下载文档原格式
电力电子技术当今社会的发展离不开电力电子技术的支持。
电力电子技术是指将电力电子器件和电力电路拓扑应用到电力领域中的技术，主要应用于电力变换、电力传输、电力质量控制和电能利用等领域。
本文将介绍电力电子技术的基础原理、应用及发展趋势。
一、电力电子技术的基础原理电力电子技术的基础是电力电子器件。
电力电子器件指的是能够控制电能流动的器件，包括二极管、晶闸管、可控硅、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。
这些器件的特点在于其能够实现对电源电压、电流、频率、相位等参数的控制，从而实现电力电子产品的精准控制和调节。
电力电子器件的基本工作原理是控制电压和电流的方向和大小。
比如，晶闸管通过改变电压斩波角的方式，控制电流通过电路的情况；可控硅则通过控制正半周的电压斩波角和反半周的通导角度来控制电流通过电路的情况；IGBT则通过控制集电极电流和栅电极电压的方式，控制集电极电压和电流的大小。
二、电力电子技术的应用电力电子技术的应用越来越广泛，其主要应用领域包括以下几个方面：1、电力传输和变换在电力传输和变换中，电力电子技术能够实现变压器的比例变换、功率因数控制，减小电路开关的能量损耗，从而达到提高效率、控制电流、保护系统的目的。
常见的应用包括变频调速、变压器、稳压电源等。
2、电力控制电力电子技术可以实现电力控制，如调节电压、电机控制、电池充放电控制等。
电力电子技术还可以实现提高功率计量的准确性和反映电力质量的指标，如电流谐波、功率因数等。
3、新能源应用随着新能源的广泛应用，电力电子技术在太阳能、风能等新能源领域也有了广泛应用。
例如，太阳能光电池的控制可以用到电力电子技术，能够实现太阳能光电池的效率和输出电压的调节。
4、电力质量控制电力电子技术可以帮助实现电力传输过程中的质量控制。
例如，电力电子技术可以帮助实现通过控制谐波电流降低电网电流的谐波污染；通过控制谐波电压稳定电网的电压。
《电力电子技术》学习资料概述本文档旨在提供关于电力电子技术的研究资料，帮助读者了解该领域的基本概念和原理。
1. 电力电子技术简介- 电力电子技术是指利用电子器件和电力技术，将电能进行控制、变换和传输的技术领域。
- 电力电子技术广泛应用于电力系统、工业控制、电动车辆、电力传输等领域。
2. 电力电子技术的重要原理与器件2.1 可控硅器件- 可控硅器件是电力电子技术中最基本的器件之一。
- 可控硅器件可以实现对电能的方向、大小以及周期进行控制，广泛应用于电动机控制、电能变换等领域。
2.2 逆变器与变频器- 逆变器用于将直流电转换为交流电，常用于太阳能发电系统、UPS系统等。
- 变频器用于控制交流电机的转速和转矩，广泛应用于变频空调、工业驱动等领域。
2.3 共模电路- 共模电路用于电力系统的滤波和隔离。
- 共模电路能够有效抑制电力系统中的干扰信号和电磁波。
2.4 光伏逆变器- 光伏逆变器是将光伏电池所产生的直流电转换为交流电的装置。
- 光伏逆变器广泛应用于太阳能发电系统，为电网注入可再生能源。
3. 电力电子技术的应用3.1 电力系统- 电力电子技术在电力系统中起到重要作用，可以实现电力的传输、分配和控制。
- 电力电子技术能够提高电力系统的稳定性和效率。
3.2 工业控制- 电力电子技术在工业控制中应用广泛，如电动机控制、自动化生产线等。
- 电力电子技术可以实现对电力的精确控制和调节。
3.3 电动车辆- 电力电子技术是电动车辆关键技术之一。
- 电力电子技术可以实现电动车辆的电能转换和控制，提高能源利用效率。
3.4 可再生能源- 电力电子技术在可再生能源的应用中起到重要作用。
- 电力电子技术可以将风能、光能等可再生能源转换为可用的电能，推动可再生能源的开发利用。
总结本文档介绍了电力电子技术的基本概念、重要原理与器件，以及其在电力系统、工业控制、电动车辆和可再生能源中的应用。
通过学习电力电子技术，读者可以更深入了解和应用这一领域的知识。
电力电子技术1.1：电力变换通常可分为四大类，即交流变直流(AC-DC)、直流变交流(DC-AC)、直流变直流(DC-DC)和交流变交流（AC-AC ）。
交流变直流称为 整流 ，直流变交流称为 逆变 。
1.2：(1)；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 半控型器型 。
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 。
（2）；才用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制(PWM)方式。
相对应相位控制方式，可称为斩波控制方式，简称 斩控方式 。
2.1.2：电力电子器件在实际应用中，一般是由 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一个系统。
2.1.3：电力电子器件分为以下三类：1）通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件被称为 半控型器件 。
2）通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的女电力电子器件被称为全控型器件 。
3）也有不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，因此也就不需要驱动电路，这就是 电力二极管 ，又被称为 不可控器件 。
2.2.1：从外形上看，电力二极管可以有 螺栓形 、 平板形 等多种封装。
2.3.2：晶闸管正常工作的特性如下：1）当晶闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电流，晶闸管都 不会导通 。
2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管 才能导通 。
3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，无论门极触发电流是否还存在，晶闸管都 保持导通 。
4)若要使已导通的晶闸管 关断 ，只能利用外加电压电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近零的某一数值以下。
2.3.4:晶闸管的派生器件分为哪几类 快速晶闸管 、 双向晶闸管 、 逆导晶闸管 、光控晶闸管 。
3.1.1：（1）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 触发延迟角 ，α用表示，也称 触发角 或 控制角 。
1. 电力电子技术：使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
2. 半导体变流技术：包括用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。
3. 整流:直流变交流。
4. 逆变:交流变直流。
5. 电力电子器件：是直接用于主电路电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
6. 主电路：是在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。
7. 维持电流：使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
8. 擎住电流：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。
9. 双向晶闸管：双向晶闸可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
10. 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。
11. 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。
12. 电流关断增益：GTO最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。
13. 功率模块：将多个电力电子器件封装在一个模块中，称为功率模块。
14. 功率集成电路：将功率器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上的集成电路。
15. 直流斩波电路：直流到另一固定电压或可调电压的直流电的变换电路。
16. 脉冲宽度调制：周期不变，导通时间变化，即通过导通占空比的改变来改变变压比，控制输出电压的调制方法。
17. 脉冲频率调制：导通时间不变，周期变化，导通比也能发生变化，从而达到改变输出电压目的的调制方法。
18. 双极式PWM：一个开关周期内，斩波电路所输出的负载电压极性交替变化的PWM控制方式。
19. 单极式PWM：一个开关周期内，斩波电路所输出的负载电压极性单一的PWM控制方式。
20. 正激变换器：指在开关管开通时，电源将能量直接传送给负载一种带隔离变压器的DC-DC变换器。
21. 反激变换器：指在开关管开通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载的一种带隔离变压器的DC-DC变换器。
电力电子技术概述电力电子技术是指在电力系统中应用电子元器件和电子技术，从而实现对电能的调节、变换和控制的一门技术。
它在现代电力系统中扮演着重要的角色，对于提高电力传输、转换和利用效率起到至关重要的作用。
本文将概述电力电子技术的基本原理、应用领域和未来发展趋势。
一、基本原理电力电子技术的基本原理是通过应用晶体管、二极管、开关等电子元件，实现对电能的调节和控制。
通过改变电压、电流的形状、频率和幅值来实现对电能的变换。
电力电子技术的核心是开关技术和变换技术。
1. 开关技术：开关技术是指通过控制开关的通断状态，来控制电流和电压的变化。
常见的开关元件有晶体管、功率开关管等。
通过合理的开关控制，可以实现电流的调节、电压的变换等功能。
2. 变换技术：变换技术是指通过变换电流和电压的形状、频率和幅值，将电能从一种形式转换为另一种形式。
常见的变换技术有直流-直流变换、直流-交流变换等。
通过变换技术，可以将电能从电网中提取出来，或者将直流电能转换为交流电能。
二、应用领域电力电子技术在多个领域广泛应用，其中包括能源转换、电力传输和利用、电动汽车等。
1. 能源转换：电力电子技术在可再生能源领域发挥着重要作用。
通过电力电子技术，可以将太阳能、风能等可再生能源转换为电能，从而实现清洁能源的利用。
2. 电力传输和利用：电力电子技术在电力系统中的传输和利用环节起着关键作用。
通过电力电子技术，可以实现高压交流输电与变频无级调速控制，提高电力传输效率和系统稳定性。
3. 电动汽车：电力电子技术在电动汽车领域的应用不断增加。
通过电力电子技术，可以实现电动汽车的充电与放电控制、能量回馈、效率提升等功能，推动电动汽车的发展与普及。
三、未来发展趋势随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，电力电子技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
1. 高效能源转换：未来电力电子技术将更加注重能源转换的高效率。
通过研究和改进电力电子器件的性能，提高能源转换效率，减少能源损失，从而推动清洁能源的大规模利用。
西安石油大学课程设计电子工程学院自动化专业1202班题目变频感应加热电源主电路设计学生指导老师二○一五年六月《电力电子技术》课程设计任务书题目变频感应加热电源主电路设计学生姓名学号专业班级设计内容与要求课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能先将交流电变成直流电，再将直流电变成400HZ以上的交流电，驱动电磁线圈。
产生高频交变磁场，在被加热的金属工件内产生磁滞损耗和涡流损耗，产生热量而加热工件。
设计任务与要求1、方案的经济技术论证。
2、整流电路设计。
3、逆变电路设计。
4、通过计算选择器件的具体型号。
5、确定中频或高频变压器变比及容量。
6、控制电路设计。
7、绘制相关电路图。
8、模拟实验或matlab仿真。
9通过给出的仿真条件进行分析技术参数1、输入电压三相380V。
2、输入交流电频率50HZ。
3、输出最大功率70KW。
4、电源效率η≥80%。
起止时间2015年 6 月15日至2015 年6月30日指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日目录一、绪论 (4)1.1 感应加热电源技术发展现状与趋势 (4)1.2感应加热电源工作特性 (5)1.3设计内容 (6)二、感应加热电源电路设计 (6)2.1感应加热电源总体设计方案 (6)2.2感应加热电源的工作原理 (7)2.3感应加热电源具体电路设计 (7)2.3.1.整流电路的设计 (8)2.3.2.逆变电路设计 (8)2.4逆变电路的调制方式 (10)三、参数的计算与器件选择 (11)3.1整流滤波电路参数计算与器件选择 (11)3.2 逆变电路参数计算与器件选择 (12)3.3逆变变压器设计参数 (13)四、感应加热电源仿真 (13)五、设计总结 (15)六、参考文献 (15)一、绪论与传统的加热方式相比，感应加热具有加热速度快、铁屑损耗少、启动快、节能、生产效率高等一系列优点，因此近年来在工业领域中有着广泛的应用。
目前，感应加热主要用途是金属加热前的预热、热处理、焊接和融化等。
感应加热具有加热效率高、速度快、可控性好及易于实现自动化等优点，广泛应于金属熔炼、透热、热处理和焊接等工业生产过程中，成为冶金、国防、机械加工等部门及铸、锻和船舶、飞机、汽车制造业等不可缺少的技术手段。
1.1 感应加热电源技术发展现状与趋势（1）感应加热电源技术发展现状感应电源按频率范围可分为以下等级：500Hz以下为低频，1-10KHz为中频；20KHz以上为超音频和高频。
感应加热电源发展与电力电子器件的发展密切相关。
1970年浙大研制成功国内第一台100KW/1KHz晶闸管中频电源以来，国产KGPS 系列中频电源已覆盖了中频机组的全部型号。
在超音频电源方面，日本在1986年就利用SITH研制出100KW/60KHz的超音频电源，此后日本和西班牙又在1991年相继研制出500KW/50KHz和200KW/50KHz的IGBT超音频电源。
国内在超音频领域与国外还有一定差距，但发展很快，1995年浙大研制出50KW/50KHz的IGBT 超音频电源，北京有色金属研究总院和本溪高频电源设备厂在1996年联合研制出100KW/20KHz的IGBT电源。
在高频这一频段可供选择的全控型器件只有静电感应晶闸管（SITH）和功率场效应晶闸管（MOSFET），前者是日本研制的3KW～200KW，20KHz～300KHz系列高频电源,后者由欧美采用MOSFET研制成功输出频率为200～300KHz,输出功率为100～400KW的高频电源。
与国外相比，国内导体高频电源存在较大差距，铁岭高频设备厂1993年研制成功80KW/150KHz的SIT 高频电源，但由于SIT很少进入国际化流通渠道，整机价格偏高，并没有投入商业运行。
现在，电力电子应用国家工程中心设计研制出了5～50KW/100～400KHz 高频MOSFET逆变电源。
上海宝钢1420冷轧生产线于1998年引进了日本富士公司的71～80KHz,3200KW高频感应加热电源，是目前世界上最为先进的逆变电源。
总体说来，国内在感应加热电源的设计开发和产品化方面虽有发展，但远不能适应我国工业发展的要求，对于应用范围越来越广泛的高频感应加热电源领域的研究尤为薄弱，处于刚刚起步阶段。
（2）感应加热电源技术发展与趋势感应加热电源的水平与半导体功率器件的发展密切相关，因此当前功率器件在性能上的不断完善，使得感应加热电源的发展趋势呈现出以下几方面的特点。
①频率目前，感应加热电源在中频频段主要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT，而高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺陷，主要发展MOSFET电源。
感应加热电源谐振逆变器中采用的功率器件利于实现软开关，但是，感应加热电源通常功率较大，对功率器件，无源器件，电缆，布线，接地，屏蔽等均有许多特殊要求，尤其是高频电源。
因此，实现感应加热电源高频化仍有许多应用基础技术需要进一步探讨。
②容量化从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为二大类：一类是器件的串、并联，另一类是多台电源的串、并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差。
多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步大容量化的有效手段，借助于可靠的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元或一个模块。
感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源，当二电压源并联时，相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流以致逆变器器件的电流产生严重不均，因此串联逆变器存在并机扩容困难；而对并联逆变器，逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联器之间的电流缓冲环节，使得输入端的AC/DC或DC/AC环节有足够的时间来纠正直流电源的偏差，达到多机并联扩容。
③载匹配感应加热电源多用于工业现场，其运行工况比较复杂，它与钢铁、冶金和金属热处理行业具有十分密切的联系，他的负载对象各式各样，而电源逆变器与负载是一有机的整体，负载直接影响到电源的运行效率和可靠性。
对焊接、表面热处理等负载，一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器，对高频、超音频电源用的匹配变压器要求漏抗很小，如何实现匹配变压器的高输入效率，从磁性材料选择到绕组结构的设计已成为一重要课题，另外，从电路拓扑上负载结构以三个无源元件代替原来的二哥无源元件以取消匹配变压器，实现高效、低成本隔离匹配。
④能化控制随着感应热处理生产线自动化控制程度及对电源可靠性要求的提高，感应加热电源正向智能化控制方向发展。
具有计算机智能接口、远程控制、故障自动诊断等控制性能的感应加热电源正成为下一代发展目标。
1.2感应加热电源工作特性本设计所要求的电源应该能够满足感应加热器工作在最佳状态下，感应加热器的工作特性决定了其电源应该具有以下特性：1、该电源应该提供一个在大范围内连续可调的电流，以驱动负载线圈产生一定的磁场。
2、由于本电源要应用于感应加热装置，所以，电源的频率要在一定范围内连续可调。
3、电源的负载为感应加热器，即负载呈感性。
因此，应具有过电流保护电路以抑制开、关电源等电流变化较大的场合所产生的瞬态电压对功率器件的冲击。
1.3设计内容（一）本文设计主要包括以下几个方面：1、整流电路的设计。
2、逆变电路的设计。
3、逆变电路变压器组成方式的设计。
（二）感应加热电源的技术参数：1．输入三相电压380V 。
2．输入交流电频率50HZ 。
3．输出最大功率70KW 。
4．电源效率η≥80%。
5．电网电压波动+10%~-10%二、感应加热电源电路设计2.1感应加热电源总体设计方案如图 2.1 所示，感应加热电源主要由主电路、控制电路和驱动电路三部分组成。
本设计系统主电路采用的是交—直—交结构，包括输入整流器、直流滤波器、逆变器、交流滤波器及隔离变压器等组成部分。
系统控制部分的硬件电路总体上采用了：控制板和驱动板两个大的模块。
控制板有三大功能：（1）负责接收设定的控制指令和数据；（2）生成并向驱动板上的驱动芯片提供SPWM 信号；（3）接收并且处理系统的反馈信号。
驱动板的主要功能是：（1）接收控制电路发送过来的驱动信号并将其直接放大处理送给逆变器的功率开关管；（2）检测并向控制芯片反馈经过预处理的故障信号。
感应加热电源原理框图：图2.1 感应加热电源原理框2.2感应加热电源的工作原理从图2.1中我们可以看出感应加热电源工作的过程为：首先将电网输入的380V 工频交流电加到三相桥式半波整流电路上，然后通过三相整流电路整流后输出的电压经电解电容滤波成为平稳的直流电压，再通过采用SPWM进行控制的逆变电路将平稳直流转换为脉宽调制输出的交流，输出SPWM 波幅值恒定，宽度按正弦规律变化，该交流基波频率为所需要的电流输出频率。
逆变器输出的脉宽调制波经LC 低通滤波电路滤去高频分量，得到纯正的正弦波交流电，再经变压器隔离变压得到设计所要求的电流和频率均可调的交流电供给感应加热器的交流线圈。
本设计的核心和难点工作在于逆变器和DSP 控制电路的设计。
逆变器部分主要包括逆变电路拓扑结构的选择及其功率开关器件参数的设计和选择；控制部分则包括逆变驱动电路、控制电路等硬件电路的设计和SPWM 信号波的产生和保护电路等部分的设计。
2.3感应加热电源具体电路设计整流电路方案有单相、三相，当整流负载容量较大，直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源提供。
三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式可控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等。
从经济和适用角度分析，本设计采用三相半控整流电路。
逆变电路有电压型逆变电路和电流型逆变电路两种。
两种电路具有一下特点：①电压型逆变器短路保护较为困难。
电流型逆变器的短路保护则比较容易。
②电压型逆变器工作时，开关管承受反压较大。
电流型逆变器工作时，开关管受的反压很小，其大小仅仅是开关管反并联二极管的导通压降，非常小。
④电压型逆变器的起动较为简单。
电流型逆变器起动较为困难。
⑤电压型逆变器由于电压高，电流小，对槽路布局要求较低。
电流型逆变器则由于电压低，电流大而对槽路布线要求很高。
⑥电压型逆变器工作更为可靠。
电流型逆变器工作可靠性较差。
综合比较两种电路的优缺点，电压型逆变电路以其在换流时自然过零关断、关断时间短、起动较容易、适用于频繁起动工作的场所的特点被广泛的应用在感应加热、电焊机等场合。
因此本设计采用电压型逆变电路结构。
单相逆变电路主要采用桥式接法。
主要有：单相半桥和单相全桥逆变电路此实验采用单相全桥逆变电路。
