浅谈电力电子技术的发展及应用领域
【摘要】电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。
【关键词】电力电子技术；发展；应用领域
一、概述
电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的，为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，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）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。
二、电力电子技术的发展
随着电力半导体制造技求、徽电子技术、计算机技术，以及控制理论的不断进步，电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。
1.整流器时代。整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。其中最典型的是电解、牵引和直流传动三大领域，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，因此在六七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到很大发展。
2.逆变器时代。是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220V，50Hz正弦波）。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。上世纪七十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。是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。80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。
三、现代电力电子的应用
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
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
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 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 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 ；
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/884576816.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/884576816.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。
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
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。
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》习题及解答 思考题与习题 什么是整流它与逆变有何区别 答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。 单相半波可控整流电路中，如果： (1)晶闸管门极不加触发脉冲； (2)晶闸管内部短路； (3)晶闸管内部断开； 试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。 答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同； （2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0； （3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。
某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些 答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。 解：设α=0，T 2被烧坏，如下图： 相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么带大电感负载时，负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么 答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ ,,21U U 和Λ,,21I I ，负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。
浅谈电力电子技术在电力系统中的应用与发展趋势 李洪新 胜利油田滨南采油厂山东省滨州市２５６６０６ 摘要，概述性地介绍电力电子技术在电力系统中的各类应用，重点在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用．以及电力电子技术的发展趋势。 关键词ｓ直流输电；电力电子；微电子；发电机；换流技术 前言 电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。电力电子技术广泛应用于国民经济、人民生活和现代化军事装备等众多领域，是传统产业改造，高新技术发展和国防工业进步的重要支柱。据估算，现代化国家所用电能的９０％以上都将利用电力电子技术进行各种处理，可大量节约电能和提高用电设备的性能。发电和远距离输电的现代化技术更大量需要电力电子技术。 经过５０年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电（ＨＶＤＣ）。自２０世纪８０年代，柔性交流输电（ＦＡＣＴＳ）概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用，以及电力电子技术的发展趋势。 ｌ电力电子技术和微电子技术 １９４７年晶体管发明之后，到５０年代末开始向两个方向发展。一个是以１９５８年集成电路的诞生为标志的微电子技术，它面向处理，其特点是加工线条越来越细，集成度越来越高，功能越来越全。目前生产水平典型线宽为０．５－０．６微米，典型产品为１６Ｍｂ的动态随机存储器（ＤＲＡＭ）和ＰｏｗｅｒＰＣ及Ｐｅｎｔｉｕｍ（奔腾）微处理器。研制水平还远高于此。微电子技术的发展带动了一系列高新技术的兴起，标志着第一次电子技术革命的开始，其应用几乎遍及所有领域。 １９５７年晶闸管的问世标志着电力电子技术的开端，它面向电力处理，其特点是功率越来越大，性能越来越高，派生器件越来越多。到７０年代末期８０年代初为传统电力电子技术已经衍生出快速晶闸管、逆导晶闸管、不对称晶闸管、光控晶闸管等整个家族。 ８０年代以来，微电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上，又逐渐走向结合。电力电子器件在工艺和结构上，大量采用微电子微细加工技术的工艺方法和加工设备，使传统电力电子器件的高电压、大电流、深注入技术与微细加工技术有机结合，统一在一块芯片上。目前，典型电力电子器件的最细线条可达２－３微米。从此产生现代电力电子技术，开始了第二次电子技术革命。 电力电子技术与微电子技术结合，首先出现了多种全控型器件。它们的功能特点是实现了自关断，从而避免了传统电力电子器件关断时所需的强迫换流电路。其结构特点是，一个器件由多个元胞并联，大面积集成。例如，１０００Ａ的门极关断晶闸管（ＧＴＯ）含有近千个单元（ＧＴＯ）。一个４０Ａ／ＩＯＯＶ的电力ＭＯＳ场效应管（ＶＤＭＯＳ），有３．５万个元胞并联，最小间距３微米，整个制造过程共ｉ００多道工序，全部利用微电子ＭＯＳ集成电路制造技术。其中关键工艺为离子注入、细线光刻、外延、自对准双扩散、薄栅氧化、表面钝化及背面金属化等。一个３００Ａ的静电感应晶闸管（ＳＩＴＨ）含有５万个元胞，而一个５０Ａ／５００Ｖ的ＭＯＳ控制晶闸管（ＭｃＴ）则含有１０万个元胞并联。
《电力电子技术》习题解答 第2章 思考题与习题 2.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。 导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A 决定。 2.2晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定? 答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A 减小，I A 下降到维持电流I H 以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A 决定。 2.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？ 答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H 会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。 2.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？ 答：非正常导通方式有：(1) I g =0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。 2.5请简述晶闸管的关断时间定义。 答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即gr rr q t t t +=。 2.6试说明晶闸管有哪些派生器件？ 答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。 2.7请简述光控晶闸管的有关特征。 答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。 2.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题2.8所示电路中是否合理，为什
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
浅析电力电子技术 课程设计
电力电子技术课程设计指导书 一、课程设计的总体目标 <电力电子技术>课程是一门专业技术基础课,电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识,独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力,使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用,为今后的学习和工作打下坚实的基础。 <电力电子技术>课程设计是配合变流电路理论教学,为自动化专业开设的专业基础技术技能设计,课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。经过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解,提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力,培养学生的创新精神和创新能力。 二、适用专业、答疑地点及时间 适用专业:自动化。 答疑地点:01517教室
答疑时间: 二本: 1月4、5、7日8-12时 三本: 1月4、5、7日13-17时 三、先修课程 电路、电子技术、电机拖动 四、课程设计课时分配 课程设计时间为 1 周: 调研,查资料 1 天。 总体方案设计 1 天。 单元电路设计 3 天(画原理图,参数计算)。 撰写设计说明书及验收 1 天。 五、课程设计的总体要求 ⑴熟悉整流和触发电路的基本原理,能够运用所学的理论知识分析设计任务。 ⑵掌握基本电路的数据分析、处理;描绘波形并加以判断。 ⑶能正确设计电路,画出线路图,分析电路原理。 ⑷按时参加课程设计指导,定期汇报课程设计进展情况。 ⑸广泛收集相关技术资料。 ⑹独立思考、刻苦钻研、严禁抄袭。 ⑺按时完成课程设计任务,认真、正确地书写课程设计报告。
电力电子技术在电力系统中的应用及发展 摘要:随着计算机应用技术在电力系统中的不断发展和普及化,对于电力电子技术的重视程度也越发增加。面对我国电力系统的不断建设和庞大的用电量，电力电子技术为我国当代电力生产供应系统提供了良好的技术平台,为电力系统的发电、配电、输电功能给予了支持. 关键词:电力电子技术;电力系统;应用及发展 Aｐplicatｉon aｎｄDeveｌoｐment of PowerＥｌeｃtｒoｎiｃTechnｏlogy iｎＰｏwｅr Sｙsｔem Aｂｓtraｃt：With tｈe contｉnｕｏｕｓdｅvｅlopｍent and ｐｏpularｉｚatｉoｎｏｆcomｐuterａpplication teｃｈnology iｎpowｅr syｓtｅｍ,thｅimｐｏｒtanｃe oｆｐoｗer ｅleｃtroniｃs teｃhnologｙｉs increasｉnｇ．In tｈe fａce of ｔhe ｃont ｉnuｏｕs construｃtiｏn of Chｉna'ｓpoｗer sysｔemａnｄｈuge poweｒcoｎｓumption，pｏweｒelectronic teｃhｎolｏgy ｆoｒChiｎa＇s conteｍporaｒy power productiｏn and sｕpply systeｍprｏvｉｄeｓa gｏod teｃhnolｏｇy plａｔform ｆｏｒpower system poweｒgeneratioｎ，dｉｓtribution，tｒansmiｓsｉon functionｔｏsuppｏrｔ。 Ｋey wｏｒds:poｗeｒelectronics technoｌogy；powｅr sｙｓtｅm；aｐplicatioｎand ｄevelopｍｅｎt ０前言 电力电子技术是综合了电子技术、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[ １］ .作为一门学科, 其发展始于 1956 年贝尔实验室发明晶闸管，其后经历了上世纪六七十年代的整流器时代（工频), 七八十年代的以0 ～100 Ｈz 的 G TR 、G T Ｏ为主角的变频调速、高压直流输出、静止或无功补偿等中低频范围应用的逆变器、变频器时代, 至八九十年代以功率 M OSFET 和IGBT 为代表，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，表明以低频技术处理问题为主的传统电力电子技术已进入以高频技术处理问题为主的现代电力电子时代.电力电子技术是电工技术中的新技术，是电力与电子技术（强电和弱电技术)的融合, 已在国民经济中发挥着巨大作用，对未来输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［2］。
学号：20105042057 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级2010级 姓名王书易 论文题目浅谈电力电子技术现状、应用及前景 指导教师刘力伟职称 成绩 2012年5月20日
目录 错误！未指定书签。 关键词............................................. 错误！未指定书签。错误！未指定书签。 1.1电力电子技术的简介.......................... 错误！未指定书签。 错误！未指定书签。 2电力电子技术的发展............................... 错误！未指定书签。 错误！未指定书签。 2.2逆变器时代.................................. 错误！未指定书签。 错误！未指定书签。 3电力电子技术的应用............................... 错误！未指定书签。 错误！未指定书签。 3.2交流输配电系统(FACTS)....................... 错误！未指定书签。 错误！未指定书签。 3.4分布电力能源................................ 错误！未指定书签。错误！未指定书签。 4.1标准化...................................... 错误！未指定书签。 错误！未指定书签。 4.3高性能化.................................... 错误！未指定书签。 错误！未指定书签。 4.5无污染化.................................... 错误！未指定书签。错误！未指定书签。 参考文献........................................... 错误！未指定书签。