《现代电力电子技术》课程大纲
课程名称（中文）：现代电力电子技术
课程名称（英文）：Modern Power Electronics Technology
课程编码：Y0703010C
开课单位：电气信息学院
授课对象：硕士研究生
任课教师：高学军、陈堂贤
学时：40 学分：2.5 学期：2
考核方式:笔试+撰写论文等
先修课程：电路、电子技术等
课程简介：
一、教学目的与基本要求：
熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法、谐波分析与计算、应用MATLAB仿真及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。
二、课程内容与学时分配
1、课程主要内容：
（一）、绪论：电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史；电力电子技术的应用范围；电力电子技术的发展前景；本课程的任务与要求
（二）、电力电子开关器件：电力二极管；半控型器件-晶闸管；典型全控型器件-GTO、电力MOSFET、IGBT、BJT；IGCT、MCT、SIT、STIH等其他电力电子器件；功率集成电路和智能功率模块；电力电子器件的保护和驱动电路
（三）、直流—直流变换器：降压斩波电路；升压斩波电路；升降压斩波电路；复合斩波电路；多重多相变换器以及带隔离变压器的直流—直流变换器；介绍MATLAB-simulink.
（四）、直流—交流变换器：电压型逆变电路；电流型逆变电路；多重逆变电路和多电平逆变电路；PWM基本原理和控制方式；PWM波形的生成方法；PWM整流电路；三相逆变器电压空间矢量PWM控制；应用MATLAB仿真。
（五）、交流—直流变换器：单相可控整流电路；三相可控整流电路；变压器漏抗对整流电路的影响；电容滤波的二极管整流电路；整流电路的谐波和功率因数；大功率整流电路；含有源功率因数校正环节的单相整流器；三相高频PWM整流；应用MATLAB仿真。
（六）、交流—交流变换器：单相相控式交流调压电路；三相相控式交流调压电路；三相输出交—交变频电路；矩阵式变频电路；应用MATLAB仿真。
（七）、软开关变换器：软开关技术的分类；各种软开关电路的原理及应用；电压串联谐振式逆变器；电流并联谐振式逆变器；准谐振DC/DC变换器；ZCS PWM DC/DC 变换器；ZVS PWM DC/DC 变换器。
（八）、电力电子开关型电力补偿、控制器：晶闸管开关型阻抗补偿控制器；PWM开关型无功功率发生器；电力有源滤波器APF；PWM开关型串联基波电压补偿器；电网瞬态电压补偿、抑制器；晶闸管控制移相器TCPS (相位调节器TCPR)；统一潮流控制器UPFC；通用用户电力调节器UCPC-统一电能质量调节器UPQC。
2、课程具体安排：
三、实验、实践环节及习题内容与要求
1.相控整流电路实验；
2.直流斩波电路实验；
3.单相交流调压电路实验；（实验与仿真）
4.负载换相式逆变电路实验；
5.交—直—交变频电路实验；（设计型）
6.开关电源实验；（设计型）
7.CAI上机练习。（仿真）
四、教材及主要参考文献
教材：陈坚: 电力电子学–电力电子变换和控制技术. 2002. 高等教育出版社
参考书：
1.电力电子技术. 王兆安. 2001. 机械工业出版社
2.现代电力电子电路. 林渭勋. 2002. 浙江大学出版社
3.电力电子技术. 林辉. 2002. 武汉理工大学出版社
4.现代电力电子技术基础. 赵良炳. 199
5. 清华大学出版社
5. Power Electronics Converters,Application,and Design(Third Edition). Mohan.
2004. 高等教育出版社
6.叶斌. 电力电子应用技术. 清华大学出版社. 2006
7.电力电子学与变频传动技术和应用. B.K.博斯. 中国矿业大学出版社. 1999
8. Power Electronics Systems – Theory and Design. Jai P.Agrawal. 2001. 清
华大学出版社
9. Modern Power Electronics and AC Drives. B.K. Bose. 2002. 机械工业出版社撰写人：陈堂贤、高学军
学位分委员会签字：
学院主管研究生教学院长签字：
电力电子技术的发展史 电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。信息电子技术包括 Analog (模拟) 电子技术和 Digital (数字) 电子技术。电子技术是对电子信号进行处理的技术，处理的方式主要有：信号的发生、放大、滤波、转换。 目录 电力电子技术 现代电力电子技术 高频开关电源的发展趋势 半导体器件基础 电路发展 1．电力电子技术发展 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。 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。 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调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。 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
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？
三相桥式SPWM逆变电路仿真 一、设计的技术指标： 直流母线电压输入：650V； 输出三相交流相电压：220V； 调制方式：SPWM； 频率调制比：N=5； 幅值调制比为：0.8； 二、工作原理 三相桥式逆变电路如图所示，图中应用V1-V6作为逆变开关，也可用其它全控型器件构成逆变器，若用晶闸管时，还应有强迫换流电路。 从电路结构上看，如果把三相负载看成三相整流变压器的三个绕组，那么三相桥式逆变电路犹如三相桥式可控整流电路与三相二极管整流电路的反并联，其中可控电路用来实现直流到交流的逆变，不可控电路为感性负载电流提供续流回路，完成无功能量的续流和反馈，因此VD1～VD6称为续流二极管或反馈二极管。 在三相桥式逆变电路中，各管的导通次序同整流电路一样，也是T1、T2、T3……T6、T1……各管的触发信号依次互差60?。根据各管的导通时间可以分为180?导通型和120?导通型两种工作方式，在180?导通型的逆变电路中，任意瞬间都有三只管子导通，各管导通时间为180?，同一桥臂中上下两只管子轮流导通，称为互补管。在120?导通型逆变电路中，各管导通120?，任意瞬间只有不同相的两只管子导通，同一桥臂中的两只管子不是瞬时互补导通，而是有60?的间隙时间，当某相中没有逆变管导通时，其感性电流经该相中的二极管流通。
上图中的uao`、ubo`与uco`是逆变器输出端a、b、c分别与直流电源中点o`之间的电压，o`点与负载的零点o并不一定是等电位的，uao`等并不代表负载上的相电压。令负载零点o与直流电源中点o`之间的电压为uoo`，则负载各相的相电压分别为 (3-1) 将式(3-1)中各式相加并整理后得 一般负载三相对称，则uao+ubo+uco=0，故有 (3-2) 由此可求得a相负载电压为 (3-3) 在图3.3中绘出了相应的负载a相电压波形，ubo和uco波形与此相似。 三、仿真电路图
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：
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
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.
《电力电子技术》教学大纲 课程编号：131504269 课程类型：专业必修课 课程名称：电力电子技术学分：4 适用专业：电气自动化技术 第一部分大纲说明 一、课程的性质、目的和任务 本课程是电气自动化技术专业的专业必修课，主要目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。 二、课程的基本要求 1.熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等典型电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法； 2.熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法； 3.掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理； 4.了解电力电子技术的应用范围和发展动向； 5.掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。 三、本课程与相关课程的联系 通过该课程的学习为《供配电技术》、《电力拖动》等课程准备必要的基础知识。 四、学时分配 本课程学分为4学分，建议开设56学时。
五、教材与参考书 教材：《电力电子技术》（第5版），王兆安、刘进军主编，机械工业出版社，2009 主要参考书： 1.《电力电子技术习题集》，李先允，陈刚，中国电力出版社，2007 2.《电力电子技术》，黄家善，机械工业出版社，2011 3.《电力电子技术》，高文华，机械工业出版社，2012 六、教学方法与手段建议 本课程是电气自动化技术专业的专业必修课程，主要教学目标是构建学生电力电子技术的基本理论、基本技能和培养学生应用与创新能力。因此，通过改革教学模式、教学内容、教学方法与手段，激发学生学习兴趣和求知欲，增进学习效果，提高学习质量。为此，在教学过程中，要注重理论联系实际，重视工程观点，着重于基本概念的熟悉、基本原理的理解以及系统应用案例的分析设计能力；采用灵活多样的教学方法，因材施教，具体包括：启发式教学法、讨论研究式教学法、多媒体教学法、现场教学法、实物教学法、案例教学法等；积极探索理论和实践相结合的教学模式，使理论学习和技能训练与生产生活中的实际应用相结合，通过典型知识的实践应用，提高学习兴趣，激发学习动力，掌握相应知识和技能。 七、课程考核方式与成绩评定办法 闭卷考试。平时成绩：30%；期末考试成绩：70%（笔试，闭卷）。 第二部分课程内容大纲 第一章绪论（2学时） 一、教学目的和要求 掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容；了解电力电子技术的发展史；了解电力电子技术的应用、电力电子技术的发展前景；了解本教材的内容。 二、教学内容 1.电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史； 2.电力电子技术的应用范围；
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/824196812.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/824196812.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。
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
教学大纲 课程代码：10120480 课程名称：电力电子技术 学分：3 周学时 2.5-1.0 面向对象：电气工程及其自动化、自动化等电气类专业学生 预修课程要求：电路原理，模拟电子技术基础，数字电子技术基础 一、课程介绍（100-150字） （一）中文简介 《电力电子技术》内容包括功率半导体器件、驱动及保护电路、交流-直流(AC-DC)变换电路、直流-直流(DC-DC)交换电路、直流-交流(DC-AC)变换电路、交流-交流(AC-AC)变换电路、软开关技术等。教学上除考虑课程本身的系统性外，还特别注意在电力电子技术在电力工程中的应用。通过本课程的学习，可掌握各电力电子变换装置的电路结构、基本原理、控制方法、设计计算，为今后从事相关科研工作打下坚实基础。 （二）英文简介 The course introduces power electronic devices, drive and snubber circuits, AC-DC Converters (Rectifiers), DC-DC Converters (Choppers), DC-AC Converters (Inverters ), AC-AC Converters (AC Controllers and Frequency Converters ), soft-switching techniques. Both theoretics and applications of power electronic technology are discussed in this course. The circuit configurations, fundamental theory, control and design methods of power electronic apparatus can be mastered , and a solid foundation for future research can be acquired through studying this course. 二、教学目标 (一)学习目标 电力电子技术横跨“电力”、“电子”与“控制”三个领域，是现代电子技术的基础之一，已被广泛地应用在工农业生产、国防、交通等各个领域，有着极其广阔的应用前景。《电力电子技术Ⅰ》是电类专业重要的专业基础课程。 （二）可测量结果 本课程通过对功率半导体器件、驱动及保护电路、交流-直流(AC-DC)变换电路、直流-直流(DC-DC)交换电路、直流-交流(DC-AC)变换电路、交流-交流(AC-AC)变换电路、软开关技术等内容的学习，使学生能掌握各类电能变换的基本原理，各电力电子变换装置的电路结构、基本原理、控制方法、设计计算；使学生具有初步设计、调试、分析电力电子变流装置的能力。 三、课程要求 （一）授课方式与要求
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
《电力电子技术》教学大纲 学时：51 学分：3 适用专业：电子信息工程 一、课程的性质、目的和任务 电力电子技术是电子信息工程专业的一门专业选修课。其教学目的和任务：掌握各种主要的电力半导体器件的基本原理、特性及参数；熟悉AC/DC变换技术及DC/AC变换技术的基本原理及主要变换方法；对AC/AC变换技术、电力电子装置作一般了解；能阅读常见的电力电子电路及设计简单电力电子电路。 二、课程教学的基本要求 （1）了解新型电力电子器件； （2）理解可关断晶闸管；升降压变换电路；直流变换的PWM控制技术；电流型逆变电路；有源逆变电路；AC/AC变换电路；电力电子装置； （3）掌握电力二极管；晶闸管；电力晶体管；电力场效应管；绝缘栅双极型晶体管；电力电子器件的驱动与保护；DC/DC变换技术；DC/AC变换技术；整流电路；软开关技术。 三、课程教学内容 （一）概述 1．电力电子技术的发展 2．电力电子技术的应用领域 说明： 本章为电力电子技术课程的一般介绍。 （二）电力电子器件 1．电力电子器件概述 电力电子器件基本模型与特性电力电子器件的种类 2．电力二极管 电力二极管及其工作原理电力二极管的特性参数 3．晶闸管 晶闸管及其工作原理晶闸管的特性参数晶闸管的派生器件 4．可关断晶闸管 可关断晶闸管及其工作原理可关断晶闸管的特性参数 5．电力晶体管
电力晶体管及其工作原理电力晶体管的特性参数 6．电力场效应管 电力场效应管及其工作原理电力场效应管的特性参数 7．绝缘栅双极型晶体管 绝缘栅双极型晶体管及其工作原理绝缘栅双极型晶体管的特性参数 8．其它新型电力电子器件 静电感应晶体管静电感应晶闸管MOS控制晶闸管集成门换流晶闸管功率模块与功率集成电路 9．电力电子器件的驱动与保护 驱动电路保护电路缓冲电路散热系统 说明： 本章的重点是电力二极管、晶闸管、电力晶体管、电力场效应管的工作原理、特性、主要参数和使用方法。难点是电力电子器件的驱动与保护。 （三）DC/DC变换技术 1．直流变换电路工作原理 2．降压变换电路 3．升压变换电路 4．升降压变换电路 5．Cuk电路 6．带隔离变压器的直流变换器 反激式变换器正激式变换器半桥变换器全桥变换器 7．直流变换的PWM控制技术 直流PWM控制的基本原理直流变换的PWM控制技术 说明： 本章的重点是直流变换电路工作原理，降压变换电路，升压变换电路，带隔离变压器的直流变换器。难点是流变换的PWM控制技术。 （四）DC/AC变换技术 1．逆变器的性能指标与分类 逆变器的性能指标逆变器的分类 2．电力器件的换流方式与逆变电路的工作原理
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
电力电子的现代运用 半导体的出现成为20世纪现代物理学的一项最重大的突破，标志着电子技术的诞生。而由于不同领域的实际需要，促使半导体器件自此分别向两个分支快速发展，其中一个分支即是以集成电路为代表的微电子器件，而另一类就是电力电子器件，特点是功率大、快速化。自20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。 电子电力技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路3部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。电力技术涉及发电、输电、配电及电力应用，电子技术涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统，控制技术是指利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行。电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用。在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。 传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。电力电子技术在1947年晶体管诞生开始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，以功率MOS-FET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的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。 1.整流器时代 在60年代到70年代被称为电力电子技术的整流时代。该期间主要是大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用。1948年的晶体管的出现引发了电子工业革命，半导体器件开始应用与通信领域，1957年，晶闸管的诞生扩展了半导体器件功率控制范围，属于第一代电力电子器件。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，当地办硅整流器厂逐渐增多，大功率的工业用电由工频50Hz）交流发电机提供，其中电解、牵引、和直流传动是以直流形式消费。 2.逆变器时代 20世纪70年到80年代期间成为逆变器时代，该期间的电力电子技术已经能够实现逆变，但是仅局限在中低频范围内。当时变频调速装置因为能节能大量普及，巨型功率晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）和大功率逆变用的晶闸管成为当时电力电子器件的主流。它们属于第二代电力电子器件。 3.变频器时代 进入80年代，功率MOSFET和绝缘栅极双极晶体管（IGBT）的问世，电力电子技术开始向高频化发展，高压、高频和大电流的功率半导体复合器件为第三代电器元件的大规模集成电路技术迅速发展，他们的性能更进一步得到了完善，具有小、轻和高效节能的特点。 4.现代电力时代 20世纪以来，电力电子作为自动化、节材、节能、机电一体化、智能化的基础，正朝着应用技术高频化、产品性能绿色化、硬件结构模块化的现代化方向发展。在1995年，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件出现并广泛被人们应用，功率器件和电源单元的模块
电力电子技术发展的哲学思考 摘要：电力电子技术是建立在电力学、电子学及控制学基础上的一门新型交叉学科。在过去的数十年间，伴随着新的材料和结构器件的出现，电力电子技术获得了飞速的发展，且在各行各业中得到了广泛的应用。其发展历程也揭示出大量新的现象和规律，尤其是非线性混沌现象的发现，促进了电力电子学科理论的发展，也丰富了人们的哲学认识。本文通过对电力电子技术发展过程的分析，揭示了电力电子学中的非线性现象所蕴含的若干哲学问题，论证了电力电子技术的发展过程反映了马克思主义的实践观和方法论。 关键词：电力电子技术；发展过程；哲学问题；马克思主义 0 引言 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。随着经济的快速增长和社会的全面进步，能源的供应和环境污染问题越来越突出，开发和利用新的能源的需求更加迫切。近年来，有关新能源利用方面的技术得到比较好的发展。而其中电力电子技术和能源的发展息息相关，在用电方面通过运用电力电子技术到电力传动中，通过变频等技术，在用电端实现高效节能；在发电端，通过电力电子技术中的逆变技术，实现风力发电和光伏发电的并网，使得新能源得到更好地利用；电力传输方向上，通过电力电子技术的运用，使传统的工频交流输电向高压直流输电（HVDC）技术发展。因此，能源利用问题很大程度上就是电力电子技术发展问题。 电力电子技术是20世纪后半叶诞生和发展起来的一门崭新的技术。它是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，又称为电源技术。电力电子技术是电气工程、电子科学以及控制科学交叉产生的一门学科，是电气工程领域目前最具活力和最有发展前景的新型交叉学科，正处于蓬勃的发展时期。现代电力电子技术是21世纪各国竞相发展的强国兴邦技术之一，随着与微电子技术的不断融合，其应用范围日益广泛，并且有向各行业渗透的趋势，电力电子技术必将为现代信息化社会对高供电质量的需求和能源可持续发展战略做出巨大贡献。 电力电子技术与我们的生活息息相关。现代通信、交通运输、家用电器、计
《现代电力电子技术》第一次作业（主观题） 本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下： 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。 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=________。 参考答案：180o 《现代电力电子技术》第二次作业（主观题） 本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下： 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________。 参考答案：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|。 参考答案：相反 13.
西安交通大学 电力电子技术教学大纲 56学时 3.5学分 西安交通大学电气工程学院
一、课程的性质、目的和任务 1. 本课程是电气工程与自动化专业必修的技术基础课。 2. 本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。同时，为《电力拖动自动控制系统》等后续课程打好基础。 二、使用的教材 王兆安、黄俊主编，电力电子技术，第4版，机械工业出版社，2000年6月。该教材为“九五”国家重点教材，教育部面向21世纪课程教材。 三、课程的基本要求 1. 熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法； 2. 熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流—交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。 3. 掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理。 4. 了解电力电子技术的应用范围和发展动向。 5. 掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。 四、课程内容 绪论 ?电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史 ?电力电子技术的应用范围 ?电力电子技术的发展前景 ?本课程的任务与要求
电力电子器件 ?各种二极管 ?半控型器件：晶闸管 ?典型全控型器件：GTO、电力MOSFET、IGBT、BJT ?IGCT、MCT、SIT、STIH等其他电力电子器件 ?功率集成电路和智能功率模块 ?电力电子器件的串并联 ?电力电子器件的保护 ?电力电子器件的驱动电路 整流电路 ?单相可控整流电路 ?三相可控整流电路 ?变压器漏抗对整流电路的影响 ?电容滤波的二极管整流电路 ?整流电路的谐波和功率因数 ?大功率整流电路 ?整流电路的有源逆变工作状态 ?相位控制电路 直流斩波电路 ?降压斩波电路 ?升压斩波电路 ?升降压斩波电路 ?复合斩波电路 交流电力控制电路和交交变频电路 ?单相相控式交流调压电路 ?三相相控式交流调压电路 ?交流调功电路 ?交流电子开关 ?单相输出交—交变频电路 ?三相输出交—交变频电路 ?矩阵式变频电路