第2章 电力电子器件应用技术

电力电子技术及其应用概述：电力电子技术是电气工程领域中的一个重要分支，它通过研究和应用电子器件和电力系统，实现对电能的调节、变换和控制。

电力电子技术的发展为电力系统的可靠性、效率和可持续性提供了重要支持，广泛应用于能源转换、电力传输和分配、电动车辆和可再生能源等领域。

一、电力电子器件：电力电子器件是电力电子技术的基础，主要包括晶体管、二极管、功率模块等。

晶体管是电力电子领域最常用的器件之一，它能够实现电能的开关和放大。

功率模块则是由多个晶体管和二极管组成的集成电路，具有高功率密度和高效率的特点。

这些器件的研发和应用为电力电子技术的发展奠定了坚实的基础。

二、电力电子转换技术：电力电子转换技术是电力电子技术的核心内容，它通过将电能从一种形式转换为另一种形式，实现对电力系统的控制和调节。

常见的电力电子转换技术包括直流-直流变换、直流-交流变换和交流-交流变换。

直流-直流变换器能够将直流电压的大小和极性进行调节，广泛应用于电力系统的稳压和稳流控制。

直流-交流变换器则能够将直流电能转换为交流电能，实现交流电力系统的接入和调节。

交流-交流变换器则能够实现交流电能的频率和相位的调节，适用于电力系统的调频和调相控制。

三、电力电子应用：电力电子技术在现代社会中的应用非常广泛，主要体现在以下几个方面：1. 能源转换：电力电子技术在能源转换中发挥着重要作用。

通过电力电子转换装置，可以将不同形式的能源转换为电能，进而实现能源的传输和分配。

同时，电力电子技术还能够实现对能源的储存和再利用，提高能源的利用效率。

2. 电力传输和分配：电力电子技术在电力传输和分配中起到了关键作用。

通过电力电子装置，可以实现对电力系统的控制和调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。

同时，电力电子技术还能够实现对电力系统的保护和故障处理，提高电力系统的安全性和可操作性。

3. 电动车辆：电力电子技术在电动车辆领域的应用日益广泛。

通过电力电子转换装置，可以实现对电动车辆电能的调节和控制，提高电动车辆的性能和效率。

湖北理工学院电气学院电力电子复习课第一章绪论BY 12自动化张一鸣1、电力电子技术的概念定义:电力电子技术——应用于电力领域的电子技术,使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术.电力电子技术主要用于电力变换。

分为信息电子技术（信息处理）和电力电子技术（电力变换）。

2、电力变换通常可分为哪四大类？电力变换通常可分为四大类：交流变直流（整流）、直流变交流（逆变）、交流变交流（变频、变压）、直流变直流（斩波）。

第2章电力电子器件1、电力电子器件的概念电力电子器件：是指可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。

2、电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类：1.半控型器件，例如晶闸管;2.全控型器件，例如GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)，MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管);3.不可控器件，例如电力二极管;按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质分类：1.电压驱动型器件，例如IGBT、MOSFET、SIT(静电感应晶闸管);2.电流驱动型器件，例如晶闸管、GTO、GTR;根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类：1.脉冲触发型，例如晶闸管、GTO;2.电子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT;按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参及导电的情况分类：1.单极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR;2.双极型器件，例如MOSFET、IGBT;3.复合型器件，例如MCT(MOS控制晶闸管);3、晶闸管的导通条件、关断条件、维持导通条件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：uAK>0且uGK>0。

使导通了的晶闸管关断的条件是使流过晶闸管的电流减小至一个小的数值，即维持电流IH一下。

维持晶闸管导通的条件是，晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

电力电子器件与应用电力电子技术是现代电气工程领域中的重要分支，它主要研究与应用电子器件在电力系统中的转换、调节和控制技术。

电力电子器件的发展和应用，对于提高电力系统的效率、稳定性和可靠性具有重要意义。

本文将从电力电子器件的基本原理、常见的电力电子器件和其应用领域等方面进行探讨。

一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是指能够将电力信号进行转换、调节和控制的电子器件。

其基本原理是利用半导体器件的导通和截止特性，通过不同的电路拓扑结构，实现对电力信号的处理。

常见的电力电子器件包括二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET等。

二、常见的电力电子器件1. 二极管：二极管是一种最简单的电力电子器件，其具有单向导电性。

它常用于整流电路中，将交流电信号转换为直流电信号。

2. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导电性的电力电子器件。

它具有可控性，可以通过控制电压或电流来实现导通和截止。

晶闸管广泛应用于交流电调节、交流电转换和交流电控制等领域。

3. 可控硅：可控硅是一种具有单向导电性和可控性的电力电子器件。

它可以通过控制触发信号来实现导通和截止。

可控硅常用于交流电调节和交流电控制等应用中。

4. IGBT：IGBT是一种综合了MOSFET和可控硅特性的电力电子器件。

它具有高压、高电流和高频率的特点，广泛应用于交流电调节、交流电转换和电力传输等领域。

5. MOSFET：MOSFET是一种具有双向导电性和可控性的电力电子器件。

它具有高速开关和低功耗的特点，常用于直流电调节、直流电转换和电力传输等应用中。

三、电力电子器件的应用领域电力电子器件在电力系统中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 电力调节：电力电子器件可以通过调节电压、电流和频率等参数，实现对电力系统的调节。

例如，通过调节晶闸管和可控硅的触发角度，可以实现对交流电的调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。

2. 电力转换：电力电子器件可以将不同形式的电力信号进行转换，实现能量的传输和转换。

思考题和习题1. 单相全控桥式整流电路带大电感负载，U2=220V，R d=4Ω，计算α=60︒时，整流输出电压U d、电流平均值I d。

如果负载端并接续流二极管，其U d和I d又为多少？并求流过晶闸管和续流二极管的平均电流和有效值电流，画出这两种情况的电压和电流波形。

解：(1) 因为电路带大电感负载，所以电流连续。

整流输出电压U d = 0.9U2cosα =0.9220cosα⨯⨯= 99V；电流平均值I d = U d/R d = 24.75A；流过晶闸管的平均电流I dVT = 12I d = 12.375A；流过晶闸管的有效电流I VT = 12I d = 17.50A。

(2) 若负载端并接续流二极管，则整流输出电压U d = 0.9U21cos2α+=1cos600.92202+⨯⨯= 148.5V；电流平均值I d = U d/R d = 37.125A；流过晶闸管的平均电流I dVT = 2παπ-I d = 32πππ-I d = 12.375A ；流过晶闸管的有效电流I VT =2παπ-I d = 21.43A ； 流过续流二极管的平均电流I dVDR = απI d = 13I d = 12.375A ；流过续流二极管的有效电流I VDR =απI d = 21.43A 。

2. 单相全控桥式整流电路，U 2=200V ，R d =2Ω，电感L 极大，反电动势E =100V ， 当α=45︒时，试求：(1)画出u d 、i d 、i VT1、i 2和u VT1的波形。

(2)计算整流输出电压U d 、电流平均值I d 、晶闸管电流的平均值I dVT 和有效 值I VT 以及变压器二次电流有效值I 2。

(3)按2倍裕量确定晶闸管的额定电流。

解：(1)(2) 整流输出电压U d = 0.9U 2cos α = 127.28V ； 电流平均值 I d =d dU ER -=13.64A ； 晶闸管电流的平均值I dVT = d2I =6.82A ； 晶闸管电流的有效值I VT =d2； 变压器二次电流有效值I 2 = I d = 13.64A 。

电力电子器件与应用电力电子技术是指将半导体器件和功率电子器件应用于电力系统和电力设备中，用以实现能量转换、电力控制和电力传递的技术。

随着科技的进步，电力电子技术在能源、交通、通信等领域得到广泛应用，对于推动社会发展和提高生活质量起到至关重要的作用。

一、电力电子器件的分类电力电子器件根据其功能和不同应用领域可分为多种类型，以下将对其中几种重要的电力电子器件进行简要介绍。

1. 变流器（Inverter）变流器是最常见的电力电子器件之一。

其主要功能是将直流电能转换为交流电能，或者将交流电能转换为直流电能。

变流器广泛应用于电能供应、电机驱动和光伏发电等领域，为能源的有效利用和电力系统的稳定运行提供了便利。

2. 整流器（Rectifier）整流器的主要功能是将交流电能转换为直流电能。

在电力系统中，整流器被广泛应用于直流输电、直流电机驱动和电池充电等方面。

此外，整流器还常用于调节电能质量，提高电力系统的稳定性。

3. 逆变器（Converter）逆变器是一种功率电子器件，其主要功能是将直流电能转换为交流电能，频率可以根据需要进行调整。

逆变器被广泛应用于太阳能发电、风力发电、UPS电源等领域，为可再生能源的利用和电力系统的稳定提供了支持。

二、电力电子器件的应用领域电力电子器件在各个领域的应用越来越广泛，以下将对其中几个重要的领域进行介绍。

1. 新能源发电随着环境保护意识的增强和对能源的依赖度的降低，新能源发电逐渐成为了人们关注的焦点。

光伏发电和风力发电是常见的新能源发电方式，而电力电子器件的应用则是实现这些发电方式的关键。

变流器和逆变器的应用能够将太阳能和风能转化为交流电能，并注入电力系统中，从而实现清洁能源的利用。

2. 电动汽车电动汽车已经成为未来交通的发展趋势。

电力电子器件在电动汽车中的作用不可忽视。

充电器、驱动系统和电池管理系统等均需要电力电子器件的支持，以实现电能转换、电力控制和电能储存等功能。

电力电子技术的应用使得电动汽车具备了高效、环保和可靠的特点。

电力电子应用技术电力电子技术是指在电力系统中使用电子器件进行能量转换、调节、控制和保护的技术。

电力电子技术的发展使得电能变换得更加高效，将电力系统的负载控制和电能的传输与分配变得更加灵活和可靠。

本文将从电力电子应用的基本原理、应用技术、发展趋势等方面进行介绍。

一、电力电子应用技术的基本原理1、功率器件功率器件是电力电子的核心部分，主要有二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。

其中，二极管是最早应用的功率器件，其主要功能是进行单向导电，具有低损耗、大电流等特点。

晶闸管是第一种可控硅器件，也是应用最广泛的器件，具有高灵敏度、高可靠性、低成本、方便驱动等特点。

MOSFET是一种新型功率器件，具有响应速度快、高频特性好、抗辐射性好等特点。

IGBT是一种压缩型开关器件，具有低压降、快速切换、低漏电流和低驱动电压等特点。

在实际应用中，选择不同的功率器件要根据应用场合的需求、器件参数的比较等多方面进行综合考虑，提高应用效率，降低使用成本。

2、拓扑结构电力电子应用技术中主要的电路结构有：单相半波整流电路、单相全波整流电路、三相半波整流电路、三相全波整流电路、斩波电路、交流电压调制电路、电力电子开关变换器等。

不同的电路结构适用于不同能源的准换，以及不同的电机驱动、照明、通讯、电源的级联、互连等方式，从而实现不同的功率控制。

3、控制技术在电力电子应用技术中，控制技术是非常重要的一部分，控制系统的稳定性和可靠性直接影响着整个电气系统的性能。

控制技术可以分为数字控制技术和模拟控制技术两种，我们在选择控制方案时，需要根据不同场合的需求做出科学决策，以便更好地实现控制目标。

二、电力电子应用技术的应用1、高压直流输电高压直流输电系统是指利用可控硅等电力电子器件实现的高压直流输电技术。

该技术可实现海底电力输送，远距离间电能输送，同时具有功率传输大、线损小、电网稳定性强的特点，因此在远程电源输送、大容量高压变电站接入等方面具有广泛的应用前景。

电力电子器件及应用技术电力电子器件是指能转换和调节电能的器件，是电力电子技术的核心。

随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件的种类也日益增多。

在本文中，我们将介绍几种常见的电力电子器件及其应用技术。

一、开关管开关管是一种常见的电力电子器件，适用于高压、高电流的工作环境。

开关管具有通断能力强、开关速度快等特点，被广泛应用于各个领域。

最常见的应用是在电源开关、直流电机驱动器、电池充电器等设备中。

二、整流器整流器是将交流电转换为直流电的电力电子器件，常用于交流电转换为直流电的环境中。

整流器的类型有很多种，其中最常见的是单相整流器和三相整流器。

整流器广泛应用于交流到直流的转换领域，比如电源适配器、电气焊接设备等。

三、逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件，适用于需要将直流电转换为交流电的场合。

逆变器在可逆变和无线电源等领域有广泛应用。

它可以将直流电动力设备连接到交流电网，比如太阳能和风能的利用。

逆变器还可用于驱动交流电机。

四、电力调节器电力调节器是一种能够调节电能的电力电子器件，可以根据需要对电压和电流进行调节。

电力调节器被广泛应用于稳压变送器、磁控管、智能继电器等设备中。

它能够在工业自动化、变频调速等领域起到重要作用。

五、功率电子器件功率电子器件是指能够直接转换大功率电力的电力电子器件。

功率电子器件的种类多样，其中最常见的是晶闸管、电力二极管和功率MOSFET。

这些器件被广泛应用于电力变换、电力控制等领域。

功率电子器件的发展为电力电子技术的进步提供了有力支持。

六、电力电子应用技术电力电子应用技术是指将电力电子器件应用于各个领域的技术方法和方法。

电力电子应用技术在电力系统、工业制造、交通运输、新能源等领域发挥着重要作用。

其中，电力变换技术、电力控制技术、电力传输技术等是电力电子应用技术的重要组成部分。

七、电力电子器件的未来发展随着科技的进步和社会的发展，电力电子器件及其应用技术也在不断发展。

未来，电力电子器件将更加智能化、高效化、小型化。

电力电子器件的工作原理及应用在现代电力系统中，电力电子器件扮演着重要的角色。

通过电力电子器件的控制，我们可以实现电能的高效转换、电压的调节、电流的控制等功能。

本文将介绍电力电子器件的工作原理以及其在不同领域的应用。

一、整流器的工作原理及应用整流器是一种将交流信号转换为直流信号的电力电子器件。

它的主要工作原理是利用二极管的导通特性，将交流电信号通过整流电路进行滤波而得到直流电信号。

整流器广泛应用于交流电源变换为直流供电的场合，比如家庭电器、工业设备等。

它可以有效地实现电能的传输和利用。

二、逆变器的工作原理及应用逆变器是一种将直流信号转换为交流信号的电力电子器件。

它通过对直流电信号进行开关控制，实现电压的变频和调节。

逆变器被广泛应用于太阳能发电、风能发电等可再生能源领域，将直流电能转换为交流电能以满足家庭、工业等用电需求。

三、IGBT的工作原理及应用IGBT是一种绝缘栅双极型晶体管，是目前最常用的功率开关器件之一。

它结合了场效应晶体管和双极型晶体管的优点，具有低导通压降和高开关速度的特点。

IGBT广泛应用于电力变换、电机驱动等领域，如交流电变直流电、频率调节等。

四、功率模块的工作原理及应用功率模块是一种将多个功率器件集成在一起的器件，在电力电子系统中起到连接和控制的作用。

功率模块的工作原理是通过控制信号控制其中的功率器件的开关状态，从而实现功率的传输和调节。

功率模块广泛应用于电动车、电机驱动、UPS电源等领域，实现高效能量转换和控制。

五、开关电源的工作原理及应用开关电源是一种利用开关元件进行能量转换和供电的电源系统。

它的工作原理是通过高频开关将输入的交流电转换为高频交流信号，再通过变压器和整流电路将其转换为直流电信号。

开关电源广泛应用于计算机、通信设备、家用电器等场合，具有高效率、小体积等特点。

六、电力电子器件在新能源领域的应用随着可再生能源的快速发展，电力电子器件在新能源领域有着重要的应用。

例如，在太阳能发电系统中，逆变器起到将太阳能转换为可用交流电的作用；在风力发电系统中，电力电子器件可以实现风机的变频调速和并网发电等功能。

电力电子技术与应用电力电子技术是指利用半导体器件和电磁元件等电子器件，对电力进行高效、稳定的转换与控制的技术领域。

它在现代电力系统和电力设备中扮演着至关重要的角色。

本文将从电力电子技术的定义、应用、发展趋势等方面进行探讨。

一、电力电子技术的定义电力电子技术是指利用电子器件对电能进行调节、变换、控制的技术。

电力电子器件一般具有高功率、高频率、高唯一性和高可靠性等特点，主要包括晶体管、可控硅、IGBT等。

电力电子技术通过改变电路的开关状态和电源工作方式，实现电能的调整和转换，从而满足电力系统对不同形式电能的需求。

二、电力电子技术的应用1. 高压直流输电技术高压直流输电是电力电子技术的一项重要应用。

通过将交流电能转换为直流电能，再进行输送，可以有效降低输电损耗，提高电网稳定性。

高压直流输电技术在远距离、大容量输电方面具有明显优势，已广泛应用于长距离跨区域输电工程。

2. 可再生能源发电技术电力电子技术在可再生能源发电中起到了关键作用。

风力发电、光伏发电等可再生能源具有不稳定性和间歇性，而电力电子技术可以实现对可再生能源的有效调节和控制，使其能够稳定地并入电力系统。

此外，电力电子技术还可以实现电能的质量改善和功率因数校正。

3. 变频调速技术变频调速技术是电力电子技术在电机控制领域的应用。

通过电力电子器件对电机进行调节，可以实现电机转速的连续调整和转矩的精确控制。

变频调速技术广泛应用于电力、化工、交通等行业，可以实现能量的高效利用和运行的平稳可靠。

4. 无功补偿技术无功补偿是电力电子技术在电力系统中的重要应用之一。

通过电力电子器件对无功功率的生成和吸收进行调节，可以实现电网的无功功率平衡和电压稳定控制。

无功补偿技术对提高电力系统的电能质量和稳定性具有重要意义。

三、电力电子技术的发展趋势1. 高功率、高可靠性随着电力需求的增长和电力器件技术的不断进步，电力电子技术将朝着高功率、高可靠性方向发展。

电力电子器件的集成化和可靠性的提升将进一步推动电力电子技术的发展。