电力电子技术应用实例

第8章电力电子应用技术实例SS4型电力机车牵引整流器供电系统型电力机车牵引整流器SS4韶山4型电力机车是我国第三代电力机车的“领头”产品，于1989年获国家科技进步一等奖。

随着我国电力电子技术和功率器件的发展和应用，我国交-直流传动电力机车的调压调速技术实现了换代的跳跃发展，经历了第一代韶1、韶2型电力机车的低压侧或高压侧调压开关调幅式的有级调压调速技术，到第二代韶3型电力机车采用调压开关分级和级间晶闸管相控平滑调压相结合的调压调速技术，到第三代韶4~韶8型电力机车的多段桥晶闸管相控无级平滑调压调速的发展历程。

第三代电力机车以韶4型（SS4）为起点，使晶闸管相控调压调速的交直传动电力机车形成了电力机车家族。

型电力机车主电路的特点韶4型和韶4改进型电力机车的电气线路主要有主牵引电路、辅助供电电路、有触点控制电路、控制电源电路和电子控制电路五大部分，整个控制系统十分庞大和复杂，本节介绍SS4型电力机车的牵引整流器供电系统。

（1）牵引电动机供电方式1-受电弓；3-主变压器；4-主断路器；5-主放电器；6-高压互感器；1M~4M牵引电动机；79R~80R负载电阻；1L~4L主极绕组；31~34-过压吸收电路；91KC~94KC线路接触器；161~164-接地电刷；11JZ~14JZ-主整流器；127DJ~128DJ主接地继电器；111GK~114GK牵引电机隔离开关。

17PK~20PK主平波电抗器重载货运八轴SS4型电力机车的牵引供电电路如图8- 1 所示，使用直流串励牵引电动机，采用传统的交-直流供电方式；牵引电机采用“转向架独立供电方式”，一台转向架的两台牵引电机并联，由一台相控式主整流器供电,全车四个两轴转向架，具有四台独立的相控主整流器。

网侧电流从接触网流入升起的受电弓，经25kV车顶母线分为两路，一路进本节车，经主断路器4、主变压器高压绕组AX进入车体，经车体与转向架间软线和轴箱电刷到车轮和钢轨；另一路，25kV经高压连接器到另一节车的车顶母线。

• 30•电力电子技术课程设计作为电气类专业的重点实践课程，需要提高实践环节的教学比重。

本文通过设计并制作经典BUCK 电路的示教板，给出了完成一个电力电子课程设计案例的流程。

学生可以通过该案例完成电路理论计算、仿真分析、PCB 绘制、元件选型以及焊接与调试的全过程，提高解决实际工程问题的能力。

电力电子技术课程设计在高等教育体系中，一直作为电力电子技术配套的实践课程存在。

通过课程实践环节，进一步提高电力电子技术理论课程的教学效果。

受限于当前高校的实验室建设的不完善，该教学实践环节大多采用“大作业”式的理论分析报告的形式来实现。

在电气技术相关行业对应用型与实践型人才的需求日益提高的今天，该实践形式固有的局限性显现出来。

针对于此，在电气工程及其自动化专业应用型人才的培养过程中，急需实践环节的改革与创新，更好的贴合当前社会用人单位的人才需求。

适当调整教路的完整流程。

通过该教学案例，更好的引导学生完成一个完整的工程实践项目，提高解决工程实践问题的能力。

另外该实践流程可以完整复刻于其他电力电子技术课程实践项目，为电力电子技术课程实践的教学改革提供新的思路。

表1 BUCK电路设计参数参数数值输入电压U i 20V 输出电压U o 5V 占空比D 0.25电感L 0.375mH 电容C 500μF 工作频率f 10kHz 输出纹波电压5%1 整体设计方案图1所示给出了BUCK 电路平台的整体设计思路与步骤。

其主要分为四个主要部分，包括主要参数的理论计算、仿真分析、PCB电力电子技术课程设计教学实例——BUCK电路硬件平台实现南京航空航天大学金城学院 刘 慧 郝雯娟南京航空航天大学自动化学院电气工程系 王 宇图1 BUCK电路设计流程学方法与教学内容，从而提高应届毕业生在就业中的核心竞争力。

本文以电力电子技术课程中经典的BUCK 电路为例，给出了设计与实现该电图2 BUCK电路原理图图3 BUCK电路的Matlab/Simulink模型设计制作以及硬件电路的焊接与调试。

1、什么是电力电子技术？它有几个组成部分？答：电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括电力电子器件、电力电子电路（变流电路）和控制技术三个组成部分。

2、电能变换电路有哪几种形式？各自的功能是什么？答：电能变换电路有四种形式：AC/DC变换电路、DC/AC变换电路、DC/DC变换电路、AC/AC变换电路。

①AC/DC变换电路：将交流电能转换为固定或可调的直流电能的电路。

②DC/AC变换电路：将直流电能转换为频率固定或可调的交流电能的电路。

③DC/DC变换电路：将一种直流电能转换为另一固定或可调电压的直流电能的电路。

④AC/AC变换电路：将固定大小和频率的交流电能转换为大小和频率均可调的交流电能的电路。

3、简述电力电子技术的主要应用领域。

答：电力电子技术广泛的应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域。

如：电源、电气传动与控制、电力系统、新能源开发等领域。

四、简答题1、电力电子器件的特性表现在哪些方面？答：1）电力电子器件工作在开关状态，为的是减小本身的损耗。

2）电力电子器件因直接用在电力电路上，要承受高电压大电流。

3）电力电子器件需要弱电来控制，应有控制、驱动电路。

4）因耗散功率大，需有必要的散热措施。

2、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极电压、或增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，晶闸管即关断。

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、几百安培的大流量的导通，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？晶闸管能不能像晶体管一样构成放大器？答：晶体管在共发射极接法时，基极电流I b可以控制较大的集电极电流Ic变化，起到了电流放大作用；而晶闸管在电路中只能由门极控制信号控制其通断，在电路中只起到一个开关作用，要关断还需要采取措施（如阳极加反向电压）。

电力电子应用案例在现代社会中，电力电子技术的应用已经无处不在。

从家庭生活到工业生产，电力电子技术的进步和应用给我们的生活带来了巨大的变化和便利。

本文将介绍一些电力电子在各个领域中的应用案例，以展示其重要性和广泛性。

一、家庭1. 电子家电现代家庭中的许多电器设备都离不开电力电子技术的应用。

例如，电视、洗衣机、空调等家电设备均采用了电力电子器件来实现功率调节和控制功能，提高了能源利用效率和用户体验。

2. 太阳能发电系统随着可再生能源的发展，越来越多的家庭开始使用太阳能发电系统。

这种系统将太阳能转化为电能，通过逆变器等电力电子设备将直流电转换为交流电，使其可以供给家庭用电。

太阳能发电系统的应用不仅减少了对传统能源的依赖，还有助于环境保护。

二、工业1. 变频器在工业生产中，许多设备需要根据不同的工艺要求进行频率和速度调节。

变频器是一种常用的电力电子设备，它可以调整电源输入以控制电机的运行速度。

这种设备广泛应用于工业自动化、交通运输等领域，提高了生产效率和工作质量。

2. 电力传输和分配电力电子技术在电力传输和分配过程中起到了关键作用。

高压直流输电技术（HVDC）利用电力电子设备将电能从发电站输送到远距离的地方，以减少能量损耗和传输损耗。

此外，交流变直流（AC/DC）转换器用于将输电网络中的交流电转换为直流电，为直流设备供电。

三、交通运输领域1. 电动汽车电力电子技术在电动汽车中的应用使得电动汽车成为可持续发展的交通方式。

电动汽车采用电动驱动系统，其中包括电池、电机和电力电子控制器等设备。

电力电子设备控制电池充电和放电，调节电动机的速度和转矩，实现高效能量转换和汽车控制。

2. 高铁和市域轨道交通高铁和市域轨道交通作为现代交通运输的重要组成部分，需要可靠的电力电子设备来提供高效和安全的运行。

例如，高速列车使用电力电子设备来控制牵引电机和制动系统，以提高列车的运行效率和制动性能。

通过以上案例，我们可以看到电力电子技术在各个领域中的应用广泛且重要。

第8章电力电子应用技术实例8.1 SS4型电力机车牵引整流器供电系统8.1.1 SS4型电力机车牵引整流器韶山4型电力机车是我国第三代电力机车的“领头”产品，于1989年获国家科技进步一等奖。

随着我国电力电子技术和功率器件的发展和应用，我国交-直流传动电力机车的调压调速技术实现了换代的跳跃发展，经历了第一代韶1、韶2型电力机车的低压侧或高压侧调压开关调幅式的有级调压调速技术，到第二代韶3型电力机车采用调压开关分级和级间晶闸管相控平滑调压相结合的调压调速技术，到第三代韶4~韶8型电力机车的多段桥晶闸管相控无级平滑调压调速的发展历程。

第三代电力机车以韶4型（SS4）为起点，使晶闸管相控调压调速的交直传动电力机车形成了电力机车家族。

1.SS4型电力机车主电路的特点韶4型和韶4改进型电力机车的电气线路主要有主牵引电路、辅助供电电路、有触点控制电路、控制电源电路和电子控制电路五大部分，整个控制系统十分庞大和复杂，本节介绍SS4型电力机车的牵引整流器供电系统。

（1）牵引电动机供电方式1-受电弓；3-主变压器；4-主断路器；5-主放电器；6-高压互感器；1M~4M牵引电动机；79R~80R负载电阻；1L~4L主极绕组；31~34-过压吸收电路；91KC~94KC线路接触器；161~164-接地电刷；11JZ~14JZ-主整流器；127DJ~128DJ主接地继电器；111GK~114GK牵引电机隔离开关。

17PK~20PK主平波电抗器重载货运八轴SS4型电力机车的牵引供电电路如图8- 1 所示，使用直流串励牵引电动机，采用传统的交-直流供电方式；牵引电机采用“转向架独立供电方式”，一台转向架的两台牵引电机并联，由一台相控式主整流器供电,全车四个两轴转向架，具有四台独立的相控主整流器。

网侧电流从接触网流入升起的受电弓，经25kV车顶母线分为两路，一路进本节车，经主断路器4、主变压器高压绕组AX进入车体，经车体与转向架间软线和轴箱电刷到车轮和钢轨；另一路，25kV经高压连接器到另一节车的车顶母线。

目录摘要 (1)关键词 (1)1.引言 (1)2.单相半波可控整流电路 (1)2.1实验目的 (1)2.2实验原理 (1)2.3实验仿真 (2)3.单相桥式全控整流电路 (8)3.1实验目的 (8)3.2实验原理 (8)3.3实验仿真 (9)4.三相半波可控整流电路 (10)4.1实验目的 (10)4.2实验原理 (11)4.3实验仿真 (12)5. 三相半波有源逆变电路 (14)5.1实验目的 (14)5.2实验原理 (14)5.3实验仿真 (15)6.三相桥式半控整流电路 (17)6.1 实验目的 (17)6.2实验原理 (17)`6.3 实验仿真 (17)7.小结 (19)致谢 (19)电力电子技术应用实例的MATLAB 仿真摘 要 本文是用MATLAB/SIMULINK 实现电力电子有关电路的计算机仿真的毕业设计。

论文给出了单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相半波有源逆变电路、三相桥式全控整流电路的实验原理图、 MATLAB 系统模型图、及仿真结果图。

实验过程和结果都表明：MATLAB 在电力电子有关电路计算机仿真上的应用是十分广泛的。

尤其是电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）使得电力系统的仿真更加方便。

关键词 MATLAB SIMULINK PSB 电力电子相关电路1.引言MATLAB 是由Math Works 公司出版发行的数学计算软件，为了准确建立系统模型和进行仿真分析，Math Works 在MATLAB 中提供了系统模型图形输入与仿真工具一SIMULINK 。

其有两个明显功能：仿真与连接，即通过鼠标在模型窗口画出所系统的模型，然后可直接对系统仿真。

这种做法使一个复杂系统模型建立和仿真变得十分容易。

[4][2]在1998年，MathWoIks 推出了电力系统仿真的电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）。