现代电力电子技术的发展
浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化992班马玥
(浙江杭州310027 E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/175904126.html,学号:3991001053
摘要:本文简要回顾电力电子技术的发展,阐述了现代电力电子技术发展的趋势,论述了走向信息时代的电力电子技术和器件的创新、应用,将对我国工业尤其是信息产业领域形成巨大的生产力,从而推动国民经济高速、高效可持续发展。
关键词:现代电力电子技术;应用;发展趋势
The Development of Modern Power Electronics Technique
Ma Yue
Electrical Engineering College. Zhejiang University.
Hangzhou 310027, China
E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/175904126.html,
Abstract: This paper reviews the development of power electronics technique, as well as its current situation and anticipated trend of development. Keywords: modern power electronics technique, application, development trend.
1、概述
自本世纪五十年代未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臵,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。
那么究竟什么是现代电力电子技术呢?[1]麻省理工学院的KASSAKIAN教授的观点是:“目前电子技术的典型应用是信息处理,这些应用都需要电源提供电能;而电力电子技术主要关心的是能量处理,它把电能从一种形式高效地转换成另外一种形式”,这里强调的是电能的转换和利用效率。九州大学的原田耕介先生认为:“电力电子技术是一种借助于半导体功率器件的开关技术”,这里强调的是电力电子器件的开关作用。柏林工业大学的HEUMAN教授认为:“电力电子技术借助于半导体功率器件对电能进行控制”,这里强调的是对电能的控制。综上所述,电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术,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。
从几十年的发展来看,[2]半导体器件确实起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。进入70年代,晶闸
管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品。普通晶闸管不能自关断的半控型器件,被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和制造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,是电力电子技术的又一次飞跃,先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。这些年来的经验表明:[2]当某种关键的半导体器件诞生后,往往会引起电子技术的一个飞跃。可以看到,以绝缘栅双极晶体管(IGBT为代表的第三代电力电子器件,开始向大容易高频率、响应快、低损耗方向发展,这又是一个飞跃。而进入90年代,电力电子器件正朝着复杂化、标准模块化、智能化、功率集成的方向发展,以此为基础形成了电力电子技术的理论研究,器件开发研制,应用的高新技术领域,在国际上竞争颇激烈。
目前,[3]电力电子技术的应用已从机械、石化、纺织、冶金、电力、铁路、航空、航海等领域,进一步扩展到汽车、现代通信、家用电器、医疗设备、灯光照明等领域。进入21世纪,随着新的理论、新的器件、新的技术的不断涌现,特别是与微电子(计算机与信息技术的日益融合,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、电力电子技术的主要应用概况
电力电子技术以实现功率变换为主,传递的是电能,微电子技术则以实现信号变换为主,传递的是信息。如果说微电子技术是弱电电子的话,电力电子技术则是强电电子,是现代工业电子。电力电子技术的应用贯穿在电能的获取、传输、变换和利用的几乎每个环节,将在新世纪发挥越来越重要的作用。[4]概括地说,电力电子技术就是在采用电力半导体器件实现各种频率变换的基础上,完成运动控制(Motion Control和功率变换(Power Conversion,提供各种变频器和功率控制电源。
2.1发电领域中的电力电子技术
(1发电机的直流励磁
现在,常规发电机中励磁的建立,已经从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,并已取得较好的技术经济效益,可靠性大为提高。
(2水轮发电机的低频交流变频励磁
发电频率取决于发电机的转速。而水力发电受水流量随季节的变化,特别是枯水期水流量明显减少的影响,频率无法调节到额定(50Hz,只好放弃发电,缩短发电机工作时间,浪费了许多水能。现在,采用电力电子技术,把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,使水轮发电机的发电周期大大延长。这对三峡电站等大型水力发电设施来说,将带来巨大的经济效益。
(3可再生能源发电中的电力电子技术
利用风能、太阳能、潮汐能、地热能等新能源发电,是克服能源危机(煤、石油、天然气等石化类能源日趋匮乏的重要措施,它们是可再生的绿色能源,对环境和气候的影响也会得到缓解。但是这些能源转换的电能,其电压、频率难免波动,无法并网应用。通过电力电子变换装臵,使这些波动的电能以恒压恒额方式输出,实现这些新能源的实用化。
2.2储能领域中的电力电子技术
用电受昼夜影响而出现高峰和低谷,如果晚间能把发电机的多余电能储存起来,到白天再送到电网应用,相当于多盖了至少三分之一的发电厂,其经济价值是明显的。
(1抽水储能发电
白天,上游水库泄水发电;晚间,利用多余的电网电能并使发电机转变成电动机运行,驱动水泵把下游水库的水抽进上游水库,增加上游水库蓄水,使白天可以更多地发电。当然,这种电能变为机械能,再变成电能的能量变换过程,效率是比较低的。
(2地下室内的蓄电池与电容器组储能
把夜间电网提供的多余交流电整流成直流电,储存在建筑物地下室内的“蓄电池一电容器组”;白天,再把这些储存的电能逆变成交流电供给整个建筑物内的用电,已经成为某些地方的时尚。
(3超导线圈的磁场储能
上述变换还是有相当能耗的。在超导体线圈中,数十万安培的直流电流在其中流动是不会损耗的,这种储能器体积大为缩小,转换效率很高。但是,如何实现常规交流电能同这种低电压超大电流的直流电能的互相转换,给电力电子技术提出了更新的课题。
2.3输电领域中的电力电子技术
(1高压直流输电(HVDCT技术
在远距离输电、跨海输电、非同期(非同步的电力系统实现联网方面,高压直流输电优于高压交流输电。直流输电是把发电机发出的交流电通过变压器升压,再经过整流器使之变为直流,跨过几百、上千公里后,再通过逆变器变换为工频交流电,供终端使用。这里需要几十、乃至数百万千伏安的超大功率电力电子装臵。
(2动态无功功率补偿(SVC技术
发电厂发出的电能,只有一部分能有效地做功,称为有功功率,它占总发电量的比例称功率因数;另一部分能量或者因为电感(储磁能、电容(储电能的存在而与电源发生能量交换不做功,或者因为谐波的存在而不做功,这部分称之为无功功率。无功的存在使发电机功率因数降低.谐波污染电网,增加发电机和其他电气设备发热,无功的波动使电网电压波动。因此,对无功功率进行补偿具有明显的经济效益和社会效益。采用电力电子技术的动态无功功率补偿装臵在这方面起着重要作用。
(3消除谐波改善电网供电品质
相控型电力电子设备是一谐波发生器.其大量的采用严重地污染了公用电网,带来电力品质的恶化。危及电网安全运行,其产生的电磁干扰(EMI也危及通信、金融、航空、交通、医疗等行业的安全运行。采用电力电子技术,特别是有源滤波技术,抑制谐波发生,实现绿色电源,是新世纪必须要解决的问题。
2.4用电领域中的电力电子技术
(1电动机的优化运行
全世界的用电量中[4]约有60%左右是通过电动机来消耗的。电动机只是在额定负载附近才是高效率的,但由于对过载、安全系数的考虑,电动机经常是在低效状态下运行。采用计算机——电力电子技术结合,使电动机经常处于高效状态,具有巨大的效益。
①变负载电动机的调压节能
车床、冲床、剪床等许多机械,作为动力源的电动机是按最大负载功率来选取的。而它们的大部分工况是轻载。根据负载力矩大小的变化,采用电力电子技术自动改变电机的端电压——轻载时降低电压,就能使电动机轻载损耗降低。这就是所谓“马达节能器”。
②通用机械的节能调速
风机、泵、压缩机等通用机械用电量占电动机用电量的一半左右。采用变频调速调节流体流量,比以往用挡板、阀门之类来调节,可节电20%~70%。
③工业应用机械的工艺调速
轧钢、有色金属压延、造纸、榨糖、大型机床等,基于工艺需要,其拖动电动机需要调速。采用变频调速,不仅效率高可节能,而且能使产品产量增加,质量提高。
④运输机械的牵引调速
电气机车、内燃机车、地下铁道、轻轨机车、无轨电车,乃至磁悬浮列车和电动汽车,以及电梯、自动扶梯、矿井卷扬机和龙门吊等都是电动牵引系统。这些运输工具在运行中要求及时调速。国际上交流电动机变频调速在牵引应用中已占了优势。
⑤精密调速
数控机床、伺服传动、机器人等各种运动控制,都要求很宽的调速范围和很高的调速精度,在国防上也有很多精密调速的需求。这里,采用[4]永磁无刷电动机达到1:50000到1:100000的宽域高精度调速已经实现。
按照最保守的计算,[4]全国现有电动机需要改造为变频调速的市场总价将是1200亿~1800亿元人民币,目前中国变频器市场的年销售额约为15亿元人民币。依此,需100年才能改造一遍,何况每年还有许多新机组投入。
(2高能量密度的电源应用
①电化学电源
铜、铝、锌、镍等有色金属,氯碱等化工原料,都是靠电解来实现的。[4]现在几十万安培的直流电解装臵早己实现国产化。一般说来,它们都是电老虎,又是国民经济的基础。
②开关电源
体积小、重量轻、效率高的各种开关电源已经从电视机、计算机、各种仪器仪表上的小功率应用,扩展到通讯电源、电焊电源、X光电源和CT电源、加速器磁铁电源、军用电源等中功率应用。通过适度提高开关频率,电源的体积、重量会成数十倍地减少下来。
③变频电源
适应各种应用需要的、许多原来采用电子管的高频电源已越来越多的被采用电力电子器件的固态化电源替代。[4]例如:超声波电源、臭氧发生器、负氧离子发生器、荧光灯电子镇流器、热处理电源、声纳电源、无线电(长、中、短波发射电源,以至微波电源。在新世纪中,随着电力电子技术的发展,更高频率、更大功率的固态化电源将不断开拓出来。
④特种电源
不间断电源(UPS、稳压稳流电源、高精度洁净电源等特种电源,采用电力电十技术后,各方面指标均大大改善。
总而言之,在各种与电相关的地方,凡是要求调节控制以实现自动化、智能化的场合,电力电子技术将同微电子——计算机技术相辅相成,发挥巨大作用。
2.5信息领域中的电力电子技术
信息技术的基础是微电子——计算机技术,它同电力电子技术是姐妹技术,互相密切结合,成为改造传统产业和发展各种高新技术的基础技术。反过来。电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制,日益成为信息产品中不可缺少的一部分。
信息产业要用到一系列电源(如各种交直流稳压电源、开关电源、UPS以保证信息产品的正常安全运行。另外,现代信息产品对电源的体积、重量、效率都提出了越来越高的要求。[4]例如,通讯和计算机产品的小型化,使传统电源明显地不适
应。笔记本电脑必须采用高能量密度的精密电源。通讯电源(380V交流/48V直流在采用高频开关电源技术后,相同功率产品与十年前比,已经缩小到1/15,它们在国内的销售额已经达到近百亿元;其二次电源(由直流48V 通过DC/DC变换器转换到
36V、24V、12V、6V等几乎全部模块化;特别是计算机芯片的工作电压由6V、
3V、……向1V乃至更低发展,为此要求电力电子技术提供低电压的高效率大电流直流电源;另一方面,广播电视和军事通讯(从超长波到短波,包括潜水艇不可缺少的
声纳需要很大功率、覆盖很宽频率范围的固态化、小型化发射电源,所有这些新电源都是电力电子新技术的应用领域。
在信息产品的主电路中,正在用MOS场效应管取代双极晶体管来完成各种变换,其用量也越来越多,[4]1998年的世界晶体管市场中,MOS场效应管的市场份额已超过了双权晶体管。
在移动电话和笔记本式、掌上式电脑等广泛推广使用之后,对各种可充电电池的需求也迅速增长。于是各种规格,不同功能,要求小型化的快速充电器的需求也应运而生。在未来的电动机车中,蓄电池快速充电也是不可缺少的重要环节。这些都离不开电力电子新技术。
运动控制产品在信息产业中也有很大的需求。FAX机、计算机、VCD、DVD 等许多整机中都装备着多种电动机。尤其在各种打印机中,离开对电动机运动的高精度控制,其打印效果是不可想象的。至于在信息工业(特别是微电子产业的各种精密微细加工设备中,高精度的伺服控制、机器人、机器手的工作都对运动控制提出了更高的要求。
信息产品中和其他产品中用VDMOS、ICBT做无触点开关的市场更大,程控交换机的每条线都至少用1个VDMOS管。为此,[4]我国目前每年要进口几千万只;每辆现代轿车中要用七、八十只到一百五、六十只VDMOS管。所以,从当前到未来的信息产业是电力电子产品现实的巨大市场之一。
近年来,电力电子的环境及产业都有了很大的变化。整体而言,电力电子技术的发展在许多应用领域上获得了认同。
广泛应用的技术有下列几点特性:
(1应用领域扩大;
(2成本大幅降低;
(3风险大幅降低;
(4价值小幅减少。
就电力电子技术而言,过去着重应用在交通、工业、军事、商事、航天等领域,今后将走进家电、信息、通信以及信息家电(Information Appliances等领域。网络化时代电脑性能日新月异,为了克服因快速运算及处理能力带来的散热问题,电脑原先的供电电压已由5V降为3.3V,今后还会更低。因而赋予电力电子工程师在电源转换设计上有更大的空间,[5]Motorola出品的WaveFET相信会
为电力电子产业带来一片新的天空。此外，后 PC 时代的产品方兴未艾，人类正面临新的挑战。新兴器件的发展必然会影响到市场，未来的冲击将会更为猛烈，需要我们去努力适应。 3、 [4] 电力电子器件发展趋势电力半导体器件是电力电子应用技术的基础, 必须重视电力电子器件的发展。国际上电力半导体器件经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）和场控器件（IGBT 和功率 MOSFET）三个阶段。单管耐压 6.5kV、电流 1kA、工作频率在 20kHz～50kHz 的大功率IGBT，耐压 600V、电流 100A、工作频率达 150kHz（硬开关）到 300kHz（软开关）的高频化 IGBT 均已问世。进入 90 年代，[6]电力电子器件的研究和开发已进入大功率化、高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。由于加工工艺的不断进步，各类电力电子器件的容量日益增大。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，也就说，当我们将 50Hz 的标准工频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向。而硬件结构的标准模块化是器件发展的必然趋势。目前先进的
模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内，以及驱动保护电路等多个单元，都以标准化生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。目前世界上许多大公司已开发出 IPM 智能化功率模块，如日本三菱、东芝及美国的国际整 [7] 日本新电元公司的 IPM 智能化功率模块流器公司已有成熟的产品推出。例如，的主要特点是：（1）它内部集成了功率芯片，检测电路及驱动电路，使主电路的结构为最简。（2）其功率芯片采用的是开关速度高，驱动电流小的 IGBT，且自带电流传感器，可以高效地检测出过电流和短路电流，给功率芯片以安全的保护。（3）在内部配线上将电源电路和驱动电路的配线长度控制到最短，从而很好地解决了浪涌电压及噪声影响误动作等问题。（4）自带可靠的安全保护措施，当故障发生时能及时关断功率器件并发出故障信号，对芯片实施双重保护，以保证其运行的可靠性。然而，国产电力半导体器件基本上停留在晶闸管阶段，严重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被动状态将会拖延中国振兴的进程，因此，必须大家共同努力，使这一被动局面早日得到改变。 4、、结论 1998 年末朱镕基总理明确指示，今后必须加快国家创新体系的建设，因此可以肯定的说，在 21 世纪初国家发展中，技术创新将要变成企业工作的主导内容，而发展与建立适合中国国情的电气工业的技术创新机制，通过电力电子技术长足进步推动新型电气工业不断升级和进步，进而走向世界。电力电子技术具有微电子技术的许多共同特征，如发展变化都非常迅速，渗透力和创新表现十分突
出，生命力格外旺盛，处于阳光产业地位，并与其它学科相互融合和发展，产生新的机遇；同时，电力电子技术还有其自身一些独具特色的地方，如高电压、大容量及控制功率范围大等等，因此技术的创新难度在于必须跨越高电压大功率这一关卡，以及其技术的综合难点，如材料工业和制造工艺等等。同时，电力电子器件工作的可靠性是其极为重要的一个技术指标，为此，电力电子技术的创新是与多种学科相互渗透并对各种工业领域有着极强渗透性的创新。因此，电力电子技术与国家的基础产业关系密切，并与国家发展的各项方针及产业政策相配合的要求在将来会显得越来越强烈。电力电子技术又称为能流技术，因此电力电子技术的发展与创新是 21 世纪可持续发展战略纲领的重要组成部分。 21 世纪初加
在快现代电力电子化转化的力度，必将形成一条朝阳的高科技产业链，推动我国工业领域的技术创新。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，[7] 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。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。也要从器件制造工艺技术引导创新，从新材料科学的应用上创新，以此推动电力电子器制造工艺的技术创新，提高器件的可靠性，由此形成基础积累型的创新之路。并要把技术创新与产品应用及市场推广有机结合，加快科技创新的自我强化的循环，促进和带动技术创新，以使我国电力电子技术及器件制造工艺技术得以长足的发展，并形成一个全新的产业，转化为巨大的生产力，推动我国工业领域由粗放型经营走向集约型，促进国民经济以高速、高效、可持续发展。参考文献(Referrences：参考文献 1、李永东，现代电力电子及变频调速技术——传统产业通向信息社会的桥梁，自动化博览， 2001.18(2. Page 1-3； 2、张为佐，电力电子技术的二十年及其未来——思考走向信息时代的电力电子学，电源技术应用，2001.4(1，Page 54-56； 3、俞勇祥，电力电子技术的应用概况，新技术新工艺，2000.(10，Page 12； 4、王正元，面向新世纪的电力电子技术，电源技术应用，2001.4(3，Page 47-50； 5、吴英秦，新电力电子世界，电源技术应用，2001.4(4，Page 45-47； 6、万遇良，电力电子技术的发展趋势及应用，电工电能新技术，1995.(2，Page 12-15； 7、周志敏，电力电子技术的发展与创新； 8、李宏，晶闸
管触发器技术的新进展，江苏机械制造与自动化.2001.(2，Page 4-5,12； 9、张青云，电力电子器件的应用及发展，现代电子技术，2001.(1，Page 37-38；
10、吕庆敏，浅谈电力电子技术领域中若干的研究热点，电力电子技术，2001.35(1， 11、俞勇祥，电力电子技术的应用概况，新技术新工艺，2000.(10，Page 12-12； 12、唐苏亚，电力电子器件的现状及将来动向，微电机，2000.33(5，Page 32-34； 13、电力电子技术发展动态，电源技术应用，2000.3(10，Page 552-552； 14、马克刚，现代电力电子器件及其应用，世界电子元器件，2000.(7，Page 39-40； 15、周鹤良，面向 21 世纪发展电工高新技术，电工技术，2000.(1， Page 1-2； 16、李泽元，二十一世纪的电力电子技术，电子产品世界，2000.(2，Page 20-21； 17、电力电子技术与市场孕育发展良机，世界产品与技术，2000.(6，Page 36-38； 18、赵良炳，略论电力电子学的可持续发展战略(一，通信电源技术，2000.(1Page1-5； 19、赵异波，电力电子器件发展概况及应用现状，半导体杂志，1999.24(3,Page23-30； 20、王彩琳，电力半导体器件的最新发展动向，半导体情报，1999.36(1，Page27-32； 21、王学勤，电力电子技术的现状与未来，自动化信息，1998.(4，Page 4-7； Page 61-62； 22、钱照明、董伯藩，电力电子技术及其应用的最新发展(二，中国电机工程学报，1998.18(3，Page 153-159,162； 23、张为佐，电力电子技术的应用和发展，江苏机械制造与自动化，1998.(2，Page7-9,43；
24、张玉芬，电力电子技术的新发展，微电子技术，1997.25(6，Page 45-60； 25、钱照明、何湘宁，电力电子技术及其应用的最新发展(一，中国电机工程学报，1997.17(6，Page 361-366,407； 26、李鹤轩，电力电子技术的发展动向，新技术新工艺，1997.(6，Page 10-12； 27、张为佐、白继彬，电力电子技术发展的新动向，电力电子技术，1996.30(4Page1-5； 28、耿文学，电力电子学的进展，世界产品与技术，1996.(1，Page 13-13； 29、田广青，电力电子技术发展概况，电子质量，1995.(1，Page 19-21； 30、沈龙大，电力电子技术及应用的发展状况，基础自动化，1995.2(1，Page 1-7； 31、张国忠、林渐狮，电力电子技术及其展望，北京联合大学学报：自科版，1995.9(1，Page59-65； 32、肖元真、张良，我国电力电子技术
2.1 试说明功率二极管的主要类型及其主要工作特点。 2.2 人们希望的可控开关的理想特性有哪些？ 2.3 阅读参考文献一，说明常用功率半导体器件的性能特点及其一般应用场合。 2.4 说明MOSFET和IGBT驱动电路的作用、基本任务和工作特点。 3.1 什么是半波整流、全波整流、不控整流、半控整流、全控整流、相控整流？ 3.2 什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流移位因数（基波功率因素）和整流输入功率因数？ 3.3 简述谐波与低功率因数（电力公害）的危害，并说明当前抑制相控整流电路网侧电流谐波的措施。 4.1 画出降压换流器（Buck电路）的基本电路结构，简要叙述其工作原理，并根据临界负载电流表达式说明当负载电压VO和电流IO一定时，如何避免负载电流断续。 4.2 画出升压换流器（Boost电路）的基本电路结构，推证其输入/输出电压的变压比M表达式，说明Boost电路输出电压的外特性。 4.3 画出升降压换流器（Buck-Boost电路）的基本电路结构，说明电路工作原理，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 4.4 画出丘克换流器（Cuk电路）的基本电路结构，说明电路工作原理及主要优点，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 5.1 正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？幅值调制率ma和频率调制率mf的定义是什么？ 5.2 逆变器载波频率fs的选取原则是什么？ 5.3 简要说明逆变器方波控制方式与PWM控制方式的优缺点。 5.4 画出三相电压型逆变器双极性驱动信号生成的电路原理图，指出图中各变量的含义，简要叙述其工作原理。 6.1 柔性交流输电系统（FACTS）的定义是什么？FACTS控制器具有哪些基本功能类型？ 6.2 什么是高压直流输电（HVDC）系统？轻型高压直流输电系统在哪些方面具有良好的应用前景？ 6.3 晶闸管控制电抗器（TCR）的基本原理是什么？晶闸管触发控制角α<90°与α=90°两种情况下等效电抗是否相等，为什么？ 6.4 作图说明静止无功发生器（SVG）的工作原理与控制方式，分析其与5.4节所述三相逆变器的异同点？ 6.5 简要说明有源电力滤波器（APF）和动态电压恢复器（DVR）的基本功能和系统组成？ 6.6 阅读参考文献三，简要说明当前在风力发电技术领域中运用的储能技术、输电技术以及滤波与补偿技术？
现代电力电子技术的发展 浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化992班马玥 (浙江杭州310027 E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/175904126.html,学号:3991001053 摘要:本文简要回顾电力电子技术的发展,阐述了现代电力电子技术发展的趋势,论述了走向信息时代的电力电子技术和器件的创新、应用,将对我国工业尤其是信息产业领域形成巨大的生产力,从而推动国民经济高速、高效可持续发展。 关键词:现代电力电子技术;应用;发展趋势 The Development of Modern Power Electronics Technique Ma Yue Electrical Engineering College. Zhejiang University. Hangzhou 310027, China E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/175904126.html, Abstract: This paper reviews the development of power electronics technique, as well as its current situation and anticipated trend of development. Keywords: modern power electronics technique, application, development trend. 1、概述 自本世纪五十年代未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臵,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 作业解答 教材：《电力电子技术》，尹常永田卫华主编
第一章 电力电子器件 1-1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定？ 答：晶闸管的导通条件是：（1）要有适当的正向阳极电压；（2）还有有适当的正向门极电压。 导通后流过晶闸管的电流由阳极所接电源和负载决定。 1-2维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是：流过晶闸管的电流大于维持电流。 利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，可使导通的晶闸管关断。 1-5某元件测得V U DRM 840=，V U RRM 980=，试确定此元件的额定电压是多少，属于哪个电压等级？ 答：根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，确定此元件的额定电压为800V ，属于8级。 1-11双向晶闸管有哪几种触发方式？常用的是哪几种？ 答：双向晶闸管有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ+和Ⅲ-四种触发方式。 常用的是：（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。 1-13 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 答：因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：（1）GTO 在设计时2α较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO 关断；（2）GTO 导通时的21αα+更接近于 1，普通晶闸管15.121≥+αα，而 GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；（3） 多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。 第二章 电力电子器件的辅助电路 2-5说明电力电子器件缓冲电路的作用是什么？比较晶闸管与其它全控型器件缓冲电路的区别，说明原因。 答：缓冲电路的主要作用是： ⑴ 减少开关过程应力，即抑制d u /d t ，d i /d t ；
HefeiUniversity 合肥学院电力电子技术课程综述 系别：电子信息及电气工程系 专业：自动化 班级： 姓名: 学号：
目录 摘要： (3) 绪论 (4) 1.1电力电子技术简介： (4) 1.2电力电子技术的应用： (4) 1.3电力电子技术的重要作用： (5) 1.4电力电子技术的发展 (5) 本课程简介 (6) 2.1电力电子器件： (6) 2.1.1根据开关器件是否可控分类 (6) 2.1.2 根据门极)驱动信号的不同 (6) 2.1.3 根据载流子参与导电情况之不同，开关器件又可分为单极型器件、双极型器 件和复合型器件。 (6) 2.2 DC-DC变换器 (7) 2.2.1主要内容： (7) 2.2.2直流-直流变换器的控制 (7) 2.3 DC-AC变换器（无源逆变电路） (8) 2.3.1电压型变换器 (8) 2.3.2电流型变换器 (8) 2.3.3脉宽调制(PWM)变换器 (9) 2.4 AC-DC变换器（整流和有源逆变电路） (9) 2.4.1简介 (9) 2.4.2工作原理 (9) 2.5 AC-AC变换器 (10) 2.5.1 简介 (10) 2.5.2 分类 (10) 2.6 软开关变换器 (10) 2.6.1分类 (10) 2.6.2 重点 (10) 总结 (11) 参考文献 (11)
摘要：电力电子技术是在电子、电力与控制技术上发展起来的一门新兴交 叉学科，被国际电工委员会（IEC）命名为电力电子学（Power Electronics）或称为电力电子技术。近20年来，电力电子技术已渗透到国民经济各领域，并取得了迅速的发展。作为电气工程及其自动化、工业自动化或相关专业的一门重要基础课，电力电子技术课程讲述了电力电子器件、电力电子电路及变流技术的基本理论、基本概念和基本分析方法，为后续专业课程的学习和电力电子技术的研究与应用打下良好的基础。 关键词：电力电子技术控制技术自动化电力电子器件 Abstract: Power electronic technology is in Electronics, electric Power and control technology developed on an emerging interdisciplinary, is the international electrotechnical commission (IEC) named Power Electronics (Power Electronics) or called Power electronic technology. Nearly 20 years, power electronic technology has penetrated into every field of national economy, and have achieved rapid development. As electrical engineering and automation, industrial automation or related professional one important courses, power electronic technology course about power electronics device, power electronic circuits, the basic theory of converter technology, the basic concept and basic analysis for subsequent specialized course of study and power electronic technology research and application lay a good foundation. Keywords:Power electronic technology control technology automation power electronics device
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t
现代电力电子技术第1次作业 二、主观题(共12道小题) 11.电力电子技术的研究内容？ 答：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 12.电力电子技术的分支？ 答：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 13.电力变换的基本类型？ 答： 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 14.电力电子系统的基本结构及特点？ 答： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。' 15.电力电子的发展历史及其特点？ 答：主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势 16.电力电子技术的典型应用领域？ 答：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 17.电力电子器件的分类方式？ 答： 电力电子器件的分类 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型 18.晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 答：晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。
19.维持晶闸管导通的条件是什么？ 答：流过晶闸管的电流大于维持电流。 20.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 答：I L__〉____I H 21.整流电路的主要分类方式？ 答： 按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三种； 按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。 22.单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。 答：180o 现代电力电子技术第2次作业 二、主观题(共12道小题) 11.单相全控桥式整流阻性负载电路中，晶闸管的移相范围________。 答：0-180o 12.有源逆变产生的条件之一是：变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须与整流时输出的极性___ ________，且满足|Ud|<|Ed|。 答：相反 13.
现代电力电子技术发展及其应用 摘要：电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。 一、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？电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，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。 二、电力电子技术的发展 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。 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、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 2、逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 3、变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能
浙江大学远程教育学院 《电力电子技术》课程作业 姓名： 林岩 学 号： 714066202014 年级： 14秋 学习中心： 宁波电大 ————————————————————————————— 第1章 1．把一个晶闸管与灯泡串联，加上交流电压，如图1-37所示 图 1-37 问：（1）开关S 闭合前灯泡亮不亮？（2）开关S 闭合后灯泡亮不亮？（3）开关S 闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡亮不亮？原因是什么？ 答： （1）不亮；（2）亮；（3）不亮，出现电压负半周后晶闸管关断。 2．在夏天工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠，可能是什么现象和原因？冬天工作正常到夏天变得不可靠又可能是什么现象和原因？ 答： 晶闸管的门极参数I GT 、U GT 受温度影响，温度升高时，两者会降低，温度升高时，两者会升高，故会引起题中所述现象。 3．型号为KP100-3，维持电流I H ＝4mA 的晶闸管，使用在如图1-38电路中是否合理？为什么？（分析时不考虑电压、电流裕量） (a) (b) (c) 图 1-38 习题5图 .答： （1） mA I mA A I H d 42002.010 50100 3 =<==?=
R TM U V U >==3112220故不能维持导通 （2） 而 即晶闸管的最大反向电压超过了其额定电压， 故不能正常工作 （3） I d =160/1=160A>I H I T =I d =160A ＞1.57×100=157A 故不能正常工作 4．什么是IGBT 的擎住现象？使用中如何避免？ 答： IGBT 由于寄生晶闸管的影响，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是d u ce /d t 过大（动态擎住效应），会产生不可控的擎住效应。实际应用中应使IGBT 的漏极电流不超过额定电流，或增加控制极上所接电阻R G 的数值，减小关断时的d u ce /d t ，以避免出现擎住现象。 H d I A I I I >==== 9.957.1/...56.152 10220 2 2
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
大工春电力电子技术经 验在线作业 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
(单选题)1:软开关电路根据软开关技术发展的历程，可以分成几类电路，下列哪项不属于其发展分类？（）A:整流电路 B:准谐振电路 C:零开关PWM电路 D:零转换PWM电路 正确答案: (单选题)2:（）是最早出现的软开关电路。 A:准谐振电路 B:零开关PWM电路 C:零转换PWM电路 D:以上都不正确 正确答案: (单选题)3:直流电动机可逆电力拖动系统能够在（）个象限运行。 A:1 B:2 C:3 D:4 正确答案: (单选题)4:下列选项中不是交流电力控制电路的控制方法的是？（） A:改变电压值 B:改变电流值
C:不改变频率 D:改变频率 正确答案: (单选题)5:下列哪个选项与其他三项不是同一概念？（） A:直接变频电路 B:交交直接变频电路 C:周波变流器 D:交流变频电路? 正确答案: (单选题)6:下列不属于单相交-交变频电路的输入输出特性的是（）。A:输出上限频率 B:输出功率因数 C:输出电压谐波 D:输入电流谐波 正确答案: (多选题)7:UPS广泛应用于下列哪些场合中？（） A:银行 B:交通 C:医疗设备 D:工厂自动化机器 正确答案: (多选题)8:斩波电路应用于下列哪些选项下，负载会出现反电动势？（）A:用于电子电路的供电电源
B:用于拖动直流电动机 C:用于带蓄电池负载 D:以上均不是 正确答案: (多选题)9:下列属于基本斩波电路的是（）。 A:降压斩波电路 B:升压斩波电路 C:升降压斩波电路 D:Cuk斩波电路 正确答案: (多选题)10:下列哪些属于UPS按照工作原理的分类？（） A:后备式 B:在线式 C:离线式 D:在线互动式 正确答案: (多选题)11:下列各项交流电力电子开关的说法，正确的是（）。A:需要控制电路的平均输入功率 B:要有明确的控制周期 C:要根据实际需要控制电路的接通 D:要根据实际需要控制电路的断开 正确答案: (多选题)12:下列哪些电路的变压器中流过的是直流脉动电流？（）
第2章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 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。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 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。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；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至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。晶闸管刚从断态转入通态并移除 触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17.双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 18.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。 19. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触 发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。
现代电力电子技术
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) (主观题请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。) 11. 电力电子技术的研究内容？ 12. 电力电子技术的分支？ 13. 电力变换的基本类型？ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 15. 电力电子的发展历史及其特点？ 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 17. 电力电子器件的分类方式？ 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 21. 整流电路的主要分类方式？ 22. 单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) 11. 电力电子技术的研究内容？ 参考答案：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 12. 电力电子技术的分支？ 参考答案：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 13. 电力变换的基本类型？ 参考答案： 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 参考答案： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。'
15. 电力电子的发展历史及其特点？ 参考答案：主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 参考答案：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 17. 电力电子器件的分类方式？ 参考答案： 电力电子器件的分类 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 参考答案：晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 参考答案：流过晶闸管的电流大于维持电流。 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 参考答案：I L__〉____I H 21. 整流电路的主要分类方式？ 参考答案： 按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三种； 按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。
电力电子技术-西南大学2016年作业
第一批 单选题 题目说明: （10.0分）1.IGBT属于（）控制型元件 A．A：电流 B．B：电压 C．C：电阻 D．D：频率 （10.0分）2.触发电路中的触发信号应具有（） A．A：足够大的触发功率 B．B：足够小的触发功率 C．C：尽可能缓的前沿 D．D：尽可能窄的宽度 （10.0分）3. 对于单相交交变频电路如下图，在t1~t2时间段内，P组晶闸管变流装置与N组晶闸管变流装置的工作状态是（）
A．A：P组阻断，N组整流 B．B：P组阻断，N组逆变 C．C：N组阻断，P组整流 D．D：N组阻断，P组逆变 （10.0分）4.电流型逆变器中间直流环节贮能元件是() A．A：电容 B．B：电感 C．C：蓄电池 D．D：电动机 （10.0分）5.单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角a的最大移相范围是（） A．A：90° B．B：120° C．C：150° D．D：180° （10.0分）6.具有自关断能力的电力半导体器件称为() A．A：全控型器件 B．B：半控型器件 C．C：不控型器件 D．D：触发型器件 （10.0分）7.IGBT是一个复合型的器件，它是（）
A．A：GTR驱动的MOSFET B．B：MOSFET驱动的GTR C．C：MOSFET驱动的晶闸管 D．D：MOSFET驱动的GTO （10.0分）8.从晶闸管开始承受正向电压的到晶闸管导通时刻的电度角称为（）。 A．A：控制角 B．B：延迟角 C．C：滞后角 D．D：重叠角 （10.0分）9.将直流电能转换为交流电能供给负载的变流器是() A．A：有源逆变器 B．B：A/D变换器 C．C：D/A变换器 D．D：无源逆变器 （10.0分）10.已经导通的晶闸管的可被关断的条件是流过晶闸管的电流（） A．A：减小至维持电流以下 B．B：减小至擎住电流以下 C．C：减小至门极触发电流以下 D．D：减小至5A以下
现代电力电子技术第1次作业 一、单项选择题(只有一个选项正确，共4道小题) 1. 在晶闸管应用电路中，为了防止误触发应将幅值限制在不触发区的信号是( ) (A) 干扰信号 (B) 触发电压信号 (C) 触发电流信号 (D) 干扰信号和触发信号 正确答案：A 2. 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( ) (A) 导通状态 (B) 关断状态 (C) 饱和状态 (D) 不定 正确答案：B 3. 晶闸管工作过程中，管子本身产生的管耗等于管子两端电压乘以（） (A) 阳极电流 (B) 门极电流 (C) 阳极电流与门极电流之差 (D) 阳极电流与门极电流之和 正确答案：A 4. 电阻性负载三相半波可控整流电路，相电压的有效值为U2，当控制角α=0°时，整流输出电压平均值等于（） (A) 1.41U2 (B) 2.18U2 (C) 1.73U2 (D) 1.17U2 正确答案：D 四、主观题(共14道小题) 5. 电力电子技术的研究内容？ 参考答案：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 6. 电力电子技术的分支？ 参考答案：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 7. 电力变换的基本类型？ 参考答案：包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ
（３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ。 8. 电力电子系统的基本结构及特点？ 参考答案： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。 9. 电力电子的发展历史及其特点？ 参考答案： 主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势。 10. 电力电子技术的典型应用领域？ 参考答案：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 11. 电力电子器件的分类方式？ 参考答案：电力电子器件的分类如下 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型。 12. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 参考答案： 晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。 13. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 参考答案：流过晶闸管的电流大于维持电流。 14. 对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL______IH。 参考答案：IL〉IH。 15. 电力电子技术的定义和作用？ 参考答案：电力电子技术是研究利用电力电子器件实现电能变换和控制的电路，内容涉及电力电子器件、功率变换技术和控制理论，作用是把粗电变成负载需要的精电。 16. 双极型器件和单极型器件的特点与区别？ 参考答案： 双极型，电流驱动，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂； 单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。
解:a) b) c) Idl-— (￥片1)俺 d 2717 Ta JI 2 d ,0. 1767 I a 4 ￡ -匚 l rn ——(纟 + 1)缺 0.胡 31 A TT 2 sin 亦泊3) ~~~ l + ± fe 0.898 J = J — f : = 0. 5 A 7.晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件? 第2至第8章作业 第2章电力电子器件 1. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流 （脉冲）。或：uAK>0 且 uGK>0 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电 流，即维持电流。 3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管 的电流降到接近于零的某一数值以下， 即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸 管关断。 4. 图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为 I m ，试计 算各波形的电流平均值 I d1、|d2、I d3与电流有效值11、12、|3。 a) b) c) 图1晶闸管导电波形
答：A：触发信号应有足够的功率 B:触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 C:触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 第3章整流电路 1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L = 20mH，U2= 100V，求当a= 0°和60。时的负 载电流I d，并画出u d与i d波形。 解：a = 0°寸，在电源电压U2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成 ud与id的波形如下图:L―- = sin(oi di亠 考虑到初始条件二半时2±_0可解方程紂： 心一' (l^cos^) (cL -顷-22. 51 (A) (t)L
目录 摘要： (1) 一、电力电子技术主要内容 (1) 1、1电力电子器件及应用 (1) 1、1、1电力电子器件分类 (1) 1.1.2电力电子器件的应用 (2) 1．2 整流（AC-DC变换器） (2) 1．2.1整流电路分类 (2) 1.2.2 整流的概念 (3) 1．3斩波 (3) 1.3.1基本概念 (3) 1.3.2主要内容 (3) 1、4逆变 (4) 1.4.1基本概念 (4) 1.4.2主要内容 (4) 1、5 AC-AC变换器 (4) 1.5.1基本概念 (4) 1.5.2主要内容 (5) 二、电力电子技术的应用 (5) 三、学习小结 (5) 四、电力电子的发展及其发展趋势 (6) 五、电力电子技术的具体应用 (7) 参考文献 (8)
摘要： 电力电子技术（Power Electronics Technology）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。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。电力电子技术（Power Electronics Technology）是研究电能变换原理及功率变换装置的综合性学科，是在电子、电力与控制技术基础上发展起来的一门新兴交叉学科。包括电压、电流、频率和波形变换等知识，涉及电子学、自动控制原理和计算机技术等学科。 关键字:整流、逆变、斩波、变频 正文 一、电力电子技术主要内容 1、1电力电子器件及应用 1、1、1电力电子器件分类 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类： 1.半控型器件，例如晶闸管；
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。
现代电力电子技术应用及发展探讨 现代电力电子技术自上世纪六十年代开始出现，其发展势头迅猛。这是一项能够对电能进行控制和转换的技术，在多个行业都起到非常重要的作用，应用领域十分广泛。文中分析了现代电力电子技术的发展趋势，并进一步对现代电力电子技术的应用进行了具体的阐述。 标签：电力电子技术；发展趋势；应用 前言 现代电力电子技术的发展经历了几个不同的阶段，整流器时代、逆变器时代和变频器时代，现代电力电子技术属于变频器时代，同时又与微电子技术有效地进行了结合，这不仅使其应用范围十分广泛，而且在国民经济中的地位也变得越来越重要。 1 现代电力电子技术的发展趋势 在当前科学技术快速发展的新形势下，随着电力电子技术的不断革新，其发展达到了一个较高的水平。现代电力电子技术主要是对电源技术进行开发和应用，可以说电源技术的发展是当前电力电子技术发展的主要方向。 1.1 现代电力电子技术向模块化和集成化转变 电源单元和功率器件作为现代电力电子技术的重要组成部分，是电子器件智能化的核心所在，其组成器件具有微小性，因此电力电子器件结构也更为紧凑，体积较小，但其能够与其他不同器件的优点进行有效综合，所以其具有显著的优势。也加快了现代电力电子技术向模块化和集成化转变的进程，为电力系统使用性能的提升奠定了良好的基础。 1.2 现代电力电子技术从低频向高频化转变 变压器供电频率与变压器的电容体积、电感呈现反比的关系，在电力电子器件体积不断缩小的情况下，现代电力电子技术必然会加快向高频化方向转化。可控制关断型电力电子器件的出现即是现代电力电子技术向高频转化的重要标志。而且随着科学技术发展速度的加快，电力电子技术也必然会向着更高频的方向发展。 1.3 现代电力电子技术向全控化和数字化转变 传统的电力电子器件在使用过程中存在着一些限制，而且关断电器时还会产生一些危险，自关断的全控型器件在市场上出现后，有效地弥补了这些限制和避免了危险的发生，这也是现代电力电子技术变革的重要体现，表明现代电力电子