电力电子技术

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。

1、在半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路出故障时会出现失控现象。（ T ）

2、在用两组反并联晶闸管的可逆系统，使直流电动机实现四象限运行时，其中一组逆变器工作在整流状态，另一组工作在逆变状态。（ F ）

3、晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。（ F ）

4、逆变角太大会造成逆变失败。（ F ）

5、并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。（ T ）

6、给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。（ F ）

7、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。（ F ）

8、在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取U2。（ F ）

9、三相半波可控整流电路中，电路输出电压波形的脉动频率为300Hz。（ F ）

10、变频调速是改变电动机内旋转磁场的速度达到改变转速的目的。（T ）

1、双向晶闸管的额定电流的定义与普通晶闸管不一样，双向晶闸管的额定电流是

用电流有效值来表示的。（ T ）

2、逆变器采用负载换流方式实现换流时，负载谐振回路不一定要呈电容性。（ F

3、无源逆变指的是把直流电能转换成交流电能送给交流电网。 （ F ）

4、对三相桥式全控整流电路的晶闸管进行触发时，只有采用双窄脉冲触发，电路才能正常工作。 （ F

5、PWM脉宽调制型逆变电路中，采用不可控整流电源供电，也能正常工作。 （ T

6、在变流装置系统中，增加电源的相数也可以提高电网的功率因数。 T ）

7、过快的晶闸管阳极du/dt会使误导通。（ T ）

8、电流可逆斩波电路可实现直流电动机的四象限运行。（ T）

9、为避免三次谐波注入电网，晶闸管整流电路中的整流变压器应采用Y/Y接法（ F ）

10、在DC/DC变换电路中，可以采用电网换流方法。（ F ）

2、接续流二极管的单相双半波可控整流电路。 （ F ）

电力电子技术的应用

电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等血多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。

电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。它不仅应用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。以下分几个主要应用领域加以叙述。

一、 一般工业

工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。

电力电子技术在一般工业中的应用最主要的就是电机调速传动和电源。电机调速传动又分工艺调速传动和节能调速传动两大类：工艺调速传动指工艺要求必须调速的传动，例如轧机，矿井卷扬，机床，造纸等以前用直流电动机驱动的机械的传动。节能调速指风机、泵等以前不调速，为节能而改用调速。

二、 交通运输

1、 电力电子技术是应用于电子领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，也称变流技术。

2、 电力电子器件的分类：（1）半控型器件（2-）全控型器件（3）不可控器件

3、 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信呈的性质，可将电力电子器件分为：电流驱动型器件和电压驱动型器件

4、 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，可将电力电子器件分为：1）单极型器件2）双极型器件3）复合型器件

5、 电开关型电力电变换有哪四种基本类型？

答：四种电力电子变换电路或电力变换分别为：1）交流—直流：整流电路2）直流—交流：逆变电路3）直流—直流：直流斩波电路4）交流—交流电压和/或频率变换电路，仅改变电压的称为交流电压变换或交流斩波器，频率、电压均改变的称为直接变频器，相位改变的称为移相器。

二

1、 晶闸管导通条件：晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。

晶闸管截止条件截止条件：要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于0的某一数值（维持电流）以下。

2、 典型空控型器件：1）门极可关断晶闸管截止条件（GTO）2）电力晶体客（GTR）3）电力场效应晶体管（MOS）4）绝缘栅极双极晶体管（IGBT）

3、 晶闸管导通条件什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？

答：晶闸管导通条件：阳极承受正向电压，处于阻断状的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流擎住电流以上。导通后的晶闸管管压降很小。

晶闸管截止条件关断条件：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值（维持电流）以下。其方法有两种：1）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压2）增加负载回路中的电阻。

3、在晶闸管的门极通入几十毫安的小电流，可以控制阳极几十安培、几百安培的大电流的导通，它与晶体管用较小的基极电流控制较大的集电极电流有什么不同？晶闸管能不能构成放大电器？