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 ）。

电力电子技术的应用场景有哪些？在当今这个高度依赖电力的时代，电力电子技术如同一位幕后英雄，默默发挥着巨大作用，为我们的生活带来诸多便利和变革。

电力电子技术是一门对电能进行变换和控制的技术，它的应用场景几乎无处不在，涵盖了工业、交通、能源、通信等众多领域。

在工业生产中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。

以电机调速为例，传统的电机调速方式效率低下、能耗大，而采用电力电子技术的变频调速系统则能够实现精准、高效的调速控制。

这不仅大大提高了电机的运行效率，降低了能耗，还延长了电机的使用寿命。

在数控机床、印刷机械、纺织机械等众多工业设备中，这种变频调速技术得到了广泛应用，极大地提高了生产效率和产品质量。

另外，在工业电源领域，电力电子技术也有着出色的表现。

例如，直流电源在许多工业场合都是必不可少的。

通过电力电子技术，可以将交流电转换为稳定的直流电，为各种电子设备、自动化生产线等提供可靠的电源支持。

同时，不间断电源（UPS）系统也是电力电子技术的重要应用之一。

在电网出现故障或电压波动时，UPS 能够迅速切换为电池供电，确保关键设备的持续运行，避免数据丢失和生产中断。

交通领域也是电力电子技术大显身手的舞台。

电动汽车的兴起就是一个很好的例证。

电动汽车的核心部件之一是电机驱动系统，而电力电子技术正是实现电机高效驱动和能量管理的关键。

通过电力电子变换器，将电池的直流电转换为电机所需的交流电，并对电机的转速和转矩进行精确控制，从而实现电动汽车的平稳加速、减速和能量回收。

此外，在轨道交通中，电力电子技术同样发挥着重要作用。

例如，高速列车的牵引系统、地铁的供电系统等都离不开电力电子设备的支持。

能源领域同样离不开电力电子技术。

太阳能和风能作为可再生能源，具有间歇性和不稳定性的特点。

为了将这些能源有效地并入电网，需要使用电力电子变换器进行电能的转换和控制。

在太阳能光伏发电系统中，光伏逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，并实现最大功率点跟踪，以提高发电效率。

电力电子技术中的谐振电路设计与应用电力电子技术在现代电力系统中扮演着重要的角色，能够对电力进行有效的转换与调节。

其中谐振电路作为一种常见的电力电子电路，在各种电力电子设备中得到广泛应用。

本文将围绕谐振电路的设计与应用展开论述，探讨其原理及优势，并通过实际案例来说明谐振电路在电力电子技术中的重要性。

一、谐振电路的简介谐振电路是一种特殊的电路结构，其目的是在电路中形成谐振现象。

谐振电路由LCR三要素组成，即电感（L）、电容（C）和电阻（R）。

在电路中，当谐振频率等于电路固有频率时，电感和电容之间的交换能量将不断增加，能量的交换形式象征着谐振。

谐振电路的设计目标是为了使得电路能够在特定的频率范围内表现出良好的谐振特性。

在实际应用中，谐振电路有多种形式，包括串联谐振电路、并联谐振电路和串-并联谐振电路等。

不同类型的谐振电路适用于不同的电力电子设备，具有不同的特点和应用场景。

二、谐振电路的设计原理谐振电路的设计原理基于LCR电路的特性，通过合理选择电感、电容和电阻的数值，使电路能够在特定频率下实现谐振。

在设计谐振电路时，需考虑以下几个因素：1. 谐振频率的选择：谐振电路的谐振频率是根据具体应用需要来确定的，常见的选择包括50Hz、60Hz等。

根据谐振频率的不同，电路的参数选择也会发生改变。

2. 电感和电容的选择：电感和电容的数值选择是谐振电路设计的关键，其数值决定了电路整体的谐振特性。

在选择时，需要考虑电压、电流、功率等参数的要求，以及元器件的可获得性和成本等因素。

3. 电阻的选择：电阻在谐振电路中起到阻尼作用，可以影响电路的稳定性和响应速度。

合理选择电阻的数值可以实现电路的稳定工作，并提高系统的动态响应特性。

谐振电路的设计需要进行精确的计算和模拟分析，以确保设计的准确性和可靠性。

现代电力电子软件的广泛应用使得谐振电路的设计变得更加方便和高效，设计工程师可以通过软件工具快速实现电路参数的优化和仿真分析。

三、谐振电路的应用实例谐振电路在电力电子技术中有着广泛的应用，例如电力调制器、交流变频器、谐振变换器等。

填空题：1、电力电子技术的两个分支是电力电子器件制造技术和变流技术。

2、举例说明一个电力电子技术的应用实例变频器、调光台灯等。

3、电力电子承担电能的变换或控制任务，主要为①交流变直流（AC—DC）、②直流变交流（DC—AC）、③直流变直流（DC—DC）、④交流变交流（AC—AC）四种。

4、为了减小电力电子器件本身的损耗提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态，但是其自身的功率损耗（开通损耗、关断损耗）通常任远大于信息电子器件，在其工作是一般都需要安装散热器。

5、电力电子技术的一个重要特征是为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，其损耗包括三个方面：通态损耗、断态损耗和开关损耗。

6、通常取晶闸管的断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小标值作为该器件的额电电压。

选用时，额定电压要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。

7、只有当阳极电流小于维持电流时，晶闸管才会由导通转为截止。

导通：正向电压、触发电流（移相触发方式）8、半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路可能会出现失控现象，为了避免单相桥式半控整流电路的失控，可以在加入续流二极管来防止失控。

9、整流电路中，变压器的漏抗会产生换相重叠角，使整流输出的直流电压平均值降低。

10、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角。

☆从晶闸管导通到关断称为导通角。

☆单相全控带电阻性负载触发角为180度☆三相全控带阻感性负载触发角为90度11、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为2√2U1 。

（电源相电压为U1）。

三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 2.45U212、四种换流方式分别为器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流。

13、强迫换流需要设置附加的换流电路，给与欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流而关断。

14、直流—直流变流电路，包括直接直流变流电路电路和间接直流变流电路。

电力电子技术中的逆变器设计与应用实例逆变器作为电力电子技术中的重要组成部分，其在能源转换和电力传输中起着至关重要的作用。

本文将介绍逆变器的基本原理和设计方法，并通过实际应用案例来展示逆变器在不同领域中的应用。

一、逆变器的基本原理逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，其核心是通过改变电压和频率的方式，将直流电源输出为交流电信号。

逆变器的基本原理是通过三相桥式逆变电路将直流电源变为交流电信号，然后通过滤波电路进行滤波和调整，使输出的交流电信号具有所需要的频率和电压。

二、逆变器的设计方法1. 选择逆变器的拓扑结构逆变器有多种拓扑结构可供选择，如单相桥式逆变器、三相桥式逆变器、多电平逆变器等。

在选择逆变器的拓扑结构时，需要考虑到应用场景、输出功率、效率等因素，并根据需求选择最适合的结构。

2. 选定逆变器的工作频率和电压等级逆变器的工作频率和电压等级需根据具体要求确定。

在选择逆变器的工作频率时，需要考虑兼容性、损耗以及电源的要求等。

而选定逆变器的电压等级时，则需参考负载的电压需求，并确定适宜的转换比例。

3. 选择逆变器的开关器件逆变器的开关器件直接影响到逆变器的效率和可靠性。

常见的开关器件有功率管、晶闸管、IGBT等，对于不同功率和频率的逆变器，需要选择适合的开关器件，并确保其具有良好的导通和关断特性。

4. 进行逆变器的控制策略设计逆变器的控制策略设计是实现逆变器稳定工作的关键。

常见的控制策略有脉宽调制控制（PWM控制）、电压调制控制等，通过对逆变器的控制电路和算法进行设计，可以实现对输出电压和频率的准确调节和稳定控制。

三、逆变器的应用实例1. 太阳能逆变器太阳能逆变器是将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电供电给家庭、工业等用途的装置。

逆变器通过对太阳能电池板输出电流和电压的控制，实现对交流电的输出，并通过滤波电路对输出波形进行优化。

2. 风力发电逆变器风力发电逆变器是将风力发电机产生的直流电转换为交流电的装置。

第一章绪论1。

1题解实例一、填空题：1、电力电子技术是一门交叉学科，其内容涉及、和三大学科.答:电气工程、电子科学与技术、控制理论2、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、和三个组成部分。

答：电力电子器件、电力电子电路、控制技术3、电力电子电路的根本任务是实现电能变换和控制。

电能变换的基本形式有: 变换、变换、变换、变换四种。

答:AC/DC、DC/AC、DC/DC、AC/AC4、硅晶闸管派生器件双向晶闸管常用于交流和电路中.答：调压、调功5、光控晶闸管是通过光信号控制晶闸管导通的器件,它具有很强的、良好的和较高的瞬时承受能力,因而被应用于高压直流输电、静止无功功率补偿等领域。

答：光信号、抗干扰能力、高压绝缘性能、过电压6、第二代电力电子器件以具有自关断能力的全控型器件、和为代表.答：GTR、MOSFET、IGBT7、IGBT器件是一种复合器件。

它兼有和的开关速度快、安全工作区宽、驱动功率小、耐高压、载流能力大等优点。

答：功率MOSFET、双极型器件8、直流电动机变速传动控制是利用或获得可变的直流电源，对直流电动机电枢或励磁绕组供电，实现直流电动机的变速传动控制。

答：整流器、斩波器9、交流电动机变速传动控制则是利用或对交流电动机供电,通过改变的供电电源的频率和电压等来达到交流电动机的变速传动.答：逆变器、交－交直接变频器10、太阳能电池板获得的原始直流电压是与太阳光强度等因素有关的，它需要通过一个变换器来稳定直流电压，再通过变换器变为所要求的交流电供负载使用或将电能馈入市电.答：DC－DC、DC－AC二、问答题：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。