，并在电气传动技术领域占据了重要的一席之地。以下就电力电子技术的发展历程展开探究。 2.1晶闸管整流时代 工频（也即50Hz）交流发电机为大功率工业用电的主要来源，在实际应用过程给中，以直流形式消费的电能约占20%，例如牵引（包括地铁机车、电气机车、城市无轨电车等）、直流传动（造纸及轧钢）、电解（包括化工原料及有色金属）等领域。为将工频交流电高效率地转变为直流电，就需要应用到大功率的硅整流器。在20世纪60、70年代，人们加大了大功率硅整流器的开发及应用力度，国内还曾掀起开办硅整流器厂的热潮，现阶段我国大部分的硅整流器制造厂就是于那个时代建成的，那一时期也被称为电力电子技术晶闸管时代。 2.2逆变时代 自20世纪70年代以后，自关断器件被制造出来并投入实际应用中，此时，电力电子技术便进入到逆变时代。当时，在世界范围内爆发了能源危机，而具备显著节能效果的交流电机变频调速因此获得了迅速的发展。其中，将直流电逆变为频率为0至100Hz的交流电为变频调速的关键性技术，而应用在大功率逆变中的晶闸管、门极可关断晶闸管、巨型功率晶体管等便迅速成为当时众多电力电子技术的主要组成部分。尽管当时电力电子技术已实现逆变以及整流等功能，但工作频率比较低，且只是在中低频率的范围内。 2.3现代变频器时代 自20世纪80年代以后，人们加大了大规模集成电路技术的应用力度，这为电力电子技术的发展奠定了扎实的基础。在集成电路技术中，高压大电流以及精细加工两种技术得到了有机结合。其中，传统采用低频技术处理问题为主的电力电子学，以及集大电流、高压、高频于一身的，以功率IGBT与MOSFET为代表的功率半导体复合器件，均朝着以高频处理问题为主的现代电力电子学方向进行转变。此种现象显示，当时已进入到了电力电子的现代变频器时代。在此时期，集成电路技术被大规模应用在各种新型的器件中，并不断朝着模块化及复合化的方向发展，不但有效缩小了电力电子器件的体积，使其结构更加紧凑，而且还能将不同器件的优点进行综合。总体而言，随着这些新型器件的飞速发展，交流电机变频调速的频率更高，性能也更加可靠、完善，这为电力电子技术的高频发展，以及用电设备的小型轻量化、节材节能高效化、机电一体化提供了非常重要的基础支持。 3电力电子技术的具体应用 3.1在交通运输中的具体应用 随着时代的进步与发展，电力电子技术在众多领域得到了非常广泛的应用，例如在电气化铁道交通中，电气机车中的交流机车便应用到了变频装置，而直流机车则应用到了整流装置。同时，在磁悬浮列车中的牵引电机传动以及各种辅助电源等方面，也应用到了电子电力技术，可以说，磁悬浮列车的顺利运行离不开电力电子技术的支持。除此之外，在电动汽车的电机方面，为了发挥出控制驱动的作用，同样需要对电子装置展开合理应用。而在飞机、船舶等交通运输工具方面，其对电源的应用也存在着不小的差异，因此，科学应用电力电子技术就具有关键性的作用。 3.2在家电中的具体应用 在人们日常生活中的各种家电方面，电力电子技术也得到了较为广泛的应用，给人们的生活带来了极大的便利。例如，生活中常见的洗衣机，通过应用电力电子技术，便可有效替代手工劳动，人们只需在洗衣机中放入脏衣服，再按下按钮，便可借助电力电子技术的相关功能完成洗衣服的整个过程。其次，厨房中常见的洗碗机，其应用电力电子技术的原理与洗衣机的应用原理大致相同；而空调器通过应用电力电子技术，可起到显著的节能效果，经大量实践研究证明，其节约的电能约占30%及以上；在工作效率方面，电频荧光灯要明显高于平常使用的普通白炽灯。 3.3在发电环节中的具体应用 经分析得知，我国经济快速发展离不开能源的支持，在经济建设不断深入的大背景下，消耗了大量的能源，特别是电能。现阶段，经济发展的一项关键条件便是有机结合电力与工业，正是由于电能具有利用率高、稳定性高等显著优势，因而其消耗量呈现出不断增加的趋势。分析我国工业发展的整体情况可知，当前的工业用电还存在一系列不了合理的情况，导致电力能源的严重浪费。随着可持续发展理念的提出与实行，人们对节约电能也愈发重视。而通过应用电力电子技术，便可有效节约原材料，优化各种电力设备的性能，最终充分降低电能的消耗程度。 3.4在电力节能中的具体应用 近些年来，我国不断加大对水力发电、风力发电等新能源的开发及利用力度，其中涉及到发电机电流频率的转换。具体来说，水头的流量及压力对水力发电的功率起到了决定性的作用，而这会影响到机组最佳转速的变化。此时，为实现有效功率的最大化，就需要对转子励磁电流频率进行调整，从而实现机组的变速运行。此外，在大型发电机中，也应用到了晶闸管整流自并励的方式来实现相对静止励磁的
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。
电力电子技术的应用
电力电子技术的应用 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。 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。它不仅应用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。以下分几个主要应用领域加以叙述。 一、一般工业 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。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。电力电子技术在一般工业中的应用最主要的就是电机调速传动和电源。电机调速传动又分工艺调速传动和节能调速传动两大类：工艺调速传动指工艺要求必须调速的传动，例如轧机，矿井卷扬，机床，造纸等以前用直流电动机驱动的机械的传动。节能调速指风机、泵等以前不调速，为节能而改用调速。 二、交通运输 电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。其典型代表就是在常导中低速磁悬浮列车中的应用，其中的电力电子设备都起着举足轻重的作用。 三、电力系统 电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采
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]。