电力电子技术大作业

《电力电子技术》课程大作业电力电子技术器件、电路和技术综述院〔系〕名称信息工程学院专业名称电子信息工程技术学生XXX学号xxx指导教师王照平2015年6月12日基于电力电子技术器件、电路和技术综述的1、概述从广义来讲，电子技术应包含信息电子技术和电力电子技术两大分支，而通常所说的电子技术一般指信息电子技术。

电力电子技术也称为电力电子学，它真正成为一门独立的学科始于1957年第一只晶闸管的问世。

在1970年国际电气和电子工程协会〔IEEE〕电力电子学会上对电力电子技术作了以下定义：“电力电子技术就是有效地使用电力电子器件，应用电路和设计理论及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术。

它包括对电压、电流频率和波形的变换。

”简言之，电力电子技术就是利用电力电子器件对电能形态进行变换和控制的一门技术。

电力电子技术是电力、电子控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科，它们之间的关系可用倒三角图形描述，如图1-1所示。

图1-1 描述电力电子学的倒三角形第一，电力电子技术是在电子技术的基础上发展起来的，它们都可可分为器件、电路和应用三个部分，且器件的材料和制造工艺基本相同，只有两者的应用目的有所不同，电子技术应用于信息的处理〔如放大等〕，电力电子技术应用于电力变换和控制，它所变换的功率可大到数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或毫瓦数量级。

第二，电力电子技术广泛应用于电器工程，如高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电器工程中，它对电器工程的现代化起着重要推动作用。

第三，电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技术，是弱点和强电之间的接口。

而控制理论是实现这种接口的一种强有力的纽带,是电力电子技术重要理论依据。

所以，也可以认为：电力电子技术是运用控制理论将电子技术应用到电力领域的综合性技术。

2、电力电子常用器件2.1、电力电子器件概念可以直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

电力电子技术的应用与发展学号：2101900330班级：N机自10—2F姓名：冯俊序号：16摘要：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。

一．电力电子技术的兴起电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就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。

电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。

电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。

现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。

电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，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。

此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。

70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。

80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。

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、仿真电路图四、仿真结果图1 一相正弦信号及其采样信号（svpwm）图2 IGBT两相输出间波形图3 三相未滤波波形图4 滤波后三相输出电压（250Hz采样率）图5 滤波后三相输出电压（1kHz采样率）图6 滤波后三相输出电压（5kHz采样率）五、仿真结果分析通过对图4、图5、图6的比较可以发现当采样率越高时逆变输出电压谐波越少。

.WORD.格式.《电力电子技术》课程大作业设计题目： PWM电路的应用学生所在系部：电子工程系学生所在专业：自动化学生所在班级：学生姓名： ####学生学号： #####任课教师姓名：大作业成绩：.专业资料.整理分享.PWM逆变电路的应用一、摘要随着控制技术的发展和对设备性能要求的不断提高，许多行业的用电设备不再直接接入交流电网，而是通过电力电子功率变换得到电能，它们的幅值、频率、稳定度及变化形式因用电设备的不同而不尽相同。

如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器、加热电源、绿色照明电源、不间断电源、充电器等等，它们所使用的电能都是通过对电网能进行整流和逆变变换后所得到的。

因此，高质量的逆变电路已成为电源技术的重要研究对象。

采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。

直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。

PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。

现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM逆变电路。

可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。

二、基本设计指标：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

第2章 电力电子器件1. 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：u AK >0且u GK >0。

2. 维持晶闸管导通的条件是什么？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。

3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：要使晶闸管由导通变为关断，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。

4. 图1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I 1、I 2、I 3。

ππ4π25π4a)b)c)图1-43图1 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2mI π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =2m I π2123+≈0.898 I m c) I d3=π21⎰2)(πωt d I m =0.25I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =0.5I m5. 全控型器件的缓冲电路的主要作用是什么？答：全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，d u /d t 或过电流和d i /d t ，减小器件的开关损耗。

6. 试分析全控型器件的RCD 缓冲电路中各元件的作用。

答：RCD 缓冲电路中，各元件的作用是：开通时，C s 经R s 放电，R s起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经VD s 从C s 分流，使d u /d t 减小，抑制过电压。

电力电子技术大作业欧敬武20520112201362一、三相整流电路simulink仿真1、电路原理图2、仿真结果（如图）三相全桥整流：0：30：60：903、结果分析触发角小于60°时，阻感性负载直流侧电流由于有电感的滤波作用而不会发生急剧的变化，输出波形较为平稳。

而当触发角大于等于60°小于90°时，由于电感的作用，延长了管子的导通时间，使Ud波形出现负值，而不会出现断续。

当触发角大于90°时，晶闸管无法再导通，输出几乎为0。

工作在整流状态，晶闸管所承受的电压主要为反向阻断电压。

移相范围为0~90。

二、三相全桥斩波电路simulink仿真1、电路原理图2、仿真结果（如图）三相全桥斩波占空比 ：10%：50%80%3、结果分析在升降压斩波电路中，当0<α<0.5时为降压；当0.5<α<1时为升压。

从升降压斩波电路的仿真图形中可以验证这一点。

三、三相全桥PWM逆变电路simulink仿真1、电路原理图2、仿真结果（如图）三相全桥逆变：3、结果分析以上三副图分别是三角波调制信号相位0，2pi/3，4pi/3度的逆变结果。

分别表示，Uvw，Uwu。

由于当桥臂1、6导通时：；桥臂3、4导通时：Uuv==-Ud；桥臂1、3或4、6导通时：Uuv=0，因此有三种电平。

可以从图上看出输出PWM波形波形偏离正弦波，这是由于为防止上下两个桥臂短路施加关断信号死区时间造成。

实验心得：这三个实验锻炼我们的运用matlab软件进行拓扑仿真同时，加深了我们对电力电子技术这门课的理解。

在进行仿真实验的时候，遇到过很多困难，从什么都不会，包括如何运用软件，如何画拓扑等，后来在同学帮助下以及参考网上的教程与拓扑搭建，明白了matlab搭建拓扑的奥义，并自己独立完成了仿真与分析。

第一次作业1、电压型和电流型开关器件的工作原理(1)电压型(MOSFETIGBT):通过在控制端与公共端之间施加一定的电压信号即可实现器件的导通或关断的控制。

实际上是该电压信号在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场，进而来改变流过器件的电流大小和通断状态。

MOSFE X作原理：导通条件：漏源电压为正，栅源电压大于开启电压。

关断条件: 漏源极电压为正，栅源极电压小于开启电压。

IGBT X作原理：导通条件：集射极电压为正，栅射极电压大于开启电压；关断条件：栅射极电压小于开启电压。

(2)电流型(SCR GTO GTR :通过在控制端注入或抽出一定的电流实现器件的导通或关断的控制。

SCR工作原理：导通条件：正向阳极电压，正向门极电压；关断条件：必须使阳极电流降低到某一数值之下 (约几十毫安)。

两种强迫关断方式：电流换流和电压换流。

GTC X作原理：与普通晶闸管相同。

开关速度高于普通晶闸管，di/dt承受能力大于晶闸管。

GTF X作原理：导通条件：集射极加正向电压，基极加正向电流；关断条件：基极加负脉冲。

2、二极管的反向击穿机理反向击穿：PN结具有一定的反向耐压能力，但当反向电压过大，超过一定限度，反向电流就会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态。

反向击穿按照机理不同分为雪崩击穿、齐纳击穿两种形式。

雪崩击穿：反向电压增大，空间电荷区的电场强度增大，使从中性区漂移进入空间电荷区的载流子被加速获取很高动能，这些高能量、高速载流子撞击晶体点阵原子使其电离(碰撞电离) ，产生新的电子空穴对，新产生的电子与空穴被加速获取能量，产生新的碰撞电离，使载流子迅速成倍增加，即雪崩倍增效应，导致载流子浓度迅速增加，反向电流急剧增大，最终PN结反向击穿。

齐纳击穿：重掺杂浓度的PN结，一般空间电荷区很窄，空间电荷区中的电场因其狭窄而很强，反偏又使空间电荷区中的电场强度增加，空间电荷区中的晶体点阵原子直接被电场电离，使价电子脱离共价键束缚，产生电子空穴对，使反向电流急剧增加。