第6讲现代电力电子技术[1]

现代电力电子技术导论绪论电力电子技术在现代社会中扮演着至关重要的角色。

随着电子技术的迅速发展，电力电子技术的应用范围不断扩大，涉及到能源转换、能源管理、电动车辆、可再生能源等领域。

本文将介绍现代电力电子技术的基本原理、应用和未来发展方向。

第一章：电力电子器件1.1 电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的定义和分类1.1.2 电力电子器件的特点和性能指标1.2 二极管和整流器1.2.1 二极管的基本原理和特性1.2.2 整流器的基本原理和分类1.3 可控硅器件1.3.1 可控硅的基本原理和特性1.3.2 可控硅的应用和发展趋势1.4 晶闸管和弱级别器件1.4.1 晶闸管的基本原理和特性1.4.2 弱级别器件的基本原理和应用第二章：电力电子转换器2.1 电力电子转换器的概述2.1.1 电力电子转换器的基本结构和工作原理 2.1.2 电力电子转换器的应用领域2.2 直流-直流变换器2.2.1 升压转换器的原理和应用2.2.2 降压转换器的原理和应用2.3 直流-交流变换器2.3.1 单相桥式可控整流器的原理和应用2.3.2 三相桥式可控整流器的原理和应用2.4 交流-交流变换器2.4.1 交流-交流变换器的基本原理和分类2.4.2 交流-交流变换器的应用和发展趋势第三章：现代电力电子应用3.1 电力电子在电能质量控制中的应用3.1.1 电能质量的定义和评价指标3.1.2 电力电子器件在电能质量控制中的应用 3.2 电力电子在电动车辆中的应用3.2.1 电动车辆的概述和分类3.2.2 电力电子技术在电动车辆中的应用3.3 电力电子在可再生能源中的应用3.3.1 可再生能源的定义和分类3.3.2 电力电子技术在可再生能源中的应用案例第四章：现代电力电子技术的发展趋势4.1 多电平和多能源的电力电子系统4.1.1 多电平变换技术的原理和应用4.1.2 多能源系统的概念和特点4.2 高频和高效率的电力电子转换技术4.2.1 高频电力电子转换技术的优势和挑战4.2.2 高效率电力电子转换技术的研究方向4.3 智能和可靠的电力电子系统4.3.1 智能电力电子系统的特点和应用4.3.2 可靠性设计在电力电子系统中的重要性结语现代电力电子技术在电力转换和能源管理方面具有重要的意义。

现代电力电子技术三相桥式晶闸管相控整流电路建模及应用仿真科目：现代电力电子技术一．晶闸管三相桥式整流器的构成晶闸管三相桥式整流器是交流-直流交换的一种典型变换器，应用较为广泛。

三相桥式相控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，可看做是三相半波共阴极接法（VT1、VT3、VT5）和三相半波共阳极接法（VT4、VT6、VT2）的串联组合，电路结构如图1所示：图1 三相桥式全控整流电路其完成功能是将三相交流电源通过三相可控的整流桥臂转换成为平均值可以控制改变的直流电源，而平均值的大小改变是通过脉冲触发器控制三组晶闸管的导通角大小来实现的。

同时电路的输出情况与负载的性能有关，一般负载可能为电阻性负载、电感性负载以及带反电动势感性负载等。

二．晶闸管三相桥式整流器的访真模型根据晶闸管三相桥式整流器电路结构，在模型窗口中建立主电路入真模型，加入同步装置和脉冲触发器等建立三相桥式整流器的仿真模型，如图2所示：图2 晶闸管三相桥式整流器的仿真模型1．整流桥模型整流桥是交流-直流变换的核心单元，在MATLAB的SimPowerSystems工具箱中定制了Universal Bridge（通用桥臂模块），如图所示。

该模块有4个输入端子和两个输出端子，其功能如下。

●A、B、C端子：分别为三相交流电源的相电压输入端子。

●Pulses端子：分触发脉冲输入端子，如果功率器件选择为电力二极管，无此端子。

●+、-端子：分别为整流器的输出和输入端子，在建模时需要构成回路。

下面以晶闸管桥臂为例介绍通用桥臂模块设置，通用桥臂模块将复制至模型窗口中，双击模块图标打开Block Parameters:Universal Bridge对话框。

Universal Bridge 各参数如下：●Number of bridge arms:桥臂数量，可以选择1、2、3相桥臂，构成不同形式的整流器。

●Port configuration:端口形式，可以将A、B、C作为输入，+、-为输出；也可以设为+、-作为输入，A、B、C作为输出。

《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、教学目的与根本要求：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仿真与实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用X围与技术经济指标。

二、课程内容与学时分配1、课程主要内容：〔一〕、绪论：电力电子技术的根本概念、学科地位、根本内容和开展历史；电力电子技术的应用X围；电力电子技术的开展前景；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；多重多相变换器以与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根本原理和控制方式；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。

现代电力电子技术学习报告姓名：csu学号：专业：电气工程班级：目录第一章现代电力电子技术的形成与发展 (1)1.1 电力电子技术的定义 (1)1.2 电力电子技术的历史 (1)1.3 电力电子技术的发展 (2)1.3.1 整流器时代 (2)1.3.2 逆变器时代 (2)1.3.3 变频器时代 (2)1.3.4 现代电力时代 (3)第二章现代电力电子计时研究的主要类容和控制技术 (4)2.1 直流输电技术 (4)2.2 灵活交流输电技术（FACTS） (4)2.3 定制电力技术（DFACTS） (5)2.4 高压变频技术 (5)2.5 仿真分析与试验手段 (5)第三章现在电力电子的应用领域 (6)3.1 工业领域 (6)3.2 交通运输 (6)3.3 传统产业 (6)3.4 家用电器 (7)3.5 电力系统 (7)第四章现代电力电子技术的发展趋势及其目前研究的热点问题 (8)4.1 国内发展趋势 (8)4.2 国外发展趋势 (8)4.3 热点问题 (8)第一章现代电力电子技术的形成与发展1.1 电力电子技术的定义电力电子技术，又称“功率电子学”（英文：Power Electronics），简称PE，是应用于电力领域，使用电力电子元件对电能进行变换和控制的电子技术。

电力电子技术分为电力电子元件制造技术和变流技术。

一般认为，1957年美国美国通用电气公司研制出第一个晶体管是电力电子技术诞生的标志。

1974年，美国的W. Newell提出：电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而行成。

这一观点被全世界普遍接受。

1.2 电力电子技术的历史随着1902年第一个整流器的问世,进而引入了功率电子学这个概念。

原始整流器是一个内含液态汞的阴极放电管。

这个汞蒸气型的整流器,可以将数千安培的交流电转换为直流电,其容忍电压也高达一万伏特以上。

从1930年开始,这种原始的整流器开始匹配一个类似于通管技术的点阵式(或晶格结构)类比控制器,从而实现了直流电流的可控制性(引燃管,闸流管)。

现代电力电子技术学习汇报姓名: csu学号:专业: 电气工程班级:目录第一章现代电力电子技术旳形成与发展 (3)1.1 电力电子技术旳定义 (3)1.2 电力电子技术旳历史 (3)1.3 电力电子技术旳发展 (5)1.3.1 整流器时代 (5)1.3.2 逆变器时代 (5)1.3.3 变频器时代 (6)1.3.4 现代电力时代 (6)第二章现代电力电子计时研究旳重要类容和控制技术 (7)2.1 直流输电技术 (8)2.2 灵活交流输电技术（FACTS） (8)2.3 定制电力技术（DFACTS） (9)2.4 高压变频技术 (9)2.5 仿真分析与试验手段 (9)第三章目前电力电子旳应用领域 (10)3.1 工业领域 (10)3.2 交通运送 (10)3.3 老式产业 (10)3.4 家用电器 (11)3.5 电力系统 (11)第四章现代电力电子技术旳发展趋势及其目前研究旳热点问题 (12)4.1 国内发展趋势 (13)4.2 国外发展趋势 (13)4.3 热点问题 (14)第一章现代电力电子技术旳形成与发展1.1 电力电子技术旳定义电力电子技术, 又称“功率电子学”（英文: Power Electronics）, 简称PE, 是应用于电力领域, 使用电力电子元件对电能进行变换和控制旳电子技术。

电力电子技术分为电力电子元件制造技术和变流技术。

一般认为, 1957年美国美国通用电气企业研制出第一种晶体管是电力电子技术诞生旳标志。

1974年，美国旳W.Newell提出：电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而行成。

这一观点被全世界普遍接受。

1.2 电力电子技术旳历史伴随1923年第一种整流器旳问世,进而引入了功率电子学这个概念。

原始整流器是一种内含液态汞旳阴极放电管。

这个汞蒸气型旳整流器,可以将数千安培旳交流电转换为直流电,其容忍电压也高达一万伏特以上。

从1930年开始,这种原始旳整流器开始匹配一种类似于通管技术旳点阵式(或晶格构造)类比控制器,从而实现了直流电流旳可控制性(引燃管,闸流管)。

现代电力电子技术范例关键词：电力电子；电源技术；发展现代电力电子技术经过不断的发展以后，已经实现了多种功能，如节能、自动化和智能化、机电一体化等，电力电子正在朝更高端的技术、绿色化的性能方向发展。

电源技术则是充分利用用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机（微处理器）技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。

电源技术是电力电子技术内容的具体延伸，在电源中起到了关键作用，为电源的质量、效率和可靠性提供了良好的保障。

1电力电子技术的发展电力电子技术起始于上个世纪50年代末，80年代末则逐步向现代电力电子技术发展。

电力电子的发展是从低频技术处理到高频技术处理问题的逐步转变，实现了从传统电力电子学到现代电力电子学的过渡。

无论是最初的硅整流器件，还是如今的大功率半导体复合器件，都充分表明了现代电力电子技术正在以蓬勃向上的姿态发展。

1.1整流器时代20世纪60年代至70年代，电解、牵引、直流传动是整流器时代衍生的领域。

大功率硅整流器把工频电流转为直流电，这三大领域就是通过直流电进行消费的。

大功率硅整流管和晶闸管在当时非常流行，备受重视，电力电子技术已经开始受到人们的关注。

1.2逆变器时代由于能源危机，整流器时代逐渐不再适合20世纪70年代的发展现状，此时变频调速技术开始进入人们的视线，人们利用此技术来进一步缓解当年的能源危机。

80年代以后，变频调速装置开始普及，各种电力电子器件成为当时非常普遍的器件，如大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管等。

此时的电力电子技术还并没有达到先进的状态，可以实现整流和逆变。

1.3变频器时代80年代以后，大规模和超大规模集成电路技术闪亮登场，这些技术与高压大电流技术经过有效的融合后，就诞生了各种全控型功率器件，从功率M0SFET到绝缘门极双极晶体管的相继问世，颠覆了传统电力电子技术的领域，为现代电力电子技术的发展奠定了良好的基础，实现并推动了高频化的发展。

2现代电力电子的应用领域2.1计算机高效率绿色电源计算机技术的发展促进了电源技术的发展，也促使这个时代转变为信息化时代。